基于Solidworks的大件吊裝方案模擬及優化

張濤

摘要：火電廠建設過程中，大件設備的吊裝是工程建設的重難點之一，包括大板梁、發電機定子、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全過程進行模擬，可以直觀了解作業步驟，提高吊裝前的安全技術交底效果，不斷對作業施工方案進行優化。

關鍵詞：Solidworks；大件吊裝方案；三維動畫；模擬優化；工程建設；火電廠建設 文獻標識碼：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）工程建設中，#4機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；發電機定子凈重443t，尺寸為11800×5852×4700mm。安裝在17m層汽機運轉層發電機基礎上。通過查閱吊裝機械性能均能滿足吊裝要求。但大件吊裝作業環境也非常復雜，設備吊裝高度高、重量大，且吊裝機械設備龐大，作業空間相對狹小。采用Solidworks軟件制作三維動畫對大件吊裝方案模擬及優化可以很好解決這一問題，確保大件吊裝作業安全可靠。本文以百萬機組鍋爐大板梁、除氧器及發電機定子的吊裝為例，介紹了Solidworks軟件在大件吊裝中的應用。

1 Solidworks軟件簡介

Solidworks軟件功能強大、組件繁多，能夠提供不同的設計方案、減少設計過程中的錯誤以及提高產品質量。零件設計的基本特征功能有拉伸、旋轉、掃描、陣列、鏡像等，裝配體中的新建運動算例功能則能為裝配體形成三維動畫，通過插入關鍵幀和對關鍵幀特征的修改，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完成大件吊裝作業環境的模擬。且使用SolidWorks，整個產品設計是百分之百可編輯的，零件設計、裝配設計和工程圖之間是全相關的。

2 大板梁吊裝過程模擬

2.1 選擇施工機械

根據現場實際情況，選擇擴建端80T塔吊和爐后750T履帶吊作為主吊機械。預選750T履帶吊主臂84m，角度87°和77°，副臂42m，400t配重超起小車，超起回轉半徑為20m。

2.2 分配負荷、選擇吊點

以K1、K2大板梁為例。K1大板梁上梁重74.5t，選用750T履帶吊單機起吊，最大回轉半徑56m，額定載荷102t，考慮吊具10t，載荷率為（74.5+10）/102=82.8%，滿足單機起吊安全技術要求；K2大板梁上梁重110.5t，750T履帶吊吊點位于大板梁固定端側距離中心18m處，作業最大回轉半徑52m，額定載荷105t，80T塔吊吊點在大板梁擴建端側距離中心19m處，作業最大回轉半徑25m，額定載荷80t。分配負荷參照式（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，F2=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%，滿足雙機抬吊安全技術要求。

2.3 確定相關距離尺寸

查閱大板梁圖紙，確定大板梁長寬高等相關尺寸，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面按實際尺寸繪制平面草圖，利用兩側對稱拉伸特征大板梁腹板、翼板成型，然后在前視基準面繪制筋板草圖，利用兩側對稱拉伸特征，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位置上表示出來，大板梁建模完成。

2.4.2 固定基礎及爐架。根據建筑圖紙K1-K5、G1-G7軸線距離，畫出爐架基礎草圖，利用拉伸工具使基礎成型，然后在爐架基礎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。同時根據現場測量塔吊中心與爐架相對位置尺寸，在G1列外側利用同樣方法對80T塔吊基礎建模。

2.4.3 履帶吊及塔吊。根據履帶吊使用說明書上相關尺寸，對履帶吊回轉、扒桿、吊鉤、履帶等零件進行三維建模，然后新建裝配體，把履帶吊相關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，運行軌跡進行定位，利用同樣方法對塔吊進行建模。

2.5 制作三維動畫模擬確定施工方案

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

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動，起吊機械形態的變化。動畫制作中通過對關鍵幀的修改，把每一個運動都表現出來。

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，預測危險源，發現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險，此處連接次梁應緩裝，在進行建模時應反饋出來。此外，K1、K2大板梁吊裝過程履帶吊不抗桿，也沒有其他碰撞現象發生，機械負荷率滿足安全技術要求。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械性能表確定分配負荷及吊點位置，此時兩臺起重機械的負荷均符合雙機抬吊安全技術要求。但除氧器吊裝作業環境也非常復雜，且吊裝的履帶吊的主臂寬度有2.25m，廠房擴建端離除氧間不到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抗桿、碰撞等。通過Solidworks軟件對除氧器吊裝過程的模擬，實現吊裝方案的優化。

4 發電機定子吊裝

發電機定子凈重為443t，尺寸為11800×5852×4700mm。安裝在17m層汽機運轉層發電機基礎上。定子運輸車從汽機房中門進入吊物孔，利用液壓提升裝置組合扁擔梁吊裝系統對發電機定子進行起吊作業，作業空間狹小，作業環境復雜，應用Solidworks軟件的可視化特點，很好地解決了作業空間狹小問題，確保發電機定子吊裝作業的安全可靠。

5 結語

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

（責任編輯：黃銀芳）