基于Solidworks的大件吊装方案模拟及优化

张涛

摘要：火电厂建设过程中，大件设备的吊装是工程建设的重难点之一，包括大板梁、发电机定子、除氧器等，具有超长、超重、超宽的特点。利用Solidworks软件的可视化特点，以三维动画形式对吊装作业全过程进行模拟，可以直观了解作业步骤，提高吊装前的安全技术交底效果，不断对作业施工方案进行优化。

关键词：Solidworks；大件吊装方案；三维动画；模拟优化；工程建设；火电厂建设 文献标识码：A

中图分类号：TH123 文章编号：1009-2374（2016）24-0033-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.24.016

安庆电厂二期（2×1000MW）工程建设中，#4机组锅炉大板梁共五根，长度41.3m，分别布置在K1、K2、K3、K4、K5轴线上。大板梁为叠梁，分为上、下叠梁，安装在锅炉79.4m炉架顶，最重有144.3t；除氧器重133t，外形尺寸为（长×宽×高）29240×4560×4875mm，有效容积300m3，安装在29m层除氧间B、C列之间距离C列轴线4.7m；发电机定子净重443t，尺寸为11800×5852×4700mm。安装在17m层汽机运转层发电机基础上。通过查阅吊装机械性能均能满足吊装要求。但大件吊装作业环境也非常复杂，设备吊装高度高、重量大，且吊装机械设备庞大，作业空间相对狭小。采用Solidworks软件制作三维动画对大件吊装方案模拟及优化可以很好解决这一问题，确保大件吊装作业安全可靠。本文以百万机组锅炉大板梁、除氧器及发电机定子的吊装为例，介绍了Solidworks软件在大件吊装中的应用。

1 Solidworks软件简介

Solidworks软件功能强大、组件繁多，能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。零件设计的基本特征功能有拉伸、旋转、扫描、阵列、镜像等，装配体中的新建运动算例功能则能为装配体形成三维动画，通过插入关键帧和对关键帧特征的修改，完成大件吊装过程的动画模拟。SolidWorks独有的拖拽功能使用户能够在较短的时间内完成大件吊装作业环境的模拟。且使用SolidWorks，整个产品设计是百分之百可编辑的，零件设计、装配设计和工程图之间是全相关的。

2 大板梁吊装过程模拟

2.1 选择施工机械

根据现场实际情况，选择扩建端80T塔吊和炉后750T履带吊作为主吊机械。预选750T履带吊主臂84m，角度87°和77°，副臂42m，400t配重超起小车，超起回转半径为20m。

2.2 分配负荷、选择吊点

以K1、K2大板梁为例。K1大板梁上梁重74.5t，选用750T履带吊单机起吊，最大回转半径56m，额定载荷102t，考虑吊具10t，载荷率为（74.5+10）/102=82.8%，满足单机起吊安全技术要求；K2大板梁上梁重110.5t，750T履带吊吊点位于大板梁固定端侧距离中心18m处，作业最大回转半径52m，额定载荷105t，80T塔吊吊点在大板梁扩建端侧距离中心19m处，作业最大回转半径25m，额定载荷80t。分配负荷参照式（1）和式（2）计算：

F1+F2=G （1）

F1×（L1+L2）=G×L2 （2）

式中：

F1——750T履带吊分配载荷

F2——80T塔吊分配载荷

G——K2上梁重量110.5t

L1——履带吊吊点距大板梁中心18m

L2——塔吊吊点距大板梁中心19m

通过计算，得出F1=56.7t，F2=53.8t；履带吊载荷率为（56.7+10）/105=63.5%<80%，塔吊载荷率为（53.8+2）/80=70%<80%，满足双机抬吊安全技术要求。

2.3 确定相关距离尺寸

查阅大板梁图纸，确定大板梁长宽高等相关尺寸，并确定履带吊扒杆宽度3m，测量出起吊钢丝绳长度、直径，大板梁上吊耳距离等尺寸。

2.4 画三维模型图

2.4.1 大板梁。根据大板梁CAD图纸，确定大板梁的长度、宽度、高度，翼板、腹板厚度等基本尺寸，在三维软件中草图绘制工具在右视基准面按实际尺寸绘制平面草图，利用两侧对称拉伸特征大板梁腹板、翼板成型，然后在前视基准面绘制筋板草图，利用两侧对称拉伸特征，大板梁基本成型，同时利用拉伸工具把吊车吊点和吊耳在大板梁上对应位置上表示出来，大板梁建模完成。

2.4.2 固定基础及炉架。根据建筑图纸K1-K5、G1-G7轴线距离，画出炉架基础草图，利用拉伸工具使基础成型，然后在炉架基础上平面按照各柱头截面尺寸绘制草图，拉伸使柱头成型。按照锅炉图纸在17m层、31.5m层及以上新建基准面，利用拉伸使各层的连接次梁成型，其中G2-G4轴之间31.5m层以上连接次梁缓装，利用拉伸切除工具切除。同时根据现场测量塔吊中心与炉架相对位置尺寸，在G1列外侧利用同样方法对80T塔吊基础建模。

2.4.3 履带吊及塔吊。根据履带吊使用说明书上相关尺寸，对履带吊回转、扒杆、吊钩、履带等零件进行三维建模，然后新建装配体，把履带吊相关零件图按顺序依次插入到装配图中，利用配合工具对各零件的相对位置，运行轨迹进行定位，利用同样方法对塔吊进行建模。

2.5 制作三维动画模拟确定施工方案

2.5.1 新建装配体。先插入固定基础及炉架（固定），然后依次把剩下的各零件模型图及起重机械装配图插入到新装配体图形中，将履带吊、塔吊装配体设置为柔性。添加配合尺寸及几何关系，使履带吊回转中心距离K5轴线15.8m，塔吊位于塔吊基础中心。添加配合特征使各部分按照现场实际情况在三维模型中展现。

2.5.2 动画制作。动画制作过程以K1大板梁和K2大板梁吊装全过程为例。K1大板梁用750T履带吊单机起吊就位，K2大板梁利用750T履带吊和80T塔吊双击抬吊就位，作业过程可以分为以下步骤：大板梁翻身完毕、捆绑钢丝绳、起升、转向就位，同时履带吊向固定端方向移动，吊装就位时副臂角度减小，钢丝绳起升。80T塔吊向右转向。每一个步骤动作的同时，都伴随着大板梁及起吊钢丝绳的运动，起吊机械形态的变化。动画制作中通过对关键帧的修改，把每一个运动都表现出来。

2.5.3 确定施工方案。通过对吊装过程模拟动画的全方位观察、干涉检测，预测危险源，发现K2板梁吊装过程履带吊主臂与G2-G4轴31.5m层以上连接次梁存在碰撞风险，此处连接次梁应缓装，在进行建模时应反馈出来。此外，K1、K2大板梁吊装过程履带吊不抗杆，也没有其他碰撞现象发生，机械负荷率满足安全技术要求。故最终确定此方案为4#锅炉大板梁吊装方案。

3 除氧器吊装过程模拟

除氧器重133t，外形尺寸为（长×宽×高）29240×

4560×4875mm，有效容积300m3，安装在29m层除氧间B、C列之间距离C列轴线4.7m。通过查阅吊装采用的履带吊和塔吊起重机械性能表确定分配负荷及吊点位置，此时两台起重机械的负荷均符合双机抬吊安全技术要求。但除氧器吊装作业环境也非常复杂，且吊装的履带吊的主臂宽度有2.25m，厂房扩建端离除氧间不到1m的场地有一台6T塔吊和1台施工电梯，空间相对狭小，除氧器吊装过程中可能出现抗杆、碰撞等。通过Solidworks软件对除氧器吊装过程的模拟，实现吊装方案的优化。

4 发电机定子吊装

发电机定子净重为443t，尺寸为11800×5852×4700mm。安装在17m层汽机运转层发电机基础上。定子运输车从汽机房中门进入吊物孔，利用液压提升装置组合扁担梁吊装系统对发电机定子进行起吊作业，作业空间狭小，作业环境复杂，应用Solidworks软件的可视化特点，很好地解决了作业空间狭小问题，确保发电机定子吊装作业的安全可靠。

5 结语

大件吊装过程中，通过Solidworks對大件吊装方案的模拟及优化，编制出最符合现场作业环境的施工方案，大大提高吊装方案的可靠性，利用Solidworks的可视化特点，亦能提高作业前的安全技术交底效果，最终所有大件吊装安全高效完成，获得监理、业主等一致好评，从而证实了Solidworks软件制作三维动画模拟在火电厂建设大件吊装中的实用性。

（责任编辑：黄银芳）