广东省特种设备检测研究院 528251
摘要：本文首先介绍地铁用自动扶梯梯级试验的背景，然后通过陈述我国梯级试验的现状，对比与伦敦地铁梯级试验的差异，阐述我国自动扶梯梯级试验存在的问题，探讨符合我国国情的地铁用自动扶梯梯级试验方向。
关键词：自动扶梯梯级试验；伦敦地铁梯级试验；
一、引言
地铁用自动扶梯每年运载的客运流量高达百亿人次，因具有输送能力强、持续运行时间长、高效可靠等特点而成为地铁系统不可或缺的组成部分，其部件设计要求达到地铁系统特定的可靠性、可用性、可维修性和安全性（RAMS）的水平。
其中，梯级部分因同时承受来自搭乘者施加的动静态载荷以及梯级链系统产生的牵引扭转力矩，它所呈现的承载能力和抗疲劳寿命在RAMS中显得尤为重要，其综合能力的优劣将影响自动扶梯系统乃至地铁系统的整体运作。因此，对地铁用自动扶梯梯级的要求和试验应该是严苛、系统和全面的。
本文拟通过对比我国梯级试验的现状和伦敦地铁梯级试验的要求，探讨适合我国国情的地铁用自动扶梯梯级试验方法。
二、我国自动扶梯梯级试验的现状
（一）我国现行自动扶梯梯级试验介绍
当前，我国自动扶梯梯级试验的依据主要遵循《自动扶梯和自动人行道的制造与安装安全规范》（GB 16899-2011）中关于梯级结构的静态、动态试验要求，主要通过4类试验考核梯级两个方面的能力（如表1所示）。
表1 16899-2011梯级试验内容
首先是静态试验，考核梯级踢面和踏面在集中载荷下的抗弯变形能力；其次是动态试验，考核梯级踏面在集中载荷下的抗疲劳能力，以及考虑当随动轮因磨损或其他任何原因发生圆弧位移时，考核梯级在该扭转状态下的抗疲劳能力。
（二）地铁系统高速发展下的我国梯级试验现状
截至2019年5月，我国现有地铁线路占全国轨道交通线路总量的75%以上，总敷设里程达4000公里，分布在各大省会城市，助推国内经济的高速发展。可以想象，如此高速发展的地铁系统亟需更庞大、更高效、更安全的自动扶梯系统作为后勤保障子系统，要求梯级具备相适应的综合能力。
相对于地铁的使用环境，我国现行的梯级试验要求在试验的全面性以及对梯级综合能力的判定上存在一些不足，主要表现在以下方面：
1、梯级受力点（试验施力点）的选取单一。
就梯级结构而言，被测面的中心或中轴是受力相对平衡和支撑相对稳固的位置，于该处施加集中载荷不能综合反映被测面的受力变形情况。如梯级踏面上站立的人数与位置是变化的，载荷实际上是以分布的方式施加到梯级踏面上，因此对分布载荷或其他等效的试验方式应予以考虑。
2、对试验梯级的支承方式单一。
梯级的链轮由梯级链牵引，在一个与梯级相关的倾斜方向上沿梯路运动，其链轮轴承受的是来自倾斜方向的牵引力与踏面上垂直载荷形成的合力。在试验中将链轮以水平的方式放置，其受力情况与实际是不相符的，同时也会造成梯级随动轮在受力和运动趋势方面发生变化。
试验中梯级的放置方式应尽可能呈现梯级的实际支承情况时，以便获取更真实有效的试验数据。
3、动态疲劳试验要求的循环次数为500万次，与现实需求存在差异。
对“高强度使用”一词的定义，在GB16899-2011关于公共交通型扶梯的定义中有解释，意为“每周运行时间约140h，且在任何3h的间隔内，其载荷达100%制动载荷的持续时间不少于0.5h”。我国地铁用自动扶梯在使用频率、持续使用时长和使用人流的密集程度上均达到甚至超过上述要求，属于典型的“超”高强度使用。
“500万次的循环试验次数”，若以10Hz的试验频率进行试验，则只需约5.7天的持续试验时间，并不能真实模拟地铁用自动扶梯的使用情况。梯级总成的疲劳失效和固定失效等问题应通过更苛刻的符合现实需求的动态疲劳试验次数予以验证。
4、试验类型尚不够全面。
为了更真实全面地模拟梯级在使用中可能发生的各种情况，应考虑诸如当梯级链出现定位不同步时，面对不同型式的链轮轴会否出现失效可能；在额定的乘客负荷下随动轮的失效令梯级发生严重弯曲，该弯曲会否造成梯路卡阻；考虑过载因素下梯级拥有的最终抗破坏能力等情况，以达到对梯级综合能力全面系统的判定。
5、没有形成对梯级进行持续试验、综合考核梯级能力的理念。
我国现行的梯级试验是各自独立的，不同试验之间没有必要的关联，验收要求高度雷同。这种理念的本质是面对一个样品（梯级）仅为收集数据而做试验，没有从现实出发将梯级可能遇到的问题考虑到试验中来。
目前，我国自动扶梯梯级试验逐渐形成了试验与市场发展不并轨，不相干的现状，尚不能同步于地铁系统的发展，难以提供标准要求方面的支撑，迫切需要制定更全面、更系统的梯级试验标准要求。
三、伦敦地铁梯级试验
伦敦地铁梯级试验规则基于BS EN 115-1制定，目的是证明地铁用自动扶梯的梯级能够承受所有可以预见的运行条件，且要求疲劳寿命超过BS 7608的规定，其试验内容涵盖我国现行自动扶梯标准GB16899-2011要求的4类常规试验，且试验项目更多、试验难度更高，验收要求更严格。
（一）伦敦地铁梯级试验的特点
1、试验分类全面，注重于考核梯级的综合性能。（如表2所示）
通过综合考虑梯级在使用中的各种受力情况，系统地将试验分成集中负荷类试验、分布负荷类试验、梯级扭转类试验和半轴型梯级等四个类别，每个类别的试验由一个梯级单独完成，即最多由4个梯级（梯级编号A～D）完成全部试验。
表2 伦敦地铁梯级试验项目汇总
（注：试验项目中加粗显示的是16899-2011规定的常规梯级试验项目）
与16899-2011要求不同的是，伦敦地铁梯级试验要求每个梯级按既定顺序完成各类别试验中的全部项目，其验收要求是叠加性的，意即考核的是梯级是否具备通过一系列试验而不是某一个独立试验的能力。
通过表2可见，由16899-2011规定的4类常规梯级试验被编排到梯级A（试验①②③④）和梯级C（试验①）中完成，除了对扭转类试验中出现的极端情况予以考虑并增加“随动轮缺失测试”外，还就分布载荷的方式以及半轴型梯级分别设计了试验项目增加了验收要求。
2、试验条件苛刻，验收要求严格（仅讨论梯级A和C，如表3所示）。
分析表3中梯级A和C的数据可见，伦敦地铁梯级试验对常规梯级试验进行了多项调整，大幅提升试验难度和验收要求。
表3伦敦地铁梯级试验中梯级A、C的要求
首先，梯级的支承方式要求与实际一致。其次，静态试验中的试验取值贯穿于施力增减的全过程。再次，动态疲劳试验要求的循环试验次数为1千万次，相对我国现行标准的要求高出一倍。最后，对扭转试验中的圆弧位移值要求更高，而验收要求的允许变形量仅为常规试验的50%左右。
上述分析仅围绕与4类常规梯级试验相关的试验展开，综合体现了伦敦地铁梯级试验要求从细微处还原现实、以最极端的情况设计试验、以最严格的要求进行验收的三位一体的规则制定理念。
（二）伦敦地铁梯级试验规则的启示
自我国现行的自动扶梯制造标准16899-2011颁布以来，境内的自动扶梯梯级制造商一直遵循该标准要求实施生产作业。相比于要求更高的伦敦地铁梯级试验规则，我国梯级的综合能力尚有所不及，但也不失为一个学习的契机，具体分析如下：
1、伦敦地铁梯级试验要求对梯级综合能力进行考核的思路与我国现行梯级试验的要求存在理念上的差异。前者的要求贯穿于试验设计伊始到最终验收的全过程，是我国梯级试验发展的新思路、新方向。
2、我国梯级质量的提升并不能通过引入一套高水平的规则便能一蹴而就。伦敦地铁梯级试验具有试验量大、对梯级要求严苛、数据采集繁复、验收要求甚高等特点，不能单纯地生搬硬套，硬塞不消化后果更严重。
现阶段，伦敦地铁梯级试验规则在国内起引导作用的实际意义大于用作梯级能力判定的依据。对于有类似地铁项目的梯级制造商而言，该规则将是与客户协商的重要参考依据，也是众多梯级制造商学习提高的方向。
四、我国地铁用自动扶梯梯级试验的发展方向
我国城市轨道交通系统的有序普及是国家经济发展战略的重要环节，随之地铁用自动扶梯的需求量将日益增多。出于对安全性能和输送能力等方面的青睐，这类公交型自动扶梯受关注的程度必将越来越高，其使用场所将远不止于公共交通系统。因此，制定符合国情的，能同步于城轨交通系统发展需求的地铁用自动扶梯梯级试验标准是刻不容缓的。
就伦敦地铁梯级试验规则而言，可以采用学习其思路，简化其流程的方法，结合国内地铁系统的实际考察其梯级试验的分类和试验项目，提出适合国情需要的地铁用自动扶梯梯级试验方案。
参考文献
[1]《自动扶梯和自动人行道的制造与安装安全规范》（GB16899-2011）
[2]《电梯型式试验规则》（TSG T7007-2016）
[3]《电梯监督检验和定期检验规则—自动扶梯与自动人行道》（TSG T7005-2012含第1号修改单和第2号修改单）
[4]Specification for Heavy Duty Metro Escalators Part 4：QUALITY，INSPECTION，TESTING & COMMISSIONING
[5]BS EN 115-1 British Standard Safety of escalators and moving walks – Part1：
Construction and installation
[6]BS 7608 Fatigue design and assessment of steel structures
科研项目：电梯多功能电动加载检测装置（项目编号：2017CT02）
论文作者:董宇刚
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年9期
论文发表时间:2019/8/23
标签：梯级论文; 地铁论文; 伦敦论文; 自动扶梯论文; 载荷论文; 我国论文; 系统论文; 《建筑学研究前沿》2019年9期论文;