详细介绍工程索具的制作过程

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04 十二月 2023

无论是建筑工地、工业厂房还是桥梁建设,重型吊装项目都事关重大。施工人员的安全、货物的价值、项目进度和预算,都只是必须保障的几个方面。

专业的工程团队和完善的吊装方案对于降低每个项目固有的风险至关重要。在搬运任何大型物件之前,工程师必须在制定吊装方案时考虑诸多因素,包括设备、技术、人力、场地限制、安全、当地法规等等。通过细致的分析和计算机模拟,工程方案能够明确吊装项目的每一个细节。

一项涉及拆除和更换核电站两台65吨给水加热器的项目,通过详尽的工程流程,从概念到完成都制定了清晰的计划。完整的项目描述请参见页面末尾的方框内内容。

投入时间系统地考虑和规划项目的每个环节,有助于避免代价高昂的错误和停机时间。此外,工程计划能够确保所有相关人员了解各自的职责、项目预算和进度安排,同时优化现场安全。规划过程还能加强众多利益相关者之间的沟通,从而产生协同效应并提高效率。

“在项目初期就让所有人齐聚一堂,就能投入时间去探索和分析起重设备的各个方面,” Engineered Rigging 的联合创始人兼总裁、注册工程师 Christopher Cox 表示。“正是在这个协作阶段,才能产生创造性的问题解决方案,并发现节约成本和协同效应的方法。”

工程学是我们审视细节、判断项目能否安全且经济高效地完成的视角。虽然大多数人认为工程团队指的是受过专业训练的工程师,但如今人们越来越倾向于将项目工程视为一个更大的团队,包括项目经理、现场人员和工程师,这样可以从多个角度出发,共同构建工程解决方案。尽管项目规模不断扩大,技术进步也使得几乎任何尺寸的升降机都能投入使用,但最终还是要由工程团队来制定一个既在可行性范围内又在预算之内的解决方案。

设备决策

在考虑项目时,大多数公司都以利用现有设备为目标。使用现有设备的优势在于其物理参数已明确。通常情况下,如果能够使用现有设备,项目在经济上就更具可行性。为了更轻松高效地运用这些工具,我们会收集设备的三维CAD模型、载荷图表和其他工程数据。这样一来,我们就可以将更多精力投入到细节、项目参数以及载荷工况的分析中,从而减少重新创建解决方案所花费的时间。

在许多情况下,现有设备不足以满足工作的各个方面。创新型工程团队会提供标准工具与定制配件的合理组合,以应对应用挑战。通常,将工程团队部署在具备内部制造能力或靠近外部供应商的地方,可以让他们快速决定哪些定制产品可行,而不会导致成本大幅增加。

当然,能做到并不意味着就应该去做。大多数工程师只要有足够的时间,都能设计出适合这项工作的工具。工程团队(成员可能包括工程师和非工程师)的目标是找到一种安全、高效且经济的解决问题的方法。工程团队在所有阶段面临的挑战是将问题简化为更小的模块,并利用工具和经验有效地预测克服吊装当天各种变量所需的细节。使用 SOLIDWORKS 和 Autodesk Inventor 等工具,工程师可以复制工作空间,并将其作为可靠的可视化参考资料来定义解决方案,并在后续阶段进行完善。

利用技术

计算机辅助的二维绘图和三维建模使得工程团队能够扩展到项目经理、现场主管和技术人员,他们为项目流程提供宝贵的意见。此外,有时还会使用 3ds Max 和其他应用程序对这些模型进行进一步完善,以创建电梯运行过程的完整建模视频。

当开发新技术或以非标准方式使用现有技术时,这些模型可以增强项目团队的信心。

为了设计特定应用的方案,工程师会使用建模软件创建形状、尺寸和功能的解决方案,同时在后台使用 Mathcad、RISA 甚至 Excel 等程序检查齿轮的基本计算结果。很可能,手边还会放着一本翻烂了的机械师手册。

集成在三维建模软件中的有限元分析 (FEA) 软件通常用于快速检查应力,以验证用于升降机的部件(例如梁、吊环或其他定制部件)是否满足应用的其他要求。虽然 FEA 分析结果能够通过直观的颜色编码清晰地指示项目应力是否可行,但其准确性取决于相关工程师的经验,并且在大多数情况下,还需要使用 Mathcad 或其他计算程序进行工程计算。工程师利用其工具箱中的各种工具,评估合适的载荷条件,从而消除对工程项目解决方案有效性的疑虑。

一旦解决方案制定完成,跨职能工程团队将再次对其进行可行性审查。项目团队此时最不希望看到的就是解决方案需要动用地球上最后一点“稀有金属”或大量订购公制T1钢板。在这种情况下,务实的考量至关重要,经验丰富的工程师会根据更容易获得的材料或与现有设备相匹配的尺寸调整图纸。可重复利用的设备越多,最终成本就越低。

在方案实施之前,需要仔细审查结构方案和流程。必须进行负载测试,以确保所选设备能够按预期运行。此外,通常还会进行可行性研究和视频模拟,以确保方案能够安全执行,并避免出现意外情况。

现场作业前必须完成几个步骤。所有相关人员都需要仔细审查详细方案,核实设备功能和部件完整性,并审核操作流程。

通过投入时间制定、测试和实施详细的工程方案,可以降低风险、按时完成任务、优化安全并节省成本。投资回报非常丰厚。

高度工程化的解决方案

当一座核电站需要拆卸并更换两台重达65吨的给水加热器时,必须考虑诸多挑战:严格的公差要求、桥式起重机吊钩下方净空不足、靠近并网电力电缆、多个承包服务团队以及关键路径停机时间限制。工程索具公司制定了初步方案,同时其项目团队分析了潜在的冲突。

已完成该设施的三维激光扫描,并进行了现场验证,以确定工作区域的实际尺寸。扫描结果提供了可上传至 SOLIDWORKS 3D 软件的计量数据,使工程师能够研究起重方案的要求,从而评估其整体可行性。

对作业流程和功能顺序进行了分析,并利用计算结果推荐了具体的起重设备。为了适应现有的桥式起重机,需要在起重机的梁架上设计并建造一个临时起重装置(TLD)。设计了一个小车框架,使其能够在 x、y 和 z 轴方向上精确移动,从而在起重过程中实现远程操作和控制。TLD 上的钢绞线千斤顶提供 z 方向的起重动力,而钢绞线千斤顶泵的辅助端口则用于控制 x 和 y 方向的辅助小车和换向油缸。这些钢绞线千斤顶满足了电力公司索具和搬运安全要求的承载能力和单点故障防护系统规范。

计量技术用于制作三维动画,从而提升现场安全协调效率。TLD(吊装吊具)、其他起重附件以及所有项目图纸均在AutoDesk Inventor中建模,而MathCAD则用于为第三方工程顾问提供计算结果。在整个模拟起重过程中,对所有组件、建筑结构和起重装置进行了有限元分析(FEA)。工程索具公司在其制造厂进行了负载和功能测试。

工程流程清晰明确,从概念到最终完成,项目安全按时竣工。拆除和安装过程顺利进行,为电力公司节省了时间和成本。该项目还有助于提升工厂的安全记录。

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