自動扶梯后蓋板防卡異物結構設計

劉燦

摘 要：自動扶梯卡異物故障在所有故障類型中占比最高，會造成保護性停梯、梳齒、梯級損壞以及客流運載能力下降、影響人員疏散等后果，甚至危及人身安全，本文提出了一種扶梯后蓋板開孔設計方案，通過在入口端的蓋板上開設小孔，下方安裝托盤，使乘客帶入的螺絲、鐵釘?shù)入S小孔落下，以減少異物卷入卡阻，降低扶梯的故障率，提升扶梯的運載效率與服務質量。

關鍵詞：自動扶梯；卡異物；后蓋板

因自動扶梯的結構特點與運行特點，在自動扶梯故障類型中，卡異物是較為多發(fā)的故障，在客流量非常大的地鐵車站扶梯中尤為顯著。據(jù)統(tǒng)計，2015年7月-2016年11月期間，廣州地鐵一號線自動扶梯故障中，卡異物的占比達到了44%，為所有故障類型最高，見圖1。

自動扶梯卡異物后的故障后果，主要有完全卡阻導致梳齒板安全開關或扶手帶安全開關動作進行保護性停梯、異物未完全卡阻導致扶梯運行異物與梯級刮擦引起異響，同時異物卡阻后可導致梳齒板斷齒、梯級齒崩斷，嚴重的將引起梯級擠壓變形和扶梯蓋板沖擊移位，可造成乘客人身傷害。廣州地鐵線網2016年扶梯卡異物故障中，有85%的卡異物導致了扶梯停梯，15%的卡異物引起扶梯運行刮擦異響，其中4次卡異物引起梯級變形或損壞。雖然大多數(shù)卡異物引起保護性停梯，未造成嚴重后果，但對于軌道交通行業(yè)而言，停梯對客流運載能力、乘客服務質量、緊急情況下的人員疏散等影響較大，同時引起人員踩踏事故的可能性也較大。因此，對于地鐵自動扶梯卡異物的防范的重要性不言而喻。

1 防卡異物的措施對比

自動扶梯卡異物發(fā)生時，多數(shù)情況下，安全開關能夠及時動作停梯，防止故障影響擴大，未能停梯是由于異物夾雜于縫隙，未能形成引起開關動作的作用力，屬于正常范圍。通過定期維保和加強作業(yè)監(jiān)管等措施，可基本保證安全開關動作的可靠性。因此，防范自動扶梯卡異物應側重考慮預防性措施，即從源頭上防范異物卷入卡阻。

2016全年廣州地鐵線網扶梯所卡異物類型中，螺絲、鐵釘?shù)确欠鎏菟鶎俚慕饘佼愇锱c沙石類雜物占到了56%，（剔除無描述的其他異物則更多）；乘客衣物、鞋跟鞋帶及隨身物等，約共占14%?？梢娫诳紤]防范措施時，應主要針對螺絲、鐵釘、沙石等零碎物品，乘客衣物、高跟鞋等占比不大且較難防范。

基于以上結論，提出以下常用的措施：

（1）重點車站設置隔離樁。為防范乘客攜帶大件行李乘梯，在扶梯進入端加裝固定立柱進行隔離，引導攜帶大件乘客不要乘坐自動扶梯。但該措施只能防止大件行李中的螺絲、鐵釘、碎片等異物掉入扶梯運行范圍，作用相對有限。

（2）鋪設過濾吸納墊。為防范螺絲、沙石、垃圾等零碎物件隨乘客帶入扶梯范圍，在扶梯上下部蓋板上鋪設玄關墊或毛毯，起到清潔、吸納的作用。該措施操作簡便，但需經常性清洗與更換，提高了人力成本，且對整體的視覺效果影響較大。

（3）扶梯蓋板開孔設計。在扶梯入口端的蓋板上開設小孔，下方固定托盤，使乘客帶入的螺絲、鐵釘、沙石等零碎物件隨小孔落下。該措施需對蓋板結構進行改動，前期更換工作量較大，但安裝后清潔維護工作量小，不影響整體美觀性。

針對以上措施，最終選擇第三種方案，進一步進行結構設計與可行性分析。

2 自動扶梯后蓋板防卡異物結構設計

2.1 結構設計

因后蓋板安全穩(wěn)定性好，不存在翻轉風險，且下方為機房或桁架結構，空間較大，可安裝托盤，因此對后蓋板進行開孔。本文以廣州地鐵一號線三菱自動扶梯為例進行結構設計。

三菱自動扶梯的機房在上部。上行扶梯需在下部后蓋板開孔，蓋板位置與結構如圖4所示。下行扶梯需在上部外側第二塊后蓋板開孔，蓋板位置與結構如圖5所示。

測得上部后蓋板外形尺寸為1390×540×20mm3（長×寬×厚），下部后蓋板外形尺寸為1390×670×20mm3。以尺寸較小，結構較為薄弱的上部后蓋板進行分析。結構圖如圖6，底部有7個U型加強肋板結構。開30×10mm2（長×寬）貫穿矩形孔，均勻分布在無肋板的底板中，見圖7。為避免卡住乘客高跟鞋，因此開孔尺寸較小，同時倒圓角R4，避免應力集中。

2.2 強度分析

根據(jù)《GB16899-2011自動扶梯和自動人行道安裝安全規(guī)范》，自動扶梯支承結構設計的所依據(jù)的載荷是自重加上5000N/m2的載荷，對于公共交通型自動扶梯，最大撓度不應大于支承距離l1的1/1000。即要求開孔后的蓋板應能在自重與5×10-3MPa的壓強下，不發(fā)生永久變形，即不發(fā)生強度失效，且撓度不大于1390×1/1000=1.39mm。

在ABAQUS有限元分析軟件中，對開孔前和開孔后的后蓋板建模，該扶梯蓋板材料為碳鋼，取密度為7.9kg/m3，彈性模量E=2×105MPa，泊松比γ=0.3，因后蓋板四邊均支承在扶梯框架或前后蓋板邊緣上，因此設置四邊為固支約束，上表面施加5×10-3MPa的壓強，設置重力載荷，重力加速度9.8m/s2。網格劃分后模型如圖8。求解后查看云圖，最大變形發(fā)生在蓋板中部，為0.107mm，遠小于1.39mm，見圖9。米塞斯應力為σ=66.06MPa，如圖10，碳鋼的屈服強度取σs=235MPa，σ<σs，按照米塞斯屈服準則判定未發(fā)生強度失效。蓋板開孔前的米塞斯應力為σ=60.41MPa，見圖11，可見開孔尺寸較小，對蓋板強度的影響不大。

綜上，以上后蓋板開孔的設計符合要求。

3 結論

本文通過對扶梯蓋板進行開孔的結構設計，實現(xiàn)從源頭上防范螺絲、鐵釘、沙石等異物卷入卡阻，從而減少卡異物導致的扶梯停梯、運行異響、梳齒、梯級損壞甚至危及人身安全，消除隱患，減少事故的發(fā)生，降低扶梯的故障率，以進一步提升扶梯的運載效率與服務質量。在可行性分析上，目前只進行了強度分析，滿足要求，后續(xù)需制作樣件試點運行，觀察該結構設計防卡異物的實際效果。

參考文獻：

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