机电复合

机电复合（精选4篇）

机电复合 篇1

0 引言

车辆机电复合传动系统是混联式混合动力传动的一种形式[1,2,3,4], 它通过调节系统内部电机的工作状态来实现传动系统输出转速的连续变化, 因此又被称为电力机械无级变速器 (EVT) 。机电复合传动系统存在发动机和电机等多个动力部件, 能否均衡协调地控制各个动力部件间的功率分配是系统节能潜力发挥的关键, 其控制效果直接决定了机电复合传动系统的综合性能。

目前机电复合传动系统功率分配控制策略主要有两大类:基于规则的方法和基于优化的方法[5]。基于规则的控制策略是目前常用的实时控制方法, 但由于该方法一般基于经验对系统的控制策略进行设计, 所以控制的效果较差, 系统的潜力难以充分发挥。基于优化的控制策略有很多方法, 如动态规划方法、遗传算法等, 通过求解优化模型来得到各部件的工作状态, 可以得到最优或近似最优的控制效果, 但是大多数的优化控制方法, 面临着求解过程计算量大的问题。最小值原理作为一种可靠的优化控制方法, 将全局的优化问题转化成哈密顿函数的瞬时优化问题, 在保证优化效果的同时, 大大减小了优化控制方法的优化计算量[6,7], 因此, 本文在分析机电复合传动系统多功率流特性的基础上, 建立系统功率平衡方程, 并以燃油消耗最少为优化目标, 应用最小值原理进行机电复合传动系统优化控制策略的研究, 为系统实时优化控制策略的制定提供了依据。

1 双模式机电复合传动系统

本文研究的双模式机电复合传动系统主要用以满足重型车辆大功率、大转矩的驱动需求, 系统结构如图1所示。系统由电机A、电机B、三个行星排、离合器CL0、离合器CL1、制动器B1、动力输入及输出几部分组成。R、C、S分别代表行星排的齿圈、行星架和太阳轮。

当离合器CL0接合时, 通过控制离合器CL1和制动器B1的接合与分离, 可以实现机电复合传动系统不同混合驱动模式的切换, 如表1所示。

通过行星排转速关系和转矩分析, 可以得到不同EVT模式下电机A、B的转速、转矩和系统输入输出转速、转矩的关系式, 并作为优化求解时的系统约束方程。

EVT1模式:

EVT2模式:

式中, ki为各行星排特性参数, 是齿圈齿数与太阳轮齿数的比值, i=1, 2, 3;nA、TA为电机A的转速和转矩;nB、TB为电机B的转速和转矩;ni、Ti分别为输入的转速和转矩 (发动机) ;no、To分别为输出的转速和转矩。

机电复合传动系统是一种多流传动形式, 通过电力和机械两路功率流来传递动力。机电复合传动系统的机械功率平衡方程为

式中, Preq为系统需求功率;Pe为发动机功率;PA、PB分别为电机A和电机B的机械功率。

当给定车速时, 系统需求功率可以通过车辆行驶动力学方程计算, 公式为

式中, f为阻力系数;m为车辆质量;g为重力加速度;α (t) 为路面坡度;CD为风阻系数;A为迎风面积;ρ为空气密度;δ为系统质量系数;v为车辆行驶速度。

系统中两个电机既可以工作在发电状态, 也可以工作在电动状态, 电机功率与电池功率间存在电功率平衡, 系统电功率平衡方程为

式中, Pbat为动力电池组的功率;ηA、ηB分别为电机A和电机B的效率 (图2) , 通过查表获得;sgnx为符号函数, 当x>0时, sgnx=1, 当x=0时, sgnx=0, 当x<0时, sgnx=-1。

如果电机处于电动状态, 则其把电功率转化为机械功率, 机械功率除以转化效率为相应的电功率;如果电机处于发电状态, 则其把机械功率转化为电功率, 机械功率乘以转化效率为相应的电功率。

电池组模型等效为简单内阻模型, 电池组功率可以表示为

式中, Ibat为电池组母线电流;Vbat为电池组开路电压;Rint为电池组等效内阻。

电池组荷电状态的改变量可以表示为

式中, Qbat为电池组的容量。

双模式机电复合传动系统的主要参数如表2所示。

2 优化控制策略

机电复合传动系统的功率分配策略可解析为:根据驾驶员的需求功率合理地分配各动力部件 (发动机、电机A和电机B) 间的目标功率, 在保持电池组的荷电状态在允许的范围之内的同时, 使得系统的燃油消耗量最少。因此, 其功率分配控制策略在一段时长为[t0, tf]的循环工况下的性能指标函数可表示为

其中, 为发动机的燃油消耗率, 单位为g/s, 如图3所示, 其中, Te、ne实际上对应式 (1) 中的Ti、ni。

约束条件为

式中, ne_min、ne_max、Te_min、Te_max分别为发动机的最小和最大输出转速、转矩;nA_min, nA_max, TA_min, TA_max分别为电机A的最小和最大输出转速、转矩;nB_min, nB_max, TB_min, TB_max分别为电机B的最小和最大输出转速、转矩;CSOCmin, CSOCmax, Pbat_min, Pbat_max分别为电池组荷电状态和输出功率的限制。

选定发动机的转速ne和转矩Te为机电复合传动系统控制变量u (t) , u (t) =[Te (t) , ne (t) ], 电池组的荷电状态CSOC为系统的状态变量x (t) , x· (t) =f (x (t) , u (t) ) 。

针对上述的能量管理控制策略的优化性能指标函数, 采用最小值原理进行求解, 定义哈密顿函数为

式中, p (t) 为伴随状态函数。

根据文献[8], 应用最小值原理取得性能指标函数最小的优化控制策略需满足以下条件:

(1) 对于t∈[t0, tf]的循环工况, 存在最优的控制变量u* (t) 使得H (x (t) , u* (t) , t, p (t) ) 成为全局最优解, 即

(2) 系统状态方程、边界条件和协态方程为

机电复合传动系统优化控制策略的意义是通过采用最佳的控制策略u* (t) , 合理分配不同动力部件的目标功率, 使得燃油经济性最好, 应用最小值原理对系统能量管理控制策略的目标函数进行求解, 具体形式可以表示为

对于这种两点边值求解问题, 应用循环迭代选取p (t) 的方法, 获得全局的最优控制策略并保持电池组状态变量满足|x (tf) -x (t0) |≤δ (其中, δ为允许误差) , 具体求解过程如图4所示。

(1) 在每一个时刻t∈[t0, tf]里, 根据当前时刻的目标车速, 通过车辆动力学方程 (式 (4) ) 计算相应的需求功率Preq (t) 。

(2) 根据当前的发动机状态以及式 (1) 、式 (2) 中系统的转速、转矩关系, 确定控制变量u (t) =[Te (t) , ne (t) ]的优化取值范围, 并对控制变量进行离散以方便计算:

(3) 由式 (9) 计算每一个预备控制变量对应的Hi=Hi (ui) , 并选择使得Hi最小的相应的控制量:

(4) 应用选取的最优控制量, 根据式 (7) 计算相应的系统状态变量x (t) 。

(5) 重复以上步骤直至整个循环工况结束, 然后计算x (tf) 和x (t0) , 将x (tf) 和x (t0) 进行比较, 如果满足

则优化求解的循环结束;否则重新选取伴随状态p0, 直到满足条件为止。

3 仿真结果

根据机电复合传动系统的性能需求, 优化求解中应用的重型车辆仿真循环工况如图5所示。

仿真计算中, 设定系统电池CSOC的上下限分别为0.4和0.8, 初始CSOC给定为0.6, CSOC的变化情况如图5所示。由图5可知, 在优化控制策略下电池CSOC始终保持在允许的范围之内且变化比较平缓。

发动机和电机A、B的工作状态如图6所示。可见, 各部件均工作在合理的范围之内, 且其状态变换比较平稳, 能够在保证部件动态响应的前提下, 实现机电复合传动系统的优化控制。

为了说明基于优化控制策略的有效性, 应用基于规则的控制策略与其进行比较, 发动机工作点在万有特性曲线中的分布情况, 如图7所示。本文采用的基于规则的控制策略, 应用发动机油耗经济性曲线作为发动机工作点判断的主要依据。首先根据电池的荷电状态决定电池的电功率, 系统需求功率与电功率之差即为发动机功率, 随后通过经济性曲线即可获得发动机的控制量, 进而决定系统其他部件的控制量。由于本文研究的双模式机电复合传动系统的结构较为复杂, 系统各部件控制量之间存在着较强的耦合关系, 当根据确定的规则使得发动机的控制量决定以后, 可能在当前的状态下, 其他部件的控制量并不一定能够保证该控制量的实现, 从而导致发动机的实际工作点与理想值相比会存在较大的偏差, 使得发动机的实际工作点分布得较为分散。而与基于规则的控制策略不同的是, 基于优化的控制策略在决定系统当前控制量时, 能够实时地判断系统当前的各部件控制量约束条件, 从而得到满足当前耦合约束要求的发动机优化控制量。相比于基于规则的控制策略, 基于优化的控制策略中发动机的工作点更多地集中在最佳燃油经济区范围之内, 发动机转速的变化范围更小, 工作点的分布更加合理, 机电复合传动系统百公里燃油消耗量为25.42L, 与采用规则控制策略的百公里油耗28.96L相比, 减小了13.9%。这表明优化过程中, 充分利用机电复合传动系统能够实现无级变速的作用, 使得发动机运行在效率最高的工作点。优化后的发动机工作点分布在一定的转速和转矩范围内, 而并不是集中在最优经济区内, 原因是在优化过程中对控制变量的变化范围进行了相应的限制, 以减少优化过程的计算量, 并使得优化的结果更具有实际意义。

4 结语

在分析所研究的机电复合传动系统多功率流特性的基础上, 建立系统功率平衡方程, 并以燃油消耗最少为优化目标, 应用最小值原理方法, 进行机电复合传动系统优化控制策略的研究。仿真结果表明, 相比基于规则的控制策略, 基于最小值原理的优化控制策略能够保持电池的SOC状态, 改善发动机的工作点, 提高机电复合传动系统的燃油经济性, 为系统实时优化控制策略的制定提供依据。

参考文献

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[3]Kim N, Kim J.Control Strategy for a Dual-mode Electro-mechanical, Infinitely Variable Transmission for Hybrid Electric Vehicles[J].Journal of Automobile Engineering, 2008, 222 (9) :1587-1601.

[4]郑海亮, 项昌乐, 王伟达, 等.双模式机电复合传动系统综合控制策略[J].吉林大学学报 (工学版) , 2014, 44 (2) :311-317.Zheng Hailiang, Xiang Changle, Wang Weida, et al.Design and Validation of Control Strategy for Dualmodeelectro-mechanical, Transmission[J].Journal of Jilin University (Engineering and Technology Edition) , 2014.44 (2) :311-317.

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[7]Sun D, Lin X, Qin D, et al.Power-balancing Instantaneous Optimization Energy Management for a Novel Series-parallel Hybrid Electric Bus[J].Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2012, 25 (6) :1161-1170.

[8]张洪钺, 王青.最优控制理论与应用[M].北京:高等教育出版社, 2006.

当代机电一体化复合人才三点论 篇2

一、在管理中成长

制造企业要在竞争中立于不败之地，必须要采用先进的制造技术与先进的管理方法，降低生产成本，缩短生产周期，并能快速响应市场需求的变化。同时，制造企业为提高竞争力，快速占领市场，在竞争的同时还需不断促成有关企业之间的区域性联合或跨国合作，以形成动态联盟。在这种背景下，一些先进的制造模式和管理模式不断出现和发展，如精益生产、敏捷制造、绿色制造等等。为了适应新的形势，培养学生在管理、经济、法律、营销等方面的综合知识和能力，使学生掌握经济管理学的定性、定量方法，具备一定的管理素养，增强分析和解决社会经济问题的基本能力，是培养复合型人才的重要因素之一。

培养复合人才是一项宏大的工程。在培养机电一体化复合人才的过程中，可以通过多种渠道提升学生的管理素养。首先开设诸如“生产现场管理”等企业管理课程，使学生熟知企业管理的基本原理和方法;其次通过教学实践环节或参观访问有关企业，使学生在实践中理解先进制造与现代管理的共通之处，到生产现场学习现代企业的管理之道;再次通过形形色色的讲座，使学生了解企业文化、团队精神等在现代企业管理中的重要作用;最后应该让尽可能多的学生参与学生管理工作，在管理实践中感悟管理的真谛。

值得注意的是，机电一体化专业的大多数专业课程，往往给学生传授的是显性知识。而需要复合的管理类知识，主要是隐性知识。所谓隐性知识是相对显性知识而言的，是指那种我们知道但难以言述、重在意会的知识。从技能和认识角度可将隐性知识划分为两类：一类是技能方面的隐性知识，包括那些非正式的、难以表达的技能、技巧、经验和诀窍等;另一类是认识方面的隐性知识，包括洞察力、价值观、团队精神和组织文化等。管理大师彼得·德鲁克认为，隐性知识是不能用语言来解释的，它只能被演示证明它是存在的，主要来源于经验和技能，学习的唯一方法是领悟和练习。

提升学生的管理素养，培养机电一体化复合型人才，很重要的一个方面是使学生融入于现代企业文化中去，为保持和增强企业核心竞争力作出贡献，这就需要注重隐性知识的积淀。知识经济时代，隐性知识是个人或组织保持竞争优势的源泉，隐性知识已成为现代企业知识管理中的一个重要方面。基于隐性知识的企业核心竞争力是企业勇往直前的动力。塑造良好的组织文化和激励体系，可以有效促进员工个人隐性知识持续地转变为组织的共享知识，激励员工朝着组织的共同目标迈进。同时不断培育企业的知识创新能力，构建企业完善的知识管理体系，实现显性知识和隐性知识、个体知识和组织知识之间的相互转化，并最终与核心竞争力相融合。为了顺应现代企业的发展需求，我们不仅要进行知识传授，使学生清楚现代企业对人才的新要求，懂得隐性知识及其在现代企业管理中的重要作用，不断加强管理素养，而且要让学生在实践中感悟、锤炼和提升。

众所周知，实践教学的主要目的是通过在真实或仿真的环境中进行反复训练，试图使学生熟练掌握一定的职业技术技能，从而培养学生的职业素质。但目前的实践环节主要是以显性知识作为教学的唯一媒介，忽视隐性知识的潜在影响，从而导致实践教学效果不尽如人意。因此，我们必须明晰隐性知识管理的价值，并通过适当的途径实现这种价值。隐性知识能够自发地对实践教学产生影响，甚至产生阻碍和干扰等负面影响。无论是技能方面的隐性知识，还是认识方面的隐性知识，即价值观、团队精神和组织文化等，一定要在实践教学中反复练习，不断领悟。在这一方面，指导教师的人格魅力、知识和技术能力对学生有着极强的影响力。

二、在外包中成熟

在转变经济发展方式的过程中，工业时代流水线所体现出的企业内部分工协作已经扩展到企业、行业之间，将公司部分业务委托给外部公司的业务外包应运而生了。发包企业为维持组织的竞争核心能力，可将组织的非核心业务委托给外部的专业公司(即接包企业)。外包给企业带来了新的活力。知识转移是决定外包成功与否的最主要因素。要成为当代机电一体化的复合人才，必须学习相应的外包知识，了解外包在现代企业发展中的作用，在外包即知识转移的过程中增强自身各方面的能力。

通常认为，企业在外包中知识转移的过程可以划分为三个阶段：第一阶段，企业从外包中分析与取得知识的过程。接包企业参与联盟人员的素质、知识和经验，必将影响到企业能否有效取得发包企业的知识或技能。当生产外包的双方建立了知识转移程序且双方知识基础相近，则企业取得知识的效能越高。第二阶段，企业取得知识之后进行内部学习的过程。接包企业可通过与发包企业之间的互动，获取相关的知识或技术，并通过消化使其与原有知识相融合，从而修正企业文化，激励组织创新，使企业保持竞争优势。第三阶段，企业取得知识之后使用的过程。目的在于有效管理知识，进行知识转换或创造出新的知识，进而为进一步增强企业的竞争力夯实基础。

综上所述，在外包中知识转移的过程就是获取—学习—应用的过程。要培养机电一体化复合人才，首先，必须给学生传授外包的显性知识，使他们熟知外包和外包管理的相关知识，懂得知识转移在外包中的重要作用;其次，要使学生掌握外包中知识转移的过程，做好各种相应的准备，逐步胜任外包业务。不仅要增强洞察力，善于发现和获取发包方的知识、技能;而且要联系自身实际，善于学习和吸收，取长补短，同时要及时消化，较好地指导生产实践，并最终转变成自身的优势。所有这一切，可以通过校内实践教学、校外顶岗实习，使学生逐步理解和接受外包，并在多重企业文化相互融通的环境中越来越成熟。

三、在创新中成功

胡锦涛总书记早在2006年全国科学技术大会上就提出了建设创新型国家的宏伟目标，同时给高校的创新工作提出了更高的要求。创新创业教育作为知识经济时代的一种教育观点和教育形式，从本质上说是培养学生创新精神、创业素质的教育活动，也就是要培养具有创新精神和实践能力的新型人才。这正是机电一体化复合人才的努力方向。实际上，每个大学生都具有创新潜能。但是要把潜在的创新力转化为现实的创新力，必须有一个激发潜能、形成创新力的良好精神环境和心理氛围。只有在浓郁的学校创新氛围和有利于创新的教育环境中，才能有效地开发大学生创新潜能，才能实现对创新型人才的培养。因此，营造良好的校园创新环境，通过感染、模仿、暗示等心理机制，必将对大学生的创新素质产生积极的影响。

虽然大家都知道创新始于问题，但目前许多大学生盲目迷信书本和老师，习惯于墨守成规，不注重思考与质疑，普遍缺乏“问题意识”，既不愿提问题，也不会提问题，当然就更谈不上锐意创新。强化问题意识，是开发创新潜能、造就创新人才的关键。

大学生创新潜能开发，要注重创新思维开发，积极开展创新思维的心理训练。心理训练主要在于改善思维的品质，即敏捷性、灵活性、深刻性、批判性与独创性，这是思维训练的基本方向。具体的训练方法多种多样，如标新立异法、头脑风暴法、直觉反应法、智力激励法、提问探究法，关键是要根据教育环境的实际，特别是大学生创新心理发展特点，有意识、分层次、有针对性地培养和训练。在具体训练过程中，要坚持发散思维与聚合思维相结合，以发散思维训练为主;坚持求同思维与求异思维相结合，以求异思维训练为主;坚持正向思维。与逆向思维相结合、以逆向思维训练为主等等，引导和促进大学生思维观念的更新和思维素质的提高。

21世纪是知识创新和可持续发展的时代，中国高等教育持续发展的重点是人才的培养，高校人才培养的核心是培养创新创业能力和实践能力。在培养机电一体化复合人才的过程中，必须加强大学生创新创业能力的培养，只有这样，才能适应社会发展的需要，才能为社会提供真正的具有创新精神和能力的复合人才，才能实现当代大学生的可持续发展。

参考文献

[1]张平亮,等.高职机电一体化复合型人才课程体系的构建[J].宁波职业技术学院学报,2009,(3).

[2]杨伟荣.论机电一体化的内涵和发展方向——兼谈机电一体化专业课程设置[J].金卡工程,2009,(2).

机电复合 篇3

1 施工制作难度低, 材料经济, 对水质无污染, 轻质高强

FRP材料相对密度在1.5~2.0之间, 只有碳钢的1/4~1/5, 可是拉伸强度却接近, 甚至超过碳素钢, 而比强度可以与高级合金钢相比。价格也远远低于碳钢材料。注:比强度即强度除以密度。

应用实例:江西百世德高科技厂房的机电安装 (该厂为太阳能多晶硅薄膜生产厂)

应用系统:工艺设备冷却系统 (以下简称PCW系统)

该厂房PCW系统采用板式热交换器与空调冷冻水热交换的形式, 把工艺设备产生的热量带走。管道采用最近国内应用比较广泛的内外环氧涂塑管, 介质为软化水, 系统为闭式系统, 从PCW机房分5路供给厂房里的工艺机台使用, 后由于建设单位工艺机台设备需求变更及考虑工艺设备机台余热的回收, 经中国电子工程设计院 (世源科技工程有限公司) 重新设计, 系统变更为开式系统, 并在PCW机房增加一个300M3的蓄水箱, 水箱带回的热量在冬季时可供空调系统使用。由于工艺设备机台对水质的要求较高, 不能使用一般的钢筋混凝土或碳钢板材料制作水箱, 但如果采用不锈钢板制作, 造价又过高, 不利于建设单位投资控制, 故最后设计院决定采用槽钢和FRP组合施工的方法制作水箱。整个水箱从基础施工到最后的清洗交付仅用了半个月时间, 由于FRP施工的简便大大缩短了施工周期 (整个变更设计对整体的施工进度并没有造成实质性的影响) , 在强度上也完全能和不锈钢相媲美, 其经济的价格也得到建设单位的一致认可。

2 耐腐蚀性能好

FRP是良好的耐腐材料, 对一般浓度的酸、碱、盐以及多种油类和溶剂都有较好的抵抗能力。

应用实例:江西百世德高科技厂房的机电安装

应用系统:生产废水系统 (酸碱废水系统)

该厂房生产废水系统采用统一收集, 统一处理, 工艺设备机台产生的生产废水进PVC管道自然流入生产废水收集罐, 并经生产废水泵输送至生产废水处理站处理, 由于生产废水成分的特殊性决定了整套系统均需采用耐酸碱材料, 作为废水收集的中心———废水收集罐的选型也成了此次施工的重点, 经建设单位、设计院、管理公司及施工单位的一致决定采用FRP复合材料制作废水收集罐, 废水收集罐统一在供货商的设备制造厂生产, 成品运至工地安装, FRP的轻质特性也再一次验证了安装吊装的简便性, 现场安装时均未动用大型的吊装设备, 整个设备从2009年9月竣工至投入使用已经将近一年, 废水收集罐使用的良好稳定性也验证了FRP的优秀耐酸碱性能。

3 良好的设计适应性

可以根据需要, 与其他产品搭配灵活地设计出各种结构产品, 来满足使用要求, 可以使产品的整体性和工艺性能得到质的提升。

应用实例:深超光电 (深圳) 模块一厂凈化室系统工程

应用系统:一般真空系统 (以下简称PV系统)

该厂为液晶面板生产组装厂, PV系统使用在液晶面板的传送系统中, PV系统的性能的稳定性对工厂生产起着至关重要的作用, 整个系统的管道采用UPVCSCH80管材, 由于该厂生产规模较大, 对真空的需求量也很大, 系统在PV机房的主管公称直径就达DN400, 施工单位在前期采购材料时发现很多UPVCSCH80管材供货厂商均不具有UPVC SCH80大口径管件的生产能力, 有极少几家需重新制模才能生产, 但生产周期较长, 并且价格昂贵, 如果采用, 将不利施工单位进度及成本控制。针对这一情况施工单位与建设单位协调并征得同意, 采用手工制作UPVCSCH80管件, 为保证手工制作管件的品质及强度, 在管件外表面包覆不少于5MM的FRP复合材料, 以保证管件内部在负压条件的抗压性能, 确保系统的真空度要求。经检测表明采用FRP包覆的UPVC SCH80管件在强度方面远远大于普通成品的UPVC SCH80管件, 且采用手工制作可以很方便的根据施工现场的空间条件制作有适应性、针对性的非标产品, 从而大大降低了施工单位的管道空间管理成本。

4 可调的固化时间在应急处理中得到优良体现应用实例:友达光电 (苏州) 有限公司二期工程

应用系统:一般干燥压缩空气系统 (以下简称CDA系统)

友达光电 (苏州) 有限公司为世界著名的液晶面板生产厂商, 作为洁净室制程动力的CDA系统主要为厂房内工艺设备机台及气动控制阀提供洁净高效的空气动力, 通常运行压力为0.6MPa, 该系统的稳定运行直接影响产品的工艺质量及产量。该厂设施运行人员在设备管路点检时发现CDA管道有一处焊缝有轻微泄露现象, 如不及时处理将造成严重的泄漏事件, 为避免事故进一步扩大, 该厂组织施工单位人员对事故进行紧急维修, 由于该管路已经正常使用, 如果进行停气维修将会造成极大的经济损失, 后经施工单位与业主决议采用FRP包覆PVC布料的办法带气维修, 在实际操作过程中调节固化剂的比例来调节FRP固化时间, 在允许的时间内安全高效的修复了泄露点, 避免了停气带来的损失。

机电复合 篇4

关键词：设备区,管线布置,复合支吊架,安装

随着民用建筑机电设备系统功能的日趋完善和技术发展, 机电设备管线的种类和数量越来越多, 如何在有限的空间合理布置各种管线, 已成为机电安装工程施工的一大难题。近年来, 在机场、大型工业厂房等领域已开始应用复合式支吊架技术, 可以相对有效地化解管线集中安装与空间紧张的矛盾, 鉴于复合式管线支吊架系统具有吊杆不重复、与结构连接点少、空间节约, 后期管线维护、扩容方便等特点, 上海航运大厦设备区走廊管线安装采用复合式管线支吊架系统技术。

1 复合式支吊架简介

由于上海航运大厦的设备区走廊的风管、水管、电缆桥架、气体灭火管等专业管线种类多、数量大、集中度高、安装空间紧张, 为解决这些矛盾, 采用了复合式支吊架。上海航运大厦选用复合式支吊架系统, 该系统由锚固件、双拼槽钢、槽钢底托、管卡、转角连接件, 通过弹簧螺母与螺栓机械连接的方式组成, 连接件可以随意调节管道支架的尺寸、标高, 此支架组成材料表面全部经过热浸镀锌工艺, 现场施工应做到不焊接。

2 复合式支吊架应用及特点

2.1 复合式支吊架的应用范围

此技术适用于管线密集而布置空间有限的狭小场所, 特别是针对建筑工程的走道、地下室及走廊等管线集中的部位。结合高级民用建筑结构特性及适用性原则, 上海航运大厦设备区走廊管线安装采用了复合式支吊架系统。

2.2 复合式支吊架的特点

1) 施工简便。因为空调水系统、通风系统、消防主管、给水主管、强弱电桥架可以采用同一支架, 在施工前支架均已布置完成, 省去了穿插安装支吊架的复杂过程, 提高了工作效率。2) 有效控制标高。复合式支吊架采用综合平衡技术, 就是有效利用空间, 在满足各种管线布置的前提下, 压缩空间, 控制管线标高。3) 管线布局清晰美观。支吊架的减少, 均匀合理布置复合式支吊架, 使管线清晰, 避免出现因多家施工单位而支架规格不同、形式不统一的杂乱现象。4) 节约人材机的消耗。减少加工传统支架所需耗费的打眼、焊接、刷漆工序。

3 布置复合式支吊架

3.1 综合管线平衡

复合式支吊架规格型号、形式的确定都建立在综合管线平衡的基础上, 综合管线平衡是否合理显得尤为重要。而管线综合平衡是以设计图纸为基础, 以不改变设计意图为目的, 根据施工现场对设计图纸进行进一步的优化。熟悉各专业管线特性, 结合不同专业管线的规范要求, 以求在紧凑有限的空间内对管线进行合理的布置。以上海航运大厦设备区走廊管线为例, 简述在管线平衡中遇到的若干问题及需要考虑的因素:

1) 风管是占用空间最大的管线, 一般都排布在最顶层, 如设备区有一侧走廊送风、排风、排烟共有6趟风管, 所有风管均是由环控机房引至各设备管理用房, 故管线平衡时风管由上至下的顺序必须结合机房管线的标高以及各系统风管进设备管理用房支管标高, 避免风管进机房翻弯太多而影响机房管线的综合平衡效果。2) 走廊内排烟系统风管一般都布置在风管下方桥架水管的上方, 布置桥架水管时要留出排烟口的位置, 在空间比较紧张的地方, 若有水管或桥架与排烟风管为同一标高时, 排烟口不能开在风管的中间位置, 因此排烟管左右定位时要计算风口至风管边的距离以保证排烟口尽量位于走廊中心。3) 布置桥架时要根据不同系统的电缆规格考虑放电缆时所需空间。4) 根据各系统管线整体走向, 同一标高而不同管线均需穿越同一设备管理用房, 如大厦电缆井与消防管下设备层立管位置都在走廊同一侧, 根据现场管线走向都无法调整, 经测算后, 在满足吊顶标高的要求下, 水管翻弯间距不够, 故需桥架翻弯来满足整体管线平衡要求。5) 根据厂家提供保温木垫及管卡的尺寸, 平衡时考虑保温、隔热木垫的设置高度。6) 对于空调冷凝水, 坡度是必须考虑的因素, 且不易受其他管线影响其路由, 以确保坡度合理, 排水通畅。7) 考虑装饰施工的吊顶龙骨施工情况, 特别是主龙骨的设置, 明确其布置位置, 高度尺寸。

3.2 确定复合式支吊架间距

以设计图纸为背景, 根据现场及管线平衡方案, 适当调整设计所布支架位置, 以保证支架位置要避开风管三通、桥架三通、水管三通、风阀及水阀部位, 然后用计算机绘制出每个走廊复合式支吊架位置及标注支架间距。

3.3 确定复合式支吊架形式

根据前两步所确定的管线平衡方案及支架间距, 用计算机绘制出每个支架的剖面图并编号。由于各专业支架间距规范要求不同, 结合本工程所用管线材质及连接方式的特点。一般情况下, 水管接头及三通两端设置支架, 而桥架与风管支架间距为2 m, 这就需对每根水管进行合理排布, 如水管两端有支架, 则中间支架水管横担就可取消, 以减少不必要的浪费。

3.4 编制复合式支吊架清单

根据所确定支架形式编制出每个支架所含配件清单, 然后统计出所有支架所需配件总量。

3.5 综合支吊架订货

因综合吊架配件造价比较高, 每副支架中所含21双拼槽钢 (6 m/根) 和41双拼槽钢 (6 m/根) 均需到场后现场切割, 损耗较大。故订货时尽量不要按照清单中合计的数量订货, 最好根据每副支架所需长度计算每根槽钢如何划分。如1号支架中需21双拼槽钢的长度为:3.5 m, 1.5 m, 1.5 m, 2号支架中需21双拼槽钢的长度为:2.5 m, 3 m, 故划分槽钢时就需把1号支架中的3.5 m和2号支架中的2.5 m组合为一根, 1号支架中的2个1.5 m和2号支架中的3 m组合为一根, 切割完后均按支架编号。而实际施工时班组一般按支架编号顺序切割槽钢, 如1号支架中一根槽钢划分为3.5 m和1.5 m, 剩余1.5 m, 2号支架划分为2.5 m和3 m后剩余0.5 m, 剩余的1.5 m和0.5 m在其余编号的支架中很难再利用, 无形中就造成不必要的浪费, 故合理的分配每根槽钢以最大限度降低槽钢的损耗。其余配件按厂家提供数据配套统计订货, 以求节约从点滴做起。

4 结语

民用建筑工程中机电设备管道的综合排布与安装往往会影响到本身及相关专业的施工进度及观感, 而管线综合合理布置及支吊架的选择与安装又是决定设备管道综合排布是否合理、美观的前提条件。通过对设备管道支吊架因地制宜的优化设计和安装可以使设备管道安装达到坚固美观、质量可靠的效果。民用机电设备管线安装不仅仅只是简单的照图施工, 因为在民用机电设备管线安装中存在着太多不定的制约因素:机电设计和土建结构设计衔接不够完善、机电设计和精装修设计衔接不够完善、各机电专业管线施工先后顺序不当等等都会导致机电设备管线安装返工甚至无法顺利进行。