基于ANSYS workbench 电梯安全钳动作工况下轿架受力分析
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关键词：轿架；动力学；时间步长；极端工况
电梯安全钳动作可视为电梯运行中最极端的工况之一，原有设计计算方式对于电梯的动态分析限制于公式及工具的不完善而有所欠缺。随着有限元分析软件的逐步完善成熟，采用ansys有限元仿真对电梯结构进行分析与研究已经成为切实有效的工作方法。
本研究项目以载重量1000Kg，速度1.75m/s为例，轿厢规格拟采用应用较为广泛的1600*1400*2400的规格，最大提升高度不超过75m。
安全钳动作工况
此处考虑最极端的状况，钢丝绳同时全部断开，轿厢满速下行，安全钳动作。此时整体轿架（包含上下梁及立梁），下部承受轿厢P及载重Q的重量，安全钳给予反向作用力并制停。
参数定义：
1. 减速度为0.784m/s2 （厂家提供的数据）
2. 时间设定为0.6s（安全钳制动时间0.6-0.9s，此处取0.6s）
3. 初始步长设定为0.05s
4. 最小时间步长为0.01s，最大时间步长为0.1s，
零部件约束设置规定，考虑到实际计算能力，均采用紧固连接方式（bonded）.
F下部：承受轿厢P及载重Q的重量
=（P+Q）×gn=（1035+1000）×9.8=19943N
F安全钳：安全钳动作给予的反作用力
F=ma=2035×7.84=15954.4N
F安全钳=F下部+F=19943+15954.4=35897.4N
其中：P：轿厢系统质量，Kg
Q：轿厢额定载重，Kg
gn：重力加速度，m/s2
受力如图1，2所示：
综合应力如图3所示：
可以看出其最大应力值133.7Mpa，出现于0.36s处，其安全系数为235/133.7Mpa=1.758>1.5（安全系数），符合要求。
X向变形分析如图4所示
可以看出其最大变形量为0.38229mm，出现在0.36s下梁处
0.38229mm
Y向变形分析如图5所示
可以看出其最大变形量为0.067041mm，出现在0.36s安全钳安装板处
0.067041mm
受力数据整理如下（见表1）：
比较以上数据发现：综合应力及综合变形完全满足安全要求。
总结：
本次工作中先将绘制完成后的整体轿架图纸无缝导入到ANSYS workbench中，模型简化后对该模型进行网格划分，定义好相关参数（加减速度、时间、步长等），并对其添加约束、施加应力、进行仿真，得出轿架在安全钳制动工况下的综合应力及X向、Y向的综合变形，根据分析结果得出各项分析数据，进而校核安全系数。
本文的研究内容已经在某电梯产品中得到了应用，但尚有一些方面需要进一步的完善：
1.由于电脑计算能力的局限性，在动力学分析中，步长只取了0.6s，如条件允许的话，可增加相应的时间步长，这样更符合实际的工况，求解也更贴近实际值；
2.在动力学分析中的安全钳动作工况下，其减速度的值来源于部件厂商，由于缺乏详细的参数，故取了下限值并按线性处理，这样计算结果设计安全冗余量偏大，如有详细的数据这部分的工作可进一步深化下去；
3.轿架建模过程中，忽略了零部件的装配间隙、摩擦力等因素，并直接定义为了刚性系统，如能够综合考虑被忽略的因素，建立整梯的柔性系统，会取得更为贴近实际的结果。