自动扶梯和自动人行道动静载试验台的开发及对GB 16899-2011的修订建议

近年来在各种大型商业场所，如大型商场、超市等，以及大型公共场所，如机场、火车站、地铁站等，无一不以自动扶梯和自动人行道代替原始的楼梯。同时在很多的室外场地，如过街天桥等也越来越多地安装了自动扶梯。自动扶梯和自动人行道的出现，极大地提高了人流移动的效率，便捷了人们的行动。然而，自动扶梯和自动人行道作为一种机械传动装置，其运行的安全性、可靠性以及使用寿命越来越多地受到了重视[1]。笔者采用电液伺服技术自行设计研发了一种自动扶梯和自动人行道动静载试验台，同时利用该试验台进行了大量试验并根据试验结果对GB 16899-2011《自动扶梯和自动人行通的制造与安装安全规范》提出了一些修订建议，以供参考。

1 自动扶梯和自动人行道动静载试验台的开发

1.1 试验台的结构原理

  

图1 试验台系统的工作原理图Fig.1 Working principle diagram of the test rig system

  

图2 试验台系统控制框图Fig.2 System control block diagram of the test rig

  

图3 试验台实物图Fig.3 Physical map of the test rig

该试验台的基本结构包括：主机框架、伺服直线作动器、恒压伺服泵站、控制器和软件系统、传感器、伺服阀以及试验工装等。试验台系统的工作原理如图1所示，试验台系统控制框图如图2所示，试验台实物图如图3所示。试验台控制系统的信号发生部分根据试验目的不同发出相应的动静态试验信号，与测量放大后的传感器(力、振幅、变形等)信号进行比较，经过控制器运算修正后再次发出控制信号，由伺服驱动单元驱动伺服阀控制伺服直线作动器产生运动，最后由试验工装等机构部件对被测件施加试验动作。

1.2 试验台的主要技术参数及规格

(1) 最大静态试验力：±20 kN，2%～100%满量程(FS)内示值精度±1%；

样品制备方法如1.3.1，平板直径40 mm，间距1 mm，温度为40 ℃，测量剪切速率（γ˙）从0～300 s-1（上行线）递增、300～0 s-1（下行线）递减范围内样品的粘度变化情况。利用 Herschel-Bulkley方程对上行线的数据点进行拟合，复相关系数R2表示方程的拟合精度[8]。τ=τ0+K γ˙n（1），τ（Pa）和 γ˙(s-1)分别表示应力和剪切速率，τ0表示屈服应力（Pa），n是流体指数（无量纲），K表示稠度系数（Pa sn）[9]。稳态剪切测试中的上行线与下行线所围成图形的面积 Dt（s-1 Pa·s）表示样品的触变性。

(2) 最大动态试验力：±20 kN，幅值波动度不大于各档±1%FS；

由图5可知，不同pH发酵条件下得到的小麦酱油滋味有明显差异。相比于自然pH发酵的酱油，pH 6.5条件下发酵的酱油鲜味更强，这与其含有更多的谷氨酸有关。二者在咸味上无明显差异，但pH 6.5小麦酱油的苦味更强，自然发酵酱油则在甜味、酸味上更强。pH 6.5小麦酱油的苦味更加强烈，原因不明。

(3) 作动器最大振幅：±50 mm，20%～100%FS内示值精度±0.5%；

(4) 频率范围：0.1～50 Hz；

(5) 主要试验波形：正弦波、三角波、方波、斜波及用户自定义波；

试样的疲劳寿命除了与试样本身因素有关外，还与试验参数有关，如最大应力σmax、最小应力σmin以及试验频率f，并由此延伸出以下3个重要参数[2-3]。

残差块中使用ReLU函数作为激活函数。与其它线性或非线性函数相比,ReLU函数仅需要设置阈值,表达能力更强,且处理方式简单。然而在训练网络时使用ReLU 激活函数,则非常容易导致训练中断,需要选用较小的网络学习率,但学习率过小则易使网络陷入局部最优。

(7) 立柱净间距：530 mm；

(8) 试验平台尺寸：2 200 mm×1 000 mm×800 mm(长×宽×高)；

fk(p,q)=pk+pk-1q+pk-2q2+…+qk(k=0,1,2,…)，并约定f0(p,q)=1，则

1.3 试验台的技术特点

(1) 主机框架横梁采用液压升降、液压夹紧、弹性松开式结构，保证试验的稳固可靠，同时保证在非试验状态时横梁保持锁止不动；

本着试验参数的统一原则，同时按照模拟实际使用工况的原则，建议将“±2 mm”和“0～-4 mm”统一为“0～-4 mm”。

(3) 伺服直线作动器活塞杆的支撑采用非金属支撑、大间隙设计，具有高速、不烧结、自润滑等特点；

其中,Y、K、L、A分别表示总产出、资本投入、劳动投入和综合技术水平，α、β分别表示资本、劳动的产出弹性。

我国涂料行业在不断蓬勃发展的同时，也带来了巨大的VOCs排放量。涂料与涂装行业是工业源中的重点行业，VOCs排放量占整个工业源的21%，占整个VOCs来源的12%。2017年，我国涂料总产量2 041万t，其中：建筑涂料产量为679万t，95%以上实现了水性化；工业涂料产量为1362万t，受应用要求、水性树脂合成技术和涂料配方工艺等技术制约，80%以上仍为溶剂涂料，因此成为VOCs的重要排放源，排放量约达到800万t。涂料生产过程中产生的有害VOCs主要包括苯类、酯类、酮类、醇类等有机物，具体包括苯、甲苯、二甲苯、三甲苯、乙酸丁酯、乙酸乙酯、甲基乙基酮、丙酮、甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇等。

(9) 恒压伺服泵站规格：流量36 L·min-1，载荷21 MPa，电机功率15 kW。

以上修订建议的理论依据如下。

(6) 5 kHz的数据采集和闭环控制频率，以及先进的峰谷值控制技术，确保反馈信号与命令信号的相对误差小于±0.5%；

(7) 先进的电器/液压双软切换技术，提高了恒压伺服泵站的运转寿命。

2 对GB 16899-2011的几点建议

在自动扶梯和自动人行道动静载试验台的开发以及交付用户使用的过程中，进行了大量的试验，通过这些试验发现，GB 16899-2011中“5.3.3.2静载试验”、“5.3.3.3动载试验”、“附录F.2扭转试验(示例一)”、“附录F.3扭转试验(示例二)”等条款存在以下描述不完善或不当之处，并提出了相应的修订建议。

2.1 关于垫板尺寸单位及摆放位置的描述

GB 16899-2011“5.3.3.2静载试验”中关于垫板的尺寸及摆放位置描述如下：“5.3.3.2.1梯级”中“该垫板的面积为0. 2 m×0.3 m，厚度至少为25 mm，并使其0.2 m的一边与梯级前缘平行，0.3 m的一边与梯级前缘垂直”；“5.3.3.2.2踏板”中“该垫板的面积为0.3 m×0.45 m，厚度至少为25 mm，并使其0.45 m的一边与侧板平行”。建议上述两条款中关于垫板尺寸及摆放位置的描述分别更改为：“该垫板尺寸为宽度0.2 m，长度0.3 m，厚度至少0.025 m，并使其0.2 m的一边与梯级前缘平行，0.3 m的一边与梯级前缘垂直”；“该垫板尺寸为宽度0.3 m，长度0.45 m，厚度至少0.025 m，并使其0.3 m一边与踏板前缘平行，0.45 m一边与踏板前缘垂直”。这样既使得计量单位统一，同时也使垫板位置摆放统一化，避免试验人员产生误解。

2.2 关于扭转试验的控制精度

建议“5.3.3.3.1.2扭转试验”条款中增加 “5.3.3.3.2.2”中的内容 “应调整动态载荷，以获得偏差小于-5%的上述位移”，来规范扭转试验关于控制精度的要求。

2.3 关于扭转试验的加载位置

“5.3.3.3.1.2扭转试验”和“5.3.3.3.2.2扭转试验”条款中并没有明确动载的加载位置。“附录F.2扭转试验(示例一)”给出了“一动态载荷通过一钢质垫板垂直施加于踏面表面，钢质垫板应分别按照5.3.3.2.1和5.3.3.2.3的规定放置在踏面中央”，并给出了图示。“附录F.3扭转试验(示例二)”则给出了“随动滚轮轴的‘自由’端通过球铰与驱动装置连接”，并给出了图示。

笔者认为，“附录F.3扭转试验(示例二)”违背了工况模拟原则，建议删除“附录F.3扭转试验(示例二)”。“5.3.3.3.1.2扭转试验”和“5.3.3.3.2.2扭转试验”增加类似“附录F.2扭转试验(示例一)”的“一动态载荷通过一钢质垫板垂直施加于踏面表面，钢质垫板应分别按照5.3.3.2.1和5.3.3.2.3的规定放置在踏面中央”的描述。

(4) 伺服直线作动器振幅极限位置设计液压缓冲区，避免运行失控产生损伤；

2.4 关于扭转试验的加载参数

“5.3.3.3.1.2扭转试验”、“5.3.3.3.2.2扭转试验”以及附录“F.3扭转试验(示例二)”条款中均规定“引起随动滚轮中心有±2 mm圆弧位移的等效扭矩载荷，该圆弧以梯级(或踏板)链滚轮中心为中心”；而附录“F.2扭转试验(示例一)”则规定“该随动滚轮中心应能沿着以梯级或踏板链滚轮中心为中心的圆弧向下位移0～-4 mm”。两种描述完全不同，这不仅会给试验操作人员造成混乱，同时也造成试验结果无法对比。

(2) 单元化、标准化、模块化设计的伺服直线作动器具有低阻尼、高响应、高寿命、大间隙设计等特点；

(5) 伺服直线作动器前端安装三维无间隙关节支座，最大限度地减少来自被测件侧向力对作动器的损伤，避免了试验过程中由于被测件变形导致的加载方向的变化；

(6) 最大试验空间(负荷传感器下端面至工作台上表面)：不小于750 mm；

②在这里，格雷把“推动”因素（push factor）解释成漫游癖，而把“拉动”因素（pull factor）解释成恋物癖。

(1) 平均应力σm：应力的静态分量，是疲劳失效的次要因素，其计算公式如下

讨论中，与会代表们建议要建立全国性的水资源、水环境、水生态监测信息系统，及时掌握水质动态，为及时处理突发水污染事件，改善水环境质量，保障水资源安全，提供重要的技术支撑。据司毅铭介绍，黄河流域已形成较为完善的水质监测网络体系，流域各级水利部门水质监测机构共建有269个水质监测站点，已初步建成“常规监测与自动监测相结合、定点监测与机动巡测相结合、定时监测与实时监测相结合，加强应急监督性监测，实现水质监测信息化管理”的现代化监测体系。

(4)总之，由于举国上下的共同努力，过去的一年，整个政治形势和经济形势比人们预期的还要好。(1983年)

 

(1)

式中：σmax为最大应力、σmin为最小应力。

(2) 应力幅σa：应力的动态分量，是疲劳失效的决定因素，其计算公式如下

 

(2)

(3) 应力比R：代表了应力循环的特征，即应力循环的不对称性，其计算公式如下

 

(3)

图4所示为Haigh疲劳极限图，以应力幅σa为纵坐标、平均应力σm为横坐标，也称为σa-σm图。图4中A点的纵坐标为对称疲劳极限σ-1，B点的横坐标为强度极限σb，C点的横坐标为脉动疲劳极限σ0的一半。自原点O引出的任意射线上的各点具有相同的应力比。在曲线OACB区域内任何一点都表示在规定的寿命(107)内不发生疲劳破坏，若在曲线ACB外侧任一点所对应的平均应力和应力幅下循环加载，则不到规定的寿命就会发生疲劳破坏。而用曲线ACB上任一点对应的平均应力和应力幅下循环加载，则恰好在规定的寿命时发生疲劳破坏。根据Haigh疲劳极限图可以看出，等寿命的前提下，对称循环疲劳应力幅最大，随着平均应力的增大，应力幅逐渐减少，直至为零[4]。由以上理论可以推测出GB 16899-2011中试验参数“±2 mm”和“0～-4 mm”的试验结果会完全不同。

  

图4 Haigh疲劳极限图Fig.4 Haigh fatigue limit diagram

3 结束语

阐述了自动扶梯和自动人行道动静载试验台的结构原理、技术参数以及技术特点，有助自动扶梯和自动人行道制造厂家提高产品质量、改进产品性能，

同时也为自动扶梯和自动人行道检测机构提供了一种先进的检测手段。

对GB 16899-2011中“5.3.3.2静载试验”、“5.3.3.3动载试验”、“附录F.2扭转试验(示例一)”和“附录F.3扭转试验(示例二)”条款中不当之处提出了修订建议，并提供了理论依据。

参考文献：

[1] 刘锡奎,刘东洋,邢箭. 《自动扶梯和自动人行道的安全第1部分:制造与安装》解读[M]. 北京:中国标准出版社,2012.

[2] 殷之平. 结构疲劳与断裂[M]. 西安:西北工业大学出版社,2012.

[3] 桂立丰,曹用涛. 机械工程材料测试手册：力学卷[M]. 沈阳:辽宁科学技术出版社,2001.

[4] 弗罗斯特N E,马什K J,普克L P.金属疲劳[M].汪一麟，邵本逑，译.北京:冶金工业出版社,1984.