自动扶梯桁架_自动扶梯桁架结构设计的探讨
时间：2019-03-31 03:23:14 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：自动扶梯桁架结构设计一般从强度和刚度两方面入手，通过CAD软件(AUTOCAD,PRO/E等)对自动扶梯桁架进行草绘和建模，然后利用应力线图或有限元软件工具进行强度和挠度计算，从而大大提高自动扶梯的设计效率。
关键词：PRO/E；自动扶梯；应力线图；有限元
Abstract: the escalator truss structure design general from the two aspects of strength and rigidity, through the CAD software (AUTOCAD, PRO/E) on escalators truss for rough and modeling, and by using the finite element software tools chart or stress strength and deflection
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
引言：自动扶梯桁架是一种尺寸多变但结构相似的钢架结构，其主体结构比较单一，但主要尺寸随着现场土建跨距和楼高的变化而变化，桁架结构尺寸需在现场土建尺寸确认后再进行设计，避免造成扶梯尺寸与土建不匹配，同时又需要保证现场工期。故必须有一套快速可靠的桁架结构设计方法．本文在现有的扶梯技术基础上，介绍自动扶梯桁架结构设计和强度分析的方法。
1.自动扶梯结构承载特点
自动扶梯所承受载荷主要有：
1.1自重载荷：包括梯级、梯级链、梯路导轨系统、驱动装置、张紧装置、栏杆扶手装置和桁架结构等若干部件的自重。根据实际的受载情况分别以集中力和均布力的形式作用在结构体上。
1.2乘客载荷：根据《GB16899-2011》要求，桁架结构的设计载荷应为5 000 N／m2，以梯级承载工作面的名义宽度1000mm，扶梯跨距13m的自动扶梯计算，乘客载荷约为6500kg，该载荷为均布力，在此力作用下，乘客载荷不需增加动载系数。而桁架结构在此载荷下的最大挠度不应大于支撑距离的1/750.
1.3偏载载荷：在使用自动扶梯的公共场所，有可能发生一些意外事件。对于乘客而言，有可能集中于自动扶梯的某一侧，由此产生了与上述各种载荷性质不同的偏载载荷。这是一种在极限状态下的载荷分布形式。在实际桁架结构设计时可不作考虑。
2.自动扶梯桁架结构的受力特点
自动扶梯桁架中的各杆件受力均以单向拉、压为主，通过对上下弦杆和腹杆的合理布置，可适应结构内部的弯矩和剪力分布。由于水平方向的拉、压内力实现了自身平衡，整个结构不对两端支撑产生水平推力。在抗弯方面，由于将受拉与受压的截面集中布置在上下两端，增大了内力臂，使得以同样的材料用量，实现了更大的抗弯强度。在抗剪方面，通过合理布置腹杆，能够将剪力逐步传递给两端支撑。这样无论是抗弯还是抗剪，桁架结构都能够使材料强度得到充分发挥。
3.自动扶梯桁架的结构设计
自动扶梯桁架由上水平段、下水平段和倾斜段组成，形状类似于拉长的“Z”字，一般先进行总体布局图设计（LAYOUT图，见图1）,然后根据LAYOUT图尺寸赋予材料及相关结构设计即可得到桁架结构，见图2。总体结构完成后即可进行强度和挠度验算。
4.自动扶梯桁架的强度计算方法
自动扶梯桁架强度计算一般采用应力线图法和有限元分析方法。
4.1应力线图法
应力线图法是一只绘图分析方法，可比较直观的反映桁架内部各弦杆的内力，但该方法分析过程较为繁琐，工作量较大。首先需将桁架上所受的各种载荷（均布载荷、集中载荷） 转换至桁架各节点上，然后利用力矩分析法计算桁架两端支撑反力。根据计算的支反力、桁架各节点上的载荷和桁架尺寸图即可利用CAD软件绘制桁架应力线图，该图上各线段的长度即为该弦杆的内力大小。应力线图样式见图3。不足之处是该方法无法计算挠度，还需借助其它工具。
图3 应力线图
4．2 有限元分析方法
有限元分析是使用有限元方法来分析静态或动态的物理物体或物理系统。在这种方法中一个物体或系统被分解为由多个相互联结的、简单、独立的点组成的几何模型。在这种方法中这些独立的点的数量是有限的，因此被称为有限元。由实际的物理模型中推导出来得平衡方程式被使用到每个点上，由此产生了一个方程组。这个方程组可以用线性代数的方法来求解。工程实际中一般采用有限元分析软件（例如PRO/E等）完成。
首先需进行桁架模型建立，该模型可通过CAD软件绘制然后导入PRO/E中，也可直接通过PRO/E绘制，模型绘制时一般不需绘出桁架的完整结构，而是绘出简化的线条图形，然后通过PRO/E中的梁理想化赋予每根线条材料和截面参数，可大大节省计算时间。材料和截面参数确定后即可按照实际桁架所受的载荷进行加载和约束。进行强度分析时施加的载荷为自动扶梯自重加乘客载荷，而进行挠度分析时施加的载荷为乘客载荷即可。相比应力线图法，有限元分析法可更加快速，直观的反映桁架的应力和挠度大小，在实际工程中使用更加广泛。自动扶梯桁架使用PRO/E有限元分析过程如图4。
5.自动扶梯桁架强度提升方法
通过工程实际中的桁架结构设计及强度验算，一般有以下几种方式可提高桁架强度：1.增加中间支撑，减小跨距；2.增加弦杆截面积。3.增加桁架深度。对于大跨距而无中间支撑的扶梯优先采用增加桁架深度的方式，在同样的强度要求下可节省材料成本。
结束语:本文通过介绍自动扶梯桁架结构特点及强度分析方法，描述了结构设计及强度分析过程，对提高自动扶梯的设计效率具有重要的应用价值。随着国民经济日益发展,生产经营和日常生活中,自动扶梯将会得到更加广泛的应用，只有不断加强学习，掌握事物发展的规律，才能使它为我们提供高效、快捷和舒适的工作和生活环境，更好地为经济建设服务。
【参考文献】
［１］朱昌明.电梯与自动扶梯[M].上海交通大学出版社,2005
［２］田晨.电梯运行的技术因素[J].山东大学出版社,2004.
［３］李频.虚拟装配技术在自动扶梯上的应用[J].节能,2004
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
