自动扶梯骨架振动时效消除应力处理

自动扶梯金属骨架是由角钢、槽钢、钢板等焊接而成的桁架结构。骨架上要安装梯路系统、带路系统、驱动装置和控制装置等。当自动扶梯运行时，包括乘客在内的所有动静载荷均由骨架承担。因此骨架在满足强度、刚度要求的前提下，必须具有较好的尺寸稳定性。这是保证扶梯长期平稳运行的重要条件。

而焊接结构是存在残余应力的，如果残余应力不消除的话，即使零件在出厂前的装配精度保持得很好，在使用过程中，残余应力也会逐渐释放，重新分布而因引起骨架变形，其上所装的导轨和各相关运动部件肯定会随之变化，引起比较难以克服的故障。因此，必须在骨架焊接之后进行消除应力处理。传统的消除应力做法是自然时效，但这一工艺会浪费大量的人力、物力和时间，因此，需要寻找新的时效方法。经过厂家考察研究后，决定采用振动时效工艺消除应力。

自动扶梯骨架尺寸和使用设备

扶梯骨架倾角有30°、35°两种，虽然楼层高度不一样，中间段的长度不同，但结构大体相同，弦梁采用125mm*80mm*10mm角钢，中间每隔800mm一根竖直槽钢和斜拉槽钢，拐角处加有补强板、横向有底横和中横槽钢，底部焊有5mm厚钢板。

设备采用聚航科技生产的JH-600A振动时效设备，按照标准对扶梯骨架做振动时效试验，根据结果判断其有效性。

骨架振动时效工艺

振动时效时，将骨架侧放，用4个橡胶垫支撑。支撑后，骨架应比较平稳。按要求支撑点选择在波节处。经短时间试振后，用细砂撒在工件上，细砂积集的地方即为波节，必要时作些微调。

振器安装和激振力选择

激振点选在图1所示位置或另一端相应位置，用弓形夹将激振器牢牢夹紧在工件的激振点上。骨架采用的激振力为最大激振力的13%-17%范围之内。根据工件特点，本工件采用的是扭振振型。虽然激振力不大，但整个工件振动比较均衡。

拾振器安装在骨架的中部，使其处于波峰处。安装拾振器前，要将角钢上的安装面用细砂布打平，去除锈斑。拾振器电缆要从适当的部位和控制器连接，以免振动过程中受到损伤。

振动参数的选择

在扶梯骨架振动时效时，我们选择全自动方式。工艺流程如下：

第一步，对工件进行一次扫描，然后打印出第1次扫描曲线。

第二步，打印完之后，自动选一阶共振峰的2/3处的频率进行时效处理。本次频率为3492r/min。经过8min处理后，认为达到时效目的，自动停振，并打印出加速度-时间曲线图，a_max=26.0m/s²，a_min=14.0m/s²。根据国标，这条曲线上升后变平或上升后下降再变平，这里变平后保持5min不变，即认为达到时效目的。

第三步，选二阶共振峰的2/3处，即N=4888r/min处进行二次振动。振动进行了6min，自动停机，打印出加速度-时间曲线图。从图中可明显看出曲线先上升后下降，然后保持水平达5min。a_max=55.2m/s²。a_min=10.0m/s²。

第四步，二次扫描，局部打印出时效后的加速度-频率曲线图。

时效曲线分析

从图可以看出，振动前后2次扫描曲线变化较大。二阶共振峰明显向左移，带宽明显变窄。符合国标判断振动时效效果的标准。时效过程由电脑自动控制，不需人工干预。通过对数十台扶梯骨架振动曲线分析，均符合国标要求。

振动时效效果定量判定

我们采用磁测法对骨架进行残余应力测量，振前振后均进行测量，然后对数值进行比较。

骨架残余应力测量

我们选取5个部位进行残余应力测量（测点见图1）。A处选在下水平段承载角钢下部连接钢板上，B处选在下水平段与直段145°交角的补强板上，C处选在主梁中间对接头，D处选在上水平段与A相似之处，只是不在中间而距承载角钢接近。E处在上水平段与直段交角的补强板上，与B处相似。

根据测定数据计算出各点的应力值。σ_x为平行于焊缝的应力值，σ_y为垂直于焊缝的应力值，C、E处第5点在焊缝上，其余各处第5点距焊缝边缘10mm。

数据分析

由于磁测法有一个基本假设条件，假设第0点的σy值为零。这些选定的测定部位的焊缝是处于结构之中，实际上第0点的σy不一定为零，因此存在一个固定的差值。同时，磁测法采用的是逐点推算法，计算每个测点的应力值要测定8个数据，若有一个数据存在较大误差的话，会造成一组计算值的误差。实际上，焊接接头组织不均匀性、化学不均匀性和剩磁也会产生一定影响。这些计算出的应力值不一定就是准确的实际应力值，但振前振后在同一点测定的值。用于比较的话，还是很有价值的。

如果把振前σ_x和振后σ_x的平均值放在一起比较，振前σ_y和振后σ_y的平均值放在一起比较，可以看出振后残余应力水平降低较多，而且分布更均衡了。

总结

根据振动时效后的曲线和残余应力测量值可看出，骨架采用振动时效消除应力是可行的。且经过长期投入使用后，未发现骨架变形引起的故障。振动时效工艺既降低大量材料的积压，又提高了骨架的内在质量。