自动扶梯梯级碰撞研究与有限元分析.pdf

信息技术封高歌等自动扶梯梯级碰撞研究与有限元分析基金项目:上海市技术标准专项()第一作者简介:封高歌()男安徽蚌埠人硕士研究生研究方向为特种设备检测、机电设备优化设计.:./.自动扶梯梯级碰撞研究与有限元分析封高歌王晨刘小畅张延斌欧阳惠卿(上海市特种设备监督检验技术研究院上海)摘 要:为研究自动扶梯梯级碰撞失效原因及由于碰撞可能引起的梯级失效模式及危害程度对国内典型的梯级样品进行结构分析 以铝合金材料为基础通过对梯级装配体的三维模型和梯级的力学有限元分析计算梯级的应力和挠度位移形变得出梯级的屈服强度最大静应力和最大位移挠度断口可能发生的位置 为制定相应的保养和安全管理规范提供理论依据关键词:自动扶梯梯级碰撞静载试验有限元分析中图分类号:文献标志码:文章编号:()():.:引言 年美国奥的斯电梯公司在纽约州制造出第一条有水平梯级、扶手和梳齿板的电动扶梯至今已经有一百多年的历史 电动扶梯最先进入中国是 年当时上海的大新百货公司安装了两台奥的斯单人电动扶梯连接地面至二楼和二楼到三楼开创了中国拥有自动扶梯的历史 随着自动扶梯的普及仅上海地铁公共交通领域就拥有自动扶梯近 台并且随着新地铁线路的不断延伸数量还在继续增加 据统计 这些自动扶梯乘客的输送量已超过 万人次/天显然扶梯已经成为城市公共交通重要的组成和城市安全运行的重要保障 年 月 日上海市地铁 号线静安寺站一台自动扶梯发生事故造成 多人受伤社会关注非常强烈为此研究扶梯的梯级失效形式有着重要的社会安全意义是对人民美好生活和基本物质安全的保障 梯级是自动扶梯的重要组成部件研究在扶梯运行过程中梯级撞坏的风险有着重要的意义:)研究梯级碰撞的破坏机理可为维护、保养提供可靠、针对性的措施)判断梯级可能出现断口的位置比较得出梯级质量现状及质量影响因素在后续日常保养中加强针对性的保养维护梯级设计者可以在进行设计时进行相应的优化设计)对分析自动扶梯梯级损坏的事故及处理提供科学依据为商场和公共交通场合制定安全管理规范提供理论支撑 梯级组成与整体试验方案设计.梯级组成梯级系统是自动扶梯的重要组成部分梯级是供乘客站立的特殊结构形式的四轮其结构贯穿整个梯级的运载分支和返回分支是自动扶梯实现承载输送能力的最直接机构 梯级结构系统由多个单一梯级组成梯级通过梯级链在梯级链驱动轮的牵引下沿导轨运行 梯级的主轮轴与梯级链连接在一起全部梯级按一定规律布置在导轨上导轨的形状决定了梯级的运行轨迹 如图 所示3图 自动扶梯模型图信息技术封高歌等自动扶梯梯级碰撞研究与有限元分析单个梯级则由整体压铸铝合金梯级或不锈钢板压制成形拼接的梯级踏板面和前踢板面有精细的齿槽起着防滑和前后梯级导向作用 梯级滚轮是自动扶梯的重要部件之一它分为两只主轮和两只辅轮如图 所示D3DD图 自动扶梯梯级结构.整体试验方案设计目前市场的梯级材料主要是铝合金和不锈钢两种依据 自动扶梯和自动人行道的制造与安装安全规范静载试验要求选用铝合金作为梯级的材料通过软件的有限元方法进行静载弯曲模型试验得到:)各自相对应的最大应力结果和发生的位置)各自最大挠度量以及发生位置 根据有限元受力的分析结果判断梯级可能出现断口的位置比较判断得出梯级质量现状及质量影响因素图 是梯级的 模型装配体图 梯级 模型装配体 梯级的有限元分析.梯级的力学有限元分析利用虚拟样机技术基于 软件三维设计平台对自动扶梯防坠落装置挡板进行三维参数化建模和虚拟自动扶梯的装配并对模型的正确性和合理性进行基本验证 中对梯级结构受力进行一系列的性能分析内容包括:应力强度、位移、应变以此用于验证和分析梯级在静载试验要求下其结构性能上应力的可靠性以及所测得的挠度是否满足 变形量的要求.强度与挠度分析梯级系统是自动扶梯的重要组成部分同时是自动扶梯载客的承载结构其性能直接影响自动扶梯结构和运行的安全性及稳定性 依据静载试验要求在梯级踏面中央部位通过一块钢制垫板该垫板的面积为(.)厚度至少为.并使其.的一边与梯级前沿平行垂直施加一个 的力力的方向为法向向下 梯级以铝合金为基体:弹性模量为./泊松比.抗拉强度./屈服强度./在圆角区域应用网络控制单元大小为.比率为.在装配体中垫板和梯级之间所有接触相面选择无穿透的接触条件 在梯级主轴和辅轮两端分别添加两个固定几何体的夹具分别选择固定夹具加载在底端面上生成高品质网络且进行运行计算得出有限元分析应力和位移形变结果(图)图 梯级模型图以及加载外部条件和划分网格.强度与挠度分析表 是经过运行计算得出的有限元分析静应力和位移形变结果表 有限元分析应力和挠度结果表参数名称应力/挠度/允许极限值.计算最大值.计算最小值.结果分析:)梯级最大静应力是 发生在梯级短轴支撑处铝合金的应力屈服极限是 强度满足设计安全要求)参照表 和图()相关最大数值最大位移挠度为.位置发生梯级踏板中部并且由图()可知在梯板下部中间位置也发生较大的位移挠度但未达到 中.静载试验:制动试验踏面表面不应产生 的永久变形所以挠度也满足安全设计要求vuo Mises N/m?27.151e+0076.556e+0075.960e+0075.364e+0074.768e+0074.172e+0073.576e+0072.980e+0072.384e+0071.788e+0071.192e+0075.964e+0065.032e+0035.032e+0037.151e+007(a)3?信息技术封高歌等自动扶梯梯级碰撞研究与有限元分析URES(mm)1.436e+0001.000e-0301.436e+0001.316e+0001.197e+0001.077e+0009.573e-0018.377e-0017.180e-0015.983e-0014.787e-0013.590e-0012.393e-0011.197e-0011.000e-030(b)3?(c)3?URES(mm)1.436e+0001.316e+0001.197e+0001.077e+0009.573e-0018.377e-0017.180e-0015.983e-0014.787e-0013.590e-0012.393e-0011.197e-0011.000e-0301.436e+0002185-223,-65.3,880 mm1.163e+000 mmx,y,z1.000e-030图 梯级有限元特性分析结果根据扶梯安全规范对自动扶梯防坠落挡板模型有限元应力特性分析结果表明此梯级模型结构的强度、刚度和受力下的挠度变形都满足标准的形式试验要求 结语本文研究的主要目的是分析梯级碰撞失效原因通过对梯级装配体的三维模型的分析依据静载试验要求通过对梯级模型进行力学有限元分析得出梯级的屈服强度最大静应力发生在短轴支撑处最大位移挠度断口位置可能在梯级踏板中部的结论为自动扶梯维修保养单位制定及修改保养手册提供依据可为提高在用自动扶梯使用安全性和相关标准及技术规范的制定提供理论参考参考文献:王小岑.城市轨道交通自动扶梯与楼梯优化布置探讨.交通科技():.张利春娄文谦俞诚等.高速电梯轿厢气压变化调节技术.轻工机械():.毛怀新.电梯与自动扶梯技术检验.北京:学苑出版社.自动扶梯和自动人行道的制造与安装安全规范.电梯监督检验和定期检验规则自动扶梯与自动人行道.江叶峰朱建新柏治国.基于薄板理论的梳齿板异物保护装置有限元分析及试验验证.机械与电子():.张峰李灌辉.地铁用自动扶梯梯级的有限元分析.特种设备安全技术():.收稿日期:(上接第 页)表 不同实验结果对比评价指标.结语本文提出了基于 网络的刀具磨损预测模型通过实验证明 模型实现了将多维度、多长度的传感器信号作为模型输入并最终对刀具的多个切削刃进行磨损预测避免了人工提取特征出现的信息丢失充分把握了时间序列数据的长时依赖性和多维度、多长度特征同时 模型评估结果 为.为.与、相比有了.和.的幅度下降实现了对刀具磨损量的精确预测不过目前只针对单一的球头铣刀加工过程进行了实验论证后续还需要对例如车削刀具、混合用刀的情况进行研究以贴合多样生产场景满足更高管理需求 刀具磨损的准确预测是刀具监测的重要一环准确地预测能大大提高刀具生命周期管理水平改善刀具生产销售生态催生新的制造业商业模式使刀具供应商提高质量意识与改善的动力实现供应链的双赢参考文献:胡红军黄伟九.基于 磨损模型的超细晶陶瓷刀具切削淬硬钢的寿命预测.材料热处理学报():.孙志娟.基于扩展隐马尔可夫模型的刀具磨损识别与寿命预测研究.武汉:华中科技大学.张锴锋.基于多传感器信息融合的刀具磨损状态监测方法研究.沈阳:东北大学.王国锋李启铭秦旭达等.支持向量机在刀具磨损多状态监测中的应用.天津大学学报():.冯晓亮.基于条件随机场的铣削刀具磨损状态监测技术研究.天津:天津大学.孙志军薛磊许阳明等.深度学习研究综述.计算机应用研究():.刘学为蔡旭林.基于模糊小波极限学习机的刀具磨损状态识别.机械制造与自动化():.聂鹏贾彤张锴锋等.基于 优化 神经网络的刀具磨损状态识别.组合机床与自动化加工技术():.李孟虔苗鸿宾王婷等.基于模糊神经网络的深孔加工刀具磨损率预测.机械设计与研究():.安华王国锋王喆等.基于深度学习理论的刀具状态监测及剩余寿命预测方法.电子测量与仪器学报():.朱翔谢峰李楠.基于长短期记忆神经网络的刀具磨损状态监测.制造技术与机床():.厉大维沈明瑞张贺清等.基于长短时记忆网络的深孔镗削刀具状态监测.现代制造工程():.收稿日期: