自动扶梯梯级固定卡扣受力分析及结构优化研究

王立志

东芝电梯（中国）有限公司 辽宁沈阳 110168

随着人们生活水平的提高，人们对于自动扶梯产品的要求变得更加多样，所以对于自动扶梯的制造和生产提出了更高的要求，尤其是在自动扶梯产品的安全性上，要通过对梯级固定卡扣的受力分析和结构优化来实现对梯级固定卡扣的优化设计，并从中找出最为合理的结构优化方法，切实提升自动扶梯产品的安全性，为人们的生命安全带来有力的保障[1]。

1 梯级固定卡扣的工作原理

自动扶梯的设计生产过程中，最初的产量每年大概在二十台左右，所应用的结构以及设计的想法都相对单调，结构本身并没有相应的改进空间，制作工艺也十分的传统，所采用的仍然是手工作业方式，在人员培训的方面仍然采用以老带新的方法。国外自动扶梯最具代表性的是德国的蒂森克鲁勃汉堡工厂，其装配效率很高且精度具有保障。我国引入德国激光拼接技术后虽然技术上有了较大的改善，但成本相对较高。在自动扶梯生产的过程中，梯级固定卡扣的制造是非常重要的，直接决定了整个自动扶梯的安全性能。从目前的情况来看，一般是采用卡扣或者衬套这两种方式来实现对自动扶梯的梯级固定，第一种方式是利用衬套来固定自动扶梯的梯轴，使得梯级以轴为中心来进行运转，或者运用卡扣来对梯级进行有效的固定，防止其出现移动的情况。梯级固定卡扣的工作原理就是通过对螺母螺栓中存在的预紧力来减少其中的结构变形，使得卡扣能够在轴中拧紧，通过两侧的卡扣就能够实现梯级在轴中的有效固定，避免其出现移动的情况。根据实际运行过程中所反馈的信息，梯级卡扣出现松动的原因主要包括以下几个方面：首先是其中的螺母螺栓缺乏足够的夹紧力，没有实现科学的螺栓选取。其次，所选用的卡扣质地较硬，拧紧后没有达到预期的效果，导致了卡扣无法抱紧梯级轴。最后，卡扣在具体的工作当中没能过达到相应的拧紧力矩，且会在后续投入使用时出现振动的情况，从而导致螺纹的松动[2]。

2 梯级固定卡扣的受力分析

上文提到了梯级固定卡扣的工作原理是采用螺母和螺栓的预紧力，使得卡扣开头结构能够抱紧梯级轴，所选优的卡扣材质应该具备较强的塑性和韧性，并且容易变形。一般情况下会采用冷轧低碳钢板和钣金来作为材料，在对卡扣受力分析的过程中所选择的是10#钢作为案例材料，通过相关的分析软件来对其受力进行分析，参考最后得出的结果来对材质选择的合理性进行准确的判断。首先要做的是边界条件以及三维模型的设定，卡扣材料属性中，弹性模量一般为两百兆帕，泊松比为零点二九，屈服强度为两百六十兆帕，在模拟实际状况时采用内圆铰链约束及中心固定约束这两种方式。结合实际的工作情况来对模型进行分析和求解，从而得到卡扣的受力分布，通过结果可能得知卡扣工作面受力较大，能够达到所用材料的屈服极限，应力达到了两百八十兆帕，小于极限的抗拉强度。在实际的运行过程中卡扣所应用的材料虽然会发生塑性的变形情况，但却没受到任何破坏，证明所选择的材料是合理的，能够达到设计的相关要求[3]。

3 梯级固定卡扣的结构优化

从上文的内容可知，当前梯级固定卡扣中容易发生来的问题是螺母可能会发生旋转的情况，这样一来螺母内壁就会和螺纹之间出现摩擦的情况，之所以会出现这样的问题，是因为梯级固定卡扣拧矩没能够达到要求。通过对结构进行分析可知，之前所设计的卡扣螺母只是在单边固定钣金台阶当中，而另一边并未具备定位的作用。在拧紧螺栓的过程中，要降低梯级固定卡扣的开口，使其结构发生变形，螺母和螺栓都向外侧进行移动，使得螺母和台阶之间出现脱离进而旋转的情况[4]。通过对结构的分析来实现对梯级固定卡扣结构的优化，并在这个过程中将台阶面设计成为具备更强固定功能的凹凸台面。通过对其进行改进以后，梯级固定卡扣能够改善之前设计中存在的问题，通过凹凸台面结构的增加，使得螺栓螺母的固定效果变得更好，防止在卡扣被拧紧之后再次出现的变形情况。在对梯级固定卡扣的优化效果进行检验，需要采用夹紧力实验的方法来完成测试，对新设计的梯级固定卡扣夹紧力与老设计的梯级固定卡扣夹紧力进行比对，利用拧紧力来将卡扣拧紧固定到梯级轴当中，并放入到相关的工装内部，运用压力装置来对推理进行测试，通过逐步增加压力来对卡扣移动情况进行观察，通过最终的测试结果能够看出，之前所设计的卡扣移动距离要远远大于优化后的固定卡扣移动距离，可见对梯级固定卡扣的结构优化效果非常好[5]。

4 结语

本文对于自动扶梯中的梯级固定卡扣所应用的工作原理进行阐述，并对当前梯级固定卡扣设计中存在的问题进行了分析，进而对其进行针对性的设计优化处理，通过对比新梯级固定卡扣和老梯级固定卡扣的对比能够发现，新设计的卡扣有着更强的夹紧力，大大降低梯级的移动风险，从而提升自动扶梯的安全程度。通过对固定卡扣的结构进行优化，使得梯级固定卡扣的应用范围更广，能够在很多其他的工程当中得到有效的应用。