非對稱“Y”形岔管展開工藝探討

李青松，李大雙

（陜西省引漢濟(jì)渭工程建設(shè)有限公司，陜西 西安 710032）

0 前言

我國水利工程建設(shè)中，壓力鋼管的岔管按其加強(qiáng)方式的不同可分為貼邊岔管、三梁岔管、月牙肋岔管、球形岔管和無梁岔管等形式[1]，實(shí)際應(yīng)用中采用月牙肋岔管的形式最多。月牙肋岔管的施工由工藝設(shè)計(jì)、排料、原材采購、切割下料、壓頭卷制、縱縫焊接、整形、組裝、焊接、消應(yīng)、水壓試驗(yàn)、防腐等主要工序組成。岔管的展開圖繪制是岔管制造工藝設(shè)計(jì)的重要組成部分，涉及排料、原材采購、切割下料、卷制等多個(gè)工序，一旦展開圖繪制過程出現(xiàn)錯(cuò)誤，將直接導(dǎo)致岔管成品質(zhì)量。在水電項(xiàng)目實(shí)際施工過程中，引水鋼岔管展開圖放樣的方法有很多，近年來有很多學(xué)者對其進(jìn)行了深入研究，例如何清和等開發(fā)了基于Visual Basic 平臺(tái)的鈑金件展開長度、折彎線尺寸的自動(dòng)便攜計(jì)算軟件[2]；盧俊生研究了基于Autodesk inventor 軟件的水電站引水發(fā)電系統(tǒng)鋼叉管三維建模展開并生成放樣坐標(biāo)的方法[3]以及利用Excel 數(shù)據(jù)三角函數(shù)表對特定圖形進(jìn)行展開，這些軟件只需輸入特定參數(shù)便可自動(dòng)計(jì)算出相應(yīng)的放樣坐標(biāo)，但是當(dāng)岔管相對復(fù)雜特殊，例如擁有多邊斜切、軟件中沒有相應(yīng)模型時(shí)，仍然需要人工去展開放樣。傳統(tǒng)人工放樣方法不僅效率低下速率慢，而且放樣的精確度也往往得不到保證，誤差率高，對工程質(zhì)量和工期造成不利影響。

所以，以引黃濟(jì)渭工程岔管制造為依據(jù)，對于月牙肋岔管的展開圖繪制技術(shù)進(jìn)行細(xì)致介紹。通過岔管下料由三維轉(zhuǎn)變成二維的全過程詳解及分析，加深展開圖繪制技術(shù)的理解。為以后的類似工程提供借鑒依據(jù)。

1 概述

引漢濟(jì)渭工程黃金峽水利樞紐工程中，泵站出口壓力鋼管的岔管采用非對稱“Y”型月牙肋岔管。泵站出口壓力鋼管通過6 個(gè)岔管與主管相接，經(jīng)過下平段、彎管段及豎井段、漸變段連接出水池，將水輸出。壓力鋼管最大靜水頭128 m，考慮水錘后的設(shè)計(jì)水頭取200 m。主管直徑6.0 m，支管直徑2.2 m。

泵站6 個(gè)岔管，由右向左尺寸逐漸擴(kuò)大，岔管重量由42.62 t～83.05 t 不等，岔管主材采用45 mm 厚07MnMoVR 鋼板，月牙肋采用同材質(zhì)壁厚為80 mm的鋼板。尺寸不一但結(jié)構(gòu)一致。黃金峽水利樞紐工程中1 號(hào)岔管尺寸最大，主管直徑5.4 m，支管為5.1 m 及2.2 m，岔管具有尺寸大、板材強(qiáng)度高、形狀復(fù)雜等特點(diǎn)。

2 岔管外形分析

本工程岔管為典型非對稱“Y”型月牙肋岔管，其主管為擴(kuò)大漸變的圓錐，直管為收縮漸變的圓錐，主、支管公切于一假想球，兩個(gè)錐管貫穿的不平衡力由嵌入殼內(nèi)部的月牙形加強(qiáng)肋來承擔(dān)。根據(jù)黃金峽水利樞紐設(shè)計(jì)圖紙分析，岔管可解析為3 個(gè)大小不一的圓錐體通過切割得到岔管部件，岔管示意圖如圖1 所示。

圖1 岔管示意圖

3 岔管展開工藝詳解

岔管的展開利用AutoCAD 軟件進(jìn)行，總體思路為錐管射線投影法。通俗理解為將錐體斜切幾刀得到的立體圖形，將幾個(gè)斜切錐管展開，將斷面繪制在錐體展開平面圖上得到岔管1、岔管2、岔管3 的平面展開圖。本文取錐管1 舉例，詳細(xì)描述錐管部件展開過程。

3.1 錐管補(bǔ)全及展開

（1）將錐管1 取出，調(diào)整為軸線水平，并補(bǔ)全為圓錐體，如圖2 所示。

圖2 錐管補(bǔ)全圖

（2）以e 點(diǎn)做垂直于軸線的線段與ab 邊延長位置相交于f 點(diǎn)。在軸線位置畫出fe 斷面即圓形，將圓等分，等分?jǐn)?shù)量根據(jù)鋼管大小進(jìn)行確定，等分?jǐn)?shù)量越多繪圖越精確，在黃金峽水利樞紐項(xiàng)目中實(shí)際為36 等分，本文中為方便介紹，取12 等分。將等分點(diǎn)做平行于軸線到fe 斷面，再以O(shè) 點(diǎn)為原點(diǎn)過等分點(diǎn)在fe 斷面投影點(diǎn)做射線即可得到，錐管實(shí)際立面圖的12 等分線位置，如圖3 所示。

圖3 等分射線圖

（3）展開時(shí)可以ab 邊為中線展開繪制，也可以de 邊為中線展開繪制，但考慮實(shí)際下料時(shí)以ab 邊為中心展開得到的平面圖排料時(shí)節(jié)約鋼板，因此此處直接以de 邊為中線繪制。再將錐體平面展開即可得到補(bǔ)全錐體平面展開圖，等分線同樣繪制于圖形上即得到圖4。

圖4 錐管補(bǔ)全展開平面及等分圖

圖5 g 點(diǎn)切線圖

3.2 a e 斷面展開繪制

（1）在得到12 等分的實(shí)際立面圖后，從圖4 可看出，每根射線與ae 斷面的交點(diǎn)即是實(shí)際ae 斷面的點(diǎn)位，求得交點(diǎn)到0 點(diǎn)的實(shí)際距離，繪制于補(bǔ)全錐體平面展開圖上即可得到平面點(diǎn)位。實(shí)際距離求法多種多樣，為可直接在圖上得到實(shí)際距離，此處可根據(jù)幾何圖形特性理解為以每個(gè)交點(diǎn)垂直于軸線正切錐體，所得到的圖形中斜邊長即是該點(diǎn)實(shí)際至O 點(diǎn)距離。

（2）以等分線3 與ae 斷面交點(diǎn)舉例

（3）在交點(diǎn)做垂直于軸線的切線與斜邊相交于g點(diǎn)，g 點(diǎn)至O 點(diǎn)距離即是錐體ae 斷面上g 點(diǎn)至O 點(diǎn)的實(shí)際距離。同理可得到所有射線與ae 斷面交點(diǎn)至O 點(diǎn)的實(shí)際距離。如圖6 所示。

圖6 射線與ae 斷面交點(diǎn)實(shí)際長度圖

（4）繪制實(shí)際錐管1 的展開圖中，根據(jù)各射線與ae 斷面交點(diǎn)實(shí)際距離，繪制于補(bǔ)全錐管的展開圖上，再將各點(diǎn)位用樣條曲線連接即可得到錐管1 平面展開圖上段ae 斷面實(shí)際圖形，如圖7 所示。

圖7 ae 斷面實(shí)際展開線圖

3.3 bc、cd 斷面展開繪制

根據(jù)ae 斷面展開繪制方式，可得到bc、cd 斷面，注意，上述分析過程可看出bc 斷面與射線實(shí)際只有6 個(gè)交點(diǎn)，cd 斷面與射線交點(diǎn)實(shí)際有8 個(gè)交點(diǎn)，但還需作出延長多畫2 個(gè)交點(diǎn)點(diǎn)位，以防繪圖后缺失一個(gè)邊角。bc、cd 斷面繪制完畢后如圖8 所示。

圖8 bc、cd 斷面實(shí)際展開線圖

將多余線進(jìn)行刪除最終即可得到錐管1 平面展開圖，如圖9 所示。

圖9 錐管1 平面展開圖

至此，得到了岔管部件錐管1 完整的平面展開圖。同理，利用同樣的方式可得到其他岔管部件的平面展開圖。

4 注意事項(xiàng)

一般來說設(shè)計(jì)圖紙通常給的是內(nèi)壁或者外壁的尺寸，但在平面展開工程中，因板材存在壁厚，如果單方面以內(nèi)壁或外壁的尺寸做展開工藝，在卷板過程中鋼板內(nèi)外壁處發(fā)生延展或者壓縮造成尺寸改變，產(chǎn)生偏差。因此展開前需根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙畫出岔管鋼板材中心為尺寸的圖形，再進(jìn)行展開。

5 結(jié)語

通過對岔管展開設(shè)計(jì)的方式進(jìn)行細(xì)致介紹，可以有效的提高技術(shù)人員對于非對稱“Y”月牙肋岔管展開工藝的掌握，從而達(dá)到提高岔管制造精度及整體工藝水準(zhǔn)。岔管放樣方式多種多樣，利用AutoCAD 軟件完成岔管的平面展開能有效的減輕技術(shù)人員計(jì)算負(fù)擔(dān)，因此掌握岔管的展開繪制方法是很有必要的。