大型橢圓形封頭放樣圖參數(shù)化繪圖的Lisp實現(xiàn)

胡志剛,胡煒

（1.河南科技學院,河南新鄉(xiāng)453003；2.貴州電子信息職業(yè)技術學院,貴州凱里556000）

大型橢圓形封頭放樣圖參數(shù)化繪圖的Lisp實現(xiàn)

胡志剛1,胡煒2

（1.河南科技學院,河南新鄉(xiāng)453003；2.貴州電子信息職業(yè)技術學院,貴州凱里556000）

研究了大尺寸標準橢圓形EHA封頭分瓣放樣圖參數(shù)化繪圖的尺寸計算、繪圖原理和方法.根據(jù)公稱直徑、頂圓直徑、分瓣數(shù)等初始尺寸參數(shù),給出繪制分瓣放樣圖所需要的展開半徑等關鍵計算公式,自動計算展開圖圓弧半徑、各個圓弧的起訖點、圓弧法向距離等其他尺寸和參數(shù)；完成了基于AutoLisp及DCL語言的封頭放樣圖的對話框參數(shù)輸入界面的設計、封頭展開圖參數(shù)化繪圖二次開發(fā)的程序設計方法,并進行實例驗證.

橢圓形封頭；放樣圖；分瓣；Lisp程序

封頭是壓力容器上的端蓋,也是主要承壓部件.標準橢圓形封頭的使用極其廣泛,目前許多封頭生產(chǎn)都分布在一些小型企業(yè)當中.在封頭生產(chǎn)過程中需要繪制放樣圖和展開圖,由于橢圓形封頭是標準件,其主要尺寸有公稱直徑DN（EHA型為內(nèi)徑Di,EHB型為Do）,封頭總高度（EHB）或總深度（EHA）H,直邊高度h和名義厚度δn,因此開發(fā)一個基于AutoCAD的封頭放樣圖的自動參數(shù)化繪圖命令,對小企業(yè)的封頭設計生產(chǎn)具有實際意義.

在封頭制造過程中,一般采用整體沖壓旋壓成型,但是對于直徑超過4 000 mm的封頭往往要進行分瓣制造,然后焊接成型.在封頭設計和制造過程中,不同尺寸的大型封頭的分瓣下料放樣圖的繪制是一項繁復的工作,依據(jù)一定的分瓣計算方法,利用AutoCAD的二次開發(fā)方法,實現(xiàn)大尺寸封頭分瓣下料圖的參數(shù)化設計,將大大提高設計與制圖效率,節(jié)省設計時間和成本.本文就標準橢圓形封頭的分瓣放樣圖的繪圖,介紹一種采用Lisp語言開發(fā)的參數(shù)化設計與繪圖命令的實現(xiàn)方法,它對于其他不同類型大型封頭分瓣下料圖的參數(shù)化繪制也具有普遍的意義.

1 封頭瓜瓣展開圖的尺寸參數(shù)計算

要實現(xiàn)封頭放樣圖的自動繪圖,必須給出一些必要的尺寸和參數(shù),下面是標準橢圓形封頭的初始尺寸和參數(shù)：公稱直徑DN,頂圓直徑d,分瓣數(shù)n,封頭鋼板厚度δ,直邊高度h,加工余量e等,如圖1所示.

圖1 標準橢圓形封頭的初始尺寸Fig.1 Initial dimensions of standard elliptical head

基于上述給定的參數(shù),要繪制放樣圖,還要計算出以下一些必要的尺寸參數(shù),它們是封頭橢圓回轉面上分段緯線圓高度Hi,如圖1所示,瓣片展開圖展開半徑Ri,封頭橢圓回轉面上相鄰緯線圓的法向弧長距離Li和各展開圓弧的弧長Ai等,如圖2所示.

圖2 計算出的尺寸Fig.2 Calculated dimensions

1.1 瓣片展開圖展開半徑Ri

在橢圓形封頭曲面上,在對應公稱直徑DN的大圓和頂圓之間按一定的弧長間距劃定k-1個圓,把曲面劃分為k個曲面段,這k-1個圓的大圓直徑為Di,各個大圓所對應的高度為Hi,底圓（公稱直徑為DN）高度為H0,頂圓高度為Hk,對每個分段大圓按切于該大圓法向圓弧的圓錐面進行展開,其展開半徑用Ri表示（見圖1和圖2）,經(jīng)計算得：

1.2 兩點間弧長間距Li

設橢圓上任一點到象限點的弧長為li,如圖3所示.

圖3 橢圓弧長LiFig.3 Elliptical arc length Li

根據(jù)勒讓德積分計算公式

展開圖中相鄰兩圓弧中點間距為Li,如圖2所示,其計算公式為

1.3 展開圖中的弧長Ai

弧長如圖2所示,其計算公式為

式（3）中：Di為直徑,δ為厚度,e為余量,i=1,2,…,k.

2 Lisp程序設計

建立一個基于對話框的基本尺寸參數(shù)輸入界面,輸入基本尺寸參數(shù)后,程序執(zhí)行標準橢圓形封頭瓣片展開圖的繪制,自動計算出所需尺寸和參數(shù),并以更新或追加方式保存在一個Exel數(shù)據(jù)文件中.本程序包括定義尺寸參數(shù)輸入對話框的DCL語言代碼和lisp程序段.Lisp程序包括尺寸參數(shù)計算、對話框初始化和繪圖三部分,其程序框圖如圖4所示.

圖4 放樣圖的lisp程序Fig4 Lisp programme diagram of mould lofting

計算展開半徑的lisp程序段為：

；；；work out Radius

（setqi 0 n 0.0 n_n 0.0 R_list'（））

（repeat 12

（setq n_n（nth i D_list）

n（nth i H_list）

）

（setq Ri（/n_n 2.0（sin（atan（/（-（*4.0（expt n_n 2））（expt（-l_dia（*4.0 n））2））（*4.0 n_n（-l_dia（*4.0 n）））））））

）

（set_tile（strcat"rd"（itoa i））（rtos Ri 2 2））；為12個圓弧顯示其值

（setq R_list（cons Ri R_list）i（1+i））

）

（setq R_list（reverse R_list））

（terpri）

（print R_list）

繪制各展開半徑的lisp程序段為：

（setq Ri（car R_list））

（command"-layer""set"0"color"7""""）

（command"-color""bylayer"）

（setq Hi（/（*297.0（*4.0（last pnt_list）））420.0））

（command"limits"'（0 0）（list（*4.0（last pnt_list））Hi））

（command"grid"（fix（/（*4.0（last pnt_list））40.0））""）

（setq dmscale（/（*2.0 Ri）420.0）bscale（/（*4.0（last pnt_list））420.0））；尺寸標注比例

（command"erase""all"""）

（command"zoom""all"""）

（setq pt0（list（*1.5（last pnt_list））（*0.75 Hi）））

（command"osnap""off"""）

（setq agl（*0.5（/（car L_list）Ri）））

（command"arc"pt0"C"（list（car pt0）（-（cadr pt0）（car R_list）））"angle"（RtoD agl）""）

（setq pt1（list（car pt0）（+（cadr pt0）straight_edge）））

（command"arc"pt1"C"（list（car pt1）（-（cadr pt1）（car R_list）））"angle"（RtoD agl）""）

（setq pt1（polar（list（car pt0）（-（cadr pt0）（car R_list）））（+（/pi 2.0）agl）Ri））；第2圓弧左端點

（setq pt03（osnap pt1"mid"））

（setq pt00（list（car pt1）（+straight_edge（cadr pt1））））；第1圓弧左端點

（setq pt01（polar（list（car pt0）（-（cadr pt0）（car R_list）））（-（/pi 2.0）agl）Ri））

（setq pt01（list（car pt01）（+（cadr pt01）straight_edge）））

（setq ptt_list'（））

（setq ptt_list（cons pt00 ptt_list））

（setq ptt_list（cons pt1 ptt_list））；形成端點表

（setq i 0）

（repeat 11

（setq pti（list（car pt0）（-（cadr pt0）（nth i pnt_list））））

（setq agl（*0.5（/（nth（1+i）L_list）（nth（1+i）R_list））））

（command"arc"pti"C"（list（car pti）（-（cadr pti）（nth（1+i）R_list）））"angle"（RtoD agl）""）

（setq pt1i（polar（list（car pti）（-（cadr pti）（nth（1+i）R_list）））（+（/pi 2.0）agl）（nth（1+i）R_list）））

（setq ptt_list（cons pt1i Ptt_list））

（setq i（+i 1）））

（setq pt1i（osnap pti"mid"））

（command"spline"）

（foreach pt2 ptt_list（command pt2））

（command""""""）

（command"mirror""all"""pt0 pti"no"""）

（command"line"pt0 pti""）

3 實例驗證

以下是繪制公稱直徑為7 300 mm,頂圓直徑5 500 mm,分瓣數(shù)是12,厚度71 mm,加工余量50 mm的標準橢圓形封頭瓣片的展開圖,在AutoCAD繪圖界面中執(zhí)行“封頭展開圖”菜單項或者在命令行中輸入“head”命令,顯示出參數(shù)輸入對話框,如圖5所示,輸入上述尺寸和參數(shù)后,自動繪制出帶有圖框標題欄的展開圖,展開圖如圖6所示.

圖5 初始尺寸參數(shù)輸入對話框Fig.5 Dialog box of initial dimensions and parameters’entry

圖6 公稱直徑為7 300的封頭瓣片F(xiàn)ig.6 Head section development for nominal diameter 7 300

分瓣放樣圖程序經(jīng)過某封頭生產(chǎn)企業(yè)在大型標準橢圓形封頭設計過程中應用,得到的數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠,自動生成的圖樣與設計人員按設計要求繪制的原始圖樣進行比較,尺寸和形狀相同,滿足參數(shù)化設計與繪圖的需要.

4 小結

利用該參數(shù)化繪圖應用程序進行大型標準橢圓封頭的瓣片設計和繪圖,滿足標準橢圓形封頭不同尺寸的分瓣圖的設計繪圖要求,并實現(xiàn)了將設計數(shù)據(jù)以更新或追加方式自動寫入Excel數(shù)據(jù)文件的功能.除此之外,該應用程序的開發(fā)方法和步驟,對其他類型封頭的參數(shù)化設計與繪圖軟件的二次開發(fā)也具有普遍意義.據(jù)此,可以以AutoCAD作為平臺,開發(fā)出橢圓形、蝶形、球形等諸多類型封頭設計與繪圖的分系統(tǒng),從而大大提高封頭設計及繪圖效率,節(jié)省生產(chǎn)時間和成本.

[1]胡志剛.基于AutoCAD的橢圓形封頭圖樣參數(shù)化繪圖命令的二次開發(fā)[J].河南科技學院學報：自然科學版,2012,40（2）：59-62.

[2]孫新銘.設計與工藝實用數(shù)學講座第三講橢圓封頭[J].機械工藝師,1996（9）：31-33.

[3]張淑蓮.標準橢圓封頭瓣片的計算[J].石油化工設備,1995,24（3）：42-44.

[4]朱軍,王金環(huán),劉宏莉,等.特大型橢圓封頭的分瓣計算[J].化工設備與管道,2001,38（5）：19-20.

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[6]張盧偉,顧守巖,陳瑩.橢圓封頭展開計算方法論述和對比分析[J].遼寧化工,2009,38（11）：809-810.

[7]國家經(jīng)濟貿(mào)易委員會.JB/T4746-2002鋼制壓力容器用封頭[S].北京：中國標準出版社,2002.

（責任編輯：盧奇）

Lisp programming of parametric drawing of large standard elliptical heads'mould lofting

Hu Zhigang1,Hu Wei2
（1.Henan Institute of Science and Technology,Xinxiang 453003,China；2.Guizhou Vocational Technical Collage of Electronic Information,Kaili 556000,China）

Dimension calculation,drawing principle and method of parametric drawing of large sized standard elliptical EDA heads'mould lofting are delivered.Arc radii formula needed for sectional heads'development drawing are derived of nominal and top circle diameters,petal number and other initial parameters.In drawing the arc radii of head development,arc start points&end points,arc normal distances and other parameters are calculated automatically.On the basis of Autolisp and DCL a dialogue box of basic parameters&dimensions input is designed, programming method of head development drawing is given along with two key programme lists attached,and a verification for this command application running is made.

elliptical head；mould lofting；head petal；lisp programme

TP391.7

A

1008-7516（2013）05-0053-05

10.3969/j.issn.1008-7516.2013.05.013

2013-07-25

胡志剛（1962-）,男,江西進賢人,副教授.主要從事機械設計、CAD及工程圖學研究.