基于CAM平臺的大型設備吊裝模擬實現

翟德宏

中石油第二建設公司 甘肅蘭州 730060

基于CAM平臺的大型設備吊裝模擬實現

翟德宏

中石油第二建設公司 甘肅蘭州 730060

為了直觀展示設備吊裝過程的細節,分析吊裝過程中設備的走位變化,進行吊裝吊耳應力分析,以準確判斷設備、吊裝機械、現場建筑物之間是否存在相互干涉及過載現象,保證吊裝施工成功率,需對吊裝施工進行模擬驗證。本文通過對大型設備吊裝技術與三維技術(CAM)的研究,說明利用CAM平臺實現大型設備吊裝模擬驗證的方法。

CAM平臺大型吊裝模擬驗證應力分析

隨著煉油化工裝置及設備的大型化與復雜化,對安裝施工技術的要求不斷提高。而采用傳統的作圖法、計算法解決大型設備吊裝施工過程的模擬驗證、吊耳的應力校核等安裝施工技術間題較為復雜甚至難以完成,難以適應發展需求。本文基于CAM平臺,依據現場施工場地、設備重量和形狀、吊車性能等,制作三維基礎模型,模擬設備進場運輸、吊裝實施的過程,并進行應力計算與分析,分析判斷相互干涉影響及是否有過載情況發生,以實現對大型設備吊裝的模擬驗證,并以某石化公司300萬t/a柴油加氫反應器吊裝為例說明。

1 吊裝方案擬定

300萬t/a柴油加氫精制反應器設備規格Φ5093×25741,吊裝總重為437.9t,三維模型見圖1。

吊裝采用單吊車提吊、單吊移送工藝：使用利勃海爾(LR1750)750t履帶式吊車主吊,采用德瑪格(TC2600)的500t桁架臂汽車式吊進行溜尾。吊裝過程為首先750t與500t配合水平抬吊加氫反應器,吊離支撐高度后,750t主吊車向上提升設備,同時500t溜尾吊車旋轉,在兩吊車的配合下,使加氫反應器逐漸由水平位置過渡到豎直位置,之后500t吊車脫鉤,750t吊車單機將反應器吊裝就位,平面圖見圖2。

圖1 加氫反應器三維模型

圖2 某加氫反應器吊裝平面布置圖

2 基于CAM平臺的吊裝模擬方法

2.1 利用CAM平臺創建三維基礎模型

依據現場施工場地、設備形狀、吊車及吊索具結構性能參數等,按照實際比例,進行建模。建模過程中設備尺寸、吊車的旋轉半徑、吊桿長度、現場場景及反應器就位時的位置參數為主控參數,必須與測量數據一致。主吊車三維模型見圖3,溜尾吊車三維模型見圖4,反應器三維模型見圖1。

圖3 750t履帶吊三維模型

圖4 500t桁架臂汽車吊

2.2 運動參數計算

模擬所使用的500t吊車底盤中心單元大齒輪齒數為Z1=150,液壓電機行星齒輪齒數為Z2=22,仿真模擬中,賦予行星齒輪虛擬旋轉馬達并控制其速度為4 RPM(4圈/min),由加氫反應器吊裝平面圖5數據可得出500t需要轉動角度為87。,由此可得：

圖5 S吊臂變幅角度平面圖

溜尾吊車S吊臂變幅角度計算

由計算可得出,可得出主吊車吊鉤線性馬達模擬速度為1030mm/s,控制溜尾吊車S吊臂變幅角度為△Φ=3。。

2.3 運動程序設計與加載

2.3.1 程序設計

為實現運動的精確控制,真實模擬實際運動過程,進行運動控制程序設計,程序核心代碼見圖6,程序設計數據來源于上文所計算的運動參數,程序設計坐標設置見圖7。

圖6 程序核心代碼

圖7 程序設計坐標圖

2.3.2 設計程序加載

通過API接口,將程序載入CAM平臺,見下圖8,程序運行后,模擬運行結果見下圖9。

圖8 程序載入CAM平臺圖

圖9 程序模擬運行結果圖

3 有限元應力計算與校核

吊裝過程中,吊車的起吊能力是根據總吊裝重量選定的,此參數為吊車性能參數,無需進行應力計算,而吊裝吊耳為自制件,其應力強度直接關系到吊裝成敗,因此需對其進行應力分析,并將分析結果反饋于應力傳感器,作為模擬判斷條件。利用所創建的三維模型,在CAM平臺內進行有限元應力分析。

Q345為吊耳材質,其屈服強度σS等于345 MPa,根據標準選取安全系數n為1.6,則許用拉應力［σ］等于σS/1.6等于215Mpa。

反應器金屬總重量為393t,吊耳自重為5.5t,750t吊履帶

吊的吊鉤重量為16t鋼絲繩等附件重量為1t,因此吊裝總重量按416t計算,吊裝緩慢動載系數選取1.1,計算重量則為416× 1.1等于458t。有限元分析時,選取的極限最大受拉位置為反應器吊裝至豎直位置、500t溜尾吊脫鉤750t主吊車單車吊裝反應器時,吊耳受力最大應力為416t,計算應力為458t。

有限元分析過程及結果見圖10。從計算結果可看出反應器吊蓋式吊耳最大應力為178.394MPa小于Q345的許用應力215MPa,力學性能滿足要求［1］。

圖10 有限元分析過程及結果

4 吊裝施工方案模擬驗證

依照擬定的施工方案,根據吊車站位,現場構筑物布置位置等情況完成吊車場景的搭建,并根據應力計算及運動計算結果進行應力及干涉傳感器參數設置,見圖11、圖12。應力參數數據來源于上文的有限元計算結果,干涉傳感器的設置數據源于通過API進行的二次開發及CAM平臺虛擬傳感器功能。

圖11 應力傳感器設置

圖12 干涉傳感器設置

完成所有參數設置后,開始模擬計算,CAM平臺將運行第三部分的運動程序,并實時反饋應力數據開始進行模擬計算,若計算過程中所有應力和干涉傳感器沒有“提醒”警告,且在模擬環境中可順利實現設備就位,則說明擬定的吊裝方案可行,反之則需對擬定的方案進行調整,然后采用類似方法直至虛擬計算成功。

經計算后,擬定的吊裝方案全過程無“警告”,見圖12,說明擬定方案可行［2］。模擬計算成功后,記錄模擬運動參數及各設備的位置參數,為實際吊裝施工提供理論數據。

圖12 吊裝施工模擬計算通過

5 結論

吊裝過程不能進行實際演練,必須一次性成功。通過CAM平臺對大型設備吊裝進行模擬,直觀地展示了設備吊裝過程的細節及吊裝過程中設備的走位變化,準確排除了設備、吊裝機械、現場建筑物和結構等發生相互的干涉和影響,優化了吊裝方案,通過模擬數據對實際吊裝過程進行指導,保證吊裝成功率。

際吊裝作業中,施工人員按照模擬參數包括吊車站位,吊車工況及吊裝方式等進行施工吊裝設置,經精確操作,吊裝過程與模擬過程完全吻合,吊裝一次成功,沒有出現任何設備與構筑物、吊車與構筑物的干涉及應力過載現象,吊裝作業圓滿完成。此吊裝作業的成功也進一步驗證了該技術的可行性。

TU741.1

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1672-9323(2016)05-0044-04