一种空间大型弯曲圆钢管多工序累积误差控制方法技术

本发明专利技术公开了一种空间大型弯曲圆钢管多工序累积误差控制方法。根据国家标准在弯曲圆钢管拼装平面加工出一个调整角，下一段待拼装弯管空间上表现为绕局部拼装坐标系原点旋转一个调整角；调整角是绕拼接平面的轴旋转，同时能绕轴和轴旋转；调整后的三维坐标与设计三维坐标的距离作为目标函数，以规范中的要求作为约束条件，建立累积误差优化的数学模型；结合空间大型弯曲圆管设计模型三维坐标参数，以设计点三维坐标和实际拼装后的坐标的两组参数作为目标函数，代入空间弯曲圆管累积误差控制数学模型，计算得到调整角的最优解。本发明专利技术适用于大型博览会馆、交通枢纽、奥运会运动场等大跨度、大直径空间弯曲圆钢管加工累积误差的控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及弯曲圆管累积误差控制方法，尤其涉及一种空间大型弯曲圆钢管多工序累积误差控制方法。
技术介绍
随着现代工业的发展各种弯管零部件不仅在气液体运输、机械、化工、核电中广泛应用，在现代建筑行业中应用也越来越广泛，特别是大跨度空间弯曲圆管钢结构，越来越多的应用于大型博览会馆、交通枢纽、奥运会运动场等。空间弯曲圆管钢结构在弯曲加工时，采用的是分段逐点近似逼近法，在空间圆弧部分，选取一个空间坐标系，在这个空间坐标系中，把空间圆弧进行分段合成，简化成近似平面的圆弧，按平面圆弧的弯曲方法进行弯制，然后将一段一段弯制好的圆弧管件拼装焊接起来，完成整段空间弯曲钢管的制作。大跨度空间弯管施工阶段多、工况复杂，制造误差和拼接误差不可避免，最终导致空间弯管难以精确合龙。大跨度空间弯管施工阶段多，工况复杂，且与设备、材料、人员、方法、测量及环境等多种影响误差因素相关，误差是无法避免的。空间弯曲圆管钢结构最终拼接完成产生的累积误差可用下式表示，其中在管材弯曲过程中由于回弹等造成圆钢管的制造矢高和设计矢高的偏差，制造长度和设计长度的偏差，这里将其定义为制造误差，用f1表示；各段圆管通过对接焊缝连接，焊接成一个整体，这里将焊缝变形和残余应力的影响而会引起的误差，定义为拼装误差，用f2表示；fΔθ表示分段弯管端面与其中心轴线的夹角Δθ所产生的误差；fetse表示其他因素产生的误差；kn(n＝1，2，3，4)表示相应权重因子。f＝k1f1+k2f2+k3fΔθ+k4fetse目前空间弯管制作工艺流程中对于弯管加工制造之后产生的误差主要采取两种控制方法：第一种，进一步提高工程中每个分段弯管的制造精度并控制焊接变形。但是弯管制造时每增加一个精度等级，加工的难度会呈几何级增长，对加工设备和工具的要求就会更高。第二种，对加工误差过大的空间弯管采取施工完毕后的机械矫正和火焰矫正的方法来达到允许的误差范围。可是这会增加多余的时间成本和人力成本，而且会造成管内产生残余应力，影响空间弯管线形。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种空间大型弯曲圆钢管多工序累积误差控制方法，无需提高弯管制造精度等级，适用于大跨度、大直径空间弯曲圆钢管加工累积误差的控制。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案的步骤如下：1)根据国家标准规范中对管端面与轴线垂直度的要求，定义管端面与轴线的夹角Δθ为调整角；在弯曲圆钢管拼装平面加工出一个调整角Δθ，对待拼装弯管的空间位置进行调整，使得累积误差减小并满足国家标准规范中的要求；加工出调整角Δθ后，下一段待拼装弯管空间上表现为绕局部拼装坐标系原点旋转一个调整角Δθ；所述调整角Δθ是绕拼接平面的轴旋转的，在国家标准规范中，它同时能绕轴和轴旋转；空间坐标变换的旋转公式为：式中：为绕轴在面旋转角度；为绕轴在面旋转角度；为绕轴在面旋转角度；当很小时，坐标变换公式简化为：式中，(x″,y″,z″)T为实际拼装后的坐标，(x′,y′,z′)T为经过调整角优化后的坐标，Δx,Δy,Δz为原点坐标增量。将经过调整优化后的实际三维坐标点与设计三维坐标点的距离偏移量作为优化目标，建立精度优化的目标函数：f＝min{(x′-X)2+(y′-Y)2+(z′-Z)2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空间大型弯曲圆钢管多工序累积误差控制方法，其特征在于，该方法的步骤如下：1)根据国家标准规范中对管端面与轴线垂直度的要求，定义管端面与轴线的夹角Δθ为调整角；在弯曲圆钢管拼装平面加工出一个调整角Δθ，对待拼装弯管的空间位置进行调整，使得累积误差减小并满足国家标准规范中的要求；加工出调整角Δθ后，下一段待拼装弯管空间上表现为绕局部拼装坐标系原点旋转一个调整角Δθ；所述调整角Δθ是绕拼接平面的轴旋转的，在国家标准规范中，它同时能绕轴和轴旋转；空间坐标变换的旋转公式为：式中：为绕轴在面旋转角度；为绕轴在面旋转角度；为绕轴在面旋转角度；当很小时，坐标变换公式简化为：式中，(x″,y″,z″)T为实际拼装后的坐标，(x′,y′,z′)T为经过调整角优化后的坐标，Δx,Δy,Δz为原点坐标增量。将经过调整优化后的实际三维坐标点与设计三维坐标点的距离偏移量作为优化目标，建立精度优化的目标函数：f＝min{(x′‑X)2+(y′‑Y)2+(z′‑Z)2}其中：(X，Y，Z)T为设计点三维坐标；精度优化的目标函数约束方程为国家标准规范中对调整角Δθ的技术要求，则：式中：d为弯管外径；结合上式，为以调整后的三维坐标与设计三维坐标的距离作为目标函数，以规范中的要求作为约束条件，建立累积误差优化的数学模型。2)应用空间弯曲圆管累积误差控制参数检测系统，获得空间大型弯曲圆管的每一段实际加工模型的中心轴线点坐标和端面与中心轴线的相对位置等三维坐标参数。结合空间大型弯曲圆管设计模型三维坐标参数，以(X，Y，Z)T为设计点三维坐标和(x″,y″,z″)T为实际拼装后的坐标的两组参数作为目标函数，代入空间弯曲圆管累积误差控制数学模型，计算得到调整角Δθ的最优解。...

【技术特征摘要】
1.一种空间大型弯曲圆钢管多工序累积误差控制方法，其特征在于，该方法的步骤如下：1)根据国家标准规范中对管端面与轴线垂直度的要求，定义管端面与轴线的夹角Δθ为调整角；在弯曲圆钢管拼装平面加工出一个调整角Δθ，对待拼装弯管的空间位置进行调整，使得累积误差减小并满足国家标准规范中的要求；加工出调整角Δθ后，下一段待拼装弯管空间上表现为绕局部拼装坐标系原点旋转一个调整角Δθ；所述调整角Δθ是绕拼接平面的轴旋转的，在国家标准规范中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：周继烈，周松，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33