Kuna linnastumine kiireneb ja kõrghoonete arv{0}}kasvab jätkuvalt, leiavad liftid kui vertikaalse transpordi põhiseadmed üha laialdasemalt kasutust. Tööstusstatistika kohaselt on minu riigis ligi 1000 liftitootjat ja konkurents turul tiheneb. Kulude vähendamine ja efektiivsuse suurendamine toodete optimeerimise kaudu on muutunud tööstuse võtmeküsimuseks. Veojõuliftid kui peavoolu tüüpi liftid on pärast sajandi pikkust arengut oma tugitehnoloogiat küpsenud. Nende struktuur koosneb kaheksast peamisest süsteemist: veojõusüsteem, autosüsteem ja juhtsüsteem. Kabiinisüsteem kannab otseselt koormust, samas kui kabiini raam kui kabiini konstruktsiooniline raamistik on disainiga, mis mõjutab otseselt lifti ohutust ja tootmiskulusid. Liigne auto raami mass võib põhjustada materjali raiskamist ja üleliigset disaini; kuigi liiga kerge kaal ei vasta koormusnõuetele, kujutades endast ohtu.
Tegime veolifti kabiini raami struktuuri optimeerimisuuringuid, kasutades arvulise simulatsiooni tarkvara raami staatika ja dünaamika analüüsimiseks. See lähenemine võimaldab meil saavutada kerge disaini, tagades samas konstruktsiooni ohutuse, pakkudes praktilist lahendust ettevõtete majandusliku efektiivsuse parandamiseks.
1. Lifti kabiini raami mehaaniline analüüs: optimeerimise projekteerimise alus
Teadusliku ja usaldusväärse optimeerimislahenduse tagamiseks kasutas uurimisrühm esmalt professionaalset arvsimulatsioonitarkvara, et viia läbi igakülgne analüüs liftikabiini raami mehaaniliste omaduste kohta erinevates töötingimustes, pakkudes andmetuge järgneva kergekaalulise disaini jaoks.
1.1 Staatiline analüüs: pingetalitlus nimi- ja ülekoormustingimustes
Staatilises analüüsis keskenduti lifti normaalse töö nominaalsetele töötingimustele ja äärmuslikele ülekoormustingimustele. Selle põhieesmärk oli simuleerida auto raami pingejaotust ja nihkumist, luues täpse konstruktsioonimudeli. Uurimistöö käigus konstrueeris meeskond esmalt SolidWorksi tarkvara abil autoraami 3D-struktuurimudeli ja seejärel importis mudeli Abaqusi analüüsitarkvarasse x_t-vormingus. Arvestades auto raami keerulist struktuuri, jätsid nad arvutuste lihtsustamiseks ja analüüsi täpsuse säilitamiseks välja pisidetailid, nagu ühendused, keevisõmblused, poldid ja faasid. Põhikonstruktsioon muudeti seejärel kestaks ja sellised komponendid nagu tagasivooluratas, turvaklamber ja juhtjalats muudeti jäikadeks korpusteks. Parameetrite seadistused põhinesid lifti tegelikel tööstandarditel: veomootori võimsus oli 11,7 kW, auto kaal 1100 kg, nimikiirus 1,75 m/s, nimikoormus 1050 kg ja tõstekõrgus 82,5 m. Mudelile rakendati horisontaalseid piiranguid, et simuleerida auto raami tegelikku kaalu, auto survet ja koormussurvet. Võrgustamiseks kasutati S4R elemente, mille võrgusilma suurus oli 10 mm, mille tulemuseks oli 590 350 sõlme ja 431 287 elementi, tagades mudeli täpsuse.
Analüüsitulemused näitavad, et nominaalsetes töötingimustes on auto raami maksimaalne pinge 138,9 MPa, mis on palju madalam kui materjali voolavuspinge. Maksimaalne pinge tekib anti-vibratsioonikummi ja auto raami külgtalade kokkupuutel, mille tulemuseks on kontakti kokkusurumise tõttu lokaalne pingekontsentratsioon. See kontsentreeritud ala katab aga ainult kahte võrguelementi ja sellel on minimaalne mõju autoraami üldisele pingele. Arvutused näitavad, et materjali voolavuspiiri ja 1,5-kordse ohutusteguri suhe on 156,7 MPa (235 MPa/1,5) ning maksimaalne pinge 138,9 MPa vastab ohutusnõuetele.
125% ülekoormuse tingimustes tõuseb auto raami maksimaalne pinge 296,2 MPa-ni, koondudes jällegi vibratsioonivastase kummi ja auto raami külgtalade kokkupuutepunkti. Pingekontsentratsiooni ala laieneb neljale võrguelemendile, kuid selle mõju üldisele struktuurilisele pingele on endiselt piiratud. Peale pingekontsentratsiooni ala on ülejäänud piirkondade maksimaalne pinge 166,4 MPa. Kuigi see on madalam kui materjali voolavuspiir, ei vasta see 1,5-kordsele ohutusteguri nõudele. Lisaks on auto raami maksimaalne kumulatiivne nihe 9,5 mm, mistõttu tuleb tegelikul kasutamisel vältida pikaajalist{10}}ülekoormust.
1.2 Dünaamiline analüüs: konstruktsiooniohutuse kontrollimine äärmuslikes töötingimustes
Dünaamiline analüüs keskendub äärmuslikele riskitingimustele lifti töötamise ajal{0}}kabiini põhjalaskmisel ja hädapidurdamisel. Nendes tingimustes muutuvad auto raami kiirus ja kiirendus aja jooksul dünaamiliselt. Mööduvad dünaamilised simulatsioonid viiakse läbi mooduli Abaqus Explicit abil. Algkiirus on puhvri ja auto raami vaheline kontaktkiirus ning konstruktsiooni dünaamilise pingereaktsiooni simuleerimiseks sisestatakse tegeliku kiiruse muutumise amplituud töö ajal.
Simulatsiooni tulemused näitavad, et kui auto põhja langeb, tekivad puhvri ja auto raami kokkupuutepunktis suured pingekontsentratsioonid ning osad komponendid läbivad liigse pinge tõttu plastilise deformatsiooni. 0,084 sekundit pärast põhja langemist jõuab maksimaalne pinge löögipunktis 248,2 MPa-ni. Kuigi see ei ületa materjali tugevuspiiri 400 MPa ja hoiab ära üldise konstruktsiooni purunemise, kaotab auto raam oma võime normaalselt töötada. Seetõttu on laiahaardelised ohutussüsteemid lifti projekteerimisel ja töötamisel hädavajalikud, et vältida auto põhja langemist. Hädapidurdustingimustes on auto raami maksimaalne pingeväärtus 229,1 MPa, mis on madalam materjali voolavuspingest ja pingete toimevahemik on väike, mis ei ohusta konstruktsiooni ohutust. See näitab, et lifti hädapidurdussüsteem suudab tõhusalt tagada kabiini raami konstruktsiooni stabiilsuse.
2. Autoraami ülemise risttala optimeerimisdisain: kerge lahendus töös
Mehaanilise analüüsi tulemuste põhjal leidis uurimisrühm, et auto raami üldine pinge vastas ohutusnõuetele ja sellel oli normaalse töö käigus märkimisväärseid ohutusvarusid, mis viitab kerge kaalu optimeerimise võimalusele. Iga komponendi pingejaotuse edasine analüüs tuvastas ülemise risttala kui tuuma optimeerimise sihtmärgi-selle pingeväärtused erinevates töötingimustes olid materjali piirist tunduvalt madalamad, mis näitab suurimat optimeerimispotentsiaali.
2.1 Optimeerimismuutujate ja -meetodite määramine
Arvestades auto raami üldise struktuurilise paigutuse stabiilsust, otsustasime mitte muuta peamisi mõõtmeid, nagu pikkus, painde kõrgus ja ülemise risttala üldkõrgus. Keskendusime ainult ülemisele risttala paksusele kui ainsale optimeerimismuutujale, et vältida muude komponentide pingetasakaalu mõjutamist konstruktsiooniliste kohanduste tõttu. Optimeerimismeetodis kasutati järkjärgulist-sammu haaval-vähendamist, alustades algsest paksusest 6 mm ja vähendades paksust korraga 0,5 mm võrra. Mitme simulatsioonianalüüsi abil kontrollisime erineva paksusega ülemise risttala pingejõudlust ja ohutust, valides lõpuks optimaalse lahenduse.
2.2 Toimivuse ja kvaliteedi võrdlus enne ja pärast optimeerimist
Mitmed simulatsioonikontrolli voorud kinnitasid, et ülemise risttala paksuse vähendamine 6 mm-lt 4 mm-le saavutas optimaalse tasakaalu konstruktsiooni jõudluse ja kerge kaalu vahel. Pingevõime osas oli ülemise risttala maksimaalne pinge enne optimeerimist vaid 17,08 MPa, mis on tunduvalt madalam materjali voolavuspiirist. Pärast optimeerimist tõusis maksimaalne pinge 139,5 MPa-ni, mis jääb endiselt alla 156,7 MPa ohutusläve, täites 1,5-kordse ohutusteguri nõude ning demonstreerides stabiilseid ja usaldusväärseid mehaanilisi omadusi.
Kergekaalu ja kulude kontrolli osas vähendati pärast optimeerimist ühe ülemise risttala massi 29,95 kg-lt 22,46 kg-le, kaalulangus 7,49 kg tala kohta ja kergendusaste 25%. Ülemise põiktala vähendatud mass vähendab kaudselt ka auto raami üldist koormust{5}}, optimeerides veelgi kogu auto süsteemi pingeseisundit, moodustades "kerge - väikese koormuse - suurema ohutuse" kasuliku tsükli.
3. Uurimistöö järeldused ja tööstuse väärtus
See teadusliku mehaanilise analüüsi ja parameetrite täpse optimeerimise abil tehtud veojõulifti kabiini konstruktsiooni optimeeritud konstruktsiooni uurimine andis järgmised peamised järeldused: esiteks oli auto raami maksimaalne pinge nimitöötingimustes 138,9 MPa ja maksimaalne pinge mitte-kontsentreeritud piirkondades ülekoormustingimustes oli 166,4 MPa, mis mõlemad vastavad põhilistele mehaanilistele nõuetele. Teiseks ei saanud konstruktsioon auto põhja ja hädapidurduse tingimustes üldist kahjustust, kuid auto põhja kukkumise oht on endiselt murettekitav. Kolmandaks, optimeerides ülemise risttala paksust 6 mm-lt 4 mm-le, säilitati ohutus, saavutades samal ajal 25% kerge kaalu.
Tööstusharu vaatenurgast pakub see uuring liftitootjatele praktilisi kulusid{0}}säästvaid ja tõhusust{1}}parandavaid lahendusi. Ülemise risttala paksuse vähendamisega saavad tootjad otseselt vähendada tooraine, näiteks terase kasutamist, alandades seeläbi tootmiskulusid. Lisaks vähendab kerge autoraam lifti töötamise ajal energiatarbimist, parandades seadmete üldist energiatõhusust. Lisaks pakub uurimistöös kasutatud "mehaaniline analüüs - muutujate sõelumine - samm-sammult-"-sammuline optimeerimine" võrdlusparadigma muude konstruktsioonikomponentide optimeeritud projekteerimiseks liftitööstuses, edendades tööstuse muutumist "empiirilisest projekteerimisest" "andmepõhiseks-disainiks" ja abiks. liftitooted saavutavad kõrgema tasakaalu ohutuse ja ökonoomsuse vahel.
