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齒輪齒條驅(qū)動(dòng)式垂直升降機(jī)由貨物吊籠和驅(qū)動(dòng)裝置組成，包括電纜導(dǎo)向裝置、帶駕駛室吊籠、連接鉸、驅(qū)動(dòng)裝置和導(dǎo)架與附墻架等部分。驅(qū)動(dòng)裝置包括2、3套三相交流起重異步電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、減速器、齒輪和壓輪等，它們安裝在傳動(dòng)底板上，傳動(dòng)底板和吊籠之間用鉸連接。這類升降機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，拆裝方便，搬運(yùn)靈活，提升高度大，運(yùn)載能力強(qiáng)，故廣泛應(yīng)用于較高的建筑工地，是垂直運(yùn)送建筑材料和人員的高效率施工機(jī)械。
吊籠的空間框架結(jié)構(gòu)直接承受貨載作用，它超靜定的支撐導(dǎo)向裝置和多變的受載情況導(dǎo)致其精確計(jì)算較為復(fù)雜。杭州那泰有限元分析公司采用有限單元法對(duì)吊籠進(jìn)行強(qiáng)度、剛度有限元分析，以提高設(shè)計(jì)精度，改進(jìn)使用可靠性。
齒輪齒條驅(qū)動(dòng)式垂直升降機(jī)是雙籠無對(duì)重總體構(gòu)造形式，每只吊籠的額定載重量為2t。吊籠的長×寬×外高為3.0m1.3m2.8m，內(nèi)高為2.53m，吊籠表面使用鋼絲網(wǎng)護(hù)罩，便于采光和減小風(fēng)載。吊籠上裝有12只帶有滾珠軸承的導(dǎo)輪使吊籠載著人貨沿導(dǎo)架運(yùn)行。考慮這些實(shí)際情況，建模時(shí)忽略吊籠鋼絲網(wǎng)的影響，將吊籠計(jì)算模型簡化為30個(gè)結(jié)點(diǎn)，56個(gè)空間剛架單元的桿系結(jié)構(gòu)。整體坐標(biāo)系Oxyz原點(diǎn)設(shè)于底部導(dǎo)輪支撐側(cè)中部。結(jié)點(diǎn)2、3、10、11的x和y方向支撐導(dǎo)輪分別以相應(yīng)方向的拉壓邊界單元k1~k8代替，吊籠與傳動(dòng)底板間采用鉸軸連接，故在鉸接點(diǎn)29、30處設(shè)置z方向拉壓邊界單元k9、k10，邊界單元的剛度值均取較大值K=109，以模擬真實(shí)接觸情況。根據(jù)升降機(jī)吊籠的具體情況，桿件截面分為4組，第1組為槽鋼，第2~4組為等邊角鋼。具體為第1組：1~9、55、56單元， 如1［2，19］、2［3，20］、9［11，15］、55［10，29］、56［11，30］。第2組：10~24單元，如10［1，2］、11［3，4］、24［15，16］。第3組：25~36單元，如25［9，17］、26［12，22］、36［7，26］。第4組：36~54單元，如36［7，26］、37［17，18］、54［8，27］。在同組截面中，型鋼截面方向可能不同，這個(gè)情況在計(jì)算方向截面模量時(shí)加以考慮。
工作中吊籠承受的主要外載荷有貨物載荷、自重載荷。司機(jī)與駕駛室的質(zhì)量相對(duì)較小，計(jì)算時(shí)把它并入自重載荷。由于鋼絲網(wǎng)的迎風(fēng)面積較小，橫向風(fēng)載忽略不計(jì)。按貨物載荷可能發(fā)生的3種不利偏置情況，分別與自重載荷組成3種計(jì)算工況。3種不利的貨物載荷偏置工況分別是：1)向外1/2偏置；2)向左或右1/2偏置；3)向左外或右外1/4偏置。編程計(jì)算時(shí)，設(shè)自重載荷均布于吊籠框架上下面的16個(gè)結(jié)點(diǎn)處。求得的各工況變形情況可見，工況3產(chǎn)生的變形最奇異，變形量也最大，最大方向變形值為9.83mm。
本文介紹了施工升降機(jī)框架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)的方法過程，通過建模分析，得出了幾種不利載荷工況時(shí)吊籠的應(yīng)力和變形。通過對(duì)3種滿載不利工況進(jìn)行桿件有限元應(yīng)力和變形計(jì)算，得出在最大偏載情況下，第3組桿件的第33號(hào)單元應(yīng)力最大，其值為172MPa，但沒有超過Q345材料的許用應(yīng)力值。這樣可以提高設(shè)計(jì)精度，既滿足剛度、強(qiáng)度要求，也能減少自重。建議在升降機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要考慮最大偏載工況下結(jié)構(gòu)件中應(yīng)力最大的單元，以滿足實(shí)際制造和使用要求。
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