基于板梁组合的自动扶梯结构分析

2022-09-12

在现代社会和经济活动中, 电梯已经是城市文明的一种标志, 在高楼、车站和大型商场等建筑中, 电梯是一种不可缺少的垂直和水平用运输设备。所谓现代化的电梯是指电梯无论在结构上还是在特性、功能上都要满足人们对电梯提出的越来越高的要求, 这其中包括两方面:一方面, 电梯的结构, 采用先进的制造工艺及控制技术, 使电梯的结构越来越紧凑、精巧、坚固、美观及实用;另一方面, 电梯的运行性能, 采用先进的自动控制理论、先进的传动与控制技术, 使电梯在运行过程中具有安全可靠、快速、准确、平稳的特性, 即使电梯具有良好的乘坐舒适感。但是结构上的安全是基本的, 即结构设计要满足强度要求。近年来随着工程设计、科研等要求的不断提高以及计算机的快速发展, 有限元分析己经成为解决复杂的工程分析计算问题的常规手段, 其主要作用表现在以下几个方面:增加产品的设计的可靠性;在产品的设计阶段发现潜在的问题;经过分析计算, 采用优化设计方案, 降低原材料成本;缩短产品研发周期;模拟物理实验方案, 减少试验次数, 从而减少试验经费。本文利用ANSYS软件对某公司自动扶梯进行了结构分析, 采用板梁组合单元建立有限元分析模型, 得出了最大应力位置, 并提出了处理措施和改进方案。

1 问题描述和原始数据

扶梯桁架的基本尺寸, 扶梯宽1600mm, 高1010mm, 精架采用的型材有角钢70, 角钢80×8, 角钢63×6, 角钢90, 角钢200×20, 扁钢100×10, 具体的布置见图1。扶梯承受的力的大小为65kN。材料为A3钢。自动扶梯梯级很多, 如果我们取整个扶梯对其进行有限元计算, 使得单元太多, 计算困难。实际上扶梯主要受载部位为扶梯置有盖板处的桁架, 为此我们截取扶梯此处的两段桁架进行有限元计算, 对于桁架我们采取板梁组合的单元结构, 单元类型分别定义为she1163和beam188。对于beaml88我们定义了10个截面来对其进行网格划分。根据机械设计手册查得A3钢材料特性中的弹性模量为2.06e5N/nm2, 泊松比为0.3。划分后的网格图见图1。

2 载荷的简化和边界约束条件的处理

施加单元载荷时, 单元表面压力载荷是正的法向压力, 侧向压力应该是单位长度力。BEAM188是基于线性多项式, 因此不允许偏置分布载荷和非节点处的集中力情况出现。对于这种载荷, 要进行网格细化, 即使不细化网格, 该单元也具备很好的计算效率和很好的收敛性。

输入正压力值作为单元面上的面载荷, 在KEYOPT (6) =0时, 侧面压力是施加在节点上的当量单元载荷, 而在KEYOPT (6) =2时, 侧面压力分布于整个单元面上。在使用平面单元代替曲面和弹性地基上的单元时, 当量单元载荷可以得出准确的应力, 这是由于消除了某些虚假的弯曲应力。在有限元分析中, 正确地施加载荷和边界约束相当重要, 文中扶梯所承受的总载荷为65kN, 因此将载荷分布在角钢200×20的四个螺栓孔上, 每个支点所承受的力为16250N。由于扶梯精架结构对称, 本文合理地选取一部分进行了有限元建模, 所以对其对称面进行全约束.使用该单元的结构分析中, 不允许出现零面积单元, 也不允许零厚度单元, 以及在任何角尖到零厚度。横向温度梯度在整个厚度上应该是线性变化的, 而在壳面上应该是双线性变化的。如果每个平面元的倾角都不超过15°, 平面壳单元的组合能够很好地近似弯曲壳表面。

3 计算结果

(1) 各节点支座反力列表 (表1) 。

(2) 节点位移。

最大位移发生在角钢200×20中间部分, 基本上, 从中间对称面到两端的位移呈逐渐增加的趋势。

(3) 节点应力。

最大节点应力发生在角钢200×20两端与其他角钢的联接处, 这说明该位置存在较大的应力集中。

(4) 单元应力。

最大单元应力发生在角钢200×20两端与其他角钢的联接处, 这说明该位置存在较大的应力集中。

4 结语

有限元分析计算表明, 最大应力发生在MX处所示, 在不采用周边焊的情况下, 最大应力可达285MPa, 具有较大的应力集中。因此在M X处以及与M X对称的另一联接点处应采用周边焊, 使角钢连接处的各边全部焊接, 然后再与大梁周边焊接。这样改造后的自动扶梯满足强度要求。本文结合工程实际, 利用国际通行的有限元分析软件A N S Y S对某公司自动扶梯进行了结构静力分析, 并得出了结构设计和工艺处理的方案, 取得了很好的效果。

摘要：本文结合工程实际, 利用国际通行的有限元分析软件ANSYSS对自动扶梯进行了结构分析, 并得出了结构设计和安装工艺处理的方案, 消除了安全隐患, 提高了自动扶梯工作的可靠性, 为企业带来了巨大的经济效益和社会效益。

关键词：自动扶梯,有限元分析,板梁组合