摘要：鋼平台不僅是機場行李處理系統裝置的安裝基礎，同時也作為行李處理系統裝置日常維護的通道，是行李處理系統中不可或缺的組成部分。目前機場常用的鋼平台多采用花紋闆，少有使用格栅闆。本文通過ABAQUS有限元分析，研究了格栅闆在傾斜狀态下的防滑性能，發現其防滑性能優于花紋闆。基于格栅闆的特點，提出了其在機場行李處理系統鋼平台中的應用建議，例如：消防噴淋無法多層布置的區域、對防滑性能要求高的區域、需重複拆除的上料口等應選擇格栅闆，斜坡鋼平台建議使用格栅闆，花紋鋼闆和格栅闆都适用的情況建議使用格栅闆。
關鍵詞：行李處理系統、鋼平台、格栅闆、花紋闆、防滑性能
作者：唐曉鴻1 崔恒2 秦毅2
1民航成都物流技術有限公司 2新疆機場（集團）有限責任公司
一、引言
2000年前，國内機場行李處理系統多采用國外裝置、技術。其中非地面裝置多采用通過鋼結構直接吊裝固定或采用高支腿固定，少有設定檢修平台；維修時，需采用升降車或其它移動平台輔助進行。近二十年來，國内機場行李處理系統經曆了飛速的發展過程，已經強勢崛起。非地面行李處理系統裝置兩側通常配置鋼平台作為檢修平台，且多采用花紋闆（少有采用格栅闆）作為裝置安裝的基礎面。
然而，花紋闆的通透性、可拆卸性，以及傾斜狀态下的防滑性不佳等原因，使得花紋闆在行李系統一些特定的場景下無法滿足某些功能要求。此時，采用格栅闆上述問題迎刃而解。
二、機場行李處理系統鋼平台建設現狀
花紋闆的花紋樣式有扁豆形、菱形、圓豆形、扁圓混合形狀。目前行李處理系統維修平台花紋闆常用規格為：材質Q235（A/B），厚度4.5mm（不低于4mm），扁豆形花紋樣式，如圖1所示。
圖1 行李系統鋼平台花紋闆樣式
圖2 花紋闆連接配接示意圖
行李處理系統鋼平台的花紋闆通過焊接與鋼結構的主梁、次梁固定，并在下方點焊加強筋增加花紋闆強度和穩定性，如圖2所示。鋼平台的主次梁是主要的承載結構（輸送機地腳落在次梁上或者次梁附近），花紋闆起分散載荷，作為裝置安裝基礎面的作用。
圖3 某機場行李系統鋼平台花紋闆斜坡（大于10°）
花紋鋼闆由于其表面有突棱，有防滑作用，可用作地闆、廠房扶梯、工作架踏闆、船舶甲闆、汽車底闆等。然而，花紋闆在被油脂污染後，表面的防滑作用大打折扣，是以作為裝置維修平台時，驅動電機應配置相應的接油措施。而且，基于花紋闆搭建的斜坡平台（大于10°），防滑性能較差。因而通常通過加焊折彎來防止人員滑倒，圖3為目前機場行李系統鋼平台斜坡花紋闆（大于10°）加焊折彎作為踏步闆的情形。
三、格栅闆簡介
格栅闆又叫鋼格闆，格栅闆是用扁鋼按照一定的間距和橫杆進行交叉排列，并且焊接成中間帶有方形格子的一種鋼鐵制品，主要用來做水溝蓋闆，鋼結構平台闆，鋼梯的踏步闆等，橫杆一般采用經過扭絞的方鋼。
格栅闆按材料分為不鏽鋼格栅闆和碳鋼格栅闆[1]。格栅闆同樣需要與鋼結構的主梁、次梁連接配接固定，其連接配接方式可通過焊接固定或卡扣連接配接。格栅闆較花紋闆而言，底部無需設定焊接加強筋，可減少現場的焊接量，加快施工進度。
機場行李系統鋼平台常用格栅闆規格為G 323/30/100 S G，所使用的扁鋼高度為32mm、厚度為3mm，縱條間距為30mm，橫杆間距為100mm，扁鋼外形為齒形（S），表面處理工藝為熱鍍鋅（G），各參數标注詳見圖4。
圖4 格栅闆型号參數标注示意圖
為了避免從業人員的腳被卡在扁鋼間隙之間，采用格栅闆搭建通道時，應沿着橫杆的方向（扁鋼垂直方向）布置，圖5所示為采用格栅闆G 323/30/100 S G布置通道的示意圖。
圖5 格栅闆布置方向示意圖
四、防滑性能分析
本文選用ABAQUS有限元軟體對格栅闆和花紋闆在傾斜16°狀态下（行李系統輸送機角度常用最大為16°）的防滑性能進行分析。
1.格栅闆的防滑性能
（1）模型搭建
行李系統鋼平台作為裝置的維修以及人員通行通道，其防滑性能主要展現為人員通過時鞋底是否打滑。行李系統鋼平台格栅闆選擇常用型号G 323/30/100 S G進行分析，模型搭建時，做如下簡化（模型示意詳見圖6）：
①鞋子底部認為是平整的；
②鞋子材質選擇為橡膠；
③鞋子受到人員的重量認為是均載，按照壓強進行載荷施加；
④鞋子的形狀進行了簡化，便于人員重量載荷施加，将鞋子的上表面調整為水準方向。
圖6模型簡化示意圖
（2）材料屬性設定
格栅闆和鞋子的材料屬性設定詳見表1。
表1 材料屬性設定清單
（3）互相作用設定
選用通用接觸，接觸面的摩擦系數μ作為變量。分别計算摩擦系數為0.5、0.4、0.3、0.2、0.1時接觸面的滑移情況。
（4）載荷施加
關于邊界載荷施加。論文主要關注點在于格栅闆與人員鞋底接觸的情況，這裡将格栅闆設定為完全固定（U1=U2=U3=UR1=UR2=UR3=0）狀态。
關于鞋子的載荷施加。人的品質m按照70kg計算，人單隻腳的面積S約為25000mm2，重力加速度取10m/s2。那麼人對鞋子的壓強P=mg/S=70×10/25000=0.028MPa。載荷施加詳見示意圖7。
圖7 模型的載荷施加示意圖（鋼平台采用格栅闆的情況）
（5）計算結果
模型搭建時，選擇Standard分析子產品，分析步選擇靜力、通用類型。這類模型主要用于相對靜止物體之間的接觸力學分析，如果物體之間出現相對滑動，則會導緻模型計算不收斂，無計算結果輸出。圖8(a)、8(b)、8(c)、8(d)分别是摩擦系數為0.5、0.4、0.3、0.2時，鞋子相對于格栅闆的相對滑移量。摩擦系數為0.1時，無計算結果，說明鞋底與格栅闆産生了相對滑動；摩擦系數大于或等于0.2時，模型計算收斂，說明鞋底與格栅闆之間無相對滑動。
圖8（a）摩擦系數0.5時的相對滑移量
圖8（b）摩擦系數0.4時的相對滑移量
圖8（c）摩擦系數0.3時的相對滑移量
圖8（d）摩擦系數0.2時的相對滑移量
從相對滑移量的雲圖（圖8）可以看出：
①斜坡靠下方位置較靠上方位置的相對滑移量大；
②鞋底與格栅闆接觸位置的相對滑移量較其他非接觸位置處小；
③摩擦系數越小，相對滑移量越大；
④當摩擦系數小到一定程度時，則會發生滑動現象（模型計算不收斂，無計算結果）。
（6）結果分析
當物體處于滑動的臨界狀态時，靜摩擦力FS達到最大值Fmax，此時總反力FR與法向反力FN的夾角也最大，此時的φ稱為摩擦角。當斜坡物體隻受重力時，那麼總反力的方向與重力相反，此時的摩擦角φ與斜坡角度α相等，詳見圖9所示。
圖9 斜坡物體的摩擦角φ與斜坡角度α關系示意圖
衆所周知，當時，物體處于靜止或者勻速運動狀态；
當時，物體将會産生自鎖現象；
當時，物體将會産生相對滑動現象。
模型中的格栅闆傾斜角度，
那麼， 。如果在平整的斜坡面上，當摩擦因數大于0.287，斜面才具備防滑功能（達到自鎖狀态）。而通過有限元軟體計算得知，格栅闆的摩擦因數為0.2時，鞋底處于自鎖狀态（有計算結果輸出，無滑動出現）。由此得出結論格栅闆在更低的摩擦因數條件下，仍具有較強防滑性能的特點。
此外，鞋底與格栅闆接觸位置的變形情況如圖10所示（為了友善觀察，變形量放大了10倍）。從雲圖中可以看出，鞋底在與格栅闆接觸位置由于受力變形出現凹陷，這就類似鞋底被卡在了格栅闆上，間接增大了防滑性能。
圖10 鞋底與格栅闆接觸位置的變形情況
2.花紋闆的防滑性能
針對相同工況下的花紋闆鋼平台進行防滑性能測試，其模型簡化、材料屬性、互相作用以及載荷施加（如圖11）的設定均相同。結果發現，當摩擦系數取0.3時，鞋底的滑移量如圖12所示；而當摩擦系數取0.2時，模型計算不收斂，無計算結果。由此可見格栅闆在相同工況下的防滑性能較花紋闆要優越（格栅闆摩擦系數取0.2時，鞋底仍然處于自鎖狀态；花紋闆摩擦系數取0.2時，鞋底已發生相對滑動）。
圖11 模型的載荷施加示意圖
圖12 摩擦系數0.3時鞋底相較于花紋闆的滑移量
五、自重分析
不同型号花紋闆、格栅闆的重量分别如表2、表3所示。
表2 不同型号花紋闆的重量
表3 不同規格格栅闆的重量
行李處理系統鋼平台常用的花紋闆規格為4.5mm（扁豆型），其機關面積自重為36.4 kg。花紋闆機關面積需配置50×4的角鋼加強筋進行加強（間距約300mm，每平方需布置3m角鋼），機關面積需用角鋼重量為9.177kg（3.059×3）。則花紋闆鋼平台闆面機關重量為45.577kg（36.4+9.177）。
行李處理系統鋼平台常采用的格栅闆規格為G 323/30/100，其機關面積自重為33.3kg，比機關面積的花紋闆重量輕36.8%。
由此可見，行李處理系統鋼平台采用栅格闆，在重量方面具有優勢。
六、格栅闆的優勢
相比于花紋闆，格栅闆作為機場行李處理系統鋼平台的承載面，具有如下優勢：
防滑性能好。相較于花紋闆，格栅闆的防滑性能更強。且在防滑性能提高的情況下，還保留了平台面整體的平整狀态，友善人員無障礙通行。
自重輕。鋼平台闆面采用格栅闆較花紋闆機關面積的重量輕36.8%，格栅闆在重量方面具有優勢。
防腐能力強，經久耐用。相同面積的格栅闆上表面較花紋闆上表面面積要小得多，也就是格栅闆工作面積較花紋闆要小得多。在同等防腐處理工藝的前提下，格栅闆防腐能力更加強勁。
外形美觀，表面亮澤。花紋闆需要現場噴塗油漆，其外觀不好把控，容易出現油漆夾渣、流挂、不均勻等外觀缺陷。格栅闆預制到場，其扁鋼側面光滑，鍍鋅後表面光澤度好，外形美觀。
易于維護。使用花紋闆的鋼平台，常在裝置動力部分積攢油脂、潤滑液，在輸送機皮帶間隙位置堆積灰塵，增加鋼平台日常維護工作量。而格栅闆鋼平台，由于格栅結構的特點，其不積油脂，不積灰塵，不積水漬，能減少鋼平台日常維護工作量。
通透性好。花紋闆結構密實，當鋼平台多層重疊或空間狹小密閉情況時，格栅闆具有的通風、采光、散熱、防爆等性能更有優勢。
便于安裝及拆卸。花紋闆需要和主次梁通過焊接固定，并加焊角鋼加強筋進行穩定，安裝工作量大，且成型後不可拆卸。格栅闆與鋼結構的主次梁可焊接固定（無需加強筋）或者通過卡扣鎖在一起，現場安裝工作量少，且可拆卸。
施工品質易把控。花紋闆現場焊接工作量大，焊接品質不容易控制，闆面彈跳、波浪起拱等問題常常需要多次整改。格栅闆現場焊接量少，可減少焊接變形，提高平台水準度品質，施工品質把控容易。
七、行李處理系統鋼平台闆面選擇
1.應選用花紋闆的情景
花紋鋼闆具有連續性、可密閉性好、現場加工性強等特點。是以，在如下情景時，應選擇花紋鋼闆。
（1）需要經常利用小車等搬運工具轉運材料的區域
行李處理系統裝置備件種類繁多，其中單個零備件重量超過30kg不在少數，例如普通輸送機的驅動滾筒、頭尾滾筒、減速電機等。上述零備件常利用手推車或地牛轉運。是以，備件倉庫到鋼平台上裝置主要檢修平台通道區域應采用花紋闆，不能使用格栅闆。
（2）在跨越建築防火分區的地方
行李處理系統按照功能可劃分為三個區域：出發辦票大廳、到港行李提取大廳、行李分揀大廳。通常會在這三個區域交界處設定防火分區邊界，在防火分區邊界有輸送機通過的洞口需布置防火卷簾門。當遇到火情時，防火卷簾門會自動降下，并落至鋼平台的花紋闆上表面，将洞口的兩側完全隔離開，以達消防封隔的目的。為了達到完全隔離的作用，在跨越建築防火分區的地方，必須使用花紋闆。
（3）鋼平台形狀異形區域
鋼平台形狀怪異，種類多樣，面積較大時，采用定制格栅闆成本過高，且定制格栅闆周期較長。而且，如果現場土建存在較大誤差時，定制的格栅闆可能無法安裝（現場不宜實施格栅闆加工作業）。此類情況，應采用花紋闆，異形平台可在現場實際測量下料，消除異形結構和現場誤差帶來的影響。
2.應選用格栅闆的情景
格栅闆具有通透性、防滑性能好、易于檢修等特點。是以，在如下情景下，應優先選擇格栅闆。
（1）消防噴淋無法多層布置的情況
當行李系統裝置及鋼平台為多層布置，鋼平台又重疊在一起，且每層鋼平台之間的間距有限時，現場消防噴淋會受輸送機淨空或維修通道淨空限制，無法多層設定。此類情況，鋼平台需要采用格栅闆，讓消防噴淋噴灑的水能夠通過格栅闆穿越每層鋼平台，進而解決多層裝置難以覆寫消防噴淋的問題。
（2）對防滑性能要求高的區域
需周期性注油或添加潤滑劑的裝置區域，對防滑性能要求極高。如果采用花紋闆作為鋼平台闆面，一旦粘附油漬，平台的防滑性能驟然下降，使得該處檢修環境出現安全隐患。此類情況，應選用格栅闆作為鋼平台闆面。格栅闆本身不易積攢油漬，就算粘附了油漬，其防滑性能也不會是以有太多減弱。
另外，作為主要通道且大于10°的斜坡鋼平台，檢修人員經常通行。使用花紋闆時，通常采用折彎的花紋做踏步梯來防滑，這樣存在人員踢腳、傷腳的風險。而使用格栅闆，在兼有良好的防滑性能外，還具有通道面平滑的特點，避免出現人員踢腳、傷腳的風險。
（3）需重複拆除的上料口
體量較大的行李處理系統，其裝置布置錯綜複雜，導緻其檢修通道布置交錯、裝置零部件不便通過小車推行運送（檢修通道可能被裝置擋住，人員經過線梯跨越通過，小車無法通過）。而采用電動葫蘆垂直提升零部件則變得友善，這就需設定好常用上料口，用于提升零部件。待零部件上料完成後，對洞口進行封堵，防止墜落。此類情景，運維期間上料口會反複拆卸。格栅闆通過卡扣固定（如圖13所示），易于拆卸，是以上料口的鋼平台闆面宜選用格栅闆。
八、結論
本文采用ABAQUS有限元分析軟體，分析了格栅闆鋼平台與花紋闆鋼平台在傾斜狀态下的防滑性能，并基于花紋鋼闆和格栅闆的結構特點，分析了在不同情景下鋼平台闆面形式的選擇。研究發現：（1）格栅闆相較于花紋闆具有防滑性能好、自重輕、防腐性能強、外形美觀、易于維護、通透性好、便于裝卸、品質易把控等優點，在花紋鋼闆和格栅闆都适用的情況下，基于格栅闆的優勢，建議使用格栅闆；（2）鋼平台闆面應根據實際情景進行選擇，消防噴淋無法多層布置的區域、對防滑性能要求高的區域以及需重複拆除的上料口等應選用格栅闆；（3）為了便于人員行走，斜坡鋼平台建議選用格栅闆（格栅闆行走面較配置防滑措施的花紋鋼闆更為平順）。本文的結論能夠為格栅闆在行李處理系統鋼平台中的運用起到推廣作用。
參考文獻:
[1]趙媛媛,馬波,楊陽.核電廠格栅闆設計概述[J].環球市場, 2016(3):49-49.
本文源自《物流技術與應用》2023年09期
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