劉燦

摘 要：自動(dòng)扶梯卡異物故障在所有故障類型中占比最高，會(huì)造成保護(hù)性停梯、梳齒、梯級(jí)損壞以及客流運(yùn)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(shè)計(jì)方案，通過在入口端的蓋板上開設(shè)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(yùn)載效率與服務(wù)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)扶梯；卡異物；后蓋板

因自動(dòng)扶梯的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與運(yùn)行特點(diǎn)，在自動(dòng)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(jì)，2015年7月-2016年11月期間，廣州地鐵一號(hào)線自動(dòng)扶梯故障中，卡異物的占比達(dá)到了44%，為所有故障類型最高，見圖1。

自動(dòng)扶梯卡異物后的故障后果，主要有完全卡阻導(dǎo)致梳齒板安全開關(guān)或扶手帶安全開關(guān)動(dòng)作進(jìn)行保護(hù)性停梯、異物未完全卡阻導(dǎo)致扶梯運(yùn)行異物與梯級(jí)刮擦引起異響，同時(shí)異物卡阻后可導(dǎo)致梳齒板斷齒、梯級(jí)齒崩斷，嚴(yán)重的將引起梯級(jí)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(wǎng)2016年扶梯卡異物故障中，有85%的卡異物導(dǎo)致了扶梯停梯，15%的卡異物引起扶梯運(yùn)行刮擦異響，其中4次卡異物引起梯級(jí)變形或損壞。雖然大多數(shù)卡異物引起保護(hù)性停梯，未造成嚴(yán)重后果，但對于軌道交通行業(yè)而言，停梯對客流運(yùn)載能力、乘客服務(wù)質(zhì)量、緊急情況下的人員疏散等影響較大，同時(shí)引起人員踩踏事故的可能性也較大。因此，對于地鐵自動(dòng)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(dòng)扶梯卡異物發(fā)生時(shí)，多數(shù)情況下，安全開關(guān)能夠及時(shí)動(dòng)作停梯，防止故障影響擴(kuò)大，未能停梯是由于異物夾雜于縫隙，未能形成引起開關(guān)動(dòng)作的作用力，屬于正常范圍。通過定期維保和加強(qiáng)作業(yè)監(jiān)管等措施，可基本保證安全開關(guān)動(dòng)作的可靠性。因此，防范自動(dòng)扶梯卡異物應(yīng)側(cè)重考慮預(yù)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(wǎng)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(shí)，應(yīng)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(jié)論，提出以下常用的措施：

（1）重點(diǎn)車站設(shè)置隔離樁。為防范乘客攜帶大件行李乘梯，在扶梯進(jìn)入端加裝固定立柱進(jìn)行隔離，引導(dǎo)攜帶大件乘客不要乘坐自動(dòng)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(yùn)行范圍，作用相對有限。

（2）鋪設(shè)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(shè)玄關(guān)墊或毛毯，起到清潔、吸納的作用。該措施操作簡便，但需經(jīng)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(shè)計(jì)。在扶梯入口端的蓋板上開設(shè)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(jié)構(gòu)進(jìn)行改動(dòng)，前期更換工作量較大，但安裝后清潔維護(hù)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(jìn)一步進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與可行性分析。

2 自動(dòng)扶梯后蓋板防卡異物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

因后蓋板安全穩(wěn)定性好，不存在翻轉(zhuǎn)風(fēng)險(xiǎn)，且下方為機(jī)房或桁架結(jié)構(gòu)，空間較大，可安裝托盤，因此對后蓋板進(jìn)行開孔。本文以廣州地鐵一號(hào)線三菱自動(dòng)扶梯為例進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

三菱自動(dòng)扶梯的機(jī)房在上部。上行扶梯需在下部后蓋板開孔，蓋板位置與結(jié)構(gòu)如圖4所示。下行扶梯需在上部外側(cè)第二塊后蓋板開孔，蓋板位置與結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)較為薄弱的上部后蓋板進(jìn)行分析。結(jié)構(gòu)圖如圖6，底部有7個(gè)U型加強(qiáng)肋板結(jié)構(gòu)。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(shí)倒圓角R4，避免應(yīng)力集中。

2.2 強(qiáng)度分析

根據(jù)《GB16899-2011自動(dòng)扶梯和自動(dòng)人行道安裝安全規(guī)范》，自動(dòng)扶梯支承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(dòng)扶梯，最大撓度不應(yīng)大于支承距離l1的1/1000。即要求開孔后的蓋板應(yīng)能在自重與5×10-3MPa的壓強(qiáng)下，不發(fā)生永久變形，即不發(fā)生強(qiáng)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(shè)置四邊為固支約束，上表面施加5×10-3MPa的壓強(qiáng)，設(shè)置重力載荷，重力加速度9.8m/s2。網(wǎng)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(yuǎn)小于1.39mm，見圖9。米塞斯應(yīng)力為σ=66.06MPa，如圖10，碳鋼的屈服強(qiáng)度取σs=235MPa，σ<σs，按照米塞斯屈服準(zhǔn)則判定未發(fā)生強(qiáng)度失效。蓋板開孔前的米塞斯應(yīng)力為σ=60.41MPa，見圖11，可見開孔尺寸較小，對蓋板強(qiáng)度的影響不大。

綜上，以上后蓋板開孔的設(shè)計(jì)符合要求。

3 結(jié)論

本文通過對扶梯蓋板進(jìn)行開孔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)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(dǎo)致的扶梯停梯、運(yùn)行異響、梳齒、梯級(jí)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(jìn)一步提升扶梯的運(yùn)載效率與服務(wù)質(zhì)量。在可行性分析上，目前只進(jìn)行了強(qiáng)度分析，滿足要求，后續(xù)需制作樣件試點(diǎn)運(yùn)行，觀察該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)防卡異物的實(shí)際效果。

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