风电设备不规则体吊装工艺仿真方法与流程

1.本发明涉及风电设备吊装工艺仿真方法，特别涉及一种风电设备不规则体的吊装工艺仿真方法。


背景技术：

2.风力发电机组的装配工艺种类多，吊装过程多，质量要求高，呈现多机型、小批量、更改频繁、辅助工装工具多等特点。现有技术中，风机设备装配是通过样机的实际装配和首件试装的方法，发现被忽略的问题，链接设计工艺和量产制造，避免出现重大损失。但是，这种方法已经越来越不能满足时代和激烈的市场竞争的需求，积极研究利用新的方法和工具才能适应制造智能化发展的需求。
3.工艺仿真技术可实现对每一步装配操作的仿真，在计算机上以可视化的方式展示产品的实际装配过程，具体通过产品资源导入，工艺规划和布局，工装工具、车间设备和人体模型的导入仿真，利用计算机图形学和仿真技术，实现装备过程的可视化操作与演示。但是，目前的吊装仿真应用较少，此外业内常用的仿真方法与实际存在差异，导致仿真结果与实际情况有明显差异。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了克服现有技术中电气风电不规则体不能在复杂环境下实现吊装仿真的问题，提出一种风电设备不规则体吊装工艺仿真方法。
5.本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
6.一种风电设备不规则体吊装工艺仿真方法，包括以下步骤：
7.s1：构架不规则体模型、构建行车模型；
8.s2：创建辅助旋转设备，定义辅助旋转设备为运动机构；
9.s3：定位辅助旋转设备到装配位置，并连接到所述行车和所述不规则体；
10.s4：驱动辅助旋转设备和行车，后进行吊装分析。
11.在本方案中，先创建仿真的不规则体和行车的模型，后创建辅助旋转设备，将辅助旋转设备定义为运动机构，然后将辅助旋转设备定位到不规则体的装配位置，将辅助旋转设备将行车和不规则体连接，驱动辅助旋转设备转动进而模拟不规则体在实际吊装的上升过程，完成吊装分析，从而精确控制不规则体在实际安装过程。运用此方法进行工艺仿真能够提高仿真的真实性，提高结果的有效性，为企业提高研发效率，降低制造成本，缩短产品生命周期。
12.较佳地，步骤s2中，包括：
13.s21：创建辅助旋转设备，创建第一坐标，在所述第一坐标的基础上创建第一直线；
14.s22：选择所述第一直线作为固定部件创建第一运动链接；然后，选择所述第一坐标创建第二运动链接；
15.s23：在所述第一运动链接和所述第二运动链接之间创建关节，设置轴为x方向，选
择所述关节类型为旋转。
16.在本方案中，通过上述s21、s22、s23三步骤，完成辅助旋转设备的创建以及与辅助旋转设备的相连接所需的运动副。
17.较佳地，所述第一直线的距离大于50mm。
18.在本方案中，根据实际的辅助旋转设备的长度，按照建模的比例，将所述辅助旋转设备的长度设置为大于50mm。
19.较佳地，将所述第一直线和所述第一坐标设置为显示状态，使得所述第一直线和所述第一坐标在非建模模式下显示。
20.在本方案中，将所述第一直线和所述第一坐标设置为显示状态，使得所述第一直线和所述第一坐标在非建模下显示，使得将仿真需要的模型显示出来，便于仿真后分析。
21.较佳地，步骤s3中，包括：
22.s31：将吊带、卸扣定位到工装，将所述吊带定位到所述卸扣；然后将所述吊带和所述卸扣定位到所述工装；
23.s32：将所述辅助旋转设备定位到所述卸扣上；
24.s33：将所述工装连接于所述辅助旋转设备中的第二运动链接上；将所述辅助旋转设备和所述吊带连接到所述行车的吊钩上，将所述卸扣连接到所述吊带上；
25.s34将所述辅助旋转设备作为所述行车的外部轴。
26.在本方案中，将吊带、卸扣定位到工装，选择所述辅助旋转设备定位到所述卸扣上，所述辅助旋转设备和所述吊带连接到所述行车的吊钩上，将所述卸扣连接到所述吊带上，后将辅助旋转设备作为行车的外部轴；通过上述步骤，实现将辅助旋转设备定位到不规则体的装配位置，并链接到行车作为外部轴。
27.较佳地，所述步骤s3中，所述辅助旋转设备的旋转轴和所述卸扣的坐标系x轴重合；所述卸扣的坐标系的x轴和所述工装和所述吊钩的旋转轴重合。
28.在本方案中，通过将辅助旋转设备的旋转轴和所述卸扣的坐标系x轴以及所述工装和所述吊钩的旋转轴重合，这样保证了辅助旋转设备的旋转轴与工装的通孔的旋转轴相重合。
29.较佳地，所述吊带套设于所述吊钩和所述卸扣上，所述卸扣穿过所述工装的通孔且所述卸扣的旋转轴平行于所述通孔。
30.在本方案中，将所述吊带套设于所述吊钩上，通过所述卸扣穿过所述工装的通孔将所述吊带固定在所述吊钩内，且通过卸扣将所述工装与所述吊带相互连接。
31.较佳地，步骤s4中，包括：
32.s41：选择所述行车，新建行车仿真运动的起始点；然后，在所述起始点后面添加第一点，重新定位到起吊位置；
33.s42：设置外部轴，当行车按照仿真运行到起吊位置时，首先确定连接关系是否如上所述辅助旋转设备到装配位置；满足连接关系后，选择所述行车外部轴的辅助旋转设备；
34.s43：设置阶梯式外部轴，仿真所述行车起吊工装的过程。
35.在本方案中，通过添加点，将行车重新定位到起始点，作为仿真地起始点，后设置外部轴，确认辅助旋转设备是否在装配位置，确认无误后，选择所述行车外部轴的辅助旋转设备，设置外部轴的旋转角度为梯度，开始对吊装过程进行仿真。
36.较佳地，步骤s43中，设置所述外部轴的起始角度为-5
°
，每间隔-5
°
设置一个阶梯。
37.在本方案中，设置所述地外部轴为-5
°
，每间隔-5
°
设置一个阶梯，可以仿真不规则提在吊装上升过程中的各种形态。
38.较佳地，步骤s1中，所述不规则体为变桨控制柜。
39.在本方案中，使用变桨控制柜作为仿真的不规则体，其通过吊环从地面放置位置吊起至空中的过程。
40.在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
41.本发明的积极进步效果在于：现有的吊装仿真技术是在吊点处直接固定，然后给与整体一个载荷，此种方法没有考虑到设备本身质量分布不均匀的问题。本方案充分考虑实际吊装过程中可能出现的倾斜和旋转等各种问题，满足风电设备的不规则体的对仿真的要求。运用此项创新方法进行工艺过程仿真能够充分提高仿真过程的真实性，提高输出结果的有效性，提升仿真结果的指导性意义，才能够真正体现仿真软件应用的价值，真正为企业提高研发效率，降低制造成本，缩短产品全生命周期。
附图说明
42.图1为本发明一实施例行车的立体结构示意图。
43.图2为本发明一实施例吊带连接到不规则体的立体结构示意图。
44.图3为本发明一实施例卸扣与工装连接的立体结构示意图。
45.图4为本发明一实施例仿真方法的流程示意图。
46.附图标记说明
47.不规则体1
48.变桨控制柜2
49.行车3
50.吊带4
51.吊钩5
52.卸扣6
53.工装7
具体实施方式
54.下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在的实施例范围之中。
55.风力发电机组的车间整机装配和风场安装吊装过程中包含很多不规则体1的吊装过程，如何真实展现关键部件不规则体1的吊装过程是软件应用过程中的重点和难点问题。
56.本实施例基于process simulation(以下简称ps)，对风力发电机组整机车间装配和风场安装整个过程进行装配模拟。目的是通过整个过程仿真，提前发现新机型设计问题，工装7使用可行性问题，车间装配行车3设备可达性问题，工人操作可达性问题等，从而降低样机设计制造问题，缩短时间，降低成本。
57.本发明基于ps软件，提出一种风电设备不规则体1吊装工艺仿真方法，如图1-3所
示，不规则体1为变桨控制柜2，使用变桨控制柜2仿真的不规则体1，其通过吊环从地面放置位置吊起至空中的过程，如图4所示，包括以下步骤：
58.s1：构架不规则体1模型、构建行车3模型；
59.s2：创建辅助旋转设备，定义辅助旋转设备为运动机构；
60.s3：定位辅助旋转设备到装配位置，并连接到行车3和不规则体1；
61.s4：驱动辅助旋转设备和行车3，后进行吊装分析。
62.先创建仿真的不规则体1和行车3的模型，后创建辅助旋转设备，将辅助旋转设备定义为运动机构，然后将辅助旋转设备定位到不规则体1的装配位置，将辅助旋转设备将行车3和不规则体1连接，驱动辅助旋转设备转动进而模拟不规则体1在实际吊装的上升过程，完成吊装分析。运用此方法进行工艺仿真能够提高仿真的真实性，提高结果的有效性，为企业提高研发效率，降低制造成本，缩短产品生命周期。
63.在一种较佳的实施方式中，步骤s2中，包括：
64.s21：新建设备资源，在“建模”中，新建一个device(设备)资源，命名为sim_revolution_device(辅助旋转设备。进入sim_revolution_device(辅助旋转设备)的建模模式，通过“创建坐标系”命令，创建一个坐标，命名为fr1；然后，复制此坐标，命名为fr2。通过“曲线-创建多段线”命令，根据fr1和fr2之间的距离创建一条直线，命名为polyline1；
65.s22：在“运动学设备-运动学编辑器”中，选择polyline1直线作为固定部件创建lnk1(运动链接1)；然后，选择fr1坐标创建lnk2(运动链接2)；
66.s23：在lnk1和lnk2之间创建关节j1，设置轴为x方向，关节类型选择旋转，设定限制类型的信息。
67.通过上述s21、s22、s23三步骤，完成辅助旋转设备的创建以及与辅助旋转设备的相连接所需的运动副。
68.在一种较佳的实施方式中，根据实际的辅助旋转设备的长度，在模型中按照一定的比例，将fr1坐标将沿着x轴方向平移100mm，命名为fr2。
69.在其他较佳的实施方式中，将fr1坐标将沿着x轴方向平移距离大于50mm，使得在模型中平移的距离与之后创建的直线与其相连接的部件之间的大小成比例，命名为fr2。
70.在一种较佳的实施方式中，通过“设置要保留的对象”命令，将polyline1和fr1作为在外显示的对象，使得他们在非建模模式下也可以看到；然后，结束建模，使得将仿真需要的模型显示出来，便于仿真后分析。
71.在一种较佳的实施方式中，步骤s3中，包括：
72.s31：使用“重定位”命令，将吊带4重定位到卸扣6；然后将吊带4和卸扣6一起重定位到工装7；
73.s32：通过“重定位”命令，选择sim_revolution_device(辅助旋转设备)重定位到卸扣6上。
74.将sim_revolution_device(辅助旋转设备)定位到卸扣6时，需要确定2个定位位置的完全重合：
①
sim_revolution_device(辅助旋转设备)旋转轴(x轴)和卸扣6自身坐标系(x轴)的重合；
②
卸扣6自身坐标系(x轴)和工装7的吊孔旋转轴的重合，这样间接保证sim_revolution_device(辅助旋转设备)旋转轴(x轴)和工装7的吊孔旋转轴的重合，这是不规则体1真实仿真实现中最关键的一步；
75.s33：通过“附加”命令，将工装7附着到sim_revolution_device(辅助旋转设备)中的link2(运动链接2)上；将sim_revolution_device(辅助旋转设备)、sling(吊带4)一起附着到行车3的link11(吊钩5)上；将卸扣6附着到sling(吊带4)上。
76.附着关系也可以在机器人通用操作下通过“离线编程命令”命令进行设置。在此设定附着关系，注意需要“拆除”之前预设的附着关系；
77.s34通过“机器人属性-外部轴”命令，添加sim_revolution_device(辅助旋转设备)作为行车3外部轴。通过“定制列”命令，添加ext1外部轴属性列到路径编辑器，可以观察行车3起吊过程仿真中设定的外部轴值，并且可以在ext1进行数值的编辑，增加操作方便性。
78.将吊带4、卸扣6定位到工装7，选择辅助旋转设备定位到卸扣6上，辅助旋转设备和吊带4连接到行车3的吊钩5上，将卸扣6连接到吊带4上，后将辅助旋转设备作为行车3的外部轴；通过上述步骤，实现将辅助旋转设备定位到不规则体1的装配位置，并链接到行车3作为外部轴，通过将辅助旋转设备的旋转轴和卸扣6的坐标系x轴以及工装7和吊钩5的旋转轴重合，这样保证了辅助旋转设备的旋转轴与工装7的通孔的旋转轴相重合，将吊带4套设于吊钩5上，通过卸扣6穿过工装7的通孔将吊带4固定在吊钩5内，且通过卸扣6将工装7与吊带4相互连接。
79.在一种较佳的实施方式中，步骤s4中，包括：
80.s41：通过“新建操作-创建新建通用机器人操作”命令，选择行车3，定义名称和范围，创建一个机器人仿真操作，并添加到路径编辑器；通过“操作-添加当前位置”命令，新建行车3仿真运动的起始点；然后，在该点后面添加一点，重定位到起吊位置；
81.s42：当行车3按照仿真运行到起吊位置时，首先检查附着关系是否如上文“2.2定位sim_revolution_device(辅助旋转设备)到装配位置，并链接到行车3作为外部轴step03设定附着关系”中的。满足附着关系后，通过“机器人-设置外部轴值”命令，弹出对话框中先选择之前添加的作为行车3外部轴的sim_revolution_device(辅助旋转设备)，然后选中“接近值”并进行数值设置；
82.s43：通过“在后面添加位置”和“设置外部轴值”命令，仿真通过行车3起吊工装7过程。呈现出工装7在不断抬升的过程中，因为自身重力的原因，形态不断变化，实现仿真的真实性。
83.通过添加点，将行车3重新定位到起始点，作为仿真地起始点，后设置外部轴，确认辅助旋转设备是否在装配位置，确认无误后，选择行车3外部轴的辅助旋转设备，设置外部轴的旋转角度为梯度，开始对吊装过程进行仿真。
84.在一种较佳的实施方式中，步骤s43中，通过“设置外部轴值”命令，设置的外部轴值本质上是不规则体1围绕辅助旋转设备旋转的角度。外部轴值设置的越多，仿真的结果呈现越真实。即-5
°
，-10
°
，-15
°
，-20
°
，-25
°
，-30
°…
阶梯值呈现的仿真效果好于-10
°
，-20
°
，-30
°…
阶梯值呈现的仿真效果。所以，尽可能多的设置外部轴值，有助于输出更加真实的仿真效果。
85.设置外部轴为-5
°
，每间隔-5
°
设置一个阶梯，可以仿真不规则提在吊装上升过程中的各种形态。
86.上述过程仿真了变桨控制柜2吊至轮毂内部安装的过程。变桨控制柜2属于不规则
体1，其通过吊环从地面放置位置吊起至空中的过程，会因为自身重力的原因，形态不断变化，需要采用以上方法进行仿真。变桨控制柜2安装在轮毂内部底部侧面，安装工艺要求从轮毂上部口吊入，然后慢慢落至底部，最后在操作人员辅助外力下完成安装。整个过程在狭小不规则的空间进行，极易发生碰撞和干涉，仿真结果对于前期设计具有十分重要的警示意义，对于后续的实际安装具有十分重要的指导意义。
87.在其他的实施例中，也可以对风电的其他不规则体的实际拉升过程中进行仿真，例如不规则体也可以为风电设备的其他大型铸件，如风电设备的塔筒。
88.虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。