基于ANSYS的電梯模擬載荷儀機構設計與分析

陳景和，羅立輝

（福建省特種設備檢驗研究院，福建 福州 350008）

（福建省特種設備檢驗研究院南平分院，福建 南平 353000）

1 引言

電梯超載功能的有效性在近幾年電梯故障原因中占有很大一部分比例，特別是商場、醫(yī)院、寫字樓的電梯，應引起檢驗檢測機構和電梯維保單位的注意。為了防止電梯轎廂載重量超過電梯的額定載荷，每臺電梯都設有超載保護裝置，GB 7588-2003標準第14.2.5條款規(guī)定：當轎廂超載時，超載保護裝置動作。針對目前檢驗檢測機構以及電梯生產單位對電梯超載功能的檢驗方法，主要是通過搬運標準砝碼的方式實施加載，需要耗費較大的人力和物力，且在電梯的定期檢驗中，電梯生產單位往往因為載荷條件的限制而忽略了該項目的檢驗。筆者從事特種設備的檢測工作，為了改進對電梯超載功能的檢驗方法，設計了一套可以對電梯進行載荷的施加，并且攜帶方便的測超載裝置。

2 機構的受力分析及示意圖

機構的設計是利用杠桿原理，將杠桿的一端放在轎廂側，對轎廂進行載荷的施加，而杠桿的另一端用液壓千斤頂提供壓力，杠桿中間鉆孔用銷釘固定在整個機構上，該機構的上下底座分別作用在廳門的上坎和下坎。目前，常用電梯門的高度H=2200mm，對電梯的集中載荷為F=1t，根據(jù)轎廂的空間尺寸，杠桿總長設計為L=2000mm，杠桿的銷軸孔開在杠桿的中心處，杠桿的受力分析見圖1。由于整個裝置是設計成可伸縮的，因此需要的一個可以傳力的結構棗螺旋傳動結構。現(xiàn)根據(jù)這些已知設定好的參數(shù)對整個結構各個部分的結構尺寸進行設計，并對該裝置的傳力部件、螺紋強度和穩(wěn)定性、杠桿的危險截面等進行強度校核。整個裝置的結構示意圖如圖2所示，包括杠桿、螺母支架、上底座、下底座、銷軸孔等。

2 機架及整個模型的有限元分析

在完成對電梯模擬載荷儀的傳力部件、螺紋強度和穩(wěn)定性、杠桿的危險截面等計算，且計算結果都符合強度要求的條件下，通過Pro/e與Ansys軟件對整個裝置進行有限元分析，整個模型的建立忽略了螺桿的及螺栓的連接、機架鋼板的焊接及其他微小的因素建立起了整個機架三維模型圖。整個模型的材料采用Q345，彈性模量為Ex=210GPa ,泊松比υ=0.3，ρ=7.8×103kg/m3，屈服極限δs=345MPa，抗拉強度B=470～630MPa，通過下面的計算符合要求。

通過Ansys的運算得出該裝置的應力云圖如圖3、4、5所示。

通過圖3可以看出該裝置的最大應力為267MPa以及整個裝置各個零部件的受力分布情況。通過局部放大圖4可以看出最大應力處是在桿杠中間的鋼板與加強板的聯(lián)接處，因此在對實物進行加工焊接時，應特別注意焊縫的質量并去除殘余應力。從圖5裝置的截面圖，可看到傳力螺桿的受力情況，由于整個有限元計算是數(shù)值的離散化的計算，因此在整個截面圖的最大應力有從267～257MPa的變化。

3 電梯模擬載荷儀的加載試驗

對電梯模擬載荷儀進行設計計算與分析后，根據(jù)所設計的零部件尺寸對該裝置進行實體加工，加工后的實物如圖6所示。杠桿兩端均用液壓千斤頂施加載荷，在轎廂側裝有稱重傳感器，在載荷施加到1t時，該裝置無明顯變形，說明該裝置設計分析滿足實際運用要求。

4 結論

基于ANSYS的電梯模擬載荷儀的機構設計與分析，為我們改進這個裝置提供了技術指導，明確了裝置改進方向，減少了裝置改進的進度，加快整個裝置的輕量化。若本套裝置與電梯綜合測試儀（無載荷測平衡系數(shù)）配套使用，就可實現(xiàn)電梯無載荷功能試驗，極大的提高了檢驗檢測機構實施電梯檢驗的效率。筆者將在后續(xù)的研究中，對電梯模擬載荷儀的主要結構進行輕量化改進，采用可伸縮的桿杠結構以及可伸縮的頂升方式，使電梯模擬載荷儀更易于實際操作且方便攜帶。

[1]何若泉.電梯安全事故與維修保養(yǎng)[J].中國測試技術，2003（3）：59-60.

[2]林 堯.電梯超載保護裝置設計合理性探討[J].福建農機，2007（2）：37-38.