鍋爐仿真鋼架

1、火電站鍋爐鋼架安裝過程的動(dòng)態(tài)仿真Dynamic Simulation of Installation process of Boilers Steel Structure車德勇，李延臣，居玉雷，張立棟，李少華（東北電力大學(xué)，吉林 吉林 132012）摘要：將仿真技術(shù)應(yīng)用于火電站鍋爐鋼架的安裝過程，利用SolidWorks軟件虛擬鍋爐鋼架的施工過程和施工場(chǎng)景，從而增強(qiáng)了電建施工人員對(duì)鍋爐鋼架整個(gè)施工過程的感性認(rèn)識(shí)，提升人員的培訓(xùn)效果，同時(shí)為管理者合理安排施工提供了決策依據(jù)。關(guān)鍵詞:SolidWorks；鍋爐鋼架；安裝過程；動(dòng)態(tài)仿真Abstract: The three-dimensional d

2、ynamic simulation of boilers steel structure installation in electric power plant is researched with SolidWorks software in the paper . It mainly describes the installation process in the form of animation . It will increase the perceptual knowledge of power construction staff on the entire steel st

3、ructure construction,at the same time provide the basis of make decision for managers organization reasonably.Keywords: SolidWorks ; boilers steel structure;installation process;dynamic simulation中圖分類號(hào):TP399 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B1 前言鋼架屬巨型承重結(jié)構(gòu)，它是鍋爐系統(tǒng)的龍骨，主要用來(lái)支承和懸吊汽鼓、聯(lián)箱、受熱面管、爐墻、平臺(tái)及扶梯等部件。在火電站建設(shè)過程中，鋼架安裝的主要依據(jù)是設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的施工圖

4、紙，但是由于鋼架體積、重量大，質(zhì)量控制點(diǎn)多，施工過程復(fù)雜， 施工人員需要花費(fèi)大量的時(shí)間反復(fù)查看圖紙、記錄、分析，才能得出結(jié)果，這種方式容易造成施工人員的疲勞疏忽，影響施工質(zhì)量。為改變這種現(xiàn)狀，本文利用SolidWorks軟件，以動(dòng)畫形式虛擬火電站鍋爐鋼架的施工過程，以期形象直觀的指導(dǎo)鍋爐鋼架的施工過程，幫助施工技術(shù)管理人員獲得更全面系 統(tǒng)的圖紙信息、設(shè)計(jì)信息和方案預(yù)測(cè)結(jié)果。2 鍋爐鋼架零部件的建模SolidWorks用戶界面人性化，便于操作,在Solidwork的標(biāo)準(zhǔn)菜單中，包含了各種用于創(chuàng)建零件特征和基準(zhǔn)特征的命令。通過草圖繪制、拉伸凸臺(tái)/基體和旋轉(zhuǎn)凸臺(tái)/基體等一系列命令操作完成零部件的實(shí)體

5、繪制，在基礎(chǔ)實(shí)體特征上可添加圓角、倒角、筋、抽殼、拔模及異型孔、線性陣列、圓周陣列、鏡像等放置特征從而實(shí)現(xiàn)零部件細(xì)節(jié)的繪制1。對(duì)于復(fù)雜的兒何形狀，還可以運(yùn)用其它高級(jí)特征選項(xiàng)來(lái)完成，主要包括掃描、放樣凸臺(tái)/基體及參考幾何體中基準(zhǔn)軸、基準(zhǔn)面等定位特征。鍋爐鋼架由柱、梁、垂直支撐、水平支撐及各層平臺(tái)、通道、扶梯等構(gòu)成穩(wěn)定的空間體系。每根柱底設(shè)有柱底板，柱底板通過預(yù)埋地腳螺栓與基礎(chǔ)相連。鋼構(gòu)架主要以螺栓連接為主，少數(shù)為焊接2。其中立柱、梁和垂直支撐主要為H型鋼，水平支撐為角鋼，由于大板梁和吊桿梁是鍋爐受熱面的主要承重部件，需要較大的強(qiáng)度，因此零部件采用了組合的形式，即：大板梁由兩塊H型鋼疊加組成，吊桿

6、梁由兩塊槽鋼組成主體，然后在主體間焊接加固鋼板。零部件參照電建施工圖紙按照1：1的比例進(jìn)行繪制。主要零部件模型圖見圖1a-1e。圖1a 吊桿梁模型圖圖1b 大板梁模型圖圖1c 鋼架基礎(chǔ)模型圖圖1d 立柱模型圖圖1e 斜撐模型圖3 鍋爐鋼架零部件的裝配 完成零部件的建模以后，進(jìn)入SolidWorks的裝配體界面完成鋼架的裝配。由于鍋爐鋼架系統(tǒng)龐大，涉及零部件數(shù)量多，如果把所有零部件逐個(gè)進(jìn)行安裝，不但要求電腦有較高配置而且很多零部件的安裝過程是重復(fù)的。本文結(jié)合工程實(shí)際，先對(duì)每層鋼架建立子裝配體，然后再完成整體鋼架的裝配，以避免安裝過程的重復(fù)并保證系統(tǒng)輕化。 SolidWorks所包括的裝配體模塊與

7、傳統(tǒng)的CAD創(chuàng)建裝配體的過程相比，不僅可以在裝配體環(huán)境下修改零部件，而且還可以添加新的零件。裝配體環(huán)境下的智能裝配功能，可以使在修改了其中一個(gè)零件后其它零件將自動(dòng)適應(yīng)其修改后的尺寸，自動(dòng)調(diào)整到相應(yīng)的大小和位置3。這樣可節(jié)約時(shí)間，提高精度，從而大大提高了設(shè)計(jì)的靈活性，減少了工作量。在建立裝配體的過程中，第一個(gè)零件是非常重要的，是建立整個(gè)裝配體的基礎(chǔ)，其它的零件是以他為參照物來(lái)確定其準(zhǔn)確的安裝位置。首先在界面中確定第一個(gè)零件合適的位置，通常SolidWorks默認(rèn)第一個(gè)零件為非移動(dòng)物，然后轉(zhuǎn)換不同的視角插入其他零件，通過配合菜單下提供的重合、平行、垂直、相切、同軸心、距離和角度七種標(biāo)準(zhǔn)配合以及凸輪

8、推桿配合、齒輪配合、限制配合、對(duì)稱配合及寬度配合等四種高級(jí)配合，精確地裝配其它零件4。整個(gè)鋼架的裝配體見圖2。圖2 鍋爐鋼架裝配體4 鍋爐鋼架安裝過程動(dòng)態(tài)仿真利用SolidWorks自帶的Animator插件來(lái)實(shí)現(xiàn)安裝過程的三維動(dòng)態(tài)仿真。Animator是一個(gè)與Solidworks無(wú)縫集成的動(dòng)畫制作軟件插件，它能將Soiidworks的三維模型實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的可視化，并且實(shí)時(shí)錄制構(gòu)件設(shè)計(jì)的模擬裝配過程、模擬拆卸過程和構(gòu)件的模擬運(yùn)行過程，將設(shè)計(jì)者的意圖更好地傳遞給客戶5。鋼架安裝過程的動(dòng)態(tài)仿真方法：將制作好的鋼架裝配體在爆炸視圖中對(duì)零部件進(jìn)行爆炸（即拆卸），通過Animator插件，添加動(dòng)畫向?qū)е械慕?/p>

9、除爆炸實(shí)現(xiàn)鋼架的安裝過程（安裝過程按照爆炸的相反循序進(jìn)行）。動(dòng)畫通過關(guān)鍵幀來(lái)進(jìn)行控制，每個(gè)零件對(duì)應(yīng)有3個(gè)子幀，分別是動(dòng)作、透明度及顏色。通過對(duì)關(guān)鍵幀的拖動(dòng)操作調(diào)整個(gè)零件安裝時(shí)間長(zhǎng)度，顯示程度和變色的效果。另外Animator中有專門的視角關(guān)鍵幀控制區(qū)，可在動(dòng)畫中不斷轉(zhuǎn)換視角。最終利用各關(guān)鍵幀的控制完成動(dòng)畫仿真。5 安裝過程的語(yǔ)音及文字說明為提升培訓(xùn)人員培訓(xùn)效果，在動(dòng)畫播放的同時(shí)，以語(yǔ)音的方式說明動(dòng)畫界面上顯示的零部件名稱、零部件的安裝過程、安裝位置及安裝過程中的注意事項(xiàng)等，并與動(dòng)畫播放同步，此外，零部件安裝過程的施工周期、所需力能及人員、安全措施、施工風(fēng)險(xiǎn)控制等均配有文字說明，以便于管理者事先

10、對(duì)工程施工的運(yùn)行發(fā)展過程和施工中各項(xiàng)活動(dòng)的協(xié)調(diào)關(guān)系等狀況進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)，對(duì)工程進(jìn)度進(jìn)行準(zhǔn)確的分析，為施工組織計(jì)劃的正確決策提供可靠的依據(jù)。6 結(jié)束語(yǔ)將仿真技術(shù)應(yīng)用于火電站建設(shè)過程，以動(dòng)畫形式再現(xiàn)鍋爐鋼架各零部件的吊裝過程，再加上視角的轉(zhuǎn)換，觀看者可以隨意地選擇觀看的地點(diǎn)和角度，身臨其境對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行全方位的瀏覽。鍋爐鋼架系統(tǒng)龐大，施工現(xiàn)場(chǎng)情況多變，不確定因素多，電建施工人員在鋼架施工前通過該仿真動(dòng)畫可形象直觀地了解鋼架整個(gè)安裝過程和安裝細(xì)節(jié)，減少施工過程的事故率，提高施工效率，從而保證工程質(zhì)量。參 考 文 獻(xiàn)1 劉國(guó)良.Solidworks2007完全學(xué)習(xí)寶典M. 北京:電子工業(yè)出版社,20072 朱寶山.鍋爐安裝手冊(cè)M. 北京:中國(guó)電力