自动扶梯桁架系统参数化自动建模方法研究

尹晓伟，钱文学，李 龙

（1.沈阳工程学院 机械工程学院，沈阳 110136；2.东北大学 机械工程与自动化学院，沈阳 110189）

0 引言

作为一种运输工具，自动扶梯能够在相对较短的时间内将大量人员运送到楼上或楼下。由于其独特的优势，自动扶梯通常用于人流集中的百货公司，商场，豪华酒店和车站。自动扶梯在建筑物的两层之间使用，它是连续的输送机器，用来往返自动扶梯往返运送乘客[1～3]。

自动扶梯具有明显的优势，因此被广泛使用。自动扶梯运输能力大，可逆转，可上下运行，可连续运输人员，并为乘客提供统一的流量；当发生停电或需要检查部件停止运行时，它们可以用作普通楼梯。与需要预留井道的电梯不同，自动扶梯不需要在建筑物中预留额外的支撑结构；自动扶梯的整体形状非常漂亮，非常现代。它既是交通工具又是建筑的特殊装饰[4～9]。

自动扶梯桁架系统由于需要适应不同的应用场合，因此结构尺寸变化较大，但是其部件主要是工字钢、角钢、槽钢等型材，适宜于程序自动化建模，本文即重点研究基于企业订单的自动化建模技术和和方法。

1 自动扶梯桁架结构

自动扶梯是带有循环运行的梯级，用于向上或向下倾斜输送乘客的固定电力驱动设备，主要由桁架、驱动装置、制动系统、张紧装置、导轨系统、梯级（走道）、链条（或齿条）、扶手装置及各种安全装置所组成。一般自动扶梯结构如图1所示。

图1 自动扶梯模型

自动扶梯金属桁架是自动扶梯的基础构件，通常采用普通型刚（角钢、槽钢及扁钢）或方形与矩形管等焊接而成。其具有安装和支承各个部件、承受各种载荷及连接两个不同楼地面的作用。一般自动扶梯桁架结构如图2所示。

图2 自动扶梯桁架结构

自动扶梯桁架一般由上水平段、下水平段以及直线段组成。通常的桁架有整体焊接桁架和分体焊接桁架两种。为便于制造、起吊和包装运输，企业一般将上水平段和下水平段做成标准段，直线段的长度由提升高度决定，在加工时常做成若干标准直段和非标准直段，依据用户要求的提升高度，分别将他们拼装焊接，最终形成封闭结构的桁架。

自动扶梯的主要技术参数有提升高度、理论输送能力、额定速度、梯级名义宽度、梯级的倾角等。

金属桁架的作用决定了它既要满足一定的刚度，也要满足一定的强度。国家标准规定：对于普通型自动扶梯或人行横道，根据乘客载荷计算或实测的最大挠度，不应超过支承距离的1/750；对于公共交通型自动扶梯或自动人行横道，根据乘客载荷计算或实测的最大挠度，不应超过支承距离的1/1000。

为避免金属桁架的摆动或振动传到建筑物上，在金属结构架的支点与建筑物之间填有减震金属及减震橡胶。

一般地，当金属桁架的提升高度超过6m时，需要金属桁架与建筑物之间安装中间支撑，用来加强金属桁架结构的刚度，它不仅起支撑作用，而且可随桁架的胀和缩自定调节。

2 自动化建模与接口

为了充分利用企业的相关信息，减轻设计人员的工作量，重点考虑自动化建模分析的实现。相比于传统的系统开发，本系统不需要进行复杂参数的输入，不需要手动设置杆件截面信息，生成有限元模型等复杂操作，只需要进行相关扶梯梯种选择、提升高度、倾斜角度等基本桁架参数，便可在数据库中自动调取相关BOM，生成建模及分析相关文件，自动调用建模软件实现自动扶梯桁架的后台计算分析，通过快速计算将计算结果在系统界面上呈现出来，完全实现自动化分析。操作简便，非常适合专业及非专业技术人员上手操作[10～13]。

相关的接口开发使用了C#语言。C#是微软公司发布的一种面向对象的、运行于.NET Framework之上的高级程序设计语言。C#是一种安全的、稳定的、简单的，由C和C++衍生出来的面向对象的编程语言。它在继承C和C++强大功能的同时去掉了一些它们的复杂特性。C#综合了VB简单的可视化操作和C++的高运行效率，以其强大的操作能力、创新的语言特性和便捷的面向组件编程的支持成为。NET开发的首选语言。自动扶梯桁架自动化分析系统流程如图3所示。

图3 扶梯桁架建模分析系统流程

3 程序设计与应用

C#开发出的接口程序能够将分析系统中筛选出的BOM进行读入，通过编写好的算法进行逻辑运算，将BOM中用到的信息进行提取，转化成建模分析所用的参数，保存在几个CSV表格中，包括建模参数、截面尺寸、杆件号和截面号的对应、等效集中力。通过后台调用的批处理模式，将生成好的CSV文件和命令流传递给建模软件，进行批处理计算。由于批处理不需要显示模型的相关的情况，只会在后台运行，避免了用于可视化相关资源的占用，运算速度非常快。计算完成的相应文件会进行输出，并在分析系统上显示相关计算结果。

对于新的建模任务，根据客户的订单信息，输入评审单号、客户名称，进行自动扶梯机种的选择，显示界面如图4所示。创建完任务点击保存，弹出保存确认对话框，并进行保存成功提示，如图5所示。

进入已到达任务窗口，点击创建的任务前面评审单号链接，进入WOF列表，进行参数的输入，包括自动扶梯的选择、扶梯宽度、倾斜角度、室内外区分、桁架出货形式、有无支撑等参数。输入界面如图7所示，参数输入完成后点击保存。

图4 计算建模任务创建

创建任务成功后，刚刚创建的任务的任务信息进入已到达的任务，如图6所示。

图5 计算建模任务创建

图6 已达到任务

任务创建成功后，系统会根据所输入自动扶梯桁架参数进行计算，从数据库中进行选配，进行自动扶梯桁架零部件的组合，需要用到哪些杆件，相对应的图号会根据选配逻辑进行一系列筛选，筛选出所需BOM，针对BOM输出相对应的CSV表数据，表中数据用于ANSYS建模分析。某一扶梯梯形部分物料清单如图8所示。

图7 已达到任务

图8 已达到任务

根据以上用户来料信息，用户需求表，程序会自动计算个部件的结构尺寸，计算过程结束后，通过接口启动CAD任务程序，自动生成相应的三维实体模型，还可以接口自动调取ANSYS进行后台运算分析。

实现后台调用的关键代码如下：

4 结论

自动扶梯系统由于应用场合复杂多样，设计人员的工作量很大，通过开发自动化扶梯桁架建模系统，可以提高工作效率，降低设计人员的劳动强度，提高设计工具的适应性，本文通过设计接口程序，实现了企业订单信息和产品需求参数的自动化读取与计算，基于以上结果，调用三维实体建模软件，完成了模型的自动化建立，以上过程不需要认为干预，完全自动完成，这对于扶梯桁架系统的设计和计算具有一定的参考意义。