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液压电梯是用高速油泵作为动力驱动柱塞以提升人员或货物的工具，适用于26层的中低层建筑，速度可达0.1251.0m/s.单缸提升能力10100kn，采用多缸可使提升能力增加至500kn.

液压电梯主要由液压泵、液压控制系统、轿厢及油缸柱塞组成。油缸柱塞直接顶联在轿厢架顶部，使轿厢升降。与电动曳引式电梯比较，液压电梯的优点是：机房不需要设在井道上方，因此能降低建筑物高度；轿厢运行中产生的力大部分作用于井底，故能改善建筑物的受力。轿厢架是液压电梯轿厢的主要结构，它通过轿底承受人员或货物的重量，必须满足强度和刚度条件。

由于轿厢架采用多重框架和拉索的组合，属于空间静不定结构，给设计计算带来困难。传统上将其简化成平面模型并应用材料力学公式计算，因为模型误差大，相应选取安全系数也较大，这样设计出的结构过于笨重。而采用有限元方法对轿厢架进行合理建模，能够充分体现设计细节，并能对关键参数进行改进设计，因此对液压电梯的机械设计具有重要意义。

本文从某博物馆液压电梯轿厢架的原始设计图纸出发，应用ansys软件进行有限元建模，并模拟电梯的3种运行工况，获得了轿厢架主要构件应力和变形的数值解，计算结果对电梯制造厂家的改进设计起到了一定的参考作用。

1.1、轿厢架的结构特点

液压电梯轿厢架由3大部件组成，即轿厢主框架、盒式副框架和加强杆系。主框架包括直梁、上下组梁、导靴梁及横撑杆。盒式副框架包括上支撑杆、支撑竖杆、下支撑横杆、梁封头和底梁。加强杆系则由16根拉杆构成。在电梯运行中，电梯有效载荷通过底梁作用于盒式副框架，经螺栓连接件传递给主框架，最终由液压缸柱塞支承。为增加电梯运行平稳性，除导靴梁外，4根支撑竖杆两端共布置8个导靴与导轨相连。支撑竖杆下端装有4个平层卡钳，可防止电梯在装载重物时下沉。加强杆系主要用于轿厢架的装配校直，装配完成后保留在结构上，以提高整体刚度。

根据电梯井道、车辆及液压系统的配置可确定轿厢架主要构件的尺寸，底梁长度为6m，上梁长度为3.9m，下支撑横杆与下梁长度均为3.3m，支撑竖杆高度为5.3m，同侧两直梁间距等于1.5m.

1.2、轿厢架的有限元建模

因为轿厢架主要构件长度比横截面尺寸大得多，应用ansys有限元软件建模时，除拉杆由空间杆单元link8表示外，其余构件均采用beam4空间梁单元，各构件连接处视为刚节点。轿厢架有限元模型共51个节点和90个单元，其中数字为节点号，带圈数字为单元号。

2轿厢架的强度和刚度计算

液压电梯工作流程为：电梯平层状态时，集装箱货车倒车驶入轿厢，井道上方吊装架电动葫芦放下4根绳索将集装箱吊起，货车驶出，集装箱下降到随后驶入的电瓶车上，并随电梯一起上升至目的层。电梯额定载荷10t，平层时最大静载荷20t.

根据电梯运行和载荷分布分为3种工况：额定载荷下的均载提升；额定载荷下的偏载提升；最大静载荷下的平层。为此在ansys求解模块中需要施加相应的载荷和边界条件，并分别进行强度和刚度计算。

2.1、额定载荷下的均载提升

此时4颗油缸柱塞直接顶联两组上梁的端部，使轿厢升降。假设电梯额定载荷10t在3根底梁上均匀分布，则作用于底梁的载荷集度q=98000n/=5444n/m.节点44，45，46，47支承铅垂向力，因此可设其z方向位移为零。6列主导轨和轿厢架的12个接触点1，21；37，40；6，26；13，31；39，43；18，36承受水平面内x和y方向分力，可设其x和y方向位移为零。最大弯曲正应力位于上梁和直梁连接处，上梁安全系数n=-1max=240638=3.7>；上梁最大铅垂向位移wmax=4.5mm

轿厢架材料为低碳钢q235，疲劳极限-1=240mpa，许用安全系数=2.4，许用挠度=l/750，因此轿厢架强度和刚度条件均满足。

2.2、额定载荷下的偏载提升

此时4颗油缸柱塞直接顶联两组上梁的端部，但额定载荷10t的重心偏离轿底中心。假设偏心距为1/4轿厢长度和宽度，则等效于作用在底梁79单元的分布载荷集度为7200n/m，912单元的分布载荷集度为2400n/m；底梁1315单元的分布载荷集度为12000n/m，1618单元的分布载荷集度为6000n/m.计算表明，最大弯曲正应力也位于上梁和直梁的连接处。上梁安全系数n=-1max=240129.5=1.8=l/750=3300mm/750=4.4mm.因此上梁和直梁的强度条件不满足，同时下支撑横杆刚度条件不满足。

2.3、最大静载下的平层

此时轿厢由4个平层装置支持于4列主导轨上，假设20t最大静载均匀分布于全部底梁，则分布载荷集度q=196000n/=10889n/m.平层装置即支撑竖杆节点48，49，50，51支承铅垂向力，因此可设其z方向位移为零。最大弯曲正应力位于下支撑横杆中央。下支撑横杆安全系数n=-1max=240107=2.2=l/750=3300mm/750=4.4mm.因此下支撑横杆强度条件不满足，而下梁刚度条件不满足。

a.上梁、直梁以及下支撑横杆强度不足，必须增加其截面高度、宽度或壁厚。结构允许时可将油缸柱塞与上梁的接头适当内移，以减少上梁危险截面弯矩。

b.下支撑横杆和下梁刚度不足，必须增加其截面高度、宽度或壁厚。同时还可适当增加轿厢架侧面拉杆直径，以提高轿厢架整体刚度。

c.原设计在某些构件上钻孔以降低轿厢架重量的做法有引起应力集中的可能，故不可取。

d.采用有限元软件与传统公式计算相比，具有模型精确、计算方便的优点。