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摘要 ：文章先分析了风机塔筒成型用吊梁的应用背景及其 在制作吊装方面存在的问题，随后设计了风机塔筒成型用吊梁 系统设计参数， 最后分析了风机塔筒成型用吊梁整体结构， 包括 系统结构、吊梁设计加工状况、吊梁设计特征、车间吊梁设计说明，希望能给相关人士提供有效参考。
关键词 ：风机塔筒,成型用吊梁,仿真设计
借助有限元软件和专业设计经验分析风机塔筒成型吊装工 艺，深入分析生产车间中吊梁运行安全性和稳定性，促进吊梁结 构全面优化， 改善塔筒板料所存在的长度方向塌陷所导致的板料 划伤问题，优化系统生产效率，缩减钢丝绳应用长度，增加系统 运行寿命，支持风机塔筒相关吊梁系统实现全面优化，保障风机 塔筒的稳定运行， 对未来风机塔筒创新发展具有重要参考意义。
1 研究背景
在当前能源、资源越加紧缺背景下，我国加快了风力发电建 设，全球商业运行中更为重视兆瓦级风力发电机组的设计、生 产，在各种大容量和高参数风电机组正式投入运行后， 对相关风 力发电机组安装设置提出更高要求，同时也对相关风电机组安 装提出了新要求。
塔筒作为整个风电机组中的重要组成内容，属于风机系统 内部的超大型结构部件，企业相关生产车间针对各种风机塔筒 进行生产制造中， 可以于成型前针对相关板料实施安全、高效和 快速吊装， 这也是新时期设备生产重要内容。塔筒板料整体长度 在 12m ~ 15m 之间，如果直接利用吊钩和卡具等方式，风机塔 筒对应吊板料对应长度方向的中部区域因为设备板料两侧由于 重力因素影响出现下陷和下塌问题，导致吊板料下侧另外一个 板料出现明显划伤现象。
为此，针对该种状况，可以充分利用有限元软件进行科学分 析，针对风机塔筒相关吊板料工装部件合理设计有效策略， 改善 板料件划伤现象。综合设计分析后，设计高效、安全、稳定的吊 梁，迎合兆瓦级风机相关生产制造塔筒吊装需求。通过综合分析 能够帮助准确掌握吊梁实际运行应用中的最高荷载。此外， 搭配 利用钢丝绳元件， 能够帮助改善板料在长度方向中因为下陷、塌 落问题所导致的板料间划伤问题，对后续维修以及风机塔筒相关板料吊装具有重要价值。
2 风机塔筒成型用吊梁对应制作板料吊装问题
作为一种广泛应用的可再生新型清洁能源，风力发电产品 类型多样， 拥有广泛的发展前景。而风电机组塔筒基础体积规模 相对较大，重量重等特征，不存在专用吊梁，导致整个安装吊运 过程十分繁琐和复杂。风电机组安装主要涵盖分体安装和整机 安装两种形式，为更为高效、安全实施安装作业，近几年在生产 制作车间实施整机模块安装中，率先安装整体风机，随后通过 特殊风机安装运输装置将其传输至指定区域实施下沉式整体安 装。而风机塔筒进行整机安装中， 需要合理配置各种大起升高度 以及大吨位专门起重设备，特别是那些体积、重量较大风机塔 筒，相关基础吊运工作对基础辅助吊具以及起重装置提出更好 要求。
传统模式下的货物吊运普遍应用起重装置吊钩下设各种简 单吊具， 或通过钢丝绳卸扣等措施进行处理。由于起吊货物相关 重量、尺寸存在差异， 需要配置规格型号不同吊具以及钢丝绳进 行处理。如此对吊具进行频繁替换，不仅浪费了大量时间，还需 要进行人工辅助操作，工作效率较低、劳动强度大，存在各种安 全隐患， 拥有较高作业成本。当前大型工件吊装普遍还是单一并 扁担梁式吊装为主， 由于吊具对应起吊点分布于相同直线中， 无 法对重心进行有效控制，在实施起吊操作中容易产生侧翻问题。 通知还有其他框架结构吊具存在四种吊点，改善了单一梁式吊 装不稳定性和不平衡性， 而起吊范围相对固定， 单纯用于相同规 格工件，在实际应用中存在较高局限性，为此需要积极开发设 计一款拥有良好平衡性且可对吊装范围进行灵活调节的吊具设 备，促进风机塔筒相关吊装作业得以安全、稳定、高效实施。
当前在相关风机塔筒生产制造中，现有板料吊装处理形式 主要涵盖两种形式， 一种是利用磁力吸盘进行处理， 尽管磁力吸 盘能够对板料进行稳定吊装施工， 但实际吊装施工中仅存在0.5h 的断电保护时长，经过保护时间后存在较大安全威胁和安全隐 患。另外一种形式是借助L 形吊钩设备和卡具装置完成板料起 吊操作， 相关吊装部位分布于板料长度对应中间部位， 风机塔筒 生产中的板料装置基于相关重力影响下容易出现板料两侧向下 塌陷的问题，容易对吊装板料下其他板料产生划伤现象。为此， 需要合理利用卡具自带防滑功能，对一组吊梁进行全面加工制作，尽可能避免板料部件划伤。
3 风机塔筒成型用吊梁系统设计要求和设计参数
吊梁部件相关设计活动中的功能要求以及技术参数是基于 基础生产项目一般板料吨位基础上形成的，结合行业生产特殊 要求以及国家基础标准， 通过综合分析探究， 全面汇集生产部门 和技术部门做好综合评审，具体内容如下，第一是核心技术指 标，结合当前生产环节中对应筒节最高厚度是 36mm，其中板料 宽度为 2500mm， 板料长度是 13200mm， 一个板料重量为 9.32t， 为此需要保证相关吊梁设计荷载达到 10t，对应吊板料设计长度 是 15m， 吊梁设计长度在 5m ~ 6m之间。
在吊梁相关功能要求方面，吊梁设计需要坚持可调性、安全 性与可靠性的基础原则。吊梁结构主要以钢结构为主，其中吊 耳部件强度需要符合 10t荷载要求。吊梁部件主要以吊梁主体为 主，涵盖钢丝绳、U 形环以及槽钢加强部件。风机塔筒对应吊梁 系统可以应用20mm 厚的 Q345 钢板实施组焊处理，待将各个部 件全面牢固焊接后，释放应力，做好超声检测。针对吊梁侧面可 以加焊槽钢， 提升整个吊梁设备强度。针对吊梁外侧涂刷黄色防 腐层以及防锈层， 对相关额定荷载进行准确标注。
4 风机塔筒成型用吊梁整体结构设计
4.1 系统结构
风机塔筒对应吊梁系统由上吊耳加强板、槽钢和主体结构 等部分组成，下吊耳以及上吊耳属于主体板料的排版直接下料， 并在主体板两侧焊接槽钢部件， 发挥出良好的加强功能， 上吊耳 部位两侧需要合理设置加强板， 进而提升上吊耳综合强度， 满足 吊装施工基础要求， 为风机塔筒生产奠定基础。
4.2 吊梁设计加工状况
风机塔筒相关生产吊梁设计中，需要结合生产车间内各种 板料的实际起吊运行状况进行优化设计，对应吊梁部件可以利 用U 形环和钢丝绳进行连接， 在天车钩内进行悬挂。吊梁主体部 位设计初期可以借助有限元软件进行系统分析，判断实践生产 中主要根据十吨吊中进行测算， 进行过程分析， 随后联系整个结 构图实施加工制作，车间生产中实施各个部件的焊接加工环节， 需要先进入现场进行十吨吊重试验，等待试验合格后进一步扩 大生产规模， 并投入到实际生产当中。
4.3 吊梁设计特征
车间吊梁部分是联系车间中现存生产板料长度，针对板料 对应结构强度实施优化设计，并针对风机塔筒吊梁对应上吊耳 部位实施全面加固处理， 直接固定整个吊梁。此项方案存在如下 特征 ：借助大型有限元软件分析， 开展整个系统强度分析， 有效改善车间对应长板料实际起吊、转运中， 长度方向中部塌陷和掉 落所导致的不同板料碰撞、划伤现象， 提升风机塔筒对应板料在 1250 床以及 7000 床下料过程中板料正下方清渣处理便捷性，消 除板料对应下破口以及上坡口的工装隐患，保障板料上下坡口 工装稳定性和安全性。
4.4 车间吊梁设计说明
风机塔筒对应车间吊梁呈现出一种轴对称形式，为综合分 析车间吊梁整体设计，可以针对车间吊梁建立有限元模型，以 此来提升分析过程的准确性。而在有限元模型构建中，为进一 步减少计算机设备运算时间以及运算总量，针对相关系统结构 可以创建二分之一轴对称模型，其中主体结构宽度是 0.28m，长 度方向是 2.5m，整个模拟环节可以应用 SI 单位制。合理创建截 面属性以及材料属性，其中对应材料可以选择 Q345 钢材，对 应杨氏模量是 210000MPA，而对应泊松比为 0.3.合理划分有限 元单元，为准确模拟实际生产状况，符合现实应用条件，此次 模拟分析中利用六面八节体线性非协调单元模式，总计划分出 1382287 个单元格，涉及主体板料以及槽钢等部件。合理创建对 应耦合、载荷，实际操作使用中，为对吊耳实际受力状况进行 准确模拟分析，其中上吊耳和天车吊钩之间钢丝绳刚度设计成 两米，模拟吊钩点位分布在两个上吊耳的垂直平分线中。结合 准确计算可以发现天车吊钩和吊梁上端部位之间相距垂直距离 达到 1.5m，为此模型于轴对称方向中的垂直方向设置耦合点， 同时和上吊而进行耦合约束，下吊耳连接钢丝绳的长度设计为 2.5m，实际应用中普遍呈现为竖直方向，此次模拟中应用下吊 耳中心点充当第二耦合点，同时和对应下支耳实施耦合约束。 载荷施加主要是上吊耳耦合点固定，对应下吊耳耦合点可以进 一步增设 50000N 静荷载。
综合分析吊梁结果和应力云图能够发现，吊梁对应最高应 力达到 6.397×10-8PA，分布在下吊耳部位，但经过云图实施放大 处理后能够进一步发现其中的下吊耳荷载远远超出材料部件的 屈服强度，大于 345MPA 的部分在整个下吊耳宽度总和中所占 比例大概是十分之一。除此之外，结合风机塔筒对应吊梁应变 云图分析可以了解吊梁两端会被荷载所影响，整体变形量达到 1.672×10-3m。在吊梁现场试验中，联系最终模拟结构，合理生 产一组风机塔筒制作吊梁， 并实施综合验证， 实验中满足在预期 设计指标便可以在现场进行量产应用。
风机塔筒相关成型制作车间吊梁利用全面优化设计，进一 步改善风机塔筒对应板料长度方向因为下落塌陷所产生的板料 间划伤问题， 优化车间生产质量， 改善了板料吊装施工的安全性 和平稳性。除此之外，应用大型有限元软件进行设备分析，综合研究吊梁强度， 从而为试验预研究提供有效参考， 发现现场试验 所得到的结果更好。
5 风机塔筒成型用吊梁研制和应用
风机塔筒基础随着风电机组相关规格型号差异，对应重量 尺寸也各不相同，对各种大重量和大规模风机塔筒进行吊装操 作中，因为缺少相配套吊装设备，进一步扩大了吊装作业难度。 风机塔筒吊装工作需要大量人力投入，通过升降车顺利抵达目 标起吊位置， 分别固定各个分离挂具， 随后利用起重吊机以及吊 钩设备实施挂钩处理，整体工作效率较低，存在较高劳动强度， 是一种高空作业，存在一定安全隐患。除此之外，因为各种运行 功率下的风电机组对应风机塔筒尺寸存在较大差异，直径不同 的基础起吊因为吊点分布位置不同，需要应用多样规格型号吊 具，积极迎合不同形式风机塔筒相关吊装施工要求。
通过系统研究设计一种能够对起吊范围进行快速调节的专 用吊梁。此吊梁不管是承载能力或是吊装范围都优于传统吊具， 相关操作十分便捷、方便， 能够在其他风电产品以及工件生产中 进行全面推广应用， 和风电产业快速匹配。专用吊梁可以针对起 吊位置不同的工件实施综合研究设计，主要设计目的是针对尺 寸结构不同工件实施起吊施工中， 能够对吊点进行有效平衡， 支 持起吊作业的平稳、安全、快速实施。为实现稳定起吊目标，需 要对具体吊装范围进行优化调整，相关吊梁设计对应起吊重量 是 600t，整个吊梁长度总和是 38m，分别涵盖两个副梁和主梁， 应用双支撑对称副梁和主梁制作为井字型结构，设计四组轨道， 各组轨道具体设计承载力是 150t，分别在副梁底板以及主梁底 板中进行设置。
在轨道内设计安装四组滑轮组，实现轨道内部顺利滑动， 满足不同工件的起吊部位要求。正式开始起吊施工前，率先把 专用吊梁对应滑轮组转移至起吊点部位，随后通过两组型号为 M29×100 螺栓针对各个滑轮组实施全面紧固处理，避免滑轮在 整个轨道内随意滑动， 提升整个吊点平衡性， 保障起吊工作的实 效性、稳定性和安全性， 相关操作十分快捷、便利。
和原本单一模式的钢丝绳吊索具以及单一形式的扁担式吊 梁比起来， 这种吊装范围可调节的吊梁结构具有突出优势。单梁 式吊梁的平衡性相对较差，在各种超大构件的吊装操作中存在 重心不稳等问题。此吊梁在面对大小规格型号各不相同设备、工 件吊装操作中， 能够对不同功能起吊点部位进行有效平衡， 方便 对实际运行工况实施有效控制， 进一步改善了转运、起吊中吊装工件平衡性。因为应用对称式井字结构， 并对不同吊点荷载进行 合理分配，改善因为荷载分配不均衡所形成的索具破坏以及工 件倾覆问题。
未来风机塔筒相关吊梁系统将会更加方便操作，原本为对 风机塔筒进行吊装处理，相关准备环节都需要投入较多时间和 精力，同时离不开多人协调配合。当前，只需把在起重机吊钩中 对吊梁进行一次性固定即可， 在实际使用中降低吊梁， 使其靠近 地面， 随后控制吊梁滑轮顺着吊梁下， 使滑轮转移至起吊节点部 位，对螺栓进行快速固定，一个人能够顺利完成各项操作，相对 便利，使整体吊装效率提升 50% 左右。安全经济是未来风机塔 筒吊梁研发设计基础原则， 通过优化凋低吊梁设计， 改善原本风 机塔筒吊装中消耗过多设备机具以及人力资源的问题，无需为 挂钩而进行登高作业，有效减轻劳动强度，缩减安全隐患，优化 整体工作效率， 有效控制生产成本。可调节新型吊梁具有较高推 广应用价值，这种新型吊梁不仅能够有效应用到基础风电塔筒 吊装施工当中，同时还适用于风机塔筒等其余元件吊装运输和 安装操作， 具有广泛的应用范围， 合理改善了风机塔筒相关大型 构件安装、起吊难题，提升风机塔筒起吊运输可靠性和安全性。 在风机塔筒相关吊梁设计中可以应用BIM 技术实施模拟设计， 创建三维模型， 联系风机塔筒实际吊装施工要求， 合理设计吊梁 设备， 结合原材长度实施排列建模， 实施碰撞检测。
针对起重设备进行综合研究设计中，合理融入现代化技术 手段和设计方法， 按照环保节能的基础原则， 应用双支撑对称式 副梁和主梁井字结构， 扩大起重吊装承载范围。应用三维模拟结 构实施综合研究，优化吊梁综合性能，降低起吊转移中故障几 率。应用滑轮和轨道融合结构， 适用于不同型号规格部件起吊运 输。通过深入研究风机塔筒相关吊梁设计应用， 具有重要推广价 值和现实意义。
6 结语
综上所述，通过针对风机塔筒相关吊梁系统进行系统研究 分析，能够准确把握风机塔筒制作成型中的吊装效果和板料吊 装状况， 系统分析生产吊梁的运行安全性和稳定性， 改善塔筒板 料运行中的各种划伤性问题， 适当缩减钢丝绳应用长度， 增加设 备应用寿命，为风机塔筒相关吊梁的持续优化创新提供有效数 据支持，提升吊梁施工高效性和稳定性具有较高借鉴意义和应 用价值。
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