梯级滚轮：轮中之王

2023-06-15 历史故事版权反馈

【摘要】：梯级滚轮直接安装在梯级上，因为其为被动轮，因此又称为梯级副轮。室外梯应采用抗水解的聚氨酯梯级滚轮。梯级滚轮在工作中的受力分析如图3-1-15所示，P为梯级滚轮所受载荷，Py和Px为该压力在垂直及水平方向上的分力。当发生这些损坏时，滚轮均需进行更换。

梯级滚轮直接安装在梯级上，因为其为被动轮，因此又称为梯级副轮。

1.滚轮的种类

滚轮按其基本结构、轮缘材料和所采用的轴承不同，可分为多个种类。

如图3-1-13a所示，只有轮胎和轴承组成的滚轮，称为一体式滚轮。如图3-1-13b所示，由轮胎、轮毂和轴承组成的滚轮，称为轮毂式滚轮。

图3-1-13 滚轮的结构种类

a）一体式滚轮 b）轮毂式滚轮

（1）一体式滚轮这种结构的滚轮的轮缘材料一般使用聚氨酯，直接用注塑机压注在滚动轴承上成型。这种滚轮结构简单，造价低，由于承载能力也相对低，一般只在普通扶梯上使用。

（2）轮毂式滚轮轮毂式滚轮的轮毂一般采用工程塑料或铝合金材料，也有采用钢材制造的。滚轮的轴承一般采用滚动轴承。

由于金属轮毂有较强的承载能力，这种结构的滚轮多应用在公共交通型扶梯上。但随着材料工业的不断进步，非金属材料的力学性能的提高，采用非金属材料轮毂的滚轮，在公共交通型扶梯上也开始逐渐使用。

2.滚轮的轮缘材料与轴承

（1）轮缘的材料滚轮的轮缘通常使用橡胶或聚氨酯。

聚氨酯可分为不抗水解和抗水解两种。不抗水解的聚氨酯梯级滚轮，只能用于室内梯。室外梯应采用抗水解的聚氨酯梯级滚轮。但也有的扶梯产品，不论室内梯或室外梯均采用抗水解的聚氨酯梯级滚轮，以提高滚轮的使用寿命。

橡胶滚轮的轮胎一般采用抗水、抗油性和耐磨性都比较好的丁腈橡胶，可同时用于室内或室外。但由于其耐磨性的限制，其使用寿命相对于聚氨酯材料较短。但橡胶滚轮弹性好，有利于降低梯级在运行时的跳动和噪声。

（2）轴承自动扶梯的滚轮，一般都采用免维护的密封滚珠轴承，这是一种传统型的结构。室外梯的轴承则需要是防水型的密封滚珠轴承，为了防止泥沙进入轴承，滚轮的外壳上还需要有密封盖。

近年来市场上出现了一种采用滑动轴承的简易滚轮（图3-1-14）。滑动轴承用非金属材料制造，由于造价低，某些厂家将其用在低提升高度的普通扶梯上。滚轮的工作寿命很大程度上取决于轴承的工作寿命，因为滚轮的轴承无专门润滑，因此其工作寿命难以与传统型的滚轮相比。

3.滚轮的技术参数

梯级滚轮的技术参数包括：轮子的外径、宽度、适用速度。

梯级滚轮的工作特点是运行转速不高，但需承受较大的工作载荷，同时需要有较长的工作寿命，因此梯级滚轮需要有一定的直径和宽度，以承受来自梯级的压力。滚轮在工作中承受的压力称为轮压。

梯级滚轮在工作中的受力分析如图3-1-15所示，P为梯级滚轮所受载荷，P_y和P_x为该压力在垂直及水平方向上的分力。

图3-1-14 采用滑动轴承的滚轮

图3-1-15 梯级滚轮的受力分析

在工作中，梯级滚轮主要承受的是梯级自重和部分乘客载荷（梯级链的重量由梯级链滚轮承受），其中梯级自重由梯级上的4个滚轮平均承受，乘客载荷则是约65%作用在梯级滚轮上（由人在梯级上站立的习惯性位置引起），因此每个梯级滚轮所承受的载荷是1/4的梯级自重和约32.5%的乘客载荷，对轮压P_y的计算可参考第五章第二节对梯级滚轮施加给导轨的压力F₂的计算方法。在对滚轮轮压的计算中，乘客载荷一般需要按5000N/m²（单位投影面积上的静载荷）考虑。

许用轮压与扶梯的速度、轮缘材质以及滚轮的设计工作寿命有关。在正常使用条件下，梯级滚轮的工作寿命通常为12～15年。

一般在轮缘采用橡胶或聚氨酯条件下，不同额定速度下允许的轮压需根据不同的材料、不同的结构，在设计的时候针对不同的工况进行核算。

采用大尺寸的滚轮能减小轮压，从而提高滚轮的工作寿命，但由于自动扶梯桁架结构空间的限制，梯级滚轮不可能做得很大，直径一般为60～100mm，常用的是70～80mm、宽度为20～30mm。大于100mm的滚轮只有在特大提升高度的扶梯或重载型扶梯上才使用。

4.滚轮的疲劳试验

为了确保滚轮有较长的工作寿命，在我国的特种设备安全技术规范中，专门有滚轮的型式试验细则（TSG T7027—2005《自动扶梯自动人行道滚轮型式试验细则》），规定自动扶梯的滚轮需要进行疲劳试验。

疲劳试验是在专门的设备上进行的，是对梯级滚轮施加一定的压力，在摩擦轮的带动下以一定的速度滚动。但TSG T7027—2005《自动扶梯自动人行道滚轮型式试验细则》对试验的压力、速度和试验时间并无具体规定，需要由滚轮的生产厂家提供。表3-1-1是由某厂家给出的试验技术指标。

表3-1-1 梯级滚轮试验技术指标

5.滚轮的受损类型及更换条件

滚轮的损坏可分为轴承损坏、轮毂爆裂、轮缘剥离及轮胎开裂（龟裂）几种情况。当发生这些损坏时，滚轮均需进行更换。

（1）轴承损坏常由于轴承密封盖密封不良，造成粉尘、泥土、沙土等小颗粒进入轴承内引起磨损，使滚珠破损，或由于轴承内的润滑油脂过少，使滚珠在轴承内长期进行干摩擦而损坏。

（2）轮毂爆裂常见于早期用非金属制造的滚轮，受限于当时材料的性能。近期，由于工业水平的进步及更多高性能非金属材料的应用，轮毂爆裂的现象较少出现。

（3）轮缘剥离轮缘剥离是最常见的滚轮失效现象之一。轮缘与轮毂或轮缘与轴承（对一体式滚轮而言）是两种不同的材料，如何令两种不同的材料在滚轮的使用周期中牢固地结合在一起，是滚轮制造的关键技术，因此需要在黏胶，配方选择和注射工艺上均有严格的性能参数要求。

（4）轮胎开裂（龟裂）轮胎开裂（龟裂）通常是由于滚轮在使用过程中吸收空气中的水分而造成的。因此，需要采用抗水解的轮缘材料，以防止其开裂。特别是对于室外使用的自动扶梯和靠近海洋、环境湿度较大的地区，对轮胎的使用材料尤为敏感。

梯级滚轮：轮中之王

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