I takt med att urbaniseringen accelererar och antalet-höghus fortsätter att växa, får hissar, som kärnutrustning för vertikala transporter, en allt större användning. Enligt industristatistik finns det nästan 1 000 hisstillverkare i mitt land, och konkurrensen på marknaden hårdnar. Att minska kostnaderna och öka effektiviteten genom produktoptimering har blivit en nyckelfråga för branschen. Tractionhissar, som den vanliga typen av hissar, har mognat sin stödteknik efter ett sekel av utveckling. Deras struktur består av åtta huvudsystem: dragsystemet, bilsystemet och styrsystemet. Korgsystemet bär direkt lasten, medan vagnsramen, som vagnens strukturella ram, har en design som direkt påverkar hissens säkerhetsprestanda och tillverkningskostnad. Överdriven bilrammassa kan leda till materialspill och överflödig design; medan en för låg vikt inte kan uppfylla belastningskraven, vilket utgör en säkerhetsrisk.
Vi genomförde optimeringsforskning om ramstrukturen för hisskorgen, med hjälp av numerisk simuleringsprogramvara för att analysera statiken och dynamiken i ramen. Detta tillvägagångssätt gör det möjligt för oss att uppnå en lättviktsdesign samtidigt som vi garanterar strukturell säkerhet, vilket ger en praktisk lösning för att förbättra den ekonomiska effektiviteten för företag.
1. Mekanisk analys av hissvagnsram: Grunden för optimeringsdesign
För att säkerställa den vetenskapliga och tillförlitliga optimeringslösningen använde forskargruppen först professionell numerisk simuleringsprogramvara för att genomföra en omfattande analys av de mekaniska egenskaperna hos hisskorgens ram under olika driftsförhållanden, vilket gav datastöd för efterföljande lättviktsdesign.
1.1 Statisk analys: Stressprestanda under klassade förhållanden och överbelastningsförhållanden
Den statiska analysen fokuserade på nominella driftsförhållanden och extrema överbelastningsförhållanden vid normal hissdrift. Dess kärnmål var att simulera spänningsfördelningen och förskjutningen av bilramen genom att upprätta en exakt strukturell modell. Under forskningen konstruerade teamet först en 3D-strukturmodell av bilramen med hjälp av SolidWorks-mjukvaran och importerade sedan modellen till Abaqus analysmjukvara i x_t-format. Med tanke på bilramens komplexa struktur, för att förenkla beräkningarna och bibehålla analysnoggrannheten, utelämnade de små detaljer som anslutningar, svetsar, bultar och fasar. Huvudstrukturen omvandlades sedan till ett skal och komponenter som returremskivan, säkerhetsklämman och styrskon förenklades till stela kroppar. Parameterinställningarna baserades på faktiska hissdriftsstandarder, med en dragmotoreffekt på 11,7 kW, en bilvikt på 1100 kg, en nominell hastighet på 1,75m/s, en nominell last på 1050kg och en lyfthöjd på 82,5m. Horisontella begränsningar tillämpades på modellen för att simulera den faktiska vikten, biltrycket och lasttrycket som bärs av bilramen. S4R-element användes för meshning, med en maskstorlek på 10 mm, vilket resulterade i 590 350 noder och 431 287 element, vilket säkerställer modellens noggrannhet.
Analysresultat visar att under nominella driftsförhållanden är den maximala spänningen i bilramen 138,9 MPa, långt under materialets sträckgräns. Den maximala spänningen uppstår vid kontakten mellan anti-vibrationsgummit och bilramens sidobalkar, vilket resulterar i en lokal spänningskoncentration på grund av kontaktkompression. Detta koncentrerade område täcker dock bara två nätelement och har minimal inverkan på den totala belastningen av bilramen. Beräkningar visar att förhållandet mellan materialets sträckgräns och en 1,5 gånger säkerhetsfaktor är 156,7 MPa (235 MPa/1,5), och den maximala spänningen på 138,9 MPa uppfyller säkerhetskraven.
Vid 125 % överbelastning stiger den maximala spänningen i bilramen till 296,2 MPa, återigen koncentrerad till kontaktpunkten mellan anti-vibrationsgummit och bilramens sidobalkar. Spänningskoncentrationsområdet expanderar till fyra rutnätsceller, men dess inverkan på den övergripande strukturella spänningen är fortfarande begränsad. Bortsett från spänningskoncentrationsområdet är den maximala spänningen i de återstående områdena 166,4 MPa. Även om det är lägre än materialets sträckgräns, uppfyller det inte kravet på 1,5 gånger säkerhetsfaktorn. Dessutom är den maximala kumulativa förskjutningen av bilramen 9,5 mm, vilket gör det nödvändigt att undvika långvarig{10}}överbelastning vid faktisk användning.
1.2 Dynamisk analys: Verifiering av strukturell säkerhet under extrema driftsförhållanden
Den dynamiska analysen fokuserar på extrema riskförhållanden under hissdrift-korgar och nödbromsar. Under dessa förhållanden förändras bilramens hastighet och acceleration dynamiskt över tiden. Transienta dynamiska simuleringar utförs med Abaqus Explicit-modulen. Initialhastigheten är kontakthastigheten mellan bufferten och bilramen, och amplituden för den faktiska hastighetsändringen under drift matas in för att simulera strukturens dynamiska spänningssvar.
Simuleringsresultaten visar att när bilen bottnar uppstår stora spänningskoncentrationer i kontaktpunkten mellan bufferten och bilramen, och vissa komponenter genomgår plastisk deformation på grund av för stor spänning. Vid 0,084 sekunder efter botten når den maximala spänningen vid islagspunkten 248,2 MPa. Även om detta inte överskrider materialets hållfasthetsgräns på 400 MPa och förhindrar totala strukturella fel, förlorar bilramen sin förmåga att fungera normalt. Därför är heltäckande säkerhetsskyddssystem väsentliga i hissdesign och drift för att förhindra att bilar bottnar. Under nödbromsningsförhållanden är det maximala spänningsvärdet för bilramen 229,1 MPa, vilket är lägre än materialets sträckgräns, och spänningsverkansområdet är litet, vilket inte kommer att utgöra ett hot mot den strukturella säkerheten. Detta visar att hissens nödbromssystem effektivt kan säkerställa stabiliteten hos vagnens ramstruktur.
2. Optimeringsdesign av den övre tvärbalken på bilramen: En lättviktslösning i aktion
Baserat på mekaniska analysresultat fann forskargruppen att den totala belastningen av bilramen uppfyllde säkerhetskraven och hade betydande säkerhetsmarginaler under normal drift, vilket indikerar potential för lättviktsoptimering. Ytterligare analys av spänningsfördelningen för varje komponent identifierade den övre tvärbalken som kärnoptimeringsmålet-dess spänningsvärden under olika driftsförhållanden låg långt under materialgränsen, vilket indikerar den största optimeringspotentialen.
2.1 Fastställande av optimeringsvariabler och metoder
Med tanke på stabiliteten i den övergripande strukturella layouten av bilramen, beslutade vi att inte ändra nyckeldimensioner som längden, böjhöjden och totalhöjden på den övre tvärbalken. Vi fokuserade enbart på den övre tvärbalkens tjocklek som den enda optimeringsvariabeln för att undvika att påverka spänningsbalansen hos andra komponenter på grund av strukturella justeringar. Optimeringsmetoden använde en "steg-reduktion"-metod, som började med en ursprunglig tjocklek på 6 mm och minskade tjockleken med 0,5 mm åt gången. Genom flera simuleringsanalyser verifierade vi spänningsprestanda och säkerhetsstatus för den övre tvärbalken med varierande tjocklek, vilket slutligen valde den optimala lösningen.
2.2 Prestanda och kvalitetsjämförelse före och efter optimering
Flera omgångar av simuleringsverifiering bekräftade att en minskning av den övre tvärbalkens tjocklek från 6 mm till 4 mm uppnådde den optimala balansen mellan strukturell prestanda och lättvikt. När det gäller spänningsprestanda var den maximala spänningen för den övre tvärbalken före optimering endast 17,08 MPa, långt under materialets sträckgräns. Efter optimering ökade den maximala spänningen till 139,5 MPa, fortfarande under säkerhetströskeln på 156,7 MPa, vilket uppfyller kravet på 1,5x säkerhetsfaktor och visar stabila och pålitliga mekaniska egenskaper.
När det gäller lättvikt och kostnadskontroll, efter optimering, reducerades massan av en enda övre tvärbalk från 29,95 kg till 22,46 kg, en viktminskning på 7,49 kg per balk och en lättviktsgrad på 25 %. Den minskade massan på den övre tvärbalken minskar också indirekt den totala lasten- på bilramen, vilket ytterligare optimerar spänningstillståndet för hela bilsystemet, vilket bildar en positiv cykel av "lättvikts - låg last - större säkerhet".
3. Forskningsslutsatser och branschvärde
Denna forskning om den optimerade designen av ramstrukturen för hisskorgen, genom vetenskaplig mekanisk analys och exakt parameteroptimering, gav följande nyckelslutsatser: För det första var den maximala spänningen i vagnramen under nominella driftsförhållanden 138,9 MPa, och den maximala spänningen i icke-koncentrerade områden under överbelastningsförhållanden var 166, båda. För det andra fick strukturen ingen total skada under bilbottnande och nödbromsningsförhållanden, men risken för att bilen hamnar i botten är fortfarande ett problem. För det tredje, genom att optimera den övre tvärbalkens tjocklek från 6 mm till 4 mm, bibehölls säkerhetsprestandan samtidigt som man uppnådde ett 25 % lättviktsmål.
Ur ett branschperspektiv ger denna forskning hisstillverkare en praktisk kostnads-besparing och effektivitet-förbättrande lösning. Genom att minska den övre tvärbalkens tjocklek kan tillverkare direkt minska användningen av råvaror som stål och därigenom sänka produktionskostnaderna. Dessutom minskar den lätta bilramen energiförbrukningen under hissdrift, vilket förbättrar utrustningens totala energieffektivitet. Dessutom tillhandahåller metoden "mekanisk analys - variabel screening - steg-}för-stegsoptimering som används i forskningen också ett referensparadigm för optimerad design av andra strukturella komponenter i hissindustrin, vilket främjar branschens omvandling från "empirisk design" till "datadriven design" och hjälper till att-designa. hissprodukter uppnår en högre nivå av balans mellan säkerhet och ekonomi.
