2浙江省特种设备检验研究院 浙江杭州 310000）
摘要：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，自动扶梯在生产加工的过程中逐渐认识到对能源进行控制的重要性，所以，自动扶梯逐步开始向轻量化发展，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，在轻量化设计金属结构的时候，一定要保证整个扶梯的安全性和稳定性，
关键词：自动扶梯；安全运行；金属结构设计；承载；注意要点
1自动扶梯结构承载特点
依照自动扶梯的组合特点来进行分析，由于材料的强度和刚度条件、避免产生安全隐患等要求自动扶梯在构建方面通常分为以下几个，主要部分就是横梁、底板、上下弦杆等。
自动扶梯所需要承受的载荷比较多，通常条件下有以下几种，首先是自重载荷，主要包含了梯路的导轨系统，整个牵引过程中需要使用的链条以及其张紧设备、驱动设备、金属结构、扶手装置等，依照实际的载荷情况，通过均布力和集中力的方式体现在结构件当中，其次是乘客的载荷，根据相关规范规定乘客的载荷通常条件下是5000N／m2，第三，集中的活动载荷主要是因为自动扶梯通常条件下在地铁车站商场等场合，这种场合人流密集度大，在这种场合当中出现集中活动载荷，比如说乘客会带包等，第四是偏载载荷，通常条件下，在自动扶梯使用频繁的公共区域，可能会出现一些意外事故，从乘客的角度而言，会往自动扶梯的某一侧集中这个时候就有可能出现偏载载荷。
2自动扶梯金属结构新型材料的使用
2.1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。
2.2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金属结构内部空间进行优化设计
3.1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金属结构优化设计的措施
自动扶梯当中，金属结构中质量比重较大的主要有主弦杆、接头和底板，另外一些构件的强度、刚度冗余也在这些部件当中出现，因此一定要与金属结构部件的质量分布特点、强度特性、高度特点等相结合，对如何让部件的质量降低进行研究，一般情况下，使用的措施和方法包括以下三种。
3.2.1减小主弦杆的截面积
通常条件下，由于钢材的密度是7850kg/m 3，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。
3.2.2减少底板厚度
在金属结构当中，底板是非常重要的，它可以让金属结构的抗扭性和刚度大幅度提高，另外还具有储油和防尘等特点，金属结构当中的底板长度通常条件下为十几米到几十米，能够对整个金属结构的底部进行覆盖，可以让其厚度对质量的影响大大减少，如下图所示。钢底板的厚度会由于其厚度的增大而进一步增加，3毫米的厚度是钢地板的刚度增速节点，如果，超过3毫米，那么刚度会依照速度的加快而增加，通过有限元计算结果和实际比照之后，可以发现，如果底板的厚度超过3毫米，那么会明显的提高金属结构在刚度方面的贡献，如果厚度小于3毫米，那么其作用主要在于储油和防尘，在金属结构刚度方面的贡献会由于底板厚度的减小而进一步减小，另外底板的厚度需要超过1.5毫米，否则就可能会影响到人在地板上进行金属结构焊接操作，因此在对底板厚度进行控制的过程中，一定要保证金属结构的抗扭距和刚度，否则在自动扶梯运行的过程中，就有可能出现裙板和活动梯级碰擦等事故，导致一定的安全隐患。
图2刚度与厚度关系（注：q为拟合函数的指数参数）
3.2.3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，一般情况下再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。
3.3需要注意要点
在设计的过程中，一定要注意选择合理的材料在尽可能减少，钢材消耗的情况下，让金属结构的力学性能提高，在选择新材料方面一定要充分考虑成本，并且严格把控材料质量，确保产品的品质符合要求，另外在设计的时候不能一味的对质量进行控制，还需要注意适应材料的刚度和强度，避免产生事故。在设计的时候，一定要保证上下弦杆的耐用性，确保底板厚度符合相关要求，另外，在对扶梯的重量进行控制过程中，一定要与其它部件相对合理进行设计，在保证产品减低质量条件下，让质量大幅度的提高，另外在生产金属结构的过程中，一定要加强外购件的验收工作，另外还需要积极检测相关的金属，确保金属的品质符合要求。
结束语
设计自动扶梯内部金属构造的过程中，首先需要对新材料的情况进行明确，让钢材的使用量得到控制，让自身重量降低，确保企业的生产成本，在自动扶梯内部结构改造的过程中，会让自动扶梯的市场竞争力大幅度提高，进而获得更好的效益，在改造的时候一定要确保自动扶梯的生产质量，只有如此才能保证生产企业的快速发展。
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[3]徐萍，张颖，肖野.自动扶梯金属结构的质量控制[J].河南科技，2014（1）：128.
论文作者:杨荣根1,傅军平2
论文发表刊物:《电力设备》2018年第28期
论文发表时间:2019/3/13
标签：金属结构论文; 刚度论文; 自动扶梯论文; 底板论文; 载荷论文; 厚度论文; 条件下论文; 《电力设备》2018年第28期论文;