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摘要：近年来，随着社会经济的快速发展，现代信息技术水平的提高，自动扶梯已被广泛应用于人们的生活中，从目前自动扶梯的运行情况来看，其存在着一个较为普遍的问题，即自动扶梯能耗加大。随着我国城市规模建设的增大，城市路面交通的拥堵现象也越来越严重， 而这也意味着自动扶梯能耗将会持续增加。针对这一问题，基于自动扶梯使用率的提高，下面笔者就串联式自动节能扶梯的科学化设计进行研究和分析。
关键词：串联式；节能；自动扶梯；设计；锥齿轮组
1.引言
随着城市进程的加快，在人们的生活中，自动扶梯也被广泛应用于此。据调查资料显示，因使用环境的特殊，使得很多自动扶梯在长时间内都处于一种空载状态，而这也使得扶梯在运行过程中消耗的能源也不断增加，目前我国自动扶梯能源消耗大都为商用电源供电，其工作原理为基于电动机的不断作用下持续运转，而这种运行方式也必然会造成严重的能量耗费。
2.串联式自动节能扶梯科学化设计思路
在进行自动扶梯节能设计之前，首先应该分析自动扶梯的实际电机能耗，基于电机学的工作原理来进行分析，通过分析得知，要想达到节能的目的，必须要从两个方面着手，即损耗的降低与输出功率的降低，结合自动扶梯空载与满载来设计。
第一，构成。针对当前对于自动扶梯所提出的节能要求，笔者所设计的这一串联式自动节能扶梯，主要是由安全保障系统、主传动系统、电气保护系统、锥齿轮组、梯路张紧系统以及梯路系统所组成。
第二，工作原理。文章所阐述的这一串联式自动节能扶梯是借助于串联式的锥齿轮组，把自动扶梯上下行端有效地连接，同时在上下行端连接位置进行离合器的装设，从而在确保现有自动扶梯独立性的同时，也加强了扶梯内在联系。此外还把扶梯下行端所产生的乘客重力势能用于部分驱动力，以此来降低扶梯驱动运转所需驱动力。其工作情况主要表现为以下几个方面：一为若自动扶梯上下行端均无乘客，则扶梯扶梯就只需可确保设备自身运行的一个基本动力就可，而另外一种更好的选择则是将扶梯的运行停止；二为若扶梯上下行端乘客重力势能为一样，则扶梯同样也只需可确保设备自身运行的一个基本动力就行，在此时扶梯运行所产生的耗费功率和上下行端没人时所产生的耗费功率为相等；三为若扶梯下行端乘客重力势能比上行端乘客重力势能大，则可将基本动力抵扣，简而言之就是扶梯自需比之前所阐述的这两种情况更小动力就可实现运行；四为若扶梯下行端乘客重力势能比上行端乘客重力势能小，则相应下行端乘客重力势能可将扶梯运行中部分动力抵扣。
3.串联式自动姐节能扶梯中的锥齿轮组设计
文章所阐述的这一串联式自动节能扶梯，在其运行中，所采用的设备主要为串联式锥齿轮组，借助于这种串联式锥齿轮组可把自动扶梯上下行端有效地连接，同时还可把自动扶梯下行端乘客重力势用作于部分驱动力，以此来降低扶梯能量的消耗，达到节能的目的。在设计过程中，为使该扶梯运行更为安全、可靠以及平稳，还应对所用串联式的锥齿轮组实施研究和分析，设计出满足串联式自动节能扶梯需求的锥齿轮组。
通过大量的调查资料显示和笔者多年的工作经验可知，由于目前我国自动扶梯种类较多，自动扶梯提升高度的不同，因此，相应的扶梯驱动电机功率也会有所差别。针对这一情况，文章所选择的这一自动扶梯，其提升高度是4.5m，倾角35度，电动机的转速为960r/min，其额定功率为5.5kw。在设计和分析过程中，为确保该扶梯运行的匀速，扶梯上下行端运行速度为一致，而在此时这一串联式的锥齿轮组传动比为1，简而言之就是锥齿轮组中三个锥齿轮齿数都一样，同时轴交角为90度，且这三个锥齿轮分度圆锥角为45度。
第一，齿轮材料的选用与许用应力的明确。基于这种串联式自动扶梯运行情况的综合考虑，在本次设计中，所用电动机为三相异步电动机，额定载荷为2000，齿轮的传动比是3.93，所用小齿轮为45调质刚，且硬度为230HBS，人齿轮为45钢正火，其硬度为200HBS，最终获得许用应力为588.5MPa。
第二，根据齿面冲接触疲劳强度所进行的设计。在设计过程中，将齿宽的系数取值为0.3。由于锥齿轮组的传动比是1，因此，在明确分度圆的直径之前，首先进行了锥齿轮宽径比与载荷系数，接着计算出这两个参数，即锥齿轮宽径比为0.25，载荷系数为1.296，最后再在基础上获得分度圆的实际直径。此外，在完成上述设计以后，还对齿根弯曲疲劳强度进行了校核，基于上述载荷系数为1.296所得到的这一齿轮弯曲疲劳强度符合扶梯平稳性、安全性以及可靠性等需求。
第三，锥齿轮组设计中所需的几何参数主要如下：模数、齿根锥角、齿数、齿顶高、齿顶锥角、分度锥角、分度圆齿厚、齿根高、锥距、当量齿数、平均模数、当量齿轮分度圆直径、齿宽、当量齿数比。
第四，锥齿轮组工作原理。基于上面文章所阐述的这些锥齿轮接几何参数，借助于SolidWorks这一三维建模软件的应用，来展现串联式的锥齿轮组三维工作原理，接着再借助于AutoCAD这一软件的应用，把串联式锥齿轮工作原理二维展现出来。通过对锥齿轮组二维工作原理图以及三维工作原理图的分析，该锥齿轮组能够较好实现转向功能。在全部锥齿轮齿数一样，自动扶梯运行的状况下，可实现扶梯上下端连接目的，同时在符合扶梯正常运行工作的基础上，还可借助于这一串联式的锥齿轮组，把扶梯下行端乘客重力势能有效传递至扶梯上行端，同时还可作为部分的驱动力，继而使自动扶梯能量的耗费功率得以降低。
第五，串联式锥齿轮组的综合分析。在设计过程中，笔者借助于ADAMS这一软件对串联式锥齿轮组实施了运动学仿真，来对文章所明确这些锥齿轮组参数的准确性进行了验证。从验证的结果来看，文章所设计的这一串联式锥齿轮组，在扶梯开始启动的时候，该轮组轮齿啮合力与转矩之间存在着一定的突变，当自动扶梯不停的运行时，轮组轮齿啮合力与转矩在随着时间的不断增长，分别呈现出了一种周期性变化趋势，其中轮组自身的轮齿啮合力和时间最后呈现出一种准周期变化，同时齿轮扭矩也会随着时间的不断增长呈现出一种准周期变化。通过仿真的结果来看，该轮组轮齿啮合力和转矩所发生的变化以及其变化的范围均能接受，可确保自动扶梯在正常运行过程的安全性、可靠性以及稳定性。 4.节能分析与相关注意事项
在完成上述工作以后，经过计算以及分析，对满载率是80%且提升高度是4.5m的这一自动扶梯实施了能耗比较，利用SPSS来对分析计算数据进行了统计与分析，从比较的结果来看，当普通扶梯处于正常运行条件时，其能耗功率是100%，而文章所设计的串联式自动节能扶梯的能耗功率是88%，就二者能耗功率来看，相对于普通扶梯而言，串联式自动节能扶梯在节能降耗量可减少大约为12%左右，由此可见，本文所设计的这一串联式自动节能扶梯，其应用的潜力非常可观。
在节能设计中需注意的相关事项：第一，在进行设计时，应该严格按照电梯设计规定中的要求，对自动扶梯运行状况进行仔细地检查，查看自动扶梯的实际运行方向和目的方向是否相一致，若方向不一致，可将电机测电源中两相进行调换。第二，应该结合自动扶梯具体应用的场所，基于该场所人流交通的实际需求来设计。
结束语
综上所述，自动扶梯作为一种低负载量设备，空载现象或者轻载现象比较常见，针对这些现象，笔者就串联式自动节能扶梯的科学化设计进行了研究和分析，在当前这个节能降耗的时代主题下，进行自动扶梯的节能设计有着非常现实的作用。在设计过程中，应该结合自动扶梯所处环境的实际状况，从设计的经济性、安全性以及便捷性等不同角度来明确设计方案，以此有效地降低扶梯能耗功率，获得最大化经济效益与社会效益。
参考文献：
[1] 张志富，周超超，谭玉莹等.串联式自动节能扶梯的设计与研究[J].机械制造，2013，51（7）：10-12.
[2] 马向华，赵付田，叶银忠等.基于共直流母线供电的自动扶梯节能传动系统设计[J].电气传动，2012，42（3）：20-26.
[3] 汤一平，杨冠宝，胡飞虎等.基于计算机视觉的自动扶梯节能系统[J].计算机测量与控制，2011，19（7）：1659-1661，1677.
[4] 杨冠宝.基于全景视觉的自动扶梯节能及智能监控系统[D].浙江工业大学，2011.D
[5] 何宏，刘芳，韩盛磊等.自动扶梯节能控制技术的研究[J].天津理工大学学报，2009，25（2）：55-58.
[6] 田勇，张宏立.基于MCGS的自动扶梯节能控制系统设计[J].工业控制计算机，2010，23（9）：9-10.
关键词：串联式；节能；自动扶梯；设计；锥齿轮组
1.引言
随着城市进程的加快，在人们的生活中，自动扶梯也被广泛应用于此。据调查资料显示，因使用环境的特殊，使得很多自动扶梯在长时间内都处于一种空载状态，而这也使得扶梯在运行过程中消耗的能源也不断增加，目前我国自动扶梯能源消耗大都为商用电源供电，其工作原理为基于电动机的不断作用下持续运转，而这种运行方式也必然会造成严重的能量耗费。
2.串联式自动节能扶梯科学化设计思路
在进行自动扶梯节能设计之前，首先应该分析自动扶梯的实际电机能耗，基于电机学的工作原理来进行分析，通过分析得知，要想达到节能的目的，必须要从两个方面着手，即损耗的降低与输出功率的降低，结合自动扶梯空载与满载来设计。
第一，构成。针对当前对于自动扶梯所提出的节能要求，笔者所设计的这一串联式自动节能扶梯，主要是由安全保障系统、主传动系统、电气保护系统、锥齿轮组、梯路张紧系统以及梯路系统所组成。
第二，工作原理。文章所阐述的这一串联式自动节能扶梯是借助于串联式的锥齿轮组，把自动扶梯上下行端有效地连接，同时在上下行端连接位置进行离合器的装设，从而在确保现有自动扶梯独立性的同时，也加强了扶梯内在联系。此外还把扶梯下行端所产生的乘客重力势能用于部分驱动力，以此来降低扶梯驱动运转所需驱动力。其工作情况主要表现为以下几个方面：一为若自动扶梯上下行端均无乘客，则扶梯扶梯就只需可确保设备自身运行的一个基本动力就可，而另外一种更好的选择则是将扶梯的运行停止；二为若扶梯上下行端乘客重力势能为一样，则扶梯同样也只需可确保设备自身运行的一个基本动力就行，在此时扶梯运行所产生的耗费功率和上下行端没人时所产生的耗费功率为相等；三为若扶梯下行端乘客重力势能比上行端乘客重力势能大，则可将基本动力抵扣，简而言之就是扶梯自需比之前所阐述的这两种情况更小动力就可实现运行；四为若扶梯下行端乘客重力势能比上行端乘客重力势能小，则相应下行端乘客重力势能可将扶梯运行中部分动力抵扣。
3.串联式自动姐节能扶梯中的锥齿轮组设计
文章所阐述的这一串联式自动节能扶梯，在其运行中，所采用的设备主要为串联式锥齿轮组，借助于这种串联式锥齿轮组可把自动扶梯上下行端有效地连接，同时还可把自动扶梯下行端乘客重力势用作于部分驱动力，以此来降低扶梯能量的消耗，达到节能的目的。在设计过程中，为使该扶梯运行更为安全、可靠以及平稳，还应对所用串联式的锥齿轮组实施研究和分析，设计出满足串联式自动节能扶梯需求的锥齿轮组。
通过大量的调查资料显示和笔者多年的工作经验可知，由于目前我国自动扶梯种类较多，自动扶梯提升高度的不同，因此，相应的扶梯驱动电机功率也会有所差别。针对这一情况，文章所选择的这一自动扶梯，其提升高度是4.5m，倾角35度，电动机的转速为960r/min，其额定功率为5.5kw。在设计和分析过程中，为确保该扶梯运行的匀速，扶梯上下行端运行速度为一致，而在此时这一串联式的锥齿轮组传动比为1，简而言之就是锥齿轮组中三个锥齿轮齿数都一样，同时轴交角为90度，且这三个锥齿轮分度圆锥角为45度。
第一，齿轮材料的选用与许用应力的明确。基于这种串联式自动扶梯运行情况的综合考虑，在本次设计中，所用电动机为三相异步电动机，额定载荷为2000，齿轮的传动比是3.93，所用小齿轮为45调质刚，且硬度为230HBS，人齿轮为45钢正火，其硬度为200HBS，最终获得许用应力为588.5MPa。
第二，根据齿面冲接触疲劳强度所进行的设计。在设计过程中，将齿宽的系数取值为0.3。由于锥齿轮组的传动比是1，因此，在明确分度圆的直径之前，首先进行了锥齿轮宽径比与载荷系数，接着计算出这两个参数，即锥齿轮宽径比为0.25，载荷系数为1.296，最后再在基础上获得分度圆的实际直径。此外，在完成上述设计以后，还对齿根弯曲疲劳强度进行了校核，基于上述载荷系数为1.296所得到的这一齿轮弯曲疲劳强度符合扶梯平稳性、安全性以及可靠性等需求。
第三，锥齿轮组设计中所需的几何参数主要如下：模数、齿根锥角、齿数、齿顶高、齿顶锥角、分度锥角、分度圆齿厚、齿根高、锥距、当量齿数、平均模数、当量齿轮分度圆直径、齿宽、当量齿数比。
第四，锥齿轮组工作原理。基于上面文章所阐述的这些锥齿轮接几何参数，借助于SolidWorks这一三维建模软件的应用，来展现串联式的锥齿轮组三维工作原理，接着再借助于AutoCAD这一软件的应用，把串联式锥齿轮工作原理二维展现出来。通过对锥齿轮组二维工作原理图以及三维工作原理图的分析，该锥齿轮组能够较好实现转向功能。在全部锥齿轮齿数一样，自动扶梯运行的状况下，可实现扶梯上下端连接目的，同时在符合扶梯正常运行工作的基础上，还可借助于这一串联式的锥齿轮组，把扶梯下行端乘客重力势能有效传递至扶梯上行端，同时还可作为部分的驱动力，继而使自动扶梯能量的耗费功率得以降低。
第五，串联式锥齿轮组的综合分析。在设计过程中，笔者借助于ADAMS这一软件对串联式锥齿轮组实施了运动学仿真，来对文章所明确这些锥齿轮组参数的准确性进行了验证。从验证的结果来看，文章所设计的这一串联式锥齿轮组，在扶梯开始启动的时候，该轮组轮齿啮合力与转矩之间存在着一定的突变，当自动扶梯不停的运行时，轮组轮齿啮合力与转矩在随着时间的不断增长，分别呈现出了一种周期性变化趋势，其中轮组自身的轮齿啮合力和时间最后呈现出一种准周期变化，同时齿轮扭矩也会随着时间的不断增长呈现出一种准周期变化。通过仿真的结果来看，该轮组轮齿啮合力和转矩所发生的变化以及其变化的范围均能接受，可确保自动扶梯在正常运行过程的安全性、可靠性以及稳定性。 4.节能分析与相关注意事项
在完成上述工作以后，经过计算以及分析，对满载率是80%且提升高度是4.5m的这一自动扶梯实施了能耗比较，利用SPSS来对分析计算数据进行了统计与分析，从比较的结果来看，当普通扶梯处于正常运行条件时，其能耗功率是100%，而文章所设计的串联式自动节能扶梯的能耗功率是88%，就二者能耗功率来看，相对于普通扶梯而言，串联式自动节能扶梯在节能降耗量可减少大约为12%左右，由此可见，本文所设计的这一串联式自动节能扶梯，其应用的潜力非常可观。
在节能设计中需注意的相关事项：第一，在进行设计时，应该严格按照电梯设计规定中的要求，对自动扶梯运行状况进行仔细地检查，查看自动扶梯的实际运行方向和目的方向是否相一致，若方向不一致，可将电机测电源中两相进行调换。第二，应该结合自动扶梯具体应用的场所，基于该场所人流交通的实际需求来设计。
结束语
综上所述，自动扶梯作为一种低负载量设备，空载现象或者轻载现象比较常见，针对这些现象，笔者就串联式自动节能扶梯的科学化设计进行了研究和分析，在当前这个节能降耗的时代主题下，进行自动扶梯的节能设计有着非常现实的作用。在设计过程中，应该结合自动扶梯所处环境的实际状况，从设计的经济性、安全性以及便捷性等不同角度来明确设计方案，以此有效地降低扶梯能耗功率，获得最大化经济效益与社会效益。
参考文献：
[1] 张志富，周超超，谭玉莹等.串联式自动节能扶梯的设计与研究[J].机械制造，2013，51（7）：10-12.
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[3] 汤一平，杨冠宝，胡飞虎等.基于计算机视觉的自动扶梯节能系统[J].计算机测量与控制，2011，19（7）：1659-1661，1677.
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