基于有限元分析的液压升降机轿厢设计.pdf

自动化与仪器仪表 2 0 1 3 年第3 期 总第 1 6 7 期 基于有限元分析的液压升降机轿厢设计 李江江，赵厚宽，周江涛，郭奎 北京7 2 2 0 北京， l o o o 7 摘要在传统设计的基础上，介绍了一种基于有限元分析的机械设计思路，即首先依据经验粗略设计机械结构，然 后利用A N S Y S 对其进行变形、应力等分析，以校核其强度、刚度；然后利用H y p e r w o r k s 进行拓扑结构优化设计，得到最 优设计方案。 关键词机械设计有限元A NS YS H y p e r wo r k s 优化设计 Ab s t r a c t On t h e b a s i s o f t h e t r a d i t i o n a l d e s i g n ，a b a s e d o n Hy p e r wo r k s the m e c h a n i c a l d e s i gn i d e a s wa s i n t r o d u c e d ． F i r s t ， b a s e d o n the e x p e rie n c e ， me c h a n i c a l s t r u c t u r e d e s i gn wa s d e s i gn e d ． Th e n i t s s t r u c t u r a l s tre n g t h ，s t i f f n e s s wa s c h e c k e d u s i n g AN S YS ． o p t i m a l d e s i g n s c h e m e wa s a c q u i r e d wi th t o p o l o g y o p t i mu m d e s i g n b y Hy p e r wo r k s ． Ke y wo r d s e l e v a t o r c a r ；M e c h an i c a l De s i g n；F i n i t e El e me n t ；t o p o l o g y o p t i mu m d e s i gn 中图分类号T P 3 9 3 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 - 9 2 2 7 2 0 1 3 0 3 0 0 8 9 - 0 2 0 引 言 轿厢是液压升降机结构中必不可少的一部分。功能上，轿 厢是 液压升降机 的主 要承重部件 ，起着 承载人 、货 的作用 ，在 不同的工况中承受不同的载荷；结构上，轿厢是液压升降机的 导向机构，是液压升降机的安全防坠装置的载体，与提升链条 相连接；从轿厢的使用性能方面来讲，由于承受不同的载荷， 其结构综合刚度对升降机有效载荷的影响巨大，是设计时首要 的考虑因素；因而，液压升降机轿厢的设计应综合考虑以上几 个方面，并对其进行优化设计，以满足技术指标中结构简单、 成本低 、性能可靠的要求 。 1 轿厢 的结构 设计 1 ． 1 建立轿厢模型 依据经验 ， 由于轿厢底面 多承受集 中载荷 ，且时常有偏 载 发生，背面又需安装安全防坠装置和导向机构部件，综合考虑 功能与结构刚度因素，拟采用框架式结构。轿厢底板为22 m 的 方底 板 ，选 用 8 mm钢 板 。选 用冷 弯 矩 形 空 心型 钢 3 5 6 5 tur n 作为主要承载构件，钢材选用A3 钢。轿厢三维模型如 图1 所示。 图1 轿厢三维模型 1 ． 2 轿厢结构的静力学分析 1 ． 2 ． 1 施加栽荷 根据实际工况，对轿厢的受力情况按空载、均载、偏载三 种载荷情况考虑 。 1 均载均载荷3 0 0 0 0 N均布于底板； 2 偏载载荷的施加按照轿厢入口正中处l mX l m的底 板上承 受 1 8 0 0 0 N 总 载荷 的 3 ／ 5 的载 荷 ，与之相 对 的后 l m X l m的底板承受 1 2 0 0 0 N 总载荷的2 ／ 5的载荷； 1 ． 2 ． 2 有限元计算 轿厢在不同工况下的有限元计算结果如表 1 所示。 表 1 不 同工况 下的有 限元分 析结果 工况 最大位移 最大应力 质量 空载 0 ． 9 l mm 1 6 ． 3 Mp a 均载 2 ． 6 3 mm 3 9 ． 5 Mp a 9 3 7 ． 4 K g 偏载 3 ． 1 l mm 4 6 ． 8 Mp a 1 ． 3 轿厢 结构 的强度校核 对于结构提出的强度及刚度要求 1 底板刚度条件升降机底板变形不超过5 mm。根据 G B 3 8 1 卜8 3 ，构件的刚度条件如下 L ／ I O 0 0 1 式中， 为静挠度／ mm；L为构建长度／ mm。 2 强度条件材料为Q2 3 5 ，安全系数为4 ～5 ，组合应 力约束为6 0 Mp a 。分析表 1 ，可以看出轿厢结构满足提出的强 度、刚度要求。 2 轿厢的拓扑优化设计 2 ． 1 优化模型的建立 收稿日期 2 0 1 2 1 2 _ 0 9 为在满足强度的前提下 ，降低轿厢质量，需对其优化设 舟 妻 置 1 9 8 5 -- ， 男 ， 助 理 工 程 师 ， 主 要 研 计 。 本 优 化 设 计 中 ， 设 计 变 量 为 单 元 厚 度 ， 优 化 目 标 是 使 轿 厢 究 方 向 为 机 电 一 体 化 工 程 o 。 ’ ⋯ ’ ⋯ 8 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m