如何校核工作导轨的强度？

2023-06-15 历史故事版权反馈

【摘要】：导轨需要有足够的强度和刚度，以下介绍以有限元分析法进行强度校核的一般方法。由于自动扶梯在运行中，梯级轮对导轨重复施加载荷，因此强度分析主要是对导轨进行疲劳评价。

导轨需要有足够的强度和刚度，以下介绍以有限元分析法进行强度校核的一般方法。

1.倾斜直线区段工作导轨强度校核

对于倾斜直线区段工作导轨强度校核，一般来说应该选择支架距离最长、受力情况最恶劣、结构最薄弱的导轨进行校核。

（1）倾斜直线区段工作导轨的通用条件

1）导轨支架间距最大值L；

2）每个梯级的自重W_s；

3）一个梯级距的梯级链重量W_c；

4）一个梯级承载的人的载荷W。

（2）截面形状倾斜直线区段主、副轮工作导轨截面形状如图5-2-2所示。下面将以此为例进行分析。

图5-2-2 倾斜直线区段主、副轮工作导轨截面形状

（3）约束条件将4块梯级上乘客载荷相加（形式Ⅰ）与全部梯级上乘客载荷相加（形式Ⅱ）作为约束条件进行评价。

形式Ⅰ：如图5-2-3a所示，L是两个导轨支承点之间的距离，t是梯级距（即两个主轮之间的距离），此时在导轨支架间的中部，产生最大的应力和挠度。

图5-2-3 载荷条件和约束条件

a）形式Ⅰ b）形式Ⅱ

形式Ⅱ：如图5-2-3b所示，L是导轨两个支承点的中部间距，图示中的导轨的支承点位于中部，此时导轨支承部产生最大的应力。其最大挠度比形式Ⅰ的小。

（4）载荷条件梯级自重的载荷W_s均等作用于4个滚轮上；一个梯节距上的梯级链重量的载荷W_c均等作用于两个主轮上；根据人机工程原理，35%乘客载荷W均等作用在两个主轮上，65%乘客载荷W均施加给两个副轮。即

梯级主轮施加给主轮导轨的载荷

梯级副轮施加给副轮导轨的载荷

式中 W_s——梯级自重的载荷，单位为N；

W_c——一个梯节距上梯级链重量的载荷，单位为N；

W——乘客载荷，单位为N。

（5）建模进行解析（以下计算基于Simulation平台）对跨距为L且存在驳接位的倾斜直线区段工作导轨进行建模，并对其进行前处理，如图5-2-4所示即：

1）约束条件：固定有支架板的部位；

2）接触条件：考虑导轨和连接部件的接触（确定摩擦因数μ）；

3）螺栓固定条件：驳接位导轨与连接板使用螺栓固定。

（6）模型有限元网格化并运行解析网格化结果如图5-2-5所示。

（7）解析结果评价

1）强度分析结果判定。由于自动扶梯在运行中，梯级轮对导轨重复施加载荷，因此强度分析主要是对导轨进行疲劳评价。导轨强度的判定条件是，相对于导轨材料疲劳极限的安全系数应为1.3以上（自动扶梯的导轨一般采用的是普通钢材如Q235A，其弯曲疲劳极限为210MPa）。

2）挠度分析结果判定。因GB 16899—2011中未对导轨的挠度进行要求，各生产厂都有自己的标准，对普通型自动扶梯一般是以不影响梯级正常运行及乘客舒适感为准。一般要求在3000N/m²的静载条件下，导轨的计算弯曲量控制在不大于1mm。在进行挠度分析时，梯级上的乘客载荷应按3000N/m²考虑。

2.强度计算方法总结

通过上述倾斜部直线段导轨强度计算过程，总结采用有限元分析的方法和步骤如下：

1）确定应力和挠度最大时的结构位置；

2）建模型；

3）确定约束条件；

4）确定载荷条件；

图5-2-4 驳接部导轨载荷条件

L₁—驳接段导轨长度 L₂—驳接位至导轨支承位的距离

图5-2-5 模型有限元网格化

图5-2-6 梯级主轮负载方式

5）进行有限元网格化；

6）运行分析；

7）查看分析结果，并对结果做出判定。

3.上曲线区段工作导轨强度计算

（1）受力分析在前进侧上曲线区域段，主轮工作导轨不仅要承载梯级及链条自重及乘客载荷，还需承受梯级链张紧力通过梯级主轮作用在上曲线段产生的法向力，如图5-2-6中的箭头所示。这个法向力的值随扶梯提升高度而增加，并随导轨曲率半径变小而变大。

要减少上曲线区段主轮导轨对梯级主轮的支承力有两种方法：一种是增大导轨曲率半径；另一种是将一个单元的链条张力和一个梯级的主轮载荷分散至多个点上。由于第一种方式会增大自动扶梯桁架空间，导致自动扶梯制造成本增加，因此通常采用将主轮载荷分散的方法来解决。

对于滚轮外置链条，通常通过在曲线段设置卸载导轨（也称链导轨），将主轮抬起脱离导轨，只有梯级链的滚柱与卸载导轨接触，从而将主轮上的法向力转移到链条的滚柱上，此时主轮是脱离导轨面而不受力的，这样主轮导轨的受力情况得到改善，主轮得到保护，同时扶梯上曲线区段的工作导轨的曲率半径就可以相对减小，如图5-2-7所示。