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  • 安装过程火电站锅炉钢架的仿真动画演示

    发布:机械仿真     日期:2011-11-16 17:47:54

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    摘要:将仿真技术应用于火电站锅炉钢架的安装过程,利用SolidWorks软件虚拟锅炉钢架的施工过程和施工场景,从而增强了电建施工人员对锅炉钢架整个施工过程的感性认识,提升人员的培训效果,同时为管理者合理安排施工提供了决策依据。

    关键词:SolidWorks;锅炉钢架;安装过程;仿真动画演示。

    1  前言
    钢架属巨型承重结构,它是锅炉系统的龙骨,主要用来支承和悬吊汽鼓、联箱、受热面管、炉墙、平台及扶梯等部件。在火电站建设过程中,钢架安装的主要依据是设计院设计的施工图纸,但是由于钢架体积、重量大,质量控制点多,施工过程复杂, 施工人员需要花费大量的时间反复查看图纸、记录、分析,才能得出结果,这种方式容易造成施工人员的疲劳疏忽,影响施工质量。为改变这种现状,本文利用SolidWorks软件,以动画形式虚拟火电站锅炉钢架的施工过程,以期形象直观的指导锅炉钢架的施工过程,帮助施工技术管理人员获得更全面系 统的图纸信息、设计信息和方案预测结果。
    2  锅炉钢架零部件的建模
    SolidWorks用户界面人性化,便于操作,在Solidwork的标准菜单中,包含了各种用于创建零件特征和基准特征的命令。通过草图绘制、拉伸凸台/基体和旋转凸台/基体等一系列命令操作完成零部件的实体绘制,在基础实体特征上可添加圆角、倒角、筋、抽壳、拔模及异型孔、线性阵列、圆周阵列、镜像等放置特征从而实现零部件细节的绘制[1]。对于复杂的儿何形状,还可以运用其它高级特征选项来完成,主要包括扫描、放样凸台/基体及参考几何体中基准轴、基准面等定位特征。
    锅炉钢架由柱、梁、垂直支撑、水平支撑及各层平台、通道、扶梯等构成稳定的空间体系。每根柱底设有柱底板,柱底板通过预埋地脚螺栓与基础相连。钢构架主要以
    螺栓连接为主,少数为焊接[2]。其中立柱、梁和垂直支撑主要为H型钢,水平支撑为角
    钢,由于大板梁和吊杆梁是锅炉受热面的主要承重部件,需要较大的强度,因此零部件采用了组合的形式,即:大板梁由两块H型钢叠加组成,吊杆梁由两块槽钢组成主体,然后在主体间焊接加固钢板。零部件参照电建施工图纸按照1:1的比例进行绘制。主要零部件模型图见图1a-1e。


    3  锅炉钢架零部件的装配
    完成零部件的建模以后,进入SolidWorks的装配体界面完成钢架的装配。由于锅炉钢架系统庞大,涉及零部件数量多,如果把所有零部件逐个进行安装,不但要求电脑有较高配置而且很多零部件的安装过程是重复的。本文结合工程实际,先对每层钢架建立子装配体,然后再完成整体钢架的装配,以避免安装过程的重复并保证系统轻化。    
    SolidWorks所包括的装配体模块与传统的CAD创建装配体的过程相比,不仅可以在装配体环境下修改零部件,而且还可以添加新的零件。装配体环境下的智能装配功能,可以使在修改了其中一个零件后其它零件将自动适应其修改后的尺寸,自动调整到相应的大小和位置[3]。这样可节约时间,提高精度,从而大大提高了设计的灵活性,减少了工作量。
    在建立装配体的过程中,第一个零件是非常重要的,是建立整个装配体的基础,其它的零件是以他为参照物来确定其准确的安装位置。首先在界面中确定第一个零件合适的位置,通常SolidWorks默认第一个零件为非移动物,然后转换不同的视角插入其他零件,通过配合菜单下提供的重合、平行、垂直、相切、同轴心、距离和角度七种标准配合以及凸轮推杆配合、齿轮配合、限制配合、对称配合及宽度配合等四种高级配合,精确地装配其它零件[4]。整个钢架的装配体见图
    4 锅炉钢架安装过程动态仿真
    利用SolidWorks自带的Animator插件来实现安装过程的三维动态仿真。Animator是一个与Solidworks无缝集成的动画制作软件插件,它能将Soiidworks的三维模型实现动态的可视化,并且实时录制构件设计的模拟装配过程、模拟拆卸过程和构件的模拟运行过程,将设计者的意图更好地传递给客户[5]。
    钢架安装过程的动态仿真方法:将制作好的钢架装配体在爆炸视图中对零部件进行爆炸(即拆卸),通过Animator插件,添加动画向导中的解除爆炸实现钢架的安装过程(安装过程按照爆炸的相反循序进行)。动画通过关键帧来进行控制,每个零件对应有3个子帧,分别是动作、透明度及颜色。通过对关键帧的拖动操作调整个零件安装时间长度,显示程度和变色的效果。另外Animator中有专门的视角关键帧控制区,可在动画中不断转换视角。最终利用各关键帧的控制完成动画仿真。
    5 安装过程的语音及文字说明
    为提升培训人员培训效果,在动画播放的同时,以语音的方式说明动画界面上显示的零部件名称、零部件的安装过程、安装位置及安装过程中的注意事项等,并与动画播放同步,此外,零部件安装过程的施工周期、所需力能及人员、安全措施、施工风险控制等均配有文字说明,以便于管理者事先对工程施工的运行发展过程和施工中各项活动的协调关系等状况进行预测和评价,对工程进度进行准确的分析,为施工组织计划的正确决策提供可靠的依据。
    6 结束语
    将仿真技术应用于火电站建设过程,以动画形式再现锅炉钢架各零部件的吊装过程,再加上视角的转换,观看者可以随意地选择观看的地点和角度,身临其境对施工现场进行全方位的浏览。锅炉钢架系统庞大,施工现场情况多变,不确定因素多,电建施工人员在钢架施工前通过该仿真动画可形象直观地了解钢架整个安装过程和安装细节,减少施工过程的事故率,提高施工效率,从而保证工程质量。

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