作者：张毅
在实际使用过程中，为提高设备工作效率，通常采用变频控制技术将提升速度分为“满载”（低速运行）和“空载”（高速运行）两种情况。“满载”时提升电机按50 Hz基频运行，同时按额定扭矩输出；“空载”时提升电机超频运行，同时降低扭矩输出。为充分发挥电机性能，需降低轿厢自重，以保证“空载”时超频运行的电机能够满足高速运行要求。
COSMOSWorks是集成在SolidWorks软件中的有限元分析模块，可为机械工程师提供比较完整的分析手段，特别是使用梁单元有限元分析方法处理框架结构问题时更简便快捷。本文利用COSMOS-Works软件对轿厢进行有限元静力分析，在满足使用和安全性能的条件下优化轿厢结构，降低设备的制造和使用成本，提高设备工作效率。
1 提升输送机轿厢有限元分析
1.1三维建模
提升输送机轿厢结构示意图如图1所示。它主要由横挡、支柱、上横梁、下横梁、吊点和连接板等零部件组焊而成，为便于后续进行有限元仿真分析，在用SolidWorks建模时要简化模型，除去连接板、吊点等零部件，如图2所示。轿厢的下横梁4主要用于承载外载荷，连接两侧下横挡6组成下框架体，上横挡5与上横梁1连接组成上框架体，上、下框架体再与支柱2组焊后形成厢体，中横挡3起到加固中间段强度的作用。
1.2轿厢材料
在有限元分析之前，先对型材材料属性进行定义。材料采用Q235A，其弹性模量为2×105MPa，屈服强度为235 MPa，泊松比为0.28，密度为7.8 g／cm3。
1.3 网格划分
梁单元是一种结构化单元，它所有的横截面特征都源于单元刚度矩阵，其优点是横截面特征不需要反映到有限元网格中，大大简化了模型的准备及分析工作。轿厢框架是刚性桁架，为提高有限元仿真的效率和精度，本文将分析的单元类型选择为梁单元。划分网格后的模型见图3。
1.4轿厢加载与约束
COSMOSWorks软件能够自动将桁架结构模型的连接点识别为“接榫点”，如图4所示。其中，焊接点1为各型材焊接处，导向点2为轿厢导向轮安装点，吊点3是提升输送机构的连接处，加载点4为轿厢施加载荷的位置。
在实际工作中，轿厢在提升机构的作用下沿y向做匀速运动，整个过程启停平稳、冲击小，且额定载荷加载或卸载时速度较慢，可不用考虑冲击载荷的影响。根据力学原理，可只对提升轿厢进行静力分析，在分析结果满足力学性能的要求下优化型材。
作用在轿厢的外载荷G主要有额定载重G。、水平输送设备重量G，，因此，全部外载荷G—G。+G，，外载荷均匀施加在下横梁的6个加载点处。加载完外载荷后，还需考虑轿厢自重G：的影响，按重力加速度设置轿厢自重G：。本文根据以往提升输送机实施项目中的载重数据规划出两种额定载重范围300 kg～600 kg和600 kg～1000 kg进行有限元分析。然后根据实际使用情况设置约束，设置完成后的模型见图5。
2静力分析
提交COSMOSWorks进行静力分析计算，对原型材的提升输送机轿厢计算后，得到相应的应力云图和位移云图，如图6所示。
由上述计算可看出：静力分析结果远小于设计标准，且通过观察应力和位移云图可看出，应力和变形主要集中在框架下横梁处，其余部位应力和变形都相对较小。
3结构优化
优化后的轿厢根据载重不同分为两档，优化轿厢1载重范围为300 kg—600 kg，优化轿厢2载重范围为600 kg～1000 kg，优化前、后型材参数对比见表1。
4优化结构验证
对优化后的模型重新施加载荷、约束，进行网格划分，并提交进行静力分析，通过计算得到优化后的轿厢应力云图和位移云图，见图7。
由图7可以看出，300 kg～600 kg载重优化轿厢1的应力最大值为39.3 MPa，y向变形最大值为1.05mm;600 kg～1 000 kg载重优化轿厢2的的应力最大值为38.9 MPa，y向变形最大值为0.89 mm。
从上述分析结果可以得出优化后的两种轿厢均可以满足许用应力和允许挠度值的要求。轿厢型材优化后，相比较原轿厢自重有明显降低（见表2），从而可降低提升机构的生产成本，提高使用效率。
5结论
本文基于有限元分析，对某型提升输送机进行结构优化，结果表明：原轿厢满载时应力、变形均远小于安全设计要求，造成材料及能耗的浪费；优化轿厢结构后的应力、变形仍能满足使用及安全性能要求，同时显著地降低了轿厢自重，降低了设备制造和使用成本，达到优化目的。
6摘要：基于有限元分析对某型提升输送机轿厢进行结构仿真，通过对仿真数据进行分析，规划出两种载重工况下轿厢的结构优化方案，并对方案进行仿真验证。分析表明优化方案满足其使用要求和安全性能，达到了降低设备制造和使用成本的目的。
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