張濤

摘要：火電廠建設(shè)過程中，大件設(shè)備的吊裝是工程建設(shè)的重難點之一，包括大板梁、發(fā)電機(jī)定子、除氧器等，具有超長、超重、超寬的特點。利用Solidworks軟件的可視化特點，以三維動畫形式對吊裝作業(yè)全過程進(jìn)行模擬，可以直觀了解作業(yè)步驟，提高吊裝前的安全技術(shù)交底效果，不斷對作業(yè)施工方案進(jìn)行優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：Solidworks；大件吊裝方案；三維動畫；模擬優(yōu)化；工程建設(shè)；火電廠建設(shè) 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TH123 文章編號：1009-2374（2016）24-0033-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.24.016

安慶電廠二期（2×1000MW）工程建設(shè)中，#4機(jī)組鍋爐大板梁共五根，長度41.3m，分別布置在K1、K2、K3、K4、K5軸線上。大板梁為疊梁，分為上、下疊梁，安裝在鍋爐79.4m爐架頂，最重有144.3t；除氧器重133t，外形尺寸為（長×寬×高）29240×4560×4875mm，有效容積300m3，安裝在29m層除氧間B、C列之間距離C列軸線4.7m；發(fā)電機(jī)定子凈重443t，尺寸為11800×5852×4700mm。安裝在17m層汽機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)層發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)上。通過查閱吊裝機(jī)械性能均能滿足吊裝要求。但大件吊裝作業(yè)環(huán)境也非常復(fù)雜，設(shè)備吊裝高度高、重量大，且吊裝機(jī)械設(shè)備龐大，作業(yè)空間相對狹小。采用Solidworks軟件制作三維動畫對大件吊裝方案模擬及優(yōu)化可以很好解決這一問題，確保大件吊裝作業(yè)安全可靠。本文以百萬機(jī)組鍋爐大板梁、除氧器及發(fā)電機(jī)定子的吊裝為例，介紹了Solidworks軟件在大件吊裝中的應(yīng)用。

1 Solidworks軟件簡介

Solidworks軟件功能強(qiáng)大、組件繁多，能夠提供不同的設(shè)計方案、減少設(shè)計過程中的錯誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。零件設(shè)計的基本特征功能有拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、陣列、鏡像等，裝配體中的新建運(yùn)動算例功能則能為裝配體形成三維動畫，通過插入關(guān)鍵幀和對關(guān)鍵幀特征的修改，完成大件吊裝過程的動畫模擬。SolidWorks獨有的拖拽功能使用戶能夠在較短的時間內(nèi)完成大件吊裝作業(yè)環(huán)境的模擬。且使用SolidWorks，整個產(chǎn)品設(shè)計是百分之百可編輯的，零件設(shè)計、裝配設(shè)計和工程圖之間是全相關(guān)的。

2 大板梁吊裝過程模擬

2.1 選擇施工機(jī)械

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，選擇擴(kuò)建端80T塔吊和爐后750T履帶吊作為主吊機(jī)械。預(yù)選750T履帶吊主臂84m，角度87°和77°，副臂42m，400t配重超起小車，超起回轉(zhuǎn)半徑為20m。

2.2 分配負(fù)荷、選擇吊點

以K1、K2大板梁為例。K1大板梁上梁重74.5t，選用750T履帶吊單機(jī)起吊，最大回轉(zhuǎn)半徑56m，額定載荷102t，考慮吊具10t，載荷率為（74.5+10）/102=82.8%，滿足單機(jī)起吊安全技術(shù)要求；K2大板梁上梁重110.5t，750T履帶吊吊點位于大板梁固定端側(cè)距離中心18m處，作業(yè)最大回轉(zhuǎn)半徑52m，額定載荷105t，80T塔吊吊點在大板梁擴(kuò)建端側(cè)距離中心19m處，作業(yè)最大回轉(zhuǎn)半徑25m，額定載荷80t。分配負(fù)荷參照式（1）和式（2）計算：

F1+F2=G （1）

F1×（L1+L2）=G×L2 （2）

式中：

F1——750T履帶吊分配載荷

F2——80T塔吊分配載荷

G——K2上梁重量110.5t

L1——履帶吊吊點距大板梁中心18m

L2——塔吊吊點距大板梁中心19m

通過計算，得出F1=56.7t，F(xiàn)2=53.8t；履帶吊載荷率為（56.7+10）/105=63.5%<80%，塔吊載荷率為（53.8+2）/80=70%<80%，滿足雙機(jī)抬吊安全技術(shù)要求。

2.3 確定相關(guān)距離尺寸

查閱大板梁圖紙，確定大板梁長寬高等相關(guān)尺寸，并確定履帶吊扒桿寬度3m，測量出起吊鋼絲繩長度、直徑，大板梁上吊耳距離等尺寸。

2.4 畫三維模型圖

2.4.1 大板梁。根據(jù)大板梁CAD圖紙，確定大板梁的長度、寬度、高度，翼板、腹板厚度等基本尺寸，在三維軟件中草圖繪制工具在右視基準(zhǔn)面按實際尺寸繪制平面草圖，利用兩側(cè)對稱拉伸特征大板梁腹板、翼板成型，然后在前視基準(zhǔn)面繪制筋板草圖，利用兩側(cè)對稱拉伸特征，大板梁基本成型，同時利用拉伸工具把吊車吊點和吊耳在大板梁上對應(yīng)位置上表示出來，大板梁建模完成。

2.4.2 固定基礎(chǔ)及爐架。根據(jù)建筑圖紙K1-K5、G1-G7軸線距離，畫出爐架基礎(chǔ)草圖，利用拉伸工具使基礎(chǔ)成型，然后在爐架基礎(chǔ)上平面按照各柱頭截面尺寸繪制草圖，拉伸使柱頭成型。按照鍋爐圖紙在17m層、31.5m層及以上新建基準(zhǔn)面，利用拉伸使各層的連接次梁成型，其中G2-G4軸之間31.5m層以上連接次梁緩裝，利用拉伸切除工具切除。同時根據(jù)現(xiàn)場測量塔吊中心與爐架相對位置尺寸，在G1列外側(cè)利用同樣方法對80T塔吊基礎(chǔ)建模。

2.4.3 履帶吊及塔吊。根據(jù)履帶吊使用說明書上相關(guān)尺寸，對履帶吊回轉(zhuǎn)、扒桿、吊鉤、履帶等零件進(jìn)行三維建模，然后新建裝配體，把履帶吊相關(guān)零件圖按順序依次插入到裝配圖中，利用配合工具對各零件的相對位置，運(yùn)行軌跡進(jìn)行定位，利用同樣方法對塔吊進(jìn)行建模。

2.5 制作三維動畫模擬確定施工方案

2.5.1 新建裝配體。先插入固定基礎(chǔ)及爐架（固定），然后依次把剩下的各零件模型圖及起重機(jī)械裝配圖插入到新裝配體圖形中，將履帶吊、塔吊裝配體設(shè)置為柔性。添加配合尺寸及幾何關(guān)系，使履帶吊回轉(zhuǎn)中心距離K5軸線15.8m，塔吊位于塔吊基礎(chǔ)中心。添加配合特征使各部分按照現(xiàn)場實際情況在三維模型中展現(xiàn)。

2.5.2 動畫制作。動畫制作過程以K1大板梁和K2大板梁吊裝全過程為例。K1大板梁用750T履帶吊單機(jī)起吊就位，K2大板梁利用750T履帶吊和80T塔吊雙擊抬吊就位，作業(yè)過程可以分為以下步驟：大板梁翻身完畢、捆綁鋼絲繩、起升、轉(zhuǎn)向就位，同時履帶吊向固定端方向移動，吊裝就位時副臂角度減小，鋼絲繩起升。80T塔吊向右轉(zhuǎn)向。每一個步驟動作的同時，都伴隨著大板梁及起吊鋼絲繩的運(yùn)動，起吊機(jī)械形態(tài)的變化。動畫制作中通過對關(guān)鍵幀的修改，把每一個運(yùn)動都表現(xiàn)出來。

2.5.3 確定施工方案。通過對吊裝過程模擬動畫的全方位觀察、干涉檢測，預(yù)測危險源，發(fā)現(xiàn)K2板梁吊裝過程履帶吊主臂與G2-G4軸31.5m層以上連接次梁存在碰撞風(fēng)險，此處連接次梁應(yīng)緩裝，在進(jìn)行建模時應(yīng)反饋出來。此外，K1、K2大板梁吊裝過程履帶吊不抗桿，也沒有其他碰撞現(xiàn)象發(fā)生，機(jī)械負(fù)荷率滿足安全技術(shù)要求。故最終確定此方案為4#鍋爐大板梁吊裝方案。

3 除氧器吊裝過程模擬

除氧器重133t，外形尺寸為（長×寬×高）29240×

4560×4875mm，有效容積300m3，安裝在29m層除氧間B、C列之間距離C列軸線4.7m。通過查閱吊裝采用的履帶吊和塔吊起重機(jī)械性能表確定分配負(fù)荷及吊點位置，此時兩臺起重機(jī)械的負(fù)荷均符合雙機(jī)抬吊安全技術(shù)要求。但除氧器吊裝作業(yè)環(huán)境也非常復(fù)雜，且吊裝的履帶吊的主臂寬度有2.25m，廠房擴(kuò)建端離除氧間不到1m的場地有一臺6T塔吊和1臺施工電梯，空間相對狹小，除氧器吊裝過程中可能出現(xiàn)抗桿、碰撞等。通過Solidworks軟件對除氧器吊裝過程的模擬，實現(xiàn)吊裝方案的優(yōu)化。

4 發(fā)電機(jī)定子吊裝

發(fā)電機(jī)定子凈重為443t，尺寸為11800×5852×4700mm。安裝在17m層汽機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)層發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)上。定子運(yùn)輸車從汽機(jī)房中門進(jìn)入吊物孔，利用液壓提升裝置組合扁擔(dān)梁吊裝系統(tǒng)對發(fā)電機(jī)定子進(jìn)行起吊作業(yè)，作業(yè)空間狹小，作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，應(yīng)用Solidworks軟件的可視化特點，很好地解決了作業(yè)空間狹小問題，確保發(fā)電機(jī)定子吊裝作業(yè)的安全可靠。

5 結(jié)語

大件吊裝過程中，通過Solidworks對大件吊裝方案的模擬及優(yōu)化，編制出最符合現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境的施工方案，大大提高吊裝方案的可靠性，利用Solidworks的可視化特點，亦能提高作業(yè)前的安全技術(shù)交底效果，最終所有大件吊裝安全高效完成，獲得監(jiān)理、業(yè)主等一致好評，從而證實了Solidworks軟件制作三維動畫模擬在火電廠建設(shè)大件吊裝中的實用性。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）