日立电梯（广州）自动扶梯有限公司 广东广州 511495
摘要：自动扶梯结构当中最重要的承载构件主要是金属构件，其侧面使用的是衍架结构，自动扶梯的截面属于一个开口结构，整体结构主要通过各种型钢通过焊接手段而产生。当前金属结构轻量化设计技术已经逐步广泛应用于空间结构当中，但是在电梯行业当中只是小规模进行尝试，伴随当前钢材价格进一步增加，能源的紧缺越来越严重，本文主要探究了自动扶梯金属结构设计中应注意的问题，并对其优化进行了分析。
关键词：自动扶梯；金属结构设计；问题；优化
1.自动扶梯的结构特点及分类
1.1结构特点
自动扶梯是以电力驱动，在一定方向上能够大量、连续运送乘客的开放式运输机械，具有结构紧凑、安全可靠、安装维修简单方便等特点。因此，在客流量大而集中的场所，如车站、地铁、商场等处，得以广泛应用。
1.2分类
扶梯分类方法很多，可从不同角度来分。（1）按驱动方式分类：有链条式或直接式（端部驱动）和齿轮齿条式（中间驱动）两类。（2）按使用条件分：有普通型（每周少于140h运行时间）、公共交通型（每周大于140h运行时间）、重载型（在任何3小时间隔内，持续重载时间至少为1小时）。（3）按运行速度分：有恒速和可调速两种。（4）按梯级运行轨迹分：有直线型（传统型）、螺旋型、变坡度型3类。
2.自动扶梯金属结构新型材料的使用
（1）新材料使用的原因
伴随当前科学技术快速发展，企业认识到对产品重量进行控制的重要性，所以很多金属结构设计技术正在逐步得到广泛使用，因为当前市场环境开始慢慢变化，很多企业在确保产品性能的条件下，会使用一些新材料来取代原有应用广泛的钢材。
（2）新材料的种类及优劣
当前在市场当中有两种新材料开始逐步得到使用，另一种是非钢合金，这种材料的重量比钢筋要轻，但是其强度比钢筋要高，然而因为这种材料在生产成本方面比较高，这就造成这种材料无法得到广泛的使用；另外一种材料是包括碳素结构钢材在内的材料，这些材料和普通钢材相比强度略高，且质量略轻，从生产技术和生产成本等多方面进行考虑，对自动扶梯内部金属构件设计是非常适合的。
3.自动扶梯金属结构设计中应注意的问题及优化建议
3.1需满足金属结构设计的基本要求
在设计金属结构的过程中，首先需要对扶梯的承受能力进行考虑，还需要优先考虑材料的强度和刚度，避免对设备的日常运行产生影响，造成产品质量无法达到要求，另外还需要对材料的轻重进行考虑，如果材料的强度和刚度能够达到要求，符合相关标准，在材料选择的时候，第二个原则就是需要保证质量较轻。
3.2做好原材料的控制
在设计阶段，技术部门需要在节约钢材的前提下，选择合适的钢材来达到金属结构的力学性能。金属结构生产时，首先要对外购件进行验收，对需要检测的金属进行检测，确保金属质量合格。确认质量不合格的，应分开存放，并及时标识和处理。如果制造企业对原材料控制不严，将原材料运到制造企业，制造企业将不经检验直接申请生产。需要注意的是，最终的质量问题由制造企业承担。因此，制造企业应加强对原材料的检验，这不仅是为了避免对质量问题承担责任，也是为了从根本上消除质量问题，增强扶梯的安全性和可靠性。原材料经检验后进入生产阶段。如果原材料质量确认合格，应分类存放。禁止接触各种金属（如不锈钢、碳钢等）。应确保原材料储存所需的自然条件，如温度和湿度，以确保焊接前原材料的质量仍符合要求。
3.3注意结构边缘至形心距离的变化
对于成熟产品的扶梯来说，结构边缘到形心距离的变化意味着产品整体尺寸的变化。由于各个厂家的产品已经比较系统，所使用的配件也都达到了标准设计，如果整体造型发生了变化，必然会带来一系列的问题。
3.4金属结构设计优化实现轻量化
3.4.1金属结构优化设计的准则
刚度和强度是衡量金属结构性能的重要指标。一些金属结构由于在初始设计中没有详细的分析计算，导致在刚度和强度上存在冗余。这种金属结构可以通过优化来实现轻量化。在轻量化设计中，应主要控制其刚度，因为刚度直接影响到自动扶梯梯路运动件（包括梯级、滚轮等）与静止部件（包括导轨、支架）之间的协调配合，对自动扶梯的运行可靠性至关重要。GB16899《自动扶梯和自动人行道制造与安装安全规范》中对自动扶梯的刚度提出了明确要求。
3.4.2金属结构优化设计的主要措施
在金属结构中通常占总质量比重较大的部件为主弦材（包括上弦材和下弦材）、底板、驳接等，同时刚度和强度冗余也多出现在这些部件上。因此，根据金属结构质量分布的特点，研究合理减少这些部件钢材用量的措施。
（1）减小主弦杆的截面积
通常条件下，由于钢材的密度是7850kg/m3，所以，如果让主线干的截面面积减少1平方厘米就可以，让整个质量减少0.785kg/m，由于主线钢的长度非常长，可以达到几十米、上百米，所以通过这种方法可以有很好的让质量减轻，为了金属的结构强度符合要求，通常条件下，不对上结弦杆的截面面积进行控制，而是适当让下弦杆的截面积减少。
（2）减少底板厚度
底板是金属结构中必不可少的部件，它提高了金属结构的刚度和抗扭性能，同时还兼具防尘、储油等辅助功能。金属结构中的底板长度一般从十几米到几十米不等，覆盖整个金属结构的底部，因此减少其厚度对质量影响很大。如图1结合有限元计算结果和实际应用表明，当底板厚度大于3mm时，对金属结构的刚度和抗扭性能的贡献比较明显；当底板厚度小于3mm时，其作用更多体现在防尘、储油等方面，对金属结构刚度的贡献则随底板厚度的减小而迅速减少。且底板厚度不应过小，否则人无法站在底板上进行金属结构的焊接装配操作。因此在考虑减少底板厚度时，必须确保金属结构有足够的刚度和抗扭性能，否则在自动扶梯运行时，有发生活动梯级与裙板碰擦事故的安全隐患。
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图1 刚度与厚度关系（注：q为拟合函数的指数参数）
（3）减少接头数量
在金属结构当中，接头是各段的连接部件，一般在提升高度较大的金属结构上数量是比较多的，因一定要通过合理的方式进行设计，让整体结构的接头组数减少。这对控制结构质量有着很大的作用。
通常在通过上述三种轻量化设计之后金属结构的质量会大大减少。另外设计人员还需要与实际情况相结合，对其他构件的质量进行控制，在有必要的条件下，可以加强轻量化设计，确保整个结构的整体刚度，可靠性和安全性，防止在局部产生不足而造成安全事故的出现。
参考文献：
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