ANSYS在電梯轎廂強度計算上的應用方法

轎廂作為電梯的關鍵部件其結構的合理化設計對整梯的舒適感，經濟性和安全性起到致關重要的作用。而傳統的力學計算方法，很難考慮周全電梯的各個工況，存在工作量大，結果與實際出入較大等缺點。有限元軟件ANSYS則彌補了上述不足。下面通過對轎架的計算分析過程實例，介紹下ANSYS在轎廂上的應用。與大家共同學習和分享。

1.基本參數：額定載重量Q=1600 kg ， 轎廂自重為P＝2000kg，額定速度V=4.0 m/s，

2.梁、板幾何形狀尺寸及初始數據

2.1轎架金屬結構架的結構和幾何尺寸根據圖紙確定，計算規格為：外寬A=2050mm，外深B=1935mm。客梯轎架金屬結構架的材料為Q235-A，其主要力學性能如下：彈性模量E=200GPa，泊松比#61557;=0.3，屈服點#61555;s=235MPa。

2.2規格為寬2050mm×深1935mm的轎架金屬結構架是由不同截面的桿件（梁）和薄板（殼）組成。

(1) 梁：計算中用到的梁的主要截面如圖2.1-2.5所示。

(2) 殼：轎架金屬結構架上覆蓋一薄板，在有限元計算里通常看成薄殼，該殼的厚度根據圖紙為3mm。

3．有限元分析模型

3.1轎架金屬結構框架模型

轎架金屬結構架是由薄壁結構的梁和鋼板焊接而成。在分析過程中，采用三維空間實體建模，薄壁結構梁使用BEAM188梁單元，鋼板使用SHELL181殼單元進行有限元網格劃分。在建模時，先建立轎架金屬結構架的空間線框結構，如圖3.1所示；之后按照相應網格密度控制進行對應的梁單元和殼單元劃分，則轎架金屬結構架的空間線框結構將按照相應截面形狀（并按實際尺寸進行截面偏移）轉換成三維空間的有限元模型網格，如圖3.2所示。

在有限元網格劃分后，需要對底梁框線及轎底托架與角鋼框線上的相對應節點進行位移耦合，使其與實際情況相符合，節點位移耦合具體見圖3.2中所示綠色箭頭。

轎廂工況見表3.1，其中轎廂自重P＝2000kg，額定載重Q＝1600kg。在有限元計算時，首先施加轎廂線框結構的自重P1，轎廂剩余自重（P－P1）均勻施加于轎底板四周沿角鋼上（見圖3.3）；工況1.1、工況1.2、工況2.1、工況2.2、工況3.1和工況3.2的額定載荷均勻施加在相應面積（見表3.1）的轎底板上（見圖3.3）。下部受到6根鋼絲繩和一個平衡鑄鐵輪的作用，鋼絲繩為1.1kg/m，鑄鐵輪質量600kg由兩邊的鋼絲繩共同承擔，考慮電梯升至最高點（120m）時的最危險情況，總載荷為1.12×120×6+600/2=1106.4kg，施加于鋼絲繩懸掛位置（見圖3.3）。

按照實際使用情況，轎箱是通過電機轉動帶動鋼絲繩（繞過轎頂輪）實現升降功能，轎箱的導靴（導靴編號如圖3.1所示）與四周滑道滾動嚙合以保證轎箱能夠垂直升降。因此，正常載荷工況下，有限元約束如下：

（1）轎頂輪所在位置施加電梯垂直移動（Z）方向約束；

（2）在1、2號導靴施加X、Y方向約束，3、4號導靴施加Y方向約束；

安全鉗動作工況下，有限元約束如下：

（1）在1號導靴施加X、Y方向約束；在3號導靴施Y方向約束；

（2）在2、4號導靴施加X，Y，Z方向約束；(安全鉗作用位置)

蹲底動作工況下，有限元約束如下：

（1）在1、2號導靴施加X、Y方向約束，3、4號導靴施加Y方向約束；

（2）在下梁組件撞板所在位置上施加Z方向約束。

正常載荷工況下有限元約束如圖3.4所示，安全鉗動作工況下有限元約束如圖3.5所示，蹲底工況下有限元約束如圖3.6所示。

4．有限元分析結果

4.1轎架計算結果

由于轎架的材料為Q235A，屬于塑性材料，通常宜采用第四強度理論進行校核。

可得到轎架不同工況的總體位移矢量云圖和轎架在不同工況下的整體結構以及各部件的Von Mises應力云圖。

表4.1.1轎架最大Von Mises應力和安全系數

工況轎架

應力值(Mpa)安全系數

1.173.03.22

1.265.83.57

2.1100.22.35

2.2110.32.13

3.185.32.75

3.298.82.38

作者簡介

姓名：張文欣，性別：女， 學歷：大學本科，出生年月：1980年12月生，籍貫：河南寧陵，職稱：助理工程師（目前，要評中級工程師），研究方向：機械設計開發