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摘要：轿架是电梯轿厢的重要承载结构，需要有足够的强度才能确保电梯的正常使用和安全运行。本文对电梯轿架强度的计算展开了探讨，通过利用ANSYS Workbench进行有限元分析，并对其结果进行了分析和探讨，为类似电梯轿架强度计算提供参考借鉴。
关键词：轿架；ANSYS Workbench；有限元分析
0 引言
随着电梯推广应用以及人们对电梯性能需求的不断提高，电梯市场竞争日益激烈，并对电梯产品结构的安全和性能提出了更高的要求。轿厢是电梯承载和运送的主要空间，而轿架作为轿厢的承载结构，需要有足够的强度来确保电梯的安全。因此，对电梯轿架的强度进行计算十分必要，而原有的一些计算方法存在着许多不足，这就需要对电梯轿架强度计算方法展开探讨。本文结合ANSYS Workbench有限元分析软件对轿架结构强度进行分析计算，电梯轿架结构强度的有限元分析计算的基本过程如图1所示。
图1 轿架有限元分析
1 轿架有限元分析
1.1 有限元模型
通过已建立好的Solidworks与ANSYS Workbench无缝连接的协同环境，在Solidworks中直接启动ANSYS Workbench并读取Solidworks中的轿架总装几何模型。
为了便于网络划分和求解计算，适当对轿架模型进行了简化处理，如:忽略了螺栓、铆钉等国标件，去除了导靴装配和反绳轮，且无轿顶、轿厢壁板、轿门和门机等部件。在Workbench中对轿架几何模型进行处理后，根据实际情况采用2DShell单元和3DSolid单元划分网格建立轿架有限元模型，节点数约56万个，单元数约33万个。
1.2 材料参数
在电梯轿架有限元模型中所用到的材料有Q235钢和天然橡胶，其力学性能参数见表1。
1.3 接触定义
ANSYS Workbench中共有五种接触类型，分别是:绑定接触(Bonded)、不分离接触(No Separation)、无摩擦接触(Frictionless)、粗糙接触(Rough)和摩擦接触(Frictional)。为了减少计算量，在本文中根据实际情况把轿架有限元模型中的接触关系简化定义为绑定接触(Bonded)或不分离接触(No Separation)，这两种接触类型均是线性行为，求解计算时仅需迭代一次即可完成计算，求解时间短，且能保证良好的求解计算精度。
1.4 约束条件和载荷工况
1.4.1 约束条件
轿架有限元模型的边界条件施加情况如下:
(1)在反绳轮轴的安装轴承处施加圆柱面约束，约束轴向、径向和切向的自由度；
(2)在导靴限位板和安全钳钳座的钳口处分别施加位移约束，根据实际情况分别约束X方向、Z方向的自由度。
边界条件的施加见表2和图2所示。
图3 载荷和约束条件
1.4.2 载荷工况
由于轿厢壁板、轿顶、门机和轿顶电气箱等部件不是被考核和分析的对象，因此在模型中它们对轿架的作用直接以作用力的形式施加在相应的位置。
另外，随行电缆重量和补偿重量以集中力的形式施加在相应的位置，上轿底的载重以均布力的形式施加在前后钢板上，轿架自重的模拟施加一个重力加速度即可。
电梯在实际使用过程中，会承受各类工况的载荷，因此十分有必要对各种主要常见的工况进行有限元分析计算，得出应力分布状态和应力大小，在本文中选取了6个典型的工况来进行分析计算:(1)底层空载0%Load；(2)顶层满载100%Load；(3)顶层左偏载50%Load；(4)顶层右偏载50%Load；(5)顶层前偏载50%Load；(6)顶层后偏载50%Load。
2 计算结果及其分析
2.1 有限元计算结果
有限元分析得到轿架结构在各个工况载荷下的应力结果及其分布云图如图4所示。
图4 后偏载50%Load(顶层)
从图4至图9的轿架结构的应力云图中可以看出:
(1)底层空载时，由于整个轿架仍受到壁板、轿顶、门机、轿门及轿架自重的作用力，因此仍会产生一定的形变和应力；
(2)轿底架边梁悬挂补偿链和反绳轮安装处应力比较大；
(3)上轿底侧边框安装防振橡胶处、拼板中间位及拼板端部折弯角的应力较大；
(4)立柱中间部位和其下端连接板的折弯处受力比较大；
(5)斜拉杆和安装架连接处应力较大。
2.2 结果分析
在电梯的运行中，常态影响因素将对轿厢部分的受载状态产生影响，进而形成复杂的交变载荷工况，因此疲劳强度将成为轿架应力分析的关键考核指标。常态影响因素有以下三点:
(1)轿厢内负载(Load)的变化；
(2)不同提升高度时，电梯所配置的随行电缆、补偿链(缆)重量的变化；
(3)电梯运行过程中，电梯加减速度的变化和产生的振动。
整理出轿架结构各部件应力较大的解析结果见表3，可以看出各部件的疲劳强度均满足要求。
3 结论
综上所述，电梯轿架强度十分达到要求关系到电梯使用的安全性，与人们的生命财产安全息息相关。因此，在电梯轿架设计中，要应用合理的计算方法，对轿架强度进行分析，确保电梯轿架强度达标。本文采用有限元分析方法，结合ANSYS Workbench仿真分析软件，对电梯轿架强度进行了分析，确保了结果的准确性及电梯结构安全，具有一定的参考价值。
参考文献：
[1]电梯轿架强度的试验研究[J].肖永恒.湖南工业大学学报.2012(03)
[2]轿架弹簧在电梯减震中的计算分析[J].商昌健.科技信息.2014(13)
论文作者:卢伟清
论文发表刊物:《防护工程》2017年第18期
论文发表时间:2017/11/20
标签：电梯论文; 强度论文; 有限元论文; 应力论文; 工况论文; 载荷论文; 模型论文; 《防护工程》2017年第18期论文;