自动扶梯后盖板防卡异物结构设计

刘灿

摘 要：自动扶梯卡异物故障在所有故障类型中占比最高，会造成保护性停梯、梳齿、梯级损坏以及客流运载能力下降、影响人员疏散等后果，甚至危及人身安全，本文提出了一种扶梯后盖板开孔设计方案，通过在入口端的盖板上开设小孔，下方安装托盘，使乘客带入的螺丝、铁钉等随小孔落下，以减少异物卷入卡阻，降低扶梯的故障率，提升扶梯的运载效率与服务质量。

关键词：自动扶梯；卡异物；后盖板

因自動扶梯的结构特点与运行特点，在自动扶梯故障类型中，卡异物是较为多发的故障，在客流量非常大的地铁车站扶梯中尤为显著。据统计，2015年7月-2016年11月期间，广州地铁一号线自动扶梯故障中，卡异物的占比达到了44%，为所有故障类型最高，见图1。

自动扶梯卡异物后的故障后果，主要有完全卡阻导致梳齿板安全开关或扶手带安全开关动作进行保护性停梯、异物未完全卡阻导致扶梯运行异物与梯级刮擦引起异响，同时异物卡阻后可导致梳齿板断齿、梯级齿崩断，严重的将引起梯级挤压变形和扶梯盖板冲击移位，可造成乘客人身伤害。广州地铁线网2016年扶梯卡异物故障中，有85%的卡异物导致了扶梯停梯，15%的卡异物引起扶梯运行刮擦异响，其中4次卡异物引起梯级变形或损坏。虽然大多数卡异物引起保护性停梯，未造成严重后果，但对于轨道交通行业而言，停梯对客流运载能力、乘客服务质量、紧急情况下的人员疏散等影响较大，同时引起人员踩踏事故的可能性也较大。因此，对于地铁自动扶梯卡异物的防范的重要性不言而喻。

1 防卡异物的措施对比

自动扶梯卡异物发生时，多数情况下，安全开关能够及时动作停梯，防止故障影响扩大，未能停梯是由于异物夹杂于缝隙，未能形成引起开关动作的作用力，属于正常范围。通过定期维保和加强作业监管等措施，可基本保证安全开关动作的可靠性。因此，防范自动扶梯卡异物应侧重考虑预防性措施，即从源头上防范异物卷入卡阻。

2016全年广州地铁线网扶梯所卡异物类型中，螺丝、铁钉等非扶梯所属的金属异物与沙石类杂物占到了56%，（剔除无描述的其他异物则更多）；乘客衣物、鞋跟鞋带及随身物等，约共占14%。可见在考虑防范措施时，应主要针对螺丝、铁钉、沙石等零碎物品，乘客衣物、高跟鞋等占比不大且较难防范。

基于以上结论，提出以下常用的措施：

（1）重点车站设置隔离桩。为防范乘客携带大件行李乘梯，在扶梯进入端加装固定立柱进行隔离，引导携带大件乘客不要乘坐自动扶梯。但该措施只能防止大件行李中的螺丝、铁钉、碎片等异物掉入扶梯运行范围，作用相对有限。

（2）铺设过滤吸纳垫。为防范螺丝、沙石、垃圾等零碎物件随乘客带入扶梯范围，在扶梯上下部盖板上铺设玄关垫或毛毯，起到清洁、吸纳的作用。该措施操作简便，但需经常性清洗与更换，提高了人力成本，且对整体的视觉效果影响较大。

（3）扶梯盖板开孔设计。在扶梯入口端的盖板上开设小孔，下方固定托盘，使乘客带入的螺丝、铁钉、沙石等零碎物件随小孔落下。该措施需对盖板结构进行改动，前期更换工作量较大，但安装后清洁维护工作量小，不影响整体美观性。

针对以上措施，最终选择第三种方案，进一步进行结构设计与可行性分析。

2 自动扶梯后盖板防卡异物结构设计

2.1 结构设计

因后盖板安全稳定性好，不存在翻转风险，且下方为机房或桁架结构，空间较大，可安装托盘，因此对后盖板进行开孔。本文以广州地铁一号线三菱自动扶梯为例进行结构设计。

三菱自动扶梯的机房在上部。上行扶梯需在下部后盖板开孔，盖板位置与结构如图4所示。下行扶梯需在上部外侧第二块后盖板开孔，盖板位置与结构如图5所示。

测得上部后盖板外形尺寸为1390×540×20mm3（长×宽×厚），下部后盖板外形尺寸为1390×670×20mm3。以尺寸较小，结构较为薄弱的上部后盖板进行分析。结构图如图6，底部有7个U型加强肋板结构。开30×10mm2（长×宽）贯穿矩形孔，均匀分布在无肋板的底板中，见图7。为避免卡住乘客高跟鞋，因此开孔尺寸较小，同时倒圆角R4，避免应力集中。

2.2 强度分析

根据《GB16899-2011自动扶梯和自动人行道安装安全规范》，自动扶梯支承结构设计的所依据的载荷是自重加上5000N/m2的载荷，对于公共交通型自动扶梯，最大挠度不应大于支承距离l1的1/1000。即要求开孔后的盖板应能在自重与5×10-3MPa的压强下，不发生永久变形，即不发生强度失效，且挠度不大于1390×1/1000=1.39mm。

在ABAQUS有限元分析软件中，对开孔前和开孔后的后盖板建模，该扶梯盖板材料为碳钢，取密度为7.9kg/m3，弹性模量E=2×105MPa，泊松比γ=0.3，因后盖板四边均支承在扶梯框架或前后盖板边缘上，因此设置四边为固支约束，上表面施加5×10-3MPa的压强，设置重力载荷，重力加速度9.8m/s2。网格划分后模型如图8。求解后查看云图，最大变形发生在盖板中部，为0.107mm，远小于1.39mm，见图9。米塞斯应力为σ=66.06MPa，如图10，碳钢的屈服强度取σs=235MPa，σ<σs，按照米塞斯屈服准则判定未发生强度失效。盖板开孔前的米塞斯应力为σ=60.41MPa，见图11，可见开孔尺寸较小，对盖板强度的影响不大。

综上，以上后盖板开孔的设计符合要求。

3 结论

本文通过对扶梯盖板进行开孔的结构设计，实现从源头上防范螺丝、铁钉、沙石等异物卷入卡阻，从而减少卡异物导致的扶梯停梯、运行异响、梳齿、梯级损坏甚至危及人身安全，消除隐患，减少事故的发生，降低扶梯的故障率，以进一步提升扶梯的运载效率与服务质量。在可行性分析上，目前只进行了强度分析，满足要求，后续需制作样件试点运行，观察该结构设计防卡异物的实际效果。

参考文献：

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