三梁、月牙岔管和弯管制作放样画线的一种简便方法

【摘 要】 针对三梁和月牙岔管相贯线为平面曲线之特点,提出不绘标注开口尺寸展开图的岔管制作放样画线简便方法,同时它也适用于弯头的制作放样。该方法的最大特就点是原理简单明了,放样过程看得见摸得着,很适用于稍有一点几何常识的钣金工现场放样,这是一革命性的方法,它不仅大大地减少了制图工作量,而且也极大方便快捷了施工,同时它还可较传统方法(绘制开口展图后用油毛毡或镀锌板裁样后在管身上比划绘出开口切割线的方法)来得准确无误(即不易发生误操作)与管段间对接严丝合缝,进而保证钢岔管和弯头的制作质量。

【关键词】 岔管;弯管;制作放样画线;简便方法

【中图分类号】 TU392.3 【文献标识码】 A【文章编号】 1727-5123(2009)03-020-03

An easy method to draw lines for three beams, crescent fork tube lofting production

【Abstract】 Three beams and crescent bifurcated pipe intersecting line of plane curve characteristics, that it will not start painting map mark opening size lofting bifurcated pipe production easy way to draw lines, but it also applies to production of lofting elbow. This method is most special is the principle of simple and clear, setting out the process visible and tangible, it is applicable to a little bit knowledge of sheet metal scene lofting geometry, which is a revolutionary approach, which not only greatly reduced the mapping workload, but also a great convenience in construction, Same time, it can also be a more traditional method (open show diagram drawing or galvanized sheet cut oil felt like, after re-opening in the pipe body gestures draw the cutting line method) is more accurate (that is, less prone to misuse) and pipe sections match exactly between the butt , thereby ensuring the steel fork tube and bend production quality.

【Key words】 Bifurcation; Bend pipe; Production of setting-out drawing lines; Easy method

1问题的提出

三梁与月牙岔管结构复杂,其制作传统均采用详细的展开图放样画线(下料),但三梁与月牙岔管详细的展开图绘制十分困难,虽然,目前有一些软件供计算机来实现几何计算与展开图的绘制,但是许多软件均是按岔管相贯线(即岔管加固件――梁、肋中线)来绘制岔管展开图,而实事上该梁、肋是有一定的厚度的,有时这一厚度而且还很大,因此,每条梁、肋与岔管管身(包括主支管)的相贯线(交线)不是一条而是两条,同时岔管之主支管身多为锥管,岔管相贯线处形状复杂,不能正确地根据岔管相贯线来绘制岔管的展开图扣除岔管加固件――梁、肋板位而得出岔管管壁与加固件焊接的展开图,于是,一般展开图的绘制软件往往不能给出理想甚至正确的成果,譬如,新疆水利厅编制的《水利水电工程设计计算程序集》中多种结构型式钢岔管展开计算程序绘出的展开图就不能用,同时,绘制软件计算过程不直观明了,其所绘制的展开图正确与否甄别工作量很大,而未经全面甄别的展开图工程设计人员根本不敢用,因此,目前业内人士(设计人员)更多的仍然根据几何的基本原理人工绘制,即手算加CAD制图,而籍用此方法来绘制标注有开口尺寸的(锥管)展开图的确很麻烦,十分令人头疼。同时,弯管段相邻管节转折角不大于10°[1],因而一个弯头通常应由好几节管段组成,若每节这样带斜口管段均要画展开图,那将是多么繁杂的工作呀,简直令人望而生畏,同时,钣金工传统绘制作放样画线是用油毛毡或镀锌板按展开图裁样后卷管身上比划绘出开口切割线,这不仅繁琐,耗工耗材,而且还不精确(这不精确包括两方面,一方面沿开口圆周分段取值描点连线绘制展开图充其量就是一近似方法,另一方面用油毛毡等有伸缩性按展开图裁样后卷管身上比划绘出开口切割线更有误差),鉴于此现状,改进岔管和弯管传统的制作放样(手算)方法就显得很有意义了,能否不绘制标注有开口尺寸的(锥管)展开图而直接采用单线图进行岔管和弯管制作放样画线(下料)呢?回答是肯定的,因此,繁杂的三梁、月牙岔管和弯管制作放样画线(下料)问题一下了变得简单多了,本文试图就此作些阐述与介绍。

2三梁和月牙岔管制作放样画线

2.1简便方法及其生存依据。众所周知,在分岔区,由于管壁的相互切割,在内水压力作用下存在较大的不平衡力,需另设加强构件承担,加强件一般沿管壁的相贯线(管壁交线)布置。在工程中为了便于加固,相贯线应是平面曲线。相贯线为平面曲线的必要和充分条件是主管和支管在分岔处有一公切球(平面图像是公切圆),如图1所示[2]。

根据三梁与月牙岔管相贯线为平面曲线之特点,提出直接采用单线图进行岔管放样画线(下料)的思路与方法,具体以婺源县云潭水电站钢岔管(卜形三梁结构)为例介绍之。首先如图1所示之原则设计并绘出云潭水电站钢岔管外径尺寸单线图,然后以岔管相贯线为中心,以加强构件――梁、肋之厚度(36mm)之一半为间距左右各作平行线绘制出加强构件与岔管各管身的相交线,再后沿强构件K1和K2梁与分别与主、支管壁的相交线分拆成主、支管轴长1197,沿外壁长1开口尺寸如图3和4所示。最后用CAD“对齐”标注方式分别标注出主、支管开口三个特征点A(a)、B(b)和C(c)相对于管端(一般指大头)和管轴线的距离(尺寸),但在标注主管开口特征点C尺寸时要考虑由于锥度关系沿管外壁量长要较单线图上所量得的尺寸来得大,而现场放样一般以沿外管壁长尺量最为方便,故上述三特征点尺寸均以沿管外壁长标注,而沿管外壁长与管轴线长即为主支管锥角之邻边与斜边。

由于在岔管实际加工中,一般都不按绘有开口尺寸的展开图下料后进行卷管,而是按不开口的整管展开图(这种展开图很容易绘制,笔者在此不赘述)下料卷管,否则开口处将不能卷曲得熨帖而保证焊接以满足设计之要求。为此,就可以在卷好的主、支管上依据上述图2和图3所示的主、支管开口尺寸图(单线图)仅用钢卷尺放样开口。因为主、支管的开口实际上就是分别在主、支管上沿图2和图3所示AC(ac)和、BC(bc)方向各切两刀,但值得注意的是各刀并不是按标注(绘画)在主、支圆管(立体物件)上A、C(a、c)和B 、C(b、 c)间的简单连线(方向)切去,而是主管开口之一侧是按主(圆)管上C、对面外管壁上与之相应的C/与A三点确定的平面上的三点连线(在该平面上为曲线,但在图2和图3等单线图上均为直线) 切去, 主管开口之另一侧则是按主(圆)管上C、对面外管壁上与之相应的C/与B三点确定的平面上连线(在该平面为曲线,但在图2和图3等单线图上均亦为直线) 切去;支管也同理放样开口。欲连接此在单线图为直线而在实际圆锥管立体管身上为曲线之线段,当然要籍借一平(模)板,它可用九合板等竹木板做,最好用废旧的薄铁板做,该平(模)板要求平整,且有一定的刚度。主管ACC/和BCC/开口各选用一块平(模)板,其长较AC长一定量,其宽较C点处锥管外径(弦)长或锥管外直径稍长一定量。然后以锥管外径(弦)长或锥管外直径长相应的边内一定距离的一平行线为x轴(即沿y方向留一裕量,主要是为了适应模板将来方便对齐C、C/或c、c/之需要),按分别以C点处锥管外径(弦)长或锥管外直径长a和AC长(单线图上的)b为长短轴长的椭圆方程x2/a2+ y2/b2=1开半椭圆的开口,x轴至其平行板边间按C点处主管外直径开口,随后将切割去半椭圆的该平(模)板之y轴与开口边缘交点与按图2尺寸已标注在主管管身上A点对齐、x轴与开口边缘两交点或其附近部位与分别与主管管身上已标注的C和C/两点对齐(如铁模板必要时还可将该三点焊一下以固定),最后沿平(模)板面(为了方便于该模板安卸,开口可稍大些,届时则以该模板之延伸面)与主管之相贯(交)线绘出主管开口的切割线ACC/(在模板平面内为曲线),同样采用上述方法绘出主(锥)管开口的切割线BCC/,值得注意的是x轴至其平行板边间应按较C点处直径稍大些开口,否则该模板会卡管而安不上(进)。主管该两块模板可用于支管开口线acc/和bcc/的绘画(模板开口边缘与支管外壁空隙处则按该两块模板延伸面与支管管壁交线绘画),这样便完成了不绘制标注有岔口尺寸的展开图而直接采用单线图进行岔管放样画线(下料)之全部操作。当然,不借助于平(模)板也可绘出主、支管开口的切割线(平面曲线),方法就是用木工墨斗来弹线,操作要领是要将主、支管身子倾斜一定角度(但C-C/或c-c/线段要保持水平),使所要绘切割线的单线如AC位于铅垂状态(且A点朝向上),然后用一根蘸有墨汁(颜料)的弹力线一端按在C点上,另一端按在C/点上,中间线较稀松地跨过A点所在侧之管身,然后用中指与食指捏住该段线的中点向上拉紧后放手使该线弹向主管壁,如果该线在主管外壁上的墨(颜料)线迹正好通A点,则该线迹就是主管开口的切割线ACC/,否则,重弹直至该线正好通过A点为止,同理,便可绘出其它切割线。如何使管身倾斜以保持所需的切割线位于铅垂平面内,可通过目测来实现。描绘特征点的具体步骤是将未开口的整管架空管像木匠做桁条一样先分别在锥管两端吊线找出过圆心的铅直面并交管端圆周上下两点,然后过圆心找出与该铅直面正交的水平线又与管端圆周交左右两点,将两管端之4点对应连线得出管周4等分线,然后按主支管尺寸图在相应的管周4等分线上描出特征点。

2.2加强构件――梁、肋的放样。根据上图不难看出,支管的开口均主管的开口小,因此,加强构件――梁、肋的的内空半椭圆应按支管开口内缘形状确定,以便岔管管壁能充分地焊接在加强构件上而不会让焊缝落空。如云潭水电站钢岔管K1梁需伸入岔管内146mm的,则其开口椭圆方程为x2/a2+y2/b2=1,其中a为支管的开口cc/处管内壁间距离的一半,b为图3中的 bc长减去伸入管内的长度(梁高)即146mm,而梁K2则为一稍大于半圆的开口圆环,其内空直径应为梁K2中心处主管外径,并在其与主管焊缝处开K形口,由于主管锥度之缘故,靠主管大头侧多开些,靠小头侧少开些,当然加强构件――梁、肋内空之曲线方程也可按诸如《水利水电工程设计计算程序集》中相应程序计算取得,但最终仍要符合上述要求,否则就是出现了误差或错误,至于加强构件――梁、肋形状则按内空加上相应处的梁高定出。由于梁、肋均要交焊二点C(c)和C/(c/),故要特别考虑各梁、肋彼此在此二点的间搭接方式,进而注意扣放相应梁、肋的板位。

2.3主支管开口与加强构件――梁、肋内空切割方法。由于岔管管壁均有较大的厚度,加强构件――梁、肋更是如此。为了保证加工的精密,主支管开口按绘线时架立的模板方向也就是按加强构件安置方向切割,避免均按垂直于管壁方向切割后与加强构件对接时缝口外密内空,当然焊缝处管壁要开坡口,但也只有以正确切割面(即与加强构件吻合连接之切割面)为基准来考虑开坡口才能做到心中有数,也才能确保构件加工的尺寸不变。同时,梁、肋内空则应沿主支管开口相应点间连线方向切割,如图5 所示,也才能保证焊接好岔管内壁平顺光滑(为满足结构强度设计之要求K1梁伸入管内者除外,其实这倒不要紧,因为它刚好起到分水之作用),以避免管内水流速过快时产生气蚀。

3弯管制作放样画线

制作水电站压力钢管弯管,规范规定弯管段相邻管节转折角不大于10°[2],这样一来,一个弯头通常要由好多节管组成,若每节这样带斜口管段均要画展开图,那将是多么繁杂的工作,而通过上述介绍的方法来放样画线问题就会变得轻松简便多了,因为,籍借一块模板外加一把曲尺和钢卷尺就能使十分繁杂的单个作业变成了简单的流水作业,方便而快捷。具体操作与上述介绍的方法大致相同,即首先按弯管外径尺寸绘制的弯管单线图,并应特别标明弯管管节开(斜)口线(与邻节之相贯线)与垂直截面线之距离,如图5中27mm,而在中位线处该数字为27/2=13.5mm,然后在用来制作弯管的管材上找出管周4等分线,再后按这些数据在4条管周4等分线上描出特征点,最后用模板卡或套入管身使之与该特征点之三点对齐(保证三点共一平面)并沿该模板平面在管身绘出弯管段开口之切割线;无法一次的另半边切割线可将所需切割的管身翻转半周后如法炮制。值得注意的是,如果弯管管径较小时,模板内挖空洞可做成略椭的一圆(口径管较大的弯管其模板当然还应承内挖成开口的半圆),短径可取管外径,长径管外径稍多一点,因为,10°左右转角的开口斜长较管外径长出不多。为了方便动作,模板内挖的空洞圆周开坡口。

4结语

针对三梁与月牙岔管相贯线为平面曲线之特点,提出不绘标注开口尺寸展开图的岔管制作放样画线(下料)简便方法,同时也适用于压力管弯头(因为它的相贯线也正好是平面曲线)的制作放样画线。该方法的最大特就点是原理简单明了,放样过程看得见摸得着,很适用于稍有一点几何常识的钣金工现场放样,这是一革命性的方法,它不仅大大地减少了制图工作量,而且也极大方便快捷了施工,同时它还可较传统方法(绘制开口展图后用油毛毡或镀锌板裁样后在管身上比划绘出开口切割线的方法)来得准确无误(即不易发生误操作)与管段间对接严丝合缝,进而保证钢岔管和弯头的制作质量。因为,岔管管身开口直接按最终与之连接物――加强构件平面(用模板平面代之)一刀切割(像刀切西瓜一样平整)而成的,彻底少了按管节开口类型与尺寸近似地画出展开图再经有早缩性的村料按图裁样又转回管身比划(近似)绘出开口切割线之近乎于折腾的中间环节,因此,管身与加强构件两者的连接自然可天衣无缝(又像一刀对开的两半西瓜密合在一起一样),而按传统方法即按标注开口尺寸的展开图切割的管身开口完全有可能会因绘图时布点取值的稀疏和展开图裁样伸缩以及裁样与管身比划描绘切割线的误差而使开口不完全为一平面,从而会影响管身与加强构件焊接之质量。同时,采用不绘展开图而直接采用单线图进行放样画线(下料)对压力管弯头意义也很大,因为籍借一块模板便可使繁杂的单个作业变成了流水作业,十分方便快捷。婺源县云潭水电站钢岔管就没有绘制标注有开口尺寸的展开图,而是按上述方法直接进行放样画线下料开口的,同时许多弯头也是按此方法制作的,这不仅节省设计人员大量的绘图工作量,而且钣金制作也方便快捷,更主要的是岔管制作精度和钣金质量很容易得到了保证,工程施工质量实现了优良。

参考文献

1中华人民共和国水利部.SL281-2003水电站压力钢管设计规范[S].北京:中国水利水电出版社,2003(14)

2华东水利学院.水工设计手册[M].北京:水利电力出版社,1987.7-216

(作者简介:江智健,男,汉,1960年出生,水利水电工程建筑高级工程师、全国注册咨询师和一级建造师(水利与建筑两专业)、水利监理工程师、水利工程造价师,主要从事水利水电、工民建和工路桥梁工程设计、施工、监理、造价和行业管理)