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1、 自动人行道机舱盖板开启与支撑装置的设计与开发 姚鑫摘 要：本文讨论了自动人行道机舱盖板在使用环节上的装置设计与开发，重点考虑了使用寿命和维护保养的简易性，选取了结构合理、成本优化、使用寿命长的盖板气动开启与支撑方案，通过PROE三维软件建模计算和二维CAD图纸的设计，辅以关键零部件气弹簧的推理计算，最终产品符合相关标准规范，结构和装备简易明了，实现了机舱盖板保养时间缩短至原有时间的3/4，其安全性和耐用性都达到了良好的性能效果。关键词：自动人行道;机舱盖板;开启装置;气动支撑1 自动人行道简介根据GB/T 7024-2008，GB 16899-2011对自动人行道的术语定义、制造与安装安全规
2、范的要求，自动人行道通常指基于带式循环走道，用于水平或倾斜角度12的电力驱动人员输送设备，常用于商场、机场、车站等人流密集处。在设计时需要在自动人行道出入口位置安装与踏板（梯级）吻合的梳齿支撑板;梳齿支撑板后端区域属于踏板在上、下端部的回转运动区域，需要在对应的区域上方增加相应的整体盖板，即自动人行道机舱盖板1。随着近年来偶发机舱盖板安全事故案例的增加，人们对机舱盖板的安全性愈发重视，相关标准和规范对于盖板检修和设计功能要求都有着明确的规定，如盖板的纵深宽度需要0.85m，只能通过专用的检修钥匙开启，附加紧急开关等监测装置。出于对安全性能的考虑，对机舱盖板做好日常的维护和保养是提高其安全性能和
3、耐久性能的保障手段2。由于白天自动人行道服务人流量大，自动人行道的检修维护和保养工作只能在夜晚进行，受限于现场建筑物结构、空间余量和使用环境等因素，保养过程中通常无法满足零部件操作、搬运和放置，且整梯大部分的零部件保养更换都需要从这个机舱盖板位置进入，对于操作安全也带来了较大的隐患。因此，开发一种具有能实现自动人行道上、下部机舱盖板自动打开和支撑的整体装置显得尤为必要。从使用功能和安装便利性上而言，该装置需要满足自动开启和开启后的长久支撑两项功能。因此，在设计过程中对两种功能的实现是采用两个不同的结构装置还是利用同一套机构系统，对后期安装、维护和保养的操作便利性以及机械耐久性都具有明显的影响。
4、现重点讨论自动人行道机舱盖板自动开启、自动支撑的结构设计方案和关键零部件的选取、计算设计和实现安装。2 产品结构设计分析从整体机舱盖板的产品结构设计来说，需要考虑的重要技术点包括整体的结构规划和剩余空间计算，自动开启功能传动方案的选取，自动支撑的方案实现等。2.1 盖板结构与剩余空间如图1所示的机舱盖板结构样式，机舱盖板整体为矩形结构，尺寸为1480mm600mm35mm，前后端厚度均匀一致，盖板部分包括了花纹面板、结构底板、加强筋等主体结构、及配套的螺栓紧固件等。机舱盖板的下部剩余空间较小，借助PROE三维设计软件内进行3D模型设计装配及运动仿真模拟的结果，采用转动开启的方案较为合理，对于转
5、动轴点的位置安排决定了剩余空间的利用率。经过机舱盖板的结构和剩余空间分析，辅以相关标准资料的查阅，制定了两套可行的机舱盖板自动开启和支撑方案。2.2 盖板开启及支撑2.2.1 机舱盖板的开启方案机舱盖板开启方案的重点在于采用何种传动结构，对比提出了两类方案：齿轮齿条传动结构和气弹簧传动结构。（1）基于齿轮齿条传动结构齿轮齿条结构是具有高精度、传递动力大、使用寿命长、重负载不易变形、能保证恒定的传动比、能传递任意夹角两轴运动以及设计结构较为简便等优势特点，相对的缺陷在于对制造、安装的精度要求较高、不适宜做长距离传动。综合考虑齿轮齿条传动结构的优缺点，本项目中由于不对传动距离有高要求，相对的安装和
6、制造精度要求可以接受，因此得以应用。依靠齿轮齿条传动结构，可以使整体机舱盖板的开启和关闭形成一条半圆弧渐开线，该结构的实现依赖两个固定点的协同作用。一个固定点起到支撑固定盖板的作用，另一个固定点起到提供旋转支点，并以机舱盖板的宽度尺寸作为旋转面的作用。从运行的角度范围来看，齿轮传动半圆弧渐开线结构的实际开启角度在80范围的圆弧内，该技术在数学和机械工程领域的应用较为成熟，因此可行性较高。考虑到安全性能，机舱盖板的自动开启速度较为缓慢，对于速率的恒定性有着一定的要求，因此采用齿轮齿条结构可以实现开启速率的恒定，且由于采用低速运行不会造成额外的成本开销。同时在空间利用上，齿轮齿条结构占用空间不大，
7、对于维护空间的挤兑较小，是理想的实施方案。蜗轮蜗杆和坦克链结构也能实现上述的功能要求，前者常被应用于两轴交错、传动比大、传动功率不大或间歇工作的工况，后者能适应较高的压力和抗拉负荷，适用于往复运动，但从结构的复杂度、成本的开销和剩余空间的利用率等因素考虑，综合性能表现不如齿轮齿条传动结构。（2）气弹簧传动结构气弹簧具备支撑、缓冲、制动、高度调节及角度调节等多功能用途，其原理是在密闭的压力缸内充入惰性气体或者油气混合物，起到前提增压的目的，增压可以达到大气压的数十倍，利用活塞杆的横截面积小于活塞的横截面积从而产生的压力差对所作用在支撑杆两端的物体进行移动。因此，气弹簧适用于传动速率缓慢、弹性曲线
8、为线性、动态力变化不大、对控制要求不高的场景;其缺点在于零部件一旦受损，整个气弹簧构件需要整根替换。从气弹簧的动力原理和特性可以发现，其功能完全契合机艙盖板的需求。实施方案上，气弹簧具有一个固定点连接底部或特定位置，另一个移动支撑点连接机舱盖板，利用气压原理缓慢推动移动端开启机舱盖板。在开启速度和空间利用率这两个参数方面，气弹簧具有结构十分简单、组件整体性好、设计和安装便利、占用空间较小等特点，气压原理的传动特性满足机舱盖板缓慢抬升和降下的需求，具有高度的可行性。综合方案（1）和方案（2）的设计难度、功能实现、空间占用、成本开销和零部件替换等因素，气弹簧实现机舱盖板自动开启、关闭更有优势，但还
9、需要兼容机舱盖板的支撑方案来考虑。2.2.2 机舱盖板的支撑方案（1）基于齿轮齿条的卡块支撑方案齿轮齿条的传动停止容易实现，采用额外物体对齿轮齿条的接触面造成干涉，即可使得传动停止。因此本方案设计了小卡塊铁件固定在所需位置，实现对齿轮齿条的传动卡死。优缺点：该方案的优势在于卡块卡死原理简单，通过机械结构的方式即可实现，安全系数较高;缺点则是卡块属于额外引入的零部件，还需要针对它单独设计结构固定方式，增加了空间占用和成本开销。（2）利用气弹簧自身的支撑力从气弹簧的原理可以得知，只要存在内外气压差，气弹簧就能够有稳定的推力，气弹簧在自身推力的作用下弹出，在没有超额外力的干涉下不会自动收回。优点：气
10、弹簧的应用不必安装额外的部件和设计开销，能顺延开启方案的原理实现支撑方案，提供额外的外力干预可以实现收回功能。综合考虑开启和支撑方案的实际情况，采用气弹簧能够高效实现所需功能的同时降低成本，是自动人行道上、下部机舱盖板使用自动打开和支撑装置的最佳解决方案。3 关键零部件设计实现气弹簧方案中的最关键零部件设计是气弹簧的推力大小设定，该值需要满足对机舱盖板的支撑，并保有一定的冗余量以提升安全性能。同时冗余量不能太大，要能实现能够在一定的外力介入下可以安全收回。3.1 气弹簧推力计算根据JB/T 104182004 气弹簧设计计算标准方案和标准机械设计手册，气弹簧运动过程中的受力参数有：机舱盖板的重
11、力、被支撑物体的中心距离、气弹簧与铰链平行距离、使用气弹簧数量、气弹簧支撑力、被支撑物体的安全距离、安全系数等3。重力计算：已知自动人行道1000型机舱盖板的质量为m45kg，根据重力公式G=mg，取g为9.8ms-2可知机舱盖板的重力为G441N。综合考虑气弹簧运动过程的其他受力和安全系数，最终得出安全的推力值为：F=485N490N最终根据标准机械设计手册和气弹簧厂家样册上的产品参数性能的介绍，确认了符合各方面要求的气弹簧产品。3.2 零部件设计与装配工艺气弹簧机舱盖板自动开闭及支撑结构所需的零部件包括上下部机舱盖板、气弹簧、固定组件、支撑铰链及固定角钢、滑动杆、法兰及固定角钢、六角螺栓及
12、螺母、弹簧垫圈、平垫圈和镀锌自喷漆等。根据第2节确定的气弹簧方案，在零部件的设计和装配工艺上，采用了仿真软件进行模拟的方案。首先在3D建模设计软件PROE内进行零部件的仿真构造，实现最终产品的组合完善，并根据仿真的结构生成供车间生产用的所有零部件和现场装配的二维CAD图纸。安装部根据二维CAD图纸在工厂样梯上进行高质量的焊接和装配，通过试制装配和测试，通过了各项检验标准，最终将合格产品装配至客户现场的自动人行道上。4 产品性能评价从性能角度来看，基于气弹簧的机舱盖板整体开启与支撑装置具有开闭速度缓慢平稳、设计结构简单、空间占用较小、维护替换方便、安全性能高等特点。从成本角度来看，气弹簧属于整体
13、组件，可以直接进行选型和替换，不需要额外进行零部件的设计投入和购买投入，整体成本开销较小。从使用效果角度来看，该方案使得现场维保人员在维修保养自动人行道时的人员安全得到了进一步的保障，在维修保养时间上也比原来的方式缩短25%，提升了单梯维保效率。5 结束语从机舱盖板开闭方案、支撑方案的设计入手，结合关键零部件的计算和仿真手段，高度利用气弹簧的气压原理对开启和支撑的功能兼容性，以高安全性能、低成本投入的效果顺利进行了项目的交付，获得了客户的一致好评，给盖板支撑类结构设计提供了可参考的技术经验。参考文献：1吴红伟.Discussion on the Safety Monitoring to Mai
14、ntenance Cover for Escalators and Moving Walks%论自动扶梯和自动人行道检修盖板的安全监控J.中国电梯，2017，28（09）：17-18.2霍楠楠.自动扶梯和自动人行道楼层板安全性分析J.科技风， 2016（12）：94-94.3方益奇，孙玲玲.气弹簧的刚度计算与安装位置研究J.机床与液压， 2010（08）：76-77，89.科技经济市场2020年6期科技经济市场的其它文章基于价值链的煤炭企业营运资金管理绩效评价体系研究浩吉铁路开通初期货运价格研究企业人力资源管理的创新问题探究政府会计制度实施下对西安市水务系统基层事业单位财务管理工作的思考国有商业银行人才培育的问题及对策研究天津“狗不理”盈利模式研究 -全文完-
