基于ANSYS的电梯模拟载荷仪机构设计与分析

陈景和，罗立辉

（福建省特种设备检验研究院，福建 福州 350008）

（福建省特种设备检验研究院南平分院，福建 南平 353000）

1 引言

电梯超载功能的有效性在近几年电梯故障原因中占有很大一部分比例，特别是商场、医院、写字楼的电梯，应引起检验检测机构和电梯维保单位的注意。为了防止电梯轿厢载重量超过电梯的额定载荷，每台电梯都设有超载保护装置，GB 7588-2003标准第14.2.5条款规定：当轿厢超载时，超载保护装置动作。针对目前检验检测机构以及电梯生产单位对电梯超载功能的检验方法，主要是通过搬运标准砝码的方式实施加载，需要耗费较大的人力和物力，且在电梯的定期检验中，电梯生产单位往往因为载荷条件的限制而忽略了该项目的检验。笔者从事特种设备的检测工作，为了改进对电梯超载功能的检验方法，设计了一套可以对电梯进行载荷的施加，并且携带方便的测超载装置。

2 机构的受力分析及示意图

机构的设计是利用杠杆原理，将杠杆的一端放在轿厢侧，对轿厢进行载荷的施加，而杠杆的另一端用液压千斤顶提供压力，杠杆中间钻孔用销钉固定在整个机构上，该机构的上下底座分别作用在厅门的上坎和下坎。目前，常用电梯门的高度H=2200mm，对电梯的集中载荷为F=1t，根据轿厢的空间尺寸，杠杆总长设计为L=2000mm，杠杆的销轴孔开在杠杆的中心处，杠杆的受力分析见图1。由于整个装置是设计成可伸缩的，因此需要的一个可以传力的结构棗螺旋传动结构。现根据这些已知设定好的参数对整个结构各个部分的结构尺寸进行设计，并对该装置的传力部件、螺纹强度和稳定性、杠杆的危险截面等进行强度校核。整个装置的结构示意图如图2所示，包括杠杆、螺母支架、上底座、下底座、销轴孔等。

2 机架及整个模型的有限元分析

在完成对电梯模拟载荷仪的传力部件、螺纹强度和稳定性、杠杆的危险截面等计算，且计算结果都符合强度要求的条件下，通过Pro/e与Ansys软件对整个装置进行有限元分析，整个模型的建立忽略了螺杆的及螺栓的连接、机架钢板的焊接及其他微小的因素建立起了整个机架三维模型图。整个模型的材料采用Q345，弹性模量为Ex=210GPa ,泊松比υ=0.3，ρ=7.8×103kg/m3，屈服极限δs=345MPa，抗拉强度B=470～630MPa，通过下面的计算符合要求。

通过Ansys的运算得出该装置的应力云图如图3、4、5所示。

通过图3可以看出该装置的最大应力为267MPa以及整个装置各个零部件的受力分布情况。通过局部放大图4可以看出最大应力处是在杆杠中间的钢板与加强板的联接处，因此在对实物进行加工焊接时，应特别注意焊缝的质量并去除残余应力。从图5装置的截面图，可看到传力螺杆的受力情况，由于整个有限元计算是数值的离散化的计算，因此在整个截面图的最大应力有从267～257MPa的变化。

3 电梯模拟载荷仪的加载试验

对电梯模拟载荷仪进行设计计算与分析后，根据所设计的零部件尺寸对该装置进行实体加工，加工后的实物如图6所示。杠杆两端均用液压千斤顶施加载荷，在轿厢侧装有称重传感器，在载荷施加到1t时，该装置无明显变形，说明该装置设计分析满足实际运用要求。

4 结论

基于ANSYS的电梯模拟载荷仪的机构设计与分析，为我们改进这个装置提供了技术指导，明确了装置改进方向，减少了装置改进的进度，加快整个装置的轻量化。若本套装置与电梯综合测试仪（无载荷测平衡系数）配套使用，就可实现电梯无载荷功能试验，极大的提高了检验检测机构实施电梯检验的效率。笔者将在后续的研究中，对电梯模拟载荷仪的主要结构进行轻量化改进，采用可伸缩的杆杠结构以及可伸缩的顶升方式，使电梯模拟载荷仪更易于实际操作且方便携带。

[1]何若泉.电梯安全事故与维修保养[J].中国测试技术，2003（3）：59-60.

[2]林 尧.电梯超载保护装置设计合理性探讨[J].福建农机，2007（2）：37-38.