大體積螺旋造型電氣設備安裝方案設計及應用

鄭 波 蒯袁林

（合肥探奧自動化有限公司，安徽 合肥 230000）

0 引言

本大型展品作為某科技館的標志性展品，靈感來源于戰國時期的偉大詩人屈原的長詩《天問》，由合肥探奧自動化有限公司設計安裝。其整體造型為螺旋上升的倒圓錐體，高13.6 m，最大半徑8.6 m，重約15 t，由173.5 m的螺旋軌道組成。中部為方形鋼架支撐，原設計為鋼管軌道，由1 800根燈管并列盤旋組成演示主體，可變換多種顏色，寓意展現中華民族對自然和宇宙的強大求知精神。

1 承重設計

該展品螺旋軌道總長度173.5 m，成型高度13.6 m，到中心立柱最大半徑8.6 m。因造型復雜，無法用鋼管彎制。為保證軌道造型和原設計造型貼合且能承受燈管組件的重量，改為采用PVC軟管彎制成螺旋造型，在PVC軟管上帶膠纏繞碳纖維的方式來制作。

2 PVC軟管造型

2.1 PVC軟管造型原則

由于軌道造型為空間無規則螺旋造型，為保證造型的準確美觀，采用“分段擬合法”，即將螺旋軌道以0.5 m的長度進行分段，共分為347段349個端點，計算出各點的空間三維坐標，制作時PVC軟管造型只需按照順序依次找出各點的三維坐標即可，如圖1所示。

圖1 螺旋軌道分段示意圖

2.2 坐標系的建立及活動坐標儀的安裝使用

（1）制作PVC軟管造型需要找到分端點的三維坐標，在空間測量三個數值（X，Y，Z）操作比較困難且無法精準地找到分端點。現采用極坐標方法，設立柱的中心為原點（0，0），如圖2所示；底座的下端為Z向零點，如圖3所示；將分端點的（X，Y）坐標投影到平面XY上，轉化為到圓心距離和角度之間的關系，如圖4所示。

圖2 現場位置示意圖

圖3 底座結構

圖4 三維坐標系

（2）立柱圍板安裝在較高高空，安裝人員操作時必須按要求穿好安全帶并相互檢查，戴好安全帽并互相檢查。

（3）現場有高空作業車兩臺：1）剪叉式升降平臺SJY0.3-18型，起升高度18 m，作業高度20 m，最大載荷300 kg，電動液壓升降，如圖5所示；2）曲臂式升降車GKT-15型，起升高度13.5 m，作業高度15 m，最大載荷200 kg，電動液壓升降，如圖6所示。根據現場施工環境選用不同型號的高空作業車，若同時使用需分清主次，做好配合。

圖5 剪叉式升降平臺SJY0.3-18型

圖6 曲臂式升降車GKT-15型

（4）高空作業車使用方法及注意事項：

1）每次使用時，要認真檢查液壓、電氣系統，確保無滲漏或線路無松動方可使用。

2）平臺使用時，支腿應牢固地支撐在堅實的地面上，必要時可使用枕木，將平臺調至水平（目測即可）。

3）長期不使用的平臺，使用時空運行1～3次后方可加載作業。

4）載荷中心應處于工作臺面的中心位置。

5）工作臺護欄的活動門關牢鎖緊后方可作業。

6）該設備由專人負責操作、維護且每步操作時均需告知參與人員下一步的使用動作。

7）平臺工作時，工作平臺應保持水平。

8）平臺升降時，嚴禁人員攀爬，嚴禁無關人員靠近、觸摸操作。

9）支腿未撐緊不得作業，平臺升起后不得移動。

10）平臺使用過程中嚴禁超載、超高，升降過程中貨物不得移動。

11）剪叉式升降平臺，使用時需系上安全風繩，懸停操作時風繩與固定點連接牢固。

12）定時檢查各構件，如遇突發情況，不要慌張，將平臺上人員安全降落，及時報廠家或專業人員維修，切勿盲目操作。

2.3 輔助支撐焊接

（1）按要求算出軌道節點A（L，@，Z），利用活動坐標找出點A（L，@）坐標后，將激光測距儀安裝座移動到標尺L尺寸位置，鎖緊激光測距儀安裝座。用高空作業車將對應的輔助支撐平穩地送到A點以上的空間位置，利用輔助支撐上的激光接收盤來調整輔助支撐的位置，如圖7所示。利用激光測距儀測量出Z向尺寸后，用重錘來校核點位置，誤差控制在10～20 mm，如圖8所示。

圖7 激光測距儀安裝座位置

圖8 激光測距儀配合重錘校正

（2）核對好位置后做好標記，拿下激光接收盤將輔助支撐尾部與圍板焊接（焊接牢固可靠），切掉輔助支撐頭部多余部分，如圖9所示（切掉的多余部分應放在登高車里，運送到地面，嚴禁高空拋物）。將軌道支撐架焊接在輔助支撐的端頭，如圖10所示，軌道支撐架方向與輔助支撐垂直，若輔助支撐的跨度較大，焊接完成5～10個輔助支撐后可將其整體進行加固或者吊裝到鋼架橢圓環上。依次類推，將所有輔助支撐焊接完成，注意整體造型，進行動態調整。

圖9 切除輔助支撐頭部多余部分

圖10 軌道支撐架焊接

（3）待到所有軌道支架完成后，將PVC軟管按順序放到軌道支架上，調整好造型后，用扎帶固定住，如圖11所示，PVC軟管造型結束。

圖11 扎帶固定示意圖

3 結語

該工藝采用現代工程思路，從設備減重、復雜形狀分段、極坐標與空間分區融合、施工作業安全、設備精確定位及固定等角度出發解決問題，適用于各類大型不規則電氣設備的安裝，已在多個不同項目及復雜場景中得到應用，均在較短時間內完成安裝并通過質量檢驗，安全高效、節約人力。在對成本、質量、安全要求日益提高的今天，該工藝具備相當的實用價值。