基于有限元的电梯轿架强度分析及其结构优化

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随着城市高楼的增多,电梯产业随之发展,目前一些电梯厂家仍采用材料力学理论对电梯轿架进行受力分析,由于电梯的复杂性,计算结果一般精确度低。本文结合有限元分析的方法进行轿架强度分析,并在此基础上做出改进,保证安全的前提下达到电梯轿架轻量化目标。本文以目前使用量最大的中速电梯为研究对象,先进行轿架强度校核时许用应力的选取。目前现行的国家标准中未对电梯轿架的强度校核方法作出明确的规定,故借鉴美国标准并参考日本标准,为保证乘客和电梯的安全性,选用较为保守的许用应力。电梯轿架采用Pro/E建模软件进行三维建模,导入ANSYS有限元分析软件,进行100%满载、125%超载和偏载工况下的有限元分析。得出立梁和下梁最大应力点均位于连接处,不同位置应力差别较小;上梁的最大应力点位于孔洞处,应力分布呈现中部向两端逐渐减小的趋势,强度校核均符合安全性要求,同时发现125%超载和100%载荷3/4偏载是较为危险的工况。为验证所建立有限元模型的准确性,本文在电梯轿架材料Q235A的材料性能测试的基础上,开展了电梯轿架在典型工况下的应力测试。实测结果表明,电梯加减速运动时,轿架各部位应力值仅有小幅波动,轿架各测点实测应力与有限元仿真结果较为吻合,表明本文建立的有限元模型与采用的加载计算方法能够较好的反映轿架真实应力响应。基于有限元分析结果,对电梯轿架采用传统优化和拓扑优化的方式进行二次优化,优化后电梯轿架组件质量减少12.1%,轿架部分(上梁、立梁和下梁)质量减少19.6%。对二次优化后的轿架进行有限元分析和强度校核,上梁和下梁最大应力减小,立梁最大应力有所增加,均小于许用应力,确保了优化后轿架的安全性。
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