地下洞室内卷扬机天锚滑轮吊装系统及其仿真方法.pdf

一种地下洞室内卷扬机天锚滑轮吊装系统，在地下厂房洞室的厂房地面设置卷扬机，在地下厂房洞室的顶部设有天锚，天锚上设有定滑轮组；在钢闸门上设有多个动滑轮组，卷扬机的钢丝绳绕过定滑轮组和动滑轮组后，端头固定连接。一种仿真吊装方法，建造三维模型后；利用普通的机械仿真软件；设置各个传动部件之间的约束；设置各个传动、运动部件之间的耦合条件替代钢丝绳的柔性连接；添加装配体各个部件的质量属性；得到各部件的物理、运动参数；通过以上步骤实现卷扬机天锚滑轮吊装系统仿真吊装。本发明实现在空间狭窄的地下厂房洞室内进行大型结构件的吊装仿真。并根据仿真时间可获得实际吊装时间、步骤，从而精确控制整个施工进度。

权利要求书
1.  一种地下洞室内卷扬机天锚滑轮吊装系统，其特征是：在地下厂房洞室（8）的厂房地面设置第一卷扬机（1）和第二卷扬机（1'），在地下厂房洞室（8）的顶部设有第一天锚（2）和第二天锚（2'），第一天锚（2）上设有第一定滑轮组（3），第二天锚（2'）上设有第二定滑轮组（3'）；
在钢闸门（5）上设有第一动滑轮组（4）和第二动滑轮组（4'），第一卷扬机（1）的第一钢丝绳（8）绕过第一定滑轮组（3）和第一动滑轮组（4）后，端头固定连接，第二卷扬机（1'）的第二钢丝绳（8'）绕过第二定滑轮组（3'）和第二动滑轮组（4'）后，端头固定连接。

2.  根据权利要求1所述的一种地下洞室内卷扬机天锚滑轮吊装系统，其特征是：所述的第一天锚（2）和第二天锚（2'）位于钢闸门轨道（6）的上方。

3.  一种用于权利要求1或2任一项所述的地下洞室内卷扬机天锚滑轮吊装系统的仿真吊装方法，其特征是包括以下步骤：
一、根据地下厂房洞室（7）的实际情况建造三维模型；
二、将卷扬机、天锚、定滑轮组、动滑轮组和钢闸门建造成三维模型；
三、对地下厂房洞室、卷扬机、天锚、定滑轮组、动滑轮组、钢闸门、钢闸门轨道的三维模型按照施工方案进行布置，形成整个吊装系统装配体；
四、开启机械仿真设计软件，在吊装系统装配体中，将卷扬机、定滑轮组、动滑轮组和钢闸门设定为运动模型，将地下厂房洞室、天锚和钢闸门轨道设定为静止模型；
五、设置各个部件之间的约束；
六、设置各传动部件间的耦合条件以替代钢丝绳的柔性连接；
七、运行仿真计算器，得到各部件的物理、运动参数；
通过以上步骤实现地下洞室内卷扬机天锚滑轮吊装系统仿真吊装。

4.  根据权利要求3所述的一种仿真吊装方法，其特征是：在步骤二中，将卷扬机、天锚、定滑轮组、动滑轮组和钢闸门的属性确定为金属材料的牌号和密度。

5.  根据权利要求3所述的一种仿真吊装方法，其特征是：在步骤三中，检查整个装配体，对于各个部件在空间相互关系上不正确的位置进行调整。

6.  根据权利要求3所述的一种仿真吊装方法，其特征是：在步骤五中，约束条件为：卷扬机辊筒轴与轴承座孔配合为旋转副约束；
定滑轮组与天锚2为固定副约束；
定滑轮组与其轴孔为旋转副约束；
动滑轮组与其轴孔位旋转副约束；
动滑轮组与钢闸门吊耳孔位固定副约束；
钢闸门与钢闸门轨道的结合面为移动副约束。

7.  根据权利要求3所述的一种仿真吊装方法，其特征是：在步骤六中，设置卷扬机旋转副与定滑轮组旋转副之间的耦合关系为1:1.5357；
设置定滑轮组旋转副与动滑轮组旋转副之间的耦合关系为1:1。

8.  根据权利要求3所述的一种仿真吊装方法，其特征是：设置动滑轮组旋转副与钢闸门和钢闸门轨道移动副之间的耦合关系为：1.5357:0.625。

9.  根据权利要求3所述的一种仿真吊装方法，其特征是：设置钢闸门重力加速度为9.81mm/s2。

10.  根据权利要求3所述的一种仿真吊装方法，其特征是：在步骤六之后，添加装配体各个部件的质量属性。

说明书地下洞室内卷扬机天锚滑轮吊装系统及其仿真方法
技术领域
本发明涉及水电施工领域，特别是一种地下洞室内卷扬机天锚滑轮吊装系统及其仿真方法。
背景技术
水电站地下式厂房包括洞室内的大型桥机、压力钢管、钢闸门在吊装时，由于受到洞室内有效空间的制约限制，大型起重机械无法布置和吊装。需要采用特殊的吊装方式。
由于吊装系统的各个部件在洞室内布置上存在复杂的空间关系，且吊装系统运动部件受力大、被吊装设备在上下起吊时的极限位置要求非常严、要求互相之间的配合确保精确，其运动参数决定了起重吊装关键设备例如卷扬机、动、定滑轮组的选型、以及吊装的工作效率，故有必要首先进行该系统的仿真设计，以获得相关的技术参数，确保实际吊装时的一次成功。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种地下洞室内卷扬机天锚滑轮吊装系统及其仿真方法，可以解决地下厂房洞室内大型结构件的吊装，并能够在吊装前进行仿真实验，确保实际吊装顺利。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种地下洞室内卷扬机天锚滑轮吊装系统，在地下厂房洞室的厂房地面设置第一卷扬机和第二卷扬机，在地下厂房洞室的顶部设有第一天锚和第二天锚，第一天锚上设有第一定滑轮组，第二天锚上设有第二定滑轮组；
在钢闸门上设有第一动滑轮组和第二动滑轮组，第一卷扬机的第一钢丝绳绕过第一定滑轮组和第一动滑轮组后，端头固定连接，第二卷扬机的第二钢丝绳绕过第二定滑轮组和第二动滑轮组后，端头固定连接。
所述的第一天锚和第二天锚位于钢闸门轨道的上方。
一种用于上述的地下洞室内卷扬机天锚滑轮吊装系统的仿真吊装方法，包括以下步骤：
一、根据地下厂房洞室的实际情况建造三维模型；
二、将卷扬机、天锚、定滑轮组、动滑轮组和钢闸门建造成三维模型；
三、对地下厂房洞室、卷扬机、天锚、定滑轮组、动滑轮组、钢闸门、钢闸门轨道的三维模型按照施工方案进行布置，形成整个吊装系统装配体；
四、开启机械仿真设计软件，在吊装系统装配体中，将卷扬机、定滑轮组、动滑轮组和钢闸门设定为运动模型，将地下厂房洞室、天锚和钢闸门轨道设定为静止模型；
五、设置各个部件之间的约束；
六、设置各传动部件间的耦合条件以替代钢丝绳的柔性连接；
七、运行仿真计算器，得到各部件的物理、运动参数；
通过以上步骤实现地下洞室内卷扬机天锚滑轮吊装系统仿真吊装。
优选的方案中，在步骤二中，将卷扬机、天锚、定滑轮组、动滑轮组和钢闸门的属性确定为金属材料的牌号和密度。
优选的方案中，在步骤三中，检查整个装配体，对于各个部件在空间相互关系上不正确的位置进行调整。
优选的方案中，在步骤五中，约束条件为：卷扬机辊筒轴与轴承座孔配合为旋转副约束；
定滑轮组与天锚2为固定副约束；
定滑轮组与其轴孔为旋转副约束；
动滑轮组与其轴孔位旋转副约束；
动滑轮组与钢闸门吊耳孔位固定副约束；
钢闸门与钢闸门轨道的结合面为移动副约束。
优选的方案中，在步骤六中，设置卷扬机旋转副与定滑轮组旋转副之间的耦合关系为1:1.5357；
设置定滑轮组旋转副与动滑轮组旋转副之间的耦合关系为1:1。
优选的方案中，设置动滑轮组旋转副与钢闸门和钢闸门轨道移动副之间的耦合关系为：1.5357:0.625。
优选的方案中，设置钢闸门重力加速度为9.81mm/s2。
在步骤六之后，添加装配体各个部件的质量属性。
本发明提供的一种地下洞室内卷扬机天锚滑轮吊装系统及其仿真吊装方法，通过采用多个卷扬机配合天锚和滑轮组协同工作的方式，实现了在空间狭窄的地下厂房洞室内进行大型结构件，例如钢闸门的吊装。本发明的方法利用普通的机械仿真软件建造三维模型；设置各个传动部件之间的约束；设置各个传动、运动部件之间的耦合条件替代钢丝绳的柔性连接；添加装配体各个部件的质量属性；得到各部件的物理、运动参数；实现卷扬机天锚滑轮吊装系统仿真吊装。本发明实现了在普通的机械仿真软件上通过各传动部件间的耦合设置实现钢丝绳柔性连接，以替代专用的起重吊装仿真软件，实现在空间狭窄的地下厂房洞室内进行大型结构件的吊装仿真，并根据获得的物理、运动参数对吊装风险进行评估、排查，消除潜在危险。在吊装前仿真吊装计算，得到各个部件之间的各种参数，同时根据仿真时间可获得实际吊装时间、步骤，从而精确控制整个施工进度。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明的整体结构立体示意图。
图2为本发明起吊系统的结构示意图。
图中：第一卷扬机1，第二卷扬机1'，第一天锚2，第二天锚2'，第一定滑轮组3，第二定滑轮组3'，第一动滑轮组4，第二动滑轮组4'，钢闸门5，钢闸门轨道6，地下厂房洞室7，第一钢丝绳8，第二钢丝绳8'。
具体实施方式
实施例1：
一种地下洞室内卷扬机天锚滑轮吊装系统，在地下厂房洞室8的厂房地面设置第一卷扬机1和第二卷扬机1'，在地下厂房洞室8的顶部设有第一天锚2和第二天锚2'，天锚2通过锚杆固定于地下厂房洞室7的弧形拱顶起吊中心轴线上，第一天锚2上设有第一定滑轮组3，第二天锚2'上设有第二定滑轮组3'；
在钢闸门5上设有第一动滑轮组4和第二动滑轮组4'，两个动滑轮组分别固定于钢闸门左右2个吊耳上，第一卷扬机1的第一钢丝绳8绕过第一定滑轮组3和第一动滑轮组4后端头被固定连接，第二卷扬机1'的第二钢丝绳8'绕过第二定滑轮组3'和第二动滑轮组4'后端头被固定连接。钢闸门由安装间平台高程处起吊，再下放入钢闸门门槽轨道内进行安装挡水。在本例中根据钢闸门的重量，钢丝绳的端头有多种固定方式，可以是固定在动滑轮组上，也可以是固定在定滑轮组上。本例中的吊装系统也可以用于其他大型构建物的吊装，例如钢闸门轨道6配件的吊装。
所述的第一天锚2和第二天锚2'位于钢闸门轨道6的上方。
实施例2：
一种用于上述的地下洞室内卷扬机天锚滑轮吊装系统的仿真吊装方法，包括以下步骤：
一、根据地下厂房洞室7的实际情况建造三维模型；优选的，采用1:1进行实体建模；
二、将卷扬机、天锚、定滑轮组、动滑轮组和钢闸门建造成三维模型；优选的，将卷扬机、天锚、定滑轮组、动滑轮组和钢闸门的属性确定为金属材料的牌号和密度。
三、对地下厂房洞室、卷扬机、天锚、定滑轮组、动滑轮组、钢闸门、钢闸门轨道的三维模型按照施工方案进行布置，形成整个吊装系统装配体；
优选的，在步骤三中，检查整个装配体，调整各个部件在空间相互关系不正确的位置。
四、开启仿真设计软件，在吊装系统装配体中，将卷扬机、定滑轮组、动滑轮组和钢闸门设定为运动模型，将地下厂房洞室、天锚和钢闸门轨道设定为静止模型；
五、设置各个部件之间的约束；
优选的，约束条件为：卷扬机辊筒轴与轴承座孔配合为旋转副约束；
定滑轮组与天锚2为固定副约束；
定滑轮组与其轴孔为旋转副约束；
动滑轮组与其轴孔位旋转副约束；
动滑轮组与钢闸门吊耳孔位固定副约束；
钢闸门与钢闸门轨道的结合面为移动副约束。
六、设置耦合条件；由于在滑轮组中，钢丝绳连接有多种的方式，完全采用钢丝绳进行仿真会造成计算量大增，影响施工的进度。采用设置耦合条件以替代钢丝绳的柔性连接，大幅减少了仿真过程中的计算量。在后继根据仿真得到的受力大小计算所采用的钢丝绳规格即可。
优选的，设置卷扬机旋转副与定滑轮组旋转副之间的耦合关系为1:1.5357；即卷扬机辊筒与定滑轮组之间的转动比，以替代起重钢丝绳在两者之间的柔性连接。
设置定滑轮组旋转副与动滑轮组旋转副之间的耦合关系为1:1，即定滑轮组与动滑轮组之间的转动比，以替代起重钢丝绳在两者之间的柔性连接；
设置动滑轮组旋转副与钢闸门和钢闸门轨道移动副之间的耦合关系为：1.5357:0.625，即当旋转副顺时针或逆时针转动1.5357度时，钢闸门上升或下降0.625毫米。
七、添加装配体各个部件的质量属性；优选的，设置钢闸门重力加速度为9.81mm/s2。
八、运行仿真计算器，得到各部件的物理、运动参数；
通过以上步骤实现卷扬机天锚滑轮吊装系统仿真吊装，并得到各部件的物理、运动参数，如受力大小及方向、角速度、线速度、任意时刻的位移、轨迹跟踪等参数，并根据获得的各项参数对吊装风险进行整体评估、排查，消除潜在风险。同时根据仿真时间可获得实际吊装时间，从而控制整个施工进度。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。