孟令君

（大慶石化建設(shè)有限公司，黑龍江大慶 163000）

1 背景及現(xiàn)狀

1.1 背景

天圓地方是加熱爐組成的一部分，天圓地方又名方圓變徑管，被廣泛地應(yīng)用于圓斷面與矩形斷面的風(fēng)管與設(shè)備間的連接。在現(xiàn)在的化工裝置中也經(jīng)常用到，如爐子的煙囪與對流室的連接等。

圖1 天圓地方示意

1.2 現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的天圓地方制作過程要經(jīng)過鋼板的放樣、分塊、壓制等工序才能完成。施工程序非常繁瑣，既費時又費力。

在加熱爐施工后期，其他專業(yè)的施工相繼進入施工區(qū)域，各專業(yè)多工序，相互交叉作業(yè)，施工干擾大，相互制約因素較多。因此如何加快加熱爐預(yù)制及整體安裝的施工進度是本工程得以保證的節(jié)點工期的關(guān)鍵，不但要求施工進度快、質(zhì)量高，還要及時做到工完料凈。

根據(jù)施工工藝特點，如何有效縮短整體加熱爐安裝施工是一個主要因素（圖2）。

2 天圓地方傳統(tǒng)制作方法

2.1 傳統(tǒng)制作方法存在的問題

天圓地方制作過程一般要經(jīng)過鋼板的放樣、分塊、壓制等工序才能完成。施工程序非常繁瑣，既費時又費力。在加熱爐附件天圓地方的傳統(tǒng)制作方法中，需要放樣得到天圓地方在平面展開后的形式（圖3）。受放樣工序的制約，整體尺寸的累積誤差非常大，再加上壓制工序的成型不好，整體成型后會有很大的偏差。

圖2 加熱爐制造流程

2.2 施工方法

（1）先將上圓均分為若干等份，并將上圓各等分點與矩形角點依次相連，即將其分成若干各小三角形（圖3）。

（2）利用直角三角形定理，先求出其在投影面上的長，再利用該值與天圓地方的高求出各連線的空間實長，同時求出圓上任意兩個相鄰點間的弧長。

（3）用上述求得的空間實長與圓上任意兩個相鄰點間的弧長作展開圖。

（4）利用事先做好的壓制胎具再結(jié)合千斤頂將得到的展開圖進行壓制焊接。

由上述步驟可知，傳統(tǒng)的制作方法的確較為繁瑣，還要使用壓制胎具。并且，整體尺寸的累積誤差非常大，整體成型后會有很大的偏差。

3 用Auto CAD 制作加熱爐天圓地方

圖3 天圓地方在平面展開后

圖4 因果圖

采用本方法前期工作主要是在電腦上進行Auto CAD 制圖，這也是本方法的重點，無論多大尺寸的天圓地方，制圖程序都是一樣的而且省時、省力，確保了加熱爐附件安裝的工程質(zhì)量。

充分應(yīng)用數(shù)字化軟件進行制作天圓地方，并合理地對其制作進行科學(xué)分析，對實物進行操作。主要對選用因果圖，從人員、方法、材料、機械、環(huán)境五大因素進行了因果分析（圖4）。

根據(jù)原因分析，確定要因為：天圓地方手工加工時間長，外觀成型不規(guī)則，缺少熟練操作技術(shù)人員，機械設(shè)備老化，模具加工時偏差較大。

4 方案確定

（1）制作組成天圓地方的4 個等腰三角形。

（2）制作組成天圓地方的4 個弧板，主要通過Auto CAD 制圖得出弧板應(yīng)滾多大的半徑。

（3）將天圓地方的弧板展開在平面上，并求出天圓地方所要求的半徑弧線。

（4）將等腰三角形和弧板進行定位組對焊接，成形后以事先畫好的弧線為準(zhǔn)進行切割，就會得到想要的天圓地方。

5 方案實施

（1）根據(jù)天圓地方所給的條件，在計算機上利用Auto CAD 作出天圓地方的立體圖（圖5）。

圖5 利用Auto CAD 作出天圓地方的立體

（2）根據(jù)立體幾何三垂定理，在Auto CAD 上可得到組成天圓地方的三角形BCD 的平面展開圖，共4 塊（圖6）。

圖6 三角形BCD 的平面展開圖

（3）弧板制作。弧板制作重點在于求得弧板的半徑（圖7）：首先通過Auto CAD 求得直線CE并延長交于天圓地方的中心線G，其次連接AB，再通過AB中心點H 做CG 的垂線并得到三角形AFB（圖8）。

圖7 弧板半徑

圖8 三角形AFB

（4）將三角形AFB 畫到平面上，利用Auto CAD 可得到弧AFB 的長度及弧板的半徑（圖9）。

圖9 弧AFB 的長度及弧板半徑

（5）根據(jù)前面得到的弧AFB 的長度及天圓地方三角形的邊長和邊CE 的長度，可得到所求弧板的平面展開圖（圖10）。其中，弧AEB 就是天圓地方的弧線，并利用Auto CAD 可將其分割成任意等份。圖11 是將其分割成三等份。

圖10 所求弧板的平面展開

圖11 三等份弧

（6）最后利用在Auto CAD 上得到的三角板、弧板的尺寸進行下料、滾圓、組對焊接、切割就可得到成形美觀、尺寸精確的天圓地方。

（7）具體下料方法見圖12，弧板滾半圓即可。

圖12 下料方法

6 結(jié)論

加熱爐附件安裝利用Auto CAD 進行制圖，后利用Auto CAD 的圖紙在鋼板上直接下料、滾圓后就可以完成，省去了下樣板、在胎具上壓制等一些繁瑣的施工程序，因此減輕了工人的勞動強度，減少了大量的人力、物力，大大提高了勞動效率，并且這種方法成形好。與常規(guī)的方法相比，本方法進行天圓地方的制作3 d 的工作量可以1 d 完成，可以提高工作效率200豫，并節(jié)約用料28.6豫，所以本方法具有施工程序簡單、成本投入低等優(yōu)點。