几何尺寸控制

几何尺寸控制（精选7篇）

几何尺寸控制 篇1

随着矿用液压支架设计工作阻力越来越大, 液压支架结构件在成型过程中件与件之间的间隙、垂直度等各方面都是严格质量控制点, 通过以上见解不难发现下料件几何尺寸控制是首要条件。在日常工作中发现各别下料件外观尺寸存在与图纸相差很大等质量缺陷影响使用。通过分析找出可能导致问题发生的原因, 制定相应的改进措施, 通过后续观察调研, 确定分析是否准确, 并最终制定切合实际的整改措施, 保证产品质量, 减少返工返修, 降低生产成本。需制订合理的切割方法。

山东塔高矿业机械装备制造有限公司连续生产了40000KN液压支架压力实验平台、为潞安环能集团生产了26000KN液压支架压力实验平台, 均涉及超长下料件的切割, 根据实际切割状况确定相应切割方法。

本次超长下料件切割几何尺寸控制主要针对长度大于10000mm规格的下料件, 材质局限于焊接钢 (Q550、Q690等) , 需从起火点设置、切割顺序、套料编程因素、软件机械参数设置、加工余量、切割方法等因素进行综合考虑现以40000KN液压支架压力试验平台立架主筋为例:Q690δ80 11710*1100

一、超长下料件几何尺寸控制的要点

(1) 套料编程因素, 没有根据下料件实际情况按照套料软件的设置参数进行调整、以及切割顺序、起火点的调整等, 较长下料件与板材边缘的距离小于20mm。 (2) 员工操作因素, 对于较长下料件没有进行分段切割, 分段切割完毕后把分段处进行二次切割等。 (3) 切割时板材平面度, 包括下料架高低不平, 板材本身变形等因素, 下料切割后由于物理因素根据原先板材变形幅度, 无法恢复。 (4) 设备因素包括割枪臂滑松、未固定, 跳点、地基下陷等, 数控切割机长时间操作, 员工没有及时对设备进行保养, 数控切割机操作系统没有及时更新, 设备经常性出现死机等现象。 (5) 板材受热温度不均匀切割幅度较大, 下料件受热幅度较大, 员工在实际操作中板材受热不均匀直接进行切割, 导致下料件变形尺寸较大。

二、根据以上因素相应的制订了相应的解决方案

(1) 下料件到边缘距离不小于20mm, 同时较长下料件使首件切割, 并且是双枪切割选取最佳设置参数对割嘴及注意编程时起火点的设置, 工件间隙设置。 (2) 对较长下料件分段切割, 起火点外移时不能切割废料边缘, 必须钻孔切割。 (3) 垫平料架、料架板脱落后及时补休、及时清理料架。 (4) 对出现问题的设备及时报修, 并进行每天设备巡检, 并且及时保养, 对老化配件进行更换。 (5) 对板材进行切割时, 特殊下料件进行特殊处理, 例如整体预演, 提高整体温度, 较厚板材适当进行加温处理。

三、取得效果

(1) 提高了生产效率。数控下料中超长下料件变形较大, 图纸尺寸不能保证, 严重造成下料产品质量不符合要求, 同时整形困难, 影响下道工序生产, 返工费时费力, 造成大量的成本浪费。产品质量远达不到公司质量管理要求, 严重影响支架外观及成型质量, 不仅费时费力、效率低下, 而且质量较差。通过以上控制要素, 产品质量得到有效提高, 降低了返工返修次数, 有效降低了公司经营成本。 (2) 容易及时纠正, 校对各项工艺参数。在实际操作中, 我们通过下料件及时发现问题, 校对我们的工艺参数是否符合实际情况, 实际与理论相互结合。

四、结语

随着煤炭行业的快速发展和相关政策的调整, 我国煤炭机械制造行业的发展也将出现一些新变化, 煤炭设备正在向重型化、大型化、强力化、大功率和机电一体化发展, 快速化、高效率将成为未来市场的发展趋势和热点。我们不断的通过长期的摸索和总结, 目前液压支架下料件也是需要大量超长下料件, 通过此次对超长下料件几何尺寸控制的探讨, 有效提高了产品质量, 得到了用户的高度评价, 具有良好的经济效益和社会效益。随着时代的发展和企业的进步, 我们公司正逐渐形成具有制造和开发、工程成套、有创新的能力, 并且向着能提供完整矿山机械装备解决方案的企业实体的方向迈进。

参考文献

[1]学召, 江涛, 海军.技防显神威护电保平安——江苏省宿迁市警企联动构建变压器防盗报警网络纪实[J].农村电工, 2010年01期

[2]汪俊波, 刘斯宏, 徐伟, 王柳江.电渗法处理大连大窑湾超软土室内试验[J].水运工程, 2010年01期

[3]廖瑞金, 肖中男, 巩晶, 杨丽君, 王有元.应用马尔科夫模型评估电力变压器可靠性[J].高电压技术, 2010年02期

几何尺寸控制 篇2

【关键词】圆弧形阳台;截面尺寸;模板支设;二次控制

0.引言

随着城市建设的迅猛发展，城市品位逐步提高，越来越多的新建建筑外观新颖、美观，为现代城市增添了道道亮丽的风景。在这些亮丽的风景中，常有圆弧形阳台点缀其间。

而在建筑施工中，由于高层住宅中，圆弧形阳台底部为圆弧形梁板，结构复杂，常规放线不能同视定位，保证其截面尺寸合格成为了施工的难点。弧形阳台截面尺寸的精度是保证外墙装饰、外立面圆弧窗的垂直度施工质量的基础，是保证弧顶水平位置的精确度、弧形阳台与直段阳台交接部位的弦长和垂直度质量的基础。

1.影响圆弧形阳台截面尺寸的因素调查

1.1问题调查

通过对已施工的住宅小区以及在建的同类工程的住宅楼圆弧形阳台截面尺寸情况进行了现场调查，抽查了500个阳台，其阳台截面尺寸合格率仅为79.4%，合格率较低。针对收集调查所得的数据，采用排列图对不合格点数进行分类统计、分析，各工程质量缺陷分布如下：

模板支设不规范占78.6%，定位放线偏差大占9.7%，砼振捣不规范占6.8%，成品保护不到位占3.0%，其它占1.9%。可见造施工模板支设不规范，占不合格累计频率的78.6%，属主要因素，是影响住宅楼圆弧形阳台截面尺寸施工质量的主要质量问题。

模板支设不规范占影响阳台截面尺寸合格率的78.6%，若完全解决模板支设不规范现象，可将阳台截面尺寸的合格率提高至1-(1-79.4%)×(1-78.6%)=95.6%，即使解决其70%，也可将阳台截面尺寸的合格率提高至1-(1-79.4%)×(1-78.6%×70%)=90.7%，使圆弧形阳台截面尺寸合格率低的现状得到较大的改善。

1.2模板支设不规范的原因分析

根据对圆弧形阳台截面尺寸质量缺陷排列图，可知“模板支设不规范”是影响圆弧形阳台截面尺寸质量的主要问题，针对这一问题，我们组织技术人员进行了全面的分析和研究，确定了15个末端因素，分别是模板材质不合格，发现偏移未能及时调整，操作工人实践经验少，质量跟踪不到位，测量放线不准确，操作工人培训不到位，风力及风向影响，加固材料质量差，在高温天气中作业，未按放线控制点支模，弧段处模板下料长度不够，弧段栏板接缝处未避开弧顶，模板标高控制不到位，测量设备未检定合格后使用，模板加固不牢固等。

通过现场调查，现场试验、验证等方法，对分析出来的15项末端原因进行了分析，最终确定造成模板支设不规范，圆弧形阳台截面尺寸合格率低的主要原因是：

1.2.1操作工人培训不到位

经对10名具体操作工人 进行理论知识和实际操作技能考核,平均成绩为90分以上的占30%,人员素质有待提高。

1.2.2未按放线控制点支模

弧形阳台模板支设过程中,木工班组未先根据放线人员放设的控制点控制弧段模板和弧度,将直接影响模板的施工质量。

1.2.3模板标高控制不到位

现场模板标高控制不到位, 使测量产生较大误差,将直接影响模板的施工质量。

2.圆弧形阳台截面尺寸的控制措施

2.1加强操作工人质量和专业培训

2.1.1根据工程实际情况制定培训计划及培训课程，教材内容为圆弧形模板施工要点、相关施工验收标准和同类工程的施工经验。

2.1.2对操作工人进行圆弧形阳台模板支设相关知识的培训。

2.1.3对操作工人进行专业理论知识和实际操作技能考核。

2.2保证操作工人按放线控制点支模

2.2.1结合工程实际情况，由技术员对工人进行详细的技术交底。

2.2.2选用的操作工人要求有圆弧形构件的支模实践经验。

2.2.3在施工层木工班组支设弧形阳台时放线人员及技术人员利用控制点对梁位及轴线位置进行定位校核，确定阳台位置处及临近处的轴线。利用轴线对弧形阳台圆心位置进行定位，圆心定位工作结束后放线人员在利用圆心对弧形阳台进行弧形大样放线。大样放线后利用轴线和结构图提供的轴线和弧段的距离进行校核，校核后每隔20cm给定弧段的控制点。定位后由技术人员校核后进行弧形阳台的支模工作。

2.2.4弧形阳台的支设的过程中，操作工人先根据放线人员放设的控制点，钉小木方钉在阳台底模上，用于固定弧段模板及保证弧度，并按此支模。

2.2.5模板支设后由质检员对其质量进行及时跟踪检查，每层抽查一个阳台。

2.3保证模板标高控制到位

模板标高控制按控制的次数分为三种：一是一次控制；即在梁板支撑铺设完毕后进行标高抄测，以保证模板底标高一致；二是两次控制，即在一次控制的基础上，在梁板模板铺设完毕后进行第二次标高抄测控制，以保证模板顶标高（即混凝土底标高）一致；三是多点控制，即在二次控制的基础上，通过圆弧曲线计算出模板上各点标高的值，进行多点标高抄测。

现场可从有效性、可行性、经济性、时间性等方面采取综合得分法进行选择，择优选用。比如选用两次控制法来确定模板的标高，具体方法如下：

2.3.1项目技术负责人组织放线员、技术员、质检员等人员认真熟悉图纸，对其进行标高两次控制的详细交底和人员控制分工。

2.3.2采用两次控制对模板的标高进行控制，先在梁板支撑铺设完毕后，采用水准仪对水平支撑的标高进行抄测，调整标高差，这一步是顶板模板平整的前提，以保证模板底标高一致；然后在此基础上，进行梁板模板铺设，在其铺设完毕后，对模板的顶标高和平整度挂纵横标高线，或以水准仪跟踪抄测，以保证模板顶标高（即混凝土底标高）一致，模板缝隙以塑料胶带密封，相邻模板表面高低差不得超过2.0mm，表面平整度不超过5.0mm。同时阳台板前段标高上调1.5cm，以保证在混凝土浇筑过程中对阳台平整度的影响。

2.3.3浇筑混凝土前，对圆弧形阳台模板的支设标高进行检查验收。

3.结束语

施工中，严格落实上述施工技术措施，能使高层住宅楼圆弧形阳台模板的施工质量得到有效的提高，从而提高圆弧形阳台截面尺寸的合格率。实际施工中，要根据现场的施工环境、材料性质、人员素质、气候条件、施工方案要求等具体情况，进行质量缺陷的原因分析，针对主要原因采用适当的施工方法和控制措施，使高层住宅楼圆弧形阳台截面尺寸得到有效的控制。■

【參考文献】

［１］严丛林,邓永驰.构(建)筑物弧形结构模板支设技术［J］.安徽建筑,2005,(01).

［２］王伟,张建伟.建筑施工中的模板技术［J］.黑龙江科技信息,2009,(12).

几何尺寸控制 篇3

苏通长江大桥为双塔斜拉桥, 钢锚箱 (图1) 作为斜拉索锚固结构, 设置在上塔柱中, 第4~3 4对斜拉索锚固在钢锚箱上, 钢锚箱每塔30节, 全桥共60节, 每节锚箱长7.118~8.517 m, 宽2.4 m, 高2.3~3.55 m。钢锚箱节段之间采用高强度螺栓连接。钢锚箱为箱形结构, 组成钢锚箱的主要构件有:侧面拉板、端部承压板、腹板、锚板、锚垫板、横隔板、连接板、肋板、斜套筒等构件组成。钢锚箱制造主要采用Q345qD、Q345qC钢材, 拉索套管采用Q345qC钢材, 其材料的牌号、技术要求、试验方法等应符合图纸要求及文献[1]的有关规定。

2 钢锚箱结构特点

钢锚箱的侧面拉板、端部承压板、腹板、锚板之间的焊缝均为需要加钢衬垫的熔透角焊缝, 焊接变形量大, 箱形断面大, 且钢锚箱为多节段连续拼接箱型结构, 对扭转、翘曲、平面度、光洁度要求极高, 属于机械钢结构产品, 因此单元件和锚箱整体机加工在几何尺寸精度控制方面起着十分重要的作用[2,3]。

3 钢锚箱标准段几何尺寸精度控制

3.1 钢锚箱单元件几何尺寸精度控制

3.1.1 侧面拉板工艺要点及尺寸精度

工艺要点:侧面拉板 (图2) 采用数控火焰精密切割, 并用赶板机矫平。划线加工衬垫侧坡口, 划线组装钢衬垫, 精确划线加工焊接边缘, 划线时以中轴线为基准, 将加工边缘线、锚垫板和腹板定位线一并划出。

尺寸精度:划线误差0.5mm, 长度公差±1 m m, 对角线差1 m m。

3.1.2 端部承压板工艺要点及尺寸精度

工艺要点:端部承压板 (图3) 采用火焰精密切割, 用赶板机矫平。精确划出加工边缘线、坡口线和锚箱椭圆孔中心线及连接孔定位线, 并将椭圆孔长轴线延长到钢板边缘用样冲做好标记。承压板上部连接孔待整体拼装时用连接板投制。检验合格后焊接剪力钉。

尺寸精度:划线误差0.5 m m, 长度公差±1mm, 高度0~0.5mm, 对角线差2 m m, 椭圆孔长、短轴长度偏差-1~3mm, 椭圆孔孔壁倾角±1°。

3.1.3 腹板工艺要点及尺寸精度

工艺要点:腹板采用数控火焰精密切割, 用赶板机矫平。划线加工周边坡口, 上边缘坡口机加工困难可采用火焰切割后修磨, 划加工线时要将定位中心线一并划出并作样冲标记, 边缘及坡口机加工一定要保证各部尺寸准确, 并特别注意坡口方向。划线组装钢衬垫, 组装钢衬垫时要预留机加工量5 m m待整体组焊后机加工。

尺寸精度:划线误差0.5 m m, 长度公差0~0.5mm, 宽度-0.5~0mm, 对角线差1mm, 上边缘角度±0.1°。

3.1.4 锚板工艺要点及尺寸精度

工艺要点:锚板 (图4) 采用数控火焰精密切割, 并用赶板机赶平, 此部件要求不平度0.5mm。孔内壁在单元件组焊后加工, 下料时孔壁留5 m m加工量, 划线加工周边及两头坡口。再精确划线组装钢衬垫, 组装时要预留机加工量5 m m。压弯成型, 成型后在平台上检测平面度及扭曲。此部件的成型角度至关重要, 一定要严格控制。

尺寸精度:划线误差0.5mm, 长度公差±0.5mm, 宽度±1mm, 对角线差1mm, 成型角度±0.1°

3.1.5 法兰盘及套筒工艺要点及尺寸精度

工艺要点:法兰盘 (图5) 采用数控火焰精密切割, 并用赶板机矫平。连接孔卡样钻制, 套筒 (图6) 采用锯切下料, 精确划出长短轴位置线用样冲标记。火焰切割并修磨与法兰盘焊接端的套筒内侧坡口。

尺寸精度:划线误差0.5 m m, 长度公差±2 m m。

3.1.6 隔板工艺要点及尺寸精度

工艺要点:隔板单元 (图7) 下料时隔板长度方向预留焊接收缩量、宽度方向以及加劲肋长度方向预留机加工量。焊接时将两块横隔板平面对靠用卡具紧固后焊接, 以减小变形, 在平台上修整合格后整体划线机加工两边缘, 以保证整体尺寸精度。

尺寸精度:长度公差±2 m m, 宽度公差-1~0 m m。

3.2 钢锚箱组装几何尺寸精度控制

划线组装锚头单元, 采用CO2气体保护焊以减少变形, 焊后采用火焰修整在平台上检测成型角度。

根据侧拉板上的拉索中心线、腹板、锚垫板定位线, 组装锚头单元。组装时使侧拉板边缘与胎型挡角密贴, 用平尺检测并调整使锚垫板平面延长线与侧拉板上的锚头定位线重合, 其误差控制在±0.5 m m。用锚孔定心工具配合角尺、钢卷尺检测锚孔中心距, 误差控制在+2~+4 m m;锚孔对角线差不大于3 m m。

划线组装横隔板。组装上部侧面拉板, 首先使侧拉板与胎型挡角密贴, 同时用平尺检查锚垫板平面延长线与侧拉板上的锚头定位线重合情况, 微调使其误差控制在不大于1 m m的范围内。保证两块侧面拉板的相对位置准确, 再次测量锚孔中心距和对角线差, 在经专检确认合格后用CO2气体保护焊以对称施焊的方法完成侧拉板与锚头单元、隔板单元的焊缝焊接, 为了控制焊接变形要严格执行《焊接工艺规程》采用边焊接边进行反变形的工艺方法。焊缝检验合格并对规定焊缝锤击后转入修整工序。

在平台上划线组装端部承压板, 组装时以端部承压板的中心线为基准分别向两侧返出侧拉板的组装边缘线。公差要求:箱口对角线差≤4mm, 错边量≤1mm, 并经专检确认合格后在焊接平台上采用CO2气体保护焊以对称施焊的方法完成相关焊缝焊接和检验, 转入修整工序。

划线组装槽型连接板及竖肋板, 槽型连接板的中心线要与端部承压板的中心线重合, 其误差≤2 m m。

在平台上划线组装套筒单元, 组装时使用专用定心工具测量并调整套筒出口点坐标满足±3 m m要求后定位焊接。

3.3 钢锚箱整体机加工尺寸精度控制

钢锚箱端面机械加工质量直接关系到钢锚箱的轴心垂直度及标高的控制, 是至关重要的关键控制点, 必须引起高度重视。

3.3.1 划线及加工前的检测

在划线平台精度得到确认的情况下, 划出精确的平台横纵基准线。将钢锚箱构件三点支撑平放在平台上, 调整支撑, 使钢锚箱垂直并平行于平台后, 划出钢锚箱二个方向上的垂直基础线, 并使钢锚箱上的垂直基准线与平台上的横纵基准线重合, 然后进入加工前的检测工作。将全站仪架设在钢锚箱内部, 以平台横纵基准线交点为已知点, 利用激光对点器对中后进行整平及校验。

全站仪检测的项目为:

(1) 锚垫板与垂直方向的夹角γ

(2) 锚垫板与水平方向的夹角α

(3) 锚垫板坐标 (X, Y, Z) 和斜套筒出口中心坐标 (X, Y, Z) 。

对于钢锚箱的外形尺寸进行检测。以上检测结果确认合格后, 划出加工端面线。

3.3.2 钢锚箱吊装及翻转操作

不正确的吊装及翻转势必会造成对划线平台、装夹平台精度的损害。更严重的后果会造成锚箱几何尺寸的变化。所以, 必须加以注意。确定正确的吊装位置, 吊装索具安全可靠、场地无障碍物。

面铺设木枕等保护、辅助器材。专人操作、指挥。

3.3.3 钢锚箱装夹

装夹工作总的原则是:

(1) 所有角点需予以支撑。

(2) 锚箱在装夹后本身要处于无应力状态。

(3) 待加工表面位置正确, 并尽量接近于镗床主轴端面。

(4) 装夹可靠, 不能在加工过程中发生振动及位移。

采用的方法是:主要支撑用于调整待加工表面位置、辅助支撑布于各个角点。在主要支撑点上方予以垂直的下压夹紧。在锚箱的三个侧面施以水平方向上的施力定位。在锚箱的指定部位用仪表予以监测, 并严格执行“机加工工艺规程”。

3.3.4 端面机械加工

端面加工质量的影响因素很多, 其中包括:

(1) 机床的精度;

(2) 装夹的质量;

(3) 环境温度 (温差) 的影响;

(4) 检测数据的正确性;

(5) 刀具的耐用性;

(6) 综合因素引起的振动等。

主要采取以下措施来保证端面加工质量:

(1) 密切观察设备的加工性能及精度变化, 时刻注意噪音、温升、压力是否异常, 出现问题及时处理。

(2) 装夹工作台侧面, 铣出一条与机床纵向导轨平行的基准表面。便于准确、快捷的测量、避免机床往返次数过多。

(3) 将机床主轴伸出距离缩至最短、增强主轴支撑的刚度。

(4) 加工前, 对于指定的钢锚箱温度监测点用雷泰红外测温仪进行检测, 保证钢锚箱内外的温差小于2℃。

(5) 用于钢锚箱的监视、测量设备必须经计量单位检定合格后方能予以用。

(6) 选择合理的切削三要素进行加工, 刀具在精铣时必须保证刀片的数量齐全、锋利。

4 结论

钢锚箱为斜拉桥索塔的关键构件, 它的几何尺寸精度在全桥处于举足轻重的地位。本文对钢锚箱在加工制造过程中的精度控制进行了比较详细的介绍, 采用这些措施保证了钢锚箱的尺寸精度, 为同类型的钢锚箱加工制造提供参考。

摘要：介绍了苏通大桥钢索塔锚箱在加工制造工程中如何进行几何尺寸的精度控制, 为同类桥梁钢锚箱的加工制造提供参考。

关键词：钢锚箱,几何尺寸,精度控制,机加工

参考文献

[1] GB/T 71422000.桥梁用结构钢[S].

[2] 李小珍, 蔡婧, 强士中.大跨度钢箱梁斜拉桥索梁锚固结构型式的比较研究[J].土木工程学报.2004, 37 (3) :73279.

接触网支持装置几何尺寸的确定 篇4

腕臂柱支持装置在接触网中应用最为广泛。该支持装置的几何尺寸可采用单线制图法确定或计算法。根据经验比较,采用单线制图法比计算法速度快、尺寸可靠且方法简便,所以设计中一般都采用单线制图法。

1 单线制图法确定支持装置主要部件尺寸的基本原理

单线制图法确定支持装置主要部件尺寸的基本原理就是按照安装图上的各定型零部件的尺寸,以一定的比例缩小后,画出单线图标出它的长度。所以采用单线制图法时,需参考已有的安装图。

2 用单线制图法确定中间柱支持装置几何尺寸及类型

2.1 已知条件

2.1.1 支柱类型。

2.1.2 支柱设置于直线区段。

2.1.3 轨面距地面高度960mm。

2.1.4 支柱侧面限界(CX)2500mm。

2.1.5 接触线悬挂高度6000mm。

2.1.6 结构高度1500mm。

2.1.7 接触线之字值300mm。

2.1.8 拉杆底座预留孔距柱顶100mm。

2.1.9 腕臂底座预留孔距柱顶2500mm。

2.2 作法(见图1)

2.2.1 选定一固定比例(如1:10),在方格计算纸上标出柱顶、拉杆底座、腕臂底座、承力索,接触线距轨面的高度。

2.2.2 算出腕臂底座距轨面的高差h;由支柱垂直线路侧面的单边斜率f,画出从柱顶至腕臂底座处支柱的外形;同时确定出腕臂底座处支柱内缘至线路中心的距离b=CX+hf。

2.2.3 在接触线高度水平线及线路中心的交点处,确定出承力索的位置C及接触线的位置J(+300mm)。

2.2.4 从承力索位置C向上50mm(钩头鞍子高度)确定点A,并以点A为圆心在靠近支柱侧画直径为100mm的圆弧PQ。

2.2.5 在支柱线路侧的腕臂底座、拉杆处画出拉杆及腕臂底座的外形尺寸,确定出L及W点。

2.2.6 以W为起点,作圆弧PQ的切线WD。

2.2.7 作AE⊥WD,并使FE=50mm。

2.2.8 连LE,该线即为拉杆的轴线。

2.2.9 在WD及LE上截取WG=490mm(棒式绝缘子长度),LK=480mm(三个悬式绝缘子长度),ER=350mm(调节板的调节长度)。则KR、GF线段分别为水平拉杆及腕臂的最短理论长度。按比例量出水平拉杆KR=1350mm,腕臂GF=2710mm。

2.2.1 0 由已定出的接触线位置J处,按同样比例画出所采用的定位器外形尺寸,确定点M。

2.2.1 1 从点M垂直向上画出MN=40mm,并过点N作水平线交GF于S,按比例量出定位管长SN=200mm。

2.3 根据腕臂、水平拉杆及定位管安装要求及规格选取

2.3.1 腕臂型。

2.3.2 水平拉杆16型。

2.3.3 定位管型。

3 结论

在曲线线路上,确定曲线外侧中间柱的腕臂支持装置的几何尺寸时,还要考虑以下因素:

3.1 接触线高度系指接触线无驰度时,定位点处接触线所在平面到轨平面连线间的垂直距离。

3.2 接触线的位置与接触线悬挂高度、线路允许速度及线路最大外轨超高值有关。对于确定转换柱及中心柱腕臂装置的几何尺寸方法及步骤与上述方法大致相同,各种情况均需参考相应的标准安装图进行单线制图确定。

摘要：中间柱支持装置几何尺寸可采用单线制图法确定。转换柱及中心柱腕臂装配的方法及步骤与中间柱大致相同,均需参考相应的标准安装图进行单线制图确定。

关键词：腕臂柱支持装置,尺寸,单线制图法

参考文献

几何尺寸控制 篇5

在图像处理和测量的过程中，利用经典算子进行边缘检测时，一般只能检测某些特定方向的边缘，比如水平方向边缘、垂直方向边缘;但是实际的工件有很多种类型的边缘，比如圆弧边缘、斜边缘等等;而且经典算子检测到的边缘也只是属于像素级的，这样精度往往不高，不能满足要求。针对上述存在缺陷，提出一种基于多种边缘检测高精度亚像素边缘定位方法;该方法不仅具有较高的检测精度，而且计算量小，处理速度快。

1 检测原理

针对在汽车发动机气门尺寸检测系统中遇到的实际问题，对其进行研究，提出了多种边缘高精度定位方法;其原理是:首先采用中值滤波和高斯滤波对气门采集图像进行预处理，然后用sobel模板算子对边缘进行粗略提取，在初步定位边缘的基础上，再使用质心法对图像边缘进行亚像素边缘精确定位，最后通过畸变校正方法对像素坐标进行补偿计算，以实现对被测工件的多种边缘精确定位，完成对象的精确尺寸检测。

2 算法实现

2.1 图像预处理

在工件图像采集和传输的过程中，由于照明系统、相机镜头畸变、量化误差、灰尘、温度、湿度、震动等影响，必然会产生大量的噪声。因此在检测之前必须对原始图像进行预处理。

针对本项目中工件图像主要存在的椒盐噪声和高斯噪声。图像预处理算法主要采用中值滤波和高斯滤波。其具体算法如下所示:

中值滤波:选用的中值滤波窗口大小为(3×3)pixle，定义f(i,j)代表窗口中(i,j)位置的像素灰度值，其中(i,j={-1,0,1})。favg为该窗口中9个像素的灰度平均值，那么该窗口中心像素，也就是滤波的目标像素灰度值f(0,0)=favg。

高斯滤波:高斯滤波对图像进行加权平均，每一个像素灰度值，都由其自身和其邻域内的其他像素灰度值经过加权平均得到。本文结合项目选用的高斯滤波窗口大小为(3×3)pixle，其权值分布如图1所示。

采集到的图像经过中值滤波、高斯滤波预处理后，在很大程度上滤除图像噪声;同时也很好的保护了图像的细节。原始图像的边缘和经过中值滤波、高斯滤波后的图像边缘效果对比如图2所示。

2.2 边缘提取

针对汽车发动机气门几何尺寸检测系统进行研究。为了满足气门几何尺寸的检测精度要求，需要对气门的边缘进行高精度检测。由于气门边缘类型有多种，用同一种方法检测边缘，不能很好的实现边缘的精确定位。针对不同的边缘使用不同的检测算法，以实现较高精度的边缘定位，从而实现气门几何尺寸检测精度要求。汽车发动机气门多种边缘图如图3所示。

针对不同边缘使用不同算法，其中详细的算法描述如下。

2.2.1 水平边缘

因为水平边缘是一条直的水平线，则使用y方向的Sobel模板检测水平直线边缘。y方向的Sobel算子表达式如式(1)。

2.2.2 垂直边缘

因为垂直边缘是一条垂直于水平线的直线，则使用x方向的Sobel模板检测垂直直线边缘。x方向的Sobel算子表达式如式(2)。

2.2.3 左斜边边缘

因为左斜边边缘在其法线方向上的梯度变化最大，所以采用方向为135°的Sobel模板检测左斜边边缘。135°方向的Sobel算子表达式如式(3)。

2.2.4 右斜边边缘

同理，右斜边边缘采用方向为45°的Sobel模板检测。45°方向的Sobel算子表达式如式(4)。

2.2.5 槽位置左右圆弧边缘

对于圆弧边缘，边缘梯度变化最大的方向是时刻发生变化的，对于这样的边缘，同时使用以上四个方向的Sobel模板检测圆弧边缘，这样会得到四个方向的梯度值:fy(x,y),fx(x,y),f45°(x,y),f135°(x,y)。分别将这四个梯度值取绝对值，然后求取最大的梯度值赋给f圆弧(x,y)，即式(5)。

图4为Sobel算子四个方向的卷积模板。

2.3 亚像素边缘精确定位

气门的几何尺寸是通过其采集图像的像素点来计算的，而且相邻的像素中心之间仍然有一定的距离(几个至十几个微米不等)。所以要实现高精度尺寸检测，仅靠像素级边缘定位是不够的，必须实现亚像素级边缘定位。亚像素是将像素这个基本单位再进行细分，它是比像素还小的单位。

采用几何质心法实现亚像素级边缘精确定位。其原理如下:因为气门的形状比较简单，可以将整个气门的所有边缘分类为左边缘、右边缘、上边缘、下边缘，分别对这四个边缘进行几何质心法亚像素边缘定位。以左边缘为例，通过程序控制计算机逐行扫描采集图像，首先通过前面的Sobel算法对每一行的左边缘进行粗略定位，求出每个像素的梯度值f，然后设定一个阈值valve，将第一个出现f>valve的像素点的列坐标i记录下来，将第一个出现f<valve的列坐标j记录下来，那么将这一行列i跟列j范围内的像素点作为可能成为边缘的候选像素点。对这些候选像素点进行质心法亚像素边缘定位，将每一个像素点的梯度值与其横坐标x相乘，得到f×x，然后将所有像素点的这些值求和得到通过下面的一维质心法公式:

可以求得这一行左边缘最理想的那个边缘点。同时很容易知道该点位于图像中的坐标(x0,y0)，其中y0就是扫描那一行的行坐标。

重复上述步骤，在预先设定好的范围内，扫描预先设定好的行数，就可以求出左边缘的一系列边缘点，从而间接得出气门的几何尺寸。

对于气门中其他类型的边缘，同样使用上述方法，只是对水平边缘处理时使用按列扫描。

2.4 镜头畸变校正

从理论上来说，只要在气门采集图像中检测出各个边缘的位置之后，通过计算出某个尺寸的像素宽度就可以根据像素当量求得该尺寸的大小。但是在实际视觉检测系统中，由于镜头畸变的原因会导致实际像素点坐标位置跟理论像素点坐标位置产生偏离，这样就会产生比较大的误差，从而导致检测系统精度下降，很难满足高精度尺寸检测系统的要求。

在目前的光学检测系统中，主要存在的镜头畸变类型为径向畸变，其中切向畸变可以忽略。其中径向畸变的数学模型如下

式(7)中，(u0,v0)是光心位置坐标的精确值，而

式(8)表明，X方向和Y方向的畸变相对值(δx/X，δy/Y)与径向半径平方成正比，即图像中离光心距离越远的地方畸变量越大。由于高此项对畸变的影响很小，所以一般一阶径向畸变已足够描述非线性畸变，这时可写成

通过使用标准件及RAC两步标定算法，可以求出透镜畸变系数k。

在测量气门几何尺寸时，通过上面的亚像素边缘精确定位算法找到各个边缘的像素点位置，然后根据这些像素点距离光心的距离分别求出(δx，δy)，跟据式(10)求出畸变校正后的像素点坐标位置

式(10)中(X,Y)是空间点在没有畸变情况下的理想成像坐标位置，(X',Y')是在受到镜头失真影响而偏移的实际像平面坐标。

利用上面的畸变校正方法求出各个边缘像素点在没有畸变情况下的理想坐标位置，通过边缘像素点的坐标位置，根据像素当量求得气门中各个尺寸的大小。

3 实验结果及分析

该项目是与怀集登云汽配股份有限公司签订的广东省教育部产学研结合基金资助项目(2010B090400382)。用本高精度检测算法对汽车发动机气门进行了实验验证和尺寸检测，其硬件系统是基于线阵CCD的二维轮廓多尺寸图像检测系统，采用被测气门相对线阵CCD移动的方法进行逐行扫描采集气门工件的图像。光学检测系统的软件界面如图5所示。

在保证温度、湿度、光照强度等条件基本相同且适宜的情况下，分别对同一型号气门使用本文的高精度检测方法与原始检测方法进行对比测量，测量数据如下表1所示。

从测量结果表1可知，使用原始算法测量气门各个尺寸(除角度外)误差在0.007 8～0.03 mm之间，而杆母线与锥面夹角误差在0.07°;而使用本文高精度检测方法测量气门各个尺寸(除角度外)误差在0.001 2～0.002 9 mm之间，杆母线与锥面夹角误差在0.001 6°。

4 分析与结论

综合上述理论分析与实验结果可以看出，采用本文的多种边缘高精度尺寸检测算法，能够精确定位气门中的多种边缘，实现气门中各个尺寸的高精度测量，其中尺寸的检测精度可以达到3μm;同时该检测算法具有良好的抗噪能力与稳定性。

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几何尺寸控制 篇6

关键词：空间钢管桁架,ANSYS,杆件内力

采用焊接相贯节点的钢管桁架现已广泛应用于空间大跨度结构中,但计算理论和设计方法还沿用传统的桁架理论,空间钢管桁架几何尺寸的改变对其杆件内力变化研究得较少,针对这一问题,选用空间倒三角桁架结构作为研究对象,利用ANSYS有限元软件对空间钢管桁架进行静力分析,得出截面形状参数及杆件截面面积对空间管桁架杆件内力的影响。

1 计算模型

1.1 传统桁架理论

传统桁架理论在计算时,认为桁架的结点都是光滑的铰接点,各杆的轴线都是直线,并通过铰的中心,荷载和支座反力都作用在节点上。在上述理想情况下,桁架各杆均为两端铰接的直杆,计算简图各杆均用轴线表示,且都是只承受轴力的二力杆,因此对于桁架的计算方法有结点法和截面法两种。

1.2 计算方法介绍

1.2.1 假定

与实际结构相比,在模型分析中,采用如下假定:假定结构所用的钢材为弹性材料;由于实际桁架不符合传统桁架理论所描述的理想铰接情况,所以结构弦杆和腹杆的节点,连接均视为刚性连接;桁架内力分析采用一阶弹性分析法。

1.2.2 ANSYS有限元计算软件的实现

计算模型采用空间到三角形钢管桁架,利用ANSYS软件进行建模,由于研究中把所有接点均视为刚接,模型截面为圆管截面,因此在软件中采用BEAM188单元进行模型计算,综合考虑后对模型网格划分为:在截面圆周方向均划分为36个单元,而在圆管长度方向,单元长度上取节点间长度的1/10。

1.2.3 模型简图及约束情况

计算模型采用倒三角形截面进行受力分析,其计算模型简图见图1。

模型边界条件全部采用铰接支座,一端下弦施加X, Y, Z三个方向的位移约束,另一端只施加X, Z两个方向的位移约束,释放其轴向位移,这样,整个计算模型就相当于一个简支梁;上弦杆两端施加X方向的侧向约束。

1.2.4 荷载的施加

根据工程实际情况,桁架上施加由活荷载和恒载组成的面荷载,再由檩条传导到桁架上弦节点处。活荷载为0.5kN/m2,恒荷载为0.5kN/m2,荷载组合为1.2×恒荷载+1.4×活荷载。

2 空间钢管桁架的静力分析

对于空间三角形钢管桁架而言,当确定了截面高度H,上弦宽度W,以及节间长度S后可确定一种截面形状,下面分别讨论这几个参数及杆件截面面积对杆件内力的影响。

所计算模型的基本截面形状参数为:跨度L=60 m,截面高度H=4 m(可变),上弦宽度W=3 m(可变),节间长度S=4 m(可变)。

进行对截面形状参数对管桁架性能影响的研究时,方法是单一改变一个参数,其它参数不改变。即分析上弦宽度W变化时,取值为0.5 m,1 m,1.5 m,2 m,2.5 m。分析截面高度H变化时,取值为2 m,2.5 m,3 m,3.5 m,4 m。分析节间长度S变化时,取值为2 m,2.5 m,3 m,3.5 m,4 m。对于杆件截面面积的改变,将采用五组不同的杆件来实现。

2.1 上弦宽度W对结构性能的影响

参照实腹式的I字型截面梁,由σ=My/I,增大翼缘宽度会增大Iy,相应的σ会减少,梁的刚度也会因此而相应增加,即上弦宽度对结构的侧向抗弯刚度影响很大。根据此原理,在截面高度H取为4 m,节间长度取为4 m,将上弦宽度W取为0.5 m,1 m,1.5 m,2 m,2.5 m,进行有限元计算和分析,计算结果如表1。

由表1可以看出,随着上弦宽度的变化,弦杆的内力基本上保持不变,但是腹杆和跨中挠度都有显著的变化,上弦宽度的增加,造成竖面腹杆的倾角相应增加,竖面腹杆的轴力在持续增加,传递到水平面上垂直腹杆的力也在增加。同时,竖面腹杆轴力的增加也造成了杆件剪切变形的增加,反映到结构即是结构跨中挠度的增加。

2.2 截面高度H对结构性能的影响

在一段实腹梁中,由σ=My/I,梁截面高度越大,Ix越大,相应的σ会越小,所以如果降低截面的高度,会引起截面应力相应增加,而且增幅比较大,那么参照实腹梁,将截面高度H取为2 m,2.5 m,3 m,3.5 m,4 m,此时上弦宽度W取为3 m,节间长度取为4 m,进行有限元计算和分析,计算结果如下:

由表2可以看出,在截面弯矩不变的情况下,上下弦杆的内力也仅仅是当截面高度有变化的时候,才会发生较大幅度的变化,跟其它的截面参数没有关系。由于同一构件的不同截面处弯矩也并不相同,故设计成变高度的截面,可充分利用材料,经济性好,且外表美观。

同时,随着截面高度的增加,由于倾角的减少,腹杆的轴力表现持续的减少,而由于弯曲变形和剪切变形的减少,跨中的挠度也逐渐变小,其减少趋势是先快后慢。

由以上可以看出,截面高度是影响构件选择尤其是弦杆选择的一个非常重要的因素,其结构刚度的影响也是非常显著的,远大于其它因素,必须在满足建筑要求的情况下,从经济美观和受力均衡的角度综合考虑,选择出合适的截面高度。

2.3 节间长度S对结构性能的影响

节间长度的大小会直接导致腹杆夹角的改变,改变节间长度S,分别取值2 m,2.5 m,3 m,3.5 m,4 m,此时截面高度H取为4 m,上弦宽度W取为3 m,由于施加的是均布荷载,所以S改变时,荷载导到每个节点上的数值也相应改变,进行有限元分析,计算结果如下:

由表3可以看出,改变节间长度以后,弦杆的内力略有变化,随着节间长度的增加而减少,其主要原因在于,弦杆的最大内力与截面高度的乘积代表了一个节间长度范围受的弯矩的平均值。同时腹杆的轴力有了相应的变化,类似于上弦宽度的增加,随着节间长度的增加,竖面腹杆的倾角相应增加,所以竖面腹杆的轴力在持续加大,传递到水平面上垂直腹杆的力也在增加。

跨中挠度也随着节间长度的增加呈减少的趋势,最后趋于稳定,从中可以看出如果腹杆布置过密对结构的刚度没有起到积极的作用,反而加大了跨中挠度,但节间长度也并非是越大越好,合适的节间长度受制于檩条的经济跨度,且为了保证腹杆与弦杆与弦杆的连接的可靠,一般的倾角控制在35°-55°之间。

2.4 杆件截面面积对结构性能的影响

根据结构力学的知识,静定结构中的杆件内力与截面的尺寸无关,在空间桁架中截面面积对杆件的弯曲应力基本无影响,但是对结构的变形起着一定的作用,以改变腹杆尺寸为例,依次将计算模型的截面尺寸改为:① 上弦219×8,腹杆140×6,下弦273×10;② 上弦219×8,腹杆152×7,下弦273×10;③ 上弦219×8,腹杆168×8,下弦273×10;④ 上弦219×8,腹杆180×9,下弦273×10;⑤ 上弦219×8,腹杆194×10,下弦273×10。(单位为mm) ,算结果如表4。

由表4通过比较可以发现,跨中的挠度随着截面尺寸的加大而略有减少,体现了单个杆件的剪切变形的减少,因为竖面斜面腹杆主要承担抵抗剪力的作用,随着截面的变大,杆件的剪切变形变小,反映到结构上就是挠度减少,随着腹杆的截面面积的增加,竖面腹杆上的力也有增加。

3 结论

通过对空间钢管桁架进行的有限元静力分析,考察各几何参数的变化对杆件内力的影响得出以下结论。

上弦宽度W加大时,对于桁架平面内力提高不是很大,但是由于W增大,平面外的Iy也跟随增大,随之带来的是平面外的刚度增加,但同时竖面腹杆的倾角在相应的增加,竖面腹杆的轴力在持续的增加,传递到水平面上垂直腹杆的力也在增加,因此并不是W越大越好。

截面高度H增加时,Ix增大,上下弦杆的内力均减小,同时倾角减少,腹杆的轴力表现持续的减少,而由于弯曲变形和剪切变形的减少,跨中的挠度也逐渐变小。

节间长度S加大时,弦杆内力随着节间长度的增加而减少,腹杆的轴力的轴力也在加大。

腹杆尺寸增加时,单个杆件的剪切变形的减少,反映到结构上就是挠度的减少。

直线形空间倒三角形管桁架在受到竖向均匀荷载作用的时候,表现出腹杆抗剪,弦杆抗弯的受力机理,弦杆轴力的主要影响因素是截面的高度,而竖面斜腹杆轴力的主要影响因素是竖面腹杆与竖直线的倾角,水平腹杆在竖向荷载作用下受力较小,但是如果受到明显的扭矩的作用的话,必须考虑适当的加大水平腹杆的截面尺寸。

参考文献

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[4]郑红.钢管桁架屋盖结构的静力性能分析.国外建材科技,2007;28(5):89—91

几何尺寸控制 篇7

关键词：冲蚀角度,冲蚀磨损,运动轨迹,弯头,几何尺寸

冲蚀磨损是材料破坏或设备失效的重要原因[1—3],是天然气管道最常见的破坏形式,弯头管件是天然气管道最常见的破坏位置。国内外学者对管线钢材料内在因素和环境因素[4],如流体及磨粒速度、冲蚀角度、冲蚀时间、硬度等因素进行了研究[5],相比对实际工况下弯头的冲蚀磨损研究则较少。李国美、王跃社等建立了考虑颗粒碰撞分析了节流器内液固两相流的冲蚀磨损[6],Masaya Suzuki等人对固体颗粒同壁面的碰撞及不同直径颗粒的近壁面函数的设置[7]。但弯头曲率半径和外形改变对其冲蚀磨损影响的研究还未见报告。

因此,首先利用相似原理建立模拟弯头冲蚀磨损的试验平台。其次,利用k-ε双方程湍流模型,对应模拟试验平台进行仿真模型的建立。通过对比试验和仿真模拟的结果,验证利用仿真模拟颗粒在管道中的运动轨迹,证明冲蚀模拟结果的正确性。利用颗粒运动轨迹,将冲蚀角度对材料的冲蚀磨损影响同弯头中的冲蚀角度相结合,分析气固两相流的冲蚀磨损情况。并通过分析入射角对冲蚀的影响结果,研究改变弯头的曲率半径和形状对弯头冲蚀磨损的影响,以期对弯头的设计和实际工况的维护使用提供技术支持。

1 数值模型

1.1 连续相(气相)模型

1.1.1 时均方程

1.1.2 动量方程

标准k-ε双方程模型

式中,ρ为连续相的密度,ρs=nsms,为离散相的密度,kg/m3;t为时间,s;p为压力,Pa;ms为颗粒质量,kg;ns为单位体积的颗粒数;k为湍流动能;ks为颗粒相的湍流动能;ε为湍流耗散率;τrs为颗粒动力响应时间;u为黏性系数,uc为有效黏性系数,uT为涡黏性系数;Cε1=1.44,Cε2=1.92,Cε3=0.09,σk=1.0,σs=1.3,为湍流模型。

1.2 Lagrange离散相模型

颗粒运动遵循牛顿第二运动定律,其微分方程为

式(9)中,uP、u分别为颗粒相和流体相的速度;CD为曳力系数;Rep为相对雷诺数,ρp、p分别为颗粒相和流体相的密度;dP为颗粒直径;g为重力加速度;F则主要包括附加质量力和升力。

2 气固两相流的颗粒轨迹分析

2.1 试验及冲蚀模拟计算条件

根据相似准则,针对大庆气田徐升6集气站的工况,天然气管道内的雷诺数Re=3.33×105,流动状态为湍流,设计相似性试验的流动状态同样为湍流。设计平台的入口压力为2.6 MPa,冲蚀用砂粒直径为0.4 mm。根据试验测得含沙量为0.003 kg/s,入口速度为4.68 m/s。试验平台搭建如图1所示。

根据试验平台尺寸和参数,进行仿真建模,建模网格如图2所示。设置温度为环境温度16℃(289 K),其他参数同试验平台试验参数。速度入口以及自由端出口,设置气体及固体颗粒从Y轴正方向射入,重力方向为Z轴负方向进行仿真计算。

2.2 试验及冲蚀结果对比

试验的平台的尺寸和冲蚀位置如图3所示,最左侧为试验平台尺寸,仿真模拟根据实际尺寸进行建立。图3中间为试验平台俯视示意图,红圈标注了冲蚀的主要部位,弯头的主要冲蚀部位在入口50°附近。受气流的影响,连接弯头的直管段主要冲蚀部位在迎流面对侧的侧壁上;由于固体颗粒收到重力的作用,直管段偏向出口的地方,主要冲蚀部位在管道的底部。

仿真分析的结果如图4所示,图中显示了固体颗粒度在管道中的运动轨迹。通过固体颗粒的运动轨迹可知,仿真模拟得到的管道冲蚀部位,同试验得到的结果基本相同。因此,利用仿真模型模拟气固两相流的固体颗粒轨迹,来分析冲蚀磨损的主要位置,结果比较可靠。

图5为试验平台弯头部分的冲蚀磨损仿真分析,可以看出冲蚀磨损的最大位置发生在入口成50°的位置,同试验结果相同。经过试验的结果计算,弯头的冲蚀率是4.587×10-8kg/s,与仿真结果大体相同。因此,根据试验建立的仿真模型较为可靠。

3 结果分析和讨论

3.1 不同入射角对弯头的冲蚀情况

由于入射角会影响气固两相流的冲蚀磨损情况,利用仿真模拟气固两相流当中的固体颗粒轨迹,对不同的入射角进行冲蚀磨损分析。

对试验管段的弯头进行单独的仿真模拟,并进行不同入射角度的冲蚀情况的仿真分析。图6是对不同角度的冲蚀磨损情况,同固体颗粒运动轨迹的对比。固体颗粒的运动轨迹,同冲蚀磨损的最大位置相一致。当入射角度偏向正方向时,如图6(c)、(d)、(g)和(h)所示,固体颗粒先碰撞弯头内圆弧壁面,然后反射到外壁面上,弯头的最大冲蚀部位出现在内壁面上。

(图(a)、(c)、(e)、(g)和(i)分别为入射角为0°、X+15°、X-15°、X+30°和X-30°弯头的冲蚀情况;而图(b)、(d)、(f)、(h)和(j)则分别为入射角为0°、X+15°、X-15°、X+30°和X-30°弯头对应的颗粒轨迹)

将不同入射角度的最大冲蚀率、平均冲蚀率进行拟合如图7所示,入射角度对气固两相流的冲蚀磨损影响比较明显。当角度向负方向偏移时,冲蚀率成向上突起的抛物线;当角度向正方向偏移时,冲蚀率随着角度逐渐增大,固体颗粒对材料的冲蚀随着入射角度的增大而增大。由图7可以看出,在-15°附近时达到峰值,到+5°附近时达到最低,大于+5°冲蚀率随角度的增加而增大,这与文献[8]中实验结果的拟合曲线吻合很好。因此,可以通过改变冲蚀的入射角度来减少弯头的冲蚀磨损,这点对于工程应用有较大的指导意义。

3.2 不同曲率半径对弯头冲蚀磨损的影响

国标中弯头的曲率半径一般为R=1.5D、R=2D、R=3D,在同样条件的模型下研究曲率半径对冲蚀磨损的影响分析。不同曲率半径的冲蚀磨损同固体颗粒的运动轨迹如图8所示。随着弯头曲率半径的增加,弯头的冲蚀位置有所变化,颗粒在弯头管壁的二次碰撞情况也随之增加。

(图(a)、(c)、(e)、(g)和(i)分别为曲率半径为1.5D、2D、3D、4D和5D弯头的冲蚀情况;而图(b)、(d)、(f)、(h)和(j)则分别为曲率半径为1.5D、2D、3D、4D和5D弯头对应的颗粒轨迹)

将不同曲率半径时弯头的冲蚀磨损率拟合如图9所示。弯头的最大冲蚀率在曲率半径为2D时较小,当曲率半径大于3D时随着曲率半径的增大,弯头的最大冲蚀率随之减少。因此,根据弯头的最大冲蚀部位来设计弯头的曲率半径,可以减小弯头的冲蚀磨损。由于弯头的曲率半径增大,弯头管壁的面积增大,因此弯头的平均冲蚀率随着弯头的曲率半径的增加而减少。

3.3 弯头外形对冲蚀磨损的影响

圆形弯头中弯头壁面为圆弧曲面,一次颗粒的运动轨迹汇聚在一个相对集中的部位,即为弯头的最大冲蚀磨损部位。因此,考虑改变弯头形状,采用界面周长相同,曲率半径为1.5D的方形弯头进行对比。仿真结果如图10所示,最大冲蚀部位在冲蚀角为45°附近。同Derrick O分析的方形弯管轨迹对比[9],图10中(b)方形弯头中的颗粒运动轨迹较为规则。仿真模拟的方形弯头最大冲蚀率为4.741 4×10-7kg/(m2·s),小于曲率半径为1.5D的圆形弯头的最大冲蚀率。因此,可以考虑改变工况中弯头的形状来减小弯头的冲蚀磨损。

4 结论

(1)利用仿真模型分析气固两相流当中固体颗粒的轨迹,可以反映出输气管道的最大冲蚀破坏部位。

(2)改变固体颗粒入射角度,会影响气固两相流对弯头的冲蚀情况。当入射角度偏向弯头内侧曲面,最大冲蚀部位发生在弯头的内侧曲面。当冲蚀角偏向外侧壁面时冲蚀角度越大,最大冲蚀磨损速率越大。

(3)弯头的最大冲蚀率在曲率半径为2D时较小,当曲率半径大于3D时,随着曲率半径的增大,弯头的最大冲蚀率随之减少。方形弯头的最大冲蚀率小于相同曲率半径的圆形弯头。因此,可以通过改变弯头的曲率半径和外形,来降低输气管道的冲蚀率。

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