專利名稱：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在虛擬樣機(jī)仿真軟件中建模的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)カ發(fā)電機(jī)組在虛擬樣機(jī)仿真軟件中建模的方法。
背景技術(shù)：
風(fēng)カ發(fā)電機(jī)組作為ー種能提供大量環(huán)保電能的裝置，它的作用是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為風(fēng)輪(葉片)的機(jī)械能，同時(shí)將風(fēng)輪得到的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。機(jī)架是風(fēng)カ發(fā)電機(jī)組的ー個(gè)裝配基礎(chǔ)件，發(fā)電機(jī)、齒輪箱、主軸、主軸承座、偏航驅(qū)動(dòng)器、偏航調(diào)節(jié)軸承內(nèi)圈、電池、液壓系統(tǒng)等都安裝在機(jī)架上，此外還包括所有固定在機(jī)架上的零件都與機(jī)架固聯(lián)在一起，以保證風(fēng)機(jī)的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量近似不變。雖然虛擬樣機(jī)仿真軟件Adams以機(jī)械系統(tǒng)的仿真而聞名，但其對(duì)于三維幾何建模功能較弱。對(duì)于復(fù)雜的三維模型Solidworks需要花費(fèi)大量的時(shí)間建摸，且不能保證模型的 尺寸精度，由于在虛擬樣機(jī)仿真軟件Adams中建立比較復(fù)雜、零件數(shù)量較多的模型吋，存在較大困難，風(fēng)カ發(fā)電機(jī)組屬于一種復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，因此如何可以減少虛擬樣機(jī)仿真軟件仿真所需的時(shí)間并保證仿真試驗(yàn)的成功率是業(yè)內(nèi)人士亟待研究的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供ー種風(fēng)カ發(fā)電機(jī)組在虛擬樣機(jī)仿真軟件中建模的方法，能縮短虛擬樣機(jī)仿真軟件仿真所需的時(shí)間并保證仿真試驗(yàn)的成功率，從而對(duì)產(chǎn)品創(chuàng)新開(kāi)發(fā)、縮短設(shè)計(jì)周期、提高性能和質(zhì)量、降低制造成本起了重要的作用。實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是一種風(fēng)カ發(fā)電機(jī)組在虛擬樣機(jī)仿真軟件中建模的方法，包括以下步驟A.在三維實(shí)體軟件中建立風(fēng)カ發(fā)電機(jī)組主要部件各零件的模型并完成裝配的步驟；B.將在三維實(shí)體軟件中建立的模型導(dǎo)入虛擬樣機(jī)仿真軟件中的步驟；C.在虛擬樣機(jī)仿真軟件中進(jìn)行處理的步驟，包括各部件之間施加約束關(guān)系、載荷方式及驅(qū)動(dòng)方式；所述施加約束關(guān)系包括對(duì)所述風(fēng)カ發(fā)電機(jī)組的偏航系統(tǒng)施加約束關(guān)系、對(duì)齒輪箱傳動(dòng)系統(tǒng)施加約束關(guān)系及對(duì)變槳系統(tǒng)施加約束關(guān)系；所述載荷方式的施加包括對(duì)轉(zhuǎn)子制動(dòng)器施加制動(dòng)カ矩、對(duì)偏航制動(dòng)器的制動(dòng)カ矩、對(duì)發(fā)電機(jī)施加負(fù)載、對(duì)槳葉施加風(fēng)カ及施加變槳カ；D.在虛擬樣機(jī)仿真軟件中建立測(cè)量的步驟，選取三點(diǎn)進(jìn)行間接測(cè)量，測(cè)量偏航角度可以選取變槳調(diào)節(jié)盤(pán)上的幾何中心的坐標(biāo)點(diǎn)、在變槳調(diào)節(jié)盤(pán)上新建的標(biāo)志測(cè)量點(diǎn)及在輪轂上新建的標(biāo)志點(diǎn)，或選取偏航齒輪或偏航軸承外圈的質(zhì)心的坐標(biāo)、在偏航齒輪或偏航軸承外圈上建立的標(biāo)志點(diǎn)及在偏航軸承內(nèi)圈上建立用于測(cè)量的標(biāo)志點(diǎn)；測(cè)量風(fēng)向角度可以選取風(fēng)向標(biāo)的質(zhì)心的坐標(biāo)點(diǎn)、在風(fēng)向標(biāo)上建立標(biāo)志點(diǎn)及在后機(jī)架上建立標(biāo)志點(diǎn)。上述的風(fēng)カ發(fā)電機(jī)組在虛擬樣機(jī)仿真軟件中建模的方法，其中，所述對(duì)偏航系統(tǒng)施加約束關(guān)系的方法包括下列步驟
a.在偏航軸承內(nèi)、外圈之間施加旋轉(zhuǎn)副，旋轉(zhuǎn)軸線為軸承軸線；b.在偏航驅(qū)動(dòng)器軸與偏航驅(qū)動(dòng)齒輪之間施加旋轉(zhuǎn)副，旋轉(zhuǎn)軸線為齒輪軸線；c.在第三偏航驅(qū)動(dòng)器齒輪與偏航軸承外圈齒輪之間施加齒輪傳動(dòng)副；d.根據(jù)第三偏航驅(qū)動(dòng)器齒輪的質(zhì)心坐標(biāo)和偏航軸承或偏航大齒輪的質(zhì)心坐標(biāo)計(jì)算兩者之間嚙合點(diǎn)的坐標(biāo)及繞Y軸旋轉(zhuǎn)的角度，同時(shí)，在第二偏航驅(qū)動(dòng)器齒輪與偏航軸承外圈齒輪之間施加齒輪傳動(dòng)副，計(jì)算出第二偏航齒輪的質(zhì)心坐標(biāo)，并計(jì)算出第二偏航驅(qū)動(dòng)器齒輪與偏航軸承外圈齒輪之間嚙合點(diǎn)的坐標(biāo)及繞Y軸旋轉(zhuǎn)的角度，又同時(shí)，在第一偏航驅(qū)動(dòng)器齒輪與偏航軸承外圈齒輪之間施加齒輪傳動(dòng)副，可以計(jì)算出第一偏航齒輪的質(zhì)心坐標(biāo)，并計(jì)算出第一偏航驅(qū)動(dòng)器齒輪與偏航軸承外圈齒輪之間嚙合點(diǎn)的坐標(biāo)及繞Y軸旋轉(zhuǎn)的角度；e.根據(jù)上述各坐標(biāo)點(diǎn)，可以在虛擬樣機(jī)仿真軟件中定義偏航齒輪副之間的相對(duì)位置和嚙合點(diǎn)位置，從而確定齒輪副傳動(dòng)的相互約束關(guān)系。 上述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在虛擬樣機(jī)仿真軟件中建模的方法，其中，對(duì)所述齒輪箱傳動(dòng)系統(tǒng)施加約束關(guān)系的方法是先使嚙合點(diǎn)坐標(biāo)系的原點(diǎn)與高速軸的質(zhì)心重合，沿該高速軸的軸線方向生成X軸，使Z軸方向沿所述齒輪箱的高速軸的中心和低速軸的中心連線方向，然后再根據(jù)所述齒輪箱的傳動(dòng)比，沿齒輪嚙合中心線方向編輯、移動(dòng)嚙合點(diǎn)坐標(biāo)系的原點(diǎn)，最終形成所述齒輪箱傳動(dòng)系統(tǒng)的約束關(guān)系。上述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在虛擬樣機(jī)仿真軟件中建模的方法，其中，對(duì)所述變槳系統(tǒng) 施加約束關(guān)系包括對(duì)第一個(gè)槳葉變槳機(jī)構(gòu)施加約束關(guān)系、對(duì)第二個(gè)槳葉變槳機(jī)構(gòu)施加約束關(guān)系及對(duì)第三個(gè)槳葉變槳機(jī)構(gòu)施加約束關(guān)系，即對(duì)第一個(gè)槳葉變槳機(jī)構(gòu)、第二個(gè)槳葉變槳機(jī)構(gòu)及第三個(gè)槳葉變槳機(jī)構(gòu)中的調(diào)節(jié)盤(pán)與連桿、搖桿、安全油缸、安全油缸桿、控制油缸、控制油缸桿、輪轂之間施加連接與約束。本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在虛擬樣機(jī)仿真軟件系統(tǒng)中建模的方法的技術(shù)方案，應(yīng)用三維實(shí)體軟件建立了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要部件各零件的模型并完成裝配，與直接在虛擬樣機(jī)仿真軟件建模相比，減少了建模時(shí)間并保證仿真試驗(yàn)的成功率，為虛擬樣機(jī)的生成和仿真分析奠定了基礎(chǔ)。本發(fā)明的建模的方法對(duì)產(chǎn)品創(chuàng)新開(kāi)發(fā)、縮短設(shè)計(jì)周期、提高性能和質(zhì)量、降低制造成本起了重要的作用。
具體實(shí)施例方式為了能更好地對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行理解，下面通過(guò)具體地實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在虛擬樣機(jī)仿真軟件中建模的方法，包括以下步驟A.在三維實(shí)體軟件中建立風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要部件各零件的模型并完成裝配的步驟；B.將在三維實(shí)體軟件Solidworks中建立的模型導(dǎo)入虛擬樣機(jī)仿真軟件中的步驟；C.在虛擬樣機(jī)仿真軟件adams中進(jìn)行處理的步驟，包括各部件之間施加約束關(guān)系、載荷方式及驅(qū)動(dòng)方式；所述施加約束關(guān)系包括對(duì)所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的偏航系統(tǒng)施加約束關(guān)系、對(duì)齒輪箱傳動(dòng)系統(tǒng)施加約束關(guān)系及對(duì)變獎(jiǎng)系統(tǒng)施加約束關(guān)系；所述載荷方式的施加包括對(duì)轉(zhuǎn)子制動(dòng)器施加制動(dòng)カ矩、對(duì)偏航制動(dòng)器的制動(dòng)カ矩、對(duì)發(fā)電機(jī)施加負(fù)載、對(duì)槳葉施加風(fēng)カ及施加變槳カ；對(duì)偏航系統(tǒng)施加約束關(guān)系的方法包括下列步驟a.在偏航軸承內(nèi)、外圈之間施加旋轉(zhuǎn)副，旋轉(zhuǎn)軸線為軸承軸線；b.在偏航驅(qū)動(dòng)器軸與偏航驅(qū)動(dòng)齒輪之間施加旋轉(zhuǎn)副，旋轉(zhuǎn)軸線為齒輪軸線；c.在第三偏航驅(qū)動(dòng)器齒輪與偏航軸承外圈齒輪之間施加齒輪傳動(dòng)副；d.根據(jù)第三偏航驅(qū)動(dòng)器齒輪的質(zhì)心坐標(biāo)和偏航軸承或偏航大齒輪的質(zhì)心坐標(biāo)計(jì)算兩者之間嚙合點(diǎn)的坐標(biāo)及繞Y軸旋轉(zhuǎn)的角度，同時(shí)，在第二偏航驅(qū)動(dòng)器齒輪與偏航軸承外圈齒輪之間施加齒輪傳動(dòng)副，計(jì)算出第二偏航齒輪的質(zhì)心坐標(biāo)，并計(jì)算出第二偏航驅(qū)動(dòng)器齒輪與偏航軸承外圈齒輪之間嚙合點(diǎn)的坐標(biāo)及繞Y軸旋轉(zhuǎn)的角度，又同時(shí)，在第一偏航驅(qū)動(dòng)器齒輪與偏航軸承外圈齒輪之間施加齒輪傳動(dòng)副，可以計(jì)算出第一偏航齒輪的質(zhì)心坐 標(biāo)，并計(jì)算出第一偏航驅(qū)動(dòng)器齒輪與偏航軸承外圈齒輪之間嚙合點(diǎn)的坐標(biāo)及繞Y軸旋轉(zhuǎn)的角度；e.根據(jù)上述各坐標(biāo)點(diǎn)，可以在虛擬樣機(jī)仿真軟件中定義偏航齒輪副之間的相對(duì)位置和嚙合點(diǎn)位置，從而確定齒輪副傳動(dòng)的相互約束關(guān)系。第三偏航驅(qū)動(dòng)器齒輪和偏航軸承(或偏航大齒輪)嚙合點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算公式為 I3 = A-X^ = X1 -X1)
Z1 +Z2155Ym3 = Y2Zm3 =Z1-Z^ = Z1 + 黑(Z2-Z1)
Z -Ztana = —2~
A 2 ~yv x式中，X2, Y2, Z2為第三偏航驅(qū)動(dòng)器齒輪的質(zhì)心坐標(biāo),X1, Y1, Z1為偏航軸承(或偏航大齒輪)的質(zhì)心坐標(biāo)。對(duì)齒輪箱傳動(dòng)系統(tǒng)施加約束關(guān)系的方法是先使嚙合點(diǎn)坐標(biāo)系的原點(diǎn)與高速軸的質(zhì)心重合，沿該高速軸的軸線方向生成X軸，使Z軸方向沿齒輪箱的高速軸的中心和低速軸的中心連線方向，然后再根據(jù)齒輪箱的傳動(dòng)比，沿齒輪嚙合中心線方向編輯、移動(dòng)嚙合點(diǎn)坐標(biāo)系的原點(diǎn)，最終形成齒輪箱傳動(dòng)系統(tǒng)的約束關(guān)系。根據(jù)三維設(shè)計(jì)軟件Solidworks模型，齒輪箱的輸入軸(低速軸)與輸出軸(高速軸)的中心距為529mm。將原齒輪箱簡(jiǎn)化為當(dāng)量定軸齒輪傳動(dòng)，其中心線在XOZ平面的投影與Z軸正向的夾角為a。輸出軸(高速軸)質(zhì)心的坐標(biāo)原點(diǎn)為(XpYpZ1),輸入軸(低速軸)質(zhì)心的坐標(biāo)原點(diǎn)為(X2，Y2，Z2)。根據(jù)輸出軸和輸入軸的幾何關(guān)系，嚙合點(diǎn)m的坐標(biāo)值(Xm，Yffl, ZJ計(jì)算過(guò)程如下Xm =X1+-^-(X2-X1)
A +hYm =Y1+-^-(Y2-Y1)
A +hZm = Z1 + 2 (Z2 -Z1)
A +h
式中，I2為嚙合點(diǎn)m到輸出軸(高速軸)質(zhì)心的坐標(biāo)原點(diǎn)(X1, Y1, Z1)的距離，I1為嚙合點(diǎn)m到輸入軸(低速軸)質(zhì)心的坐標(biāo)原點(diǎn)(X2, Y2, Z2)的距離，a為當(dāng)量齒輪中心線的投影與Z軸正向的夾角。對(duì)變槳系統(tǒng)施加約束關(guān)系包括對(duì)第一個(gè)槳葉變槳機(jī)構(gòu)施加約束關(guān)系、對(duì)第二個(gè)槳葉變槳機(jī)構(gòu)施加約束關(guān)系及對(duì)第三個(gè)槳葉變槳機(jī)構(gòu)施加約束關(guān)系，即對(duì)第一個(gè)槳葉變槳機(jī)構(gòu)、第二個(gè)槳葉變槳機(jī)構(gòu)及第三個(gè)槳葉變槳機(jī)構(gòu)中的調(diào)節(jié)盤(pán)與連桿、搖桿、安全油缸、安全油缸桿、控制油缸、控制油缸桿、輪轂之間施加連接與約束。對(duì)第一個(gè)槳葉變槳機(jī)構(gòu)施加約束關(guān)系的方法是第一變槳調(diào)節(jié)盤(pán)與第一搖桿的連接，使用第一變槳調(diào)節(jié)盤(pán)的幾何中心施加旋轉(zhuǎn)副約束，方向沿第一變槳調(diào)節(jié)盤(pán)的幾何中心的Z軸方向；第一搖桿與第一安全油缸之間，使用球鉸副，定位點(diǎn)(中心)在第一安全油缸連接座球鉸孔邊緣圓周邊線中心，方向沿第一安全油缸質(zhì)心與第一安全油缸連接座球鉸孔邊緣 圓周邊線中心的連線方向；第一安全油缸桿與第一安全油缸的連接，使用第一安全油缸的質(zhì)心定位施加圓柱副，方向沿第一安全油缸質(zhì)心與第一安全油缸桿質(zhì)心的連線方向；第一安全油缸桿與第一變槳調(diào)節(jié)盤(pán)的球鉸連接，使用第一安全油缸桿頭部的球形孔邊緣圓周邊線中心定位，該點(diǎn)與另一邊緣圓周邊線中心的連線，作為球鉸的方向；第一連桿與第一搖桿的球鉸連接，使用第一連桿一端的球形孔邊緣圓周邊線中心定位，該點(diǎn)與另一邊緣圓周邊線中心的連線，作為球鉸的方向；第一連桿與變槳調(diào)節(jié)架的球鉸連接，使用第一連桿另一端的球形孔邊緣圓周邊線中心定位，該點(diǎn)與另一邊緣圓周邊線中心的連線，作為球鉸的方向；第一控制油缸與變槳調(diào)節(jié)架的球鉸連接，使用第一控制油缸耳座的球形孔邊緣圓周邊線中心定位，該點(diǎn)與另一邊緣圓周邊線中心的連線，作為球鉸的方向；第一控制油缸桿與第一控制油缸的連接，使用第一控制油缸的質(zhì)心定位施加圓柱畐IJ，方向沿第一控制油缸的質(zhì)心與第一控制油缸桿的質(zhì)心的連線方向；第一控制油缸桿與輪轂的球鉸連接，使用第一控制油缸桿耳座的球形孔邊緣圓周邊線中心定位，該點(diǎn)與另一邊緣圓周邊線中心的連線，作為球鉸的方向。對(duì)第二個(gè)槳葉變槳機(jī)構(gòu)施加約束關(guān)系的方法是第二變槳調(diào)節(jié)盤(pán)與第二搖桿的連接，使用第二變槳調(diào)節(jié)盤(pán)的幾何中心，施加旋轉(zhuǎn)副約束，方向沿第二變槳調(diào)節(jié)盤(pán)幾何中心的Z軸方向(也可以沿第二變槳調(diào)節(jié)盤(pán)的質(zhì)心的X軸方向)；第二搖桿與第二安全油缸之間，使用球鉸副，定位點(diǎn)(中心)在第二安全油缸連接座球鉸孔邊緣圓周邊線中心，方向沿第二安全油缸的質(zhì)心與第二安全油缸連接座球鉸孔邊緣圓周邊線中心的連線方向；第二安全油缸桿與第二安全油缸的連接，使用第二安全油缸的質(zhì)心定位施加旋轉(zhuǎn)畐IJ，方向沿第二安全油缸的質(zhì)心與第二安全油缸桿的質(zhì)心的連線方向；第二安全油缸桿與第二變槳調(diào)節(jié)盤(pán)的球鉸連接，使用第二安全油缸桿頭部的球形孔邊緣圓周邊線中心定位，該點(diǎn)與另一邊緣圓周邊線中心的連線，作為球鉸的方向；第二連桿與第二搖桿的球鉸連接，使用第二連桿一端的球形孔邊緣圓周邊線中心定位，該點(diǎn)與另一邊緣圓周邊線中心的連線，作為球鉸的方向；第二連桿與變槳調(diào)節(jié)架的球鉸連接，使用連桿另一端的球形孔邊緣圓周邊線中心定位，該點(diǎn)與另一邊緣圓周邊線中心的連線，作為球鉸的方向；第二控制油缸與變槳調(diào)節(jié)架的球鉸連接，使用第二控制油缸耳座的球形孔邊緣圓周邊線中心定位，該點(diǎn)與另一邊緣圓周邊線中心的連線，作為球鉸的方向；第二控制油缸桿與第二控制油缸的連接，使用第二控制油缸的質(zhì)心定位施加圓柱畐IJ，方向沿第二控制油缸質(zhì)心與第二控制油缸桿質(zhì)心的連線方向；第二控制油缸桿與輪轂的球鉸連接，使用第二控制油缸桿耳座的球形孔邊緣圓周邊線中心定位，該點(diǎn)與另一邊緣圓周邊線中心的連線，作為球鉸的方向； 對(duì)第三個(gè)槳葉變槳機(jī)構(gòu)施加約束關(guān)系的方法是第三控制油缸與變槳調(diào)節(jié)架的球鉸連接，使用第三控制油缸耳座的球形孔邊緣圓周邊線中心定位，該點(diǎn)與另一邊緣圓周邊線中心的連線，作為球鉸的方向；第三控制油缸桿與第三控制油缸的連接，使用第三控制油缸的質(zhì)心定位，施加圓柱副，方向沿第三控制油缸質(zhì)心與第三控制油缸桿質(zhì)心的連線方向；第三控制油缸桿與輪轂的球鉸連接，使用第三控制油缸桿耳座的球形孔邊緣圓周邊線中心定位，該點(diǎn)與另一邊緣圓周邊線中心的連線，作為球鉸的方向；第三變槳調(diào)節(jié)盤(pán)與第三搖桿的連接，使用第三變槳調(diào)節(jié)盤(pán)的幾何中心，施加旋轉(zhuǎn)副約束，方向沿第三變槳調(diào)節(jié)盤(pán)的幾何中心的Z軸方向(也可以沿第三變槳調(diào)節(jié)盤(pán)的質(zhì)心的X軸方向);第三搖桿與第三安全油缸之間，使用球鉸副，定位點(diǎn)(中心)在第三安全油缸連接座球鉸孔邊緣圓周邊線中心，方向沿第三安全油缸質(zhì)心與第三安全油缸連接座球鉸孔邊緣圓周邊線中心的連線方向；第三安全油缸桿與第三安全油缸的連接，使用第三安全油缸的質(zhì)心定位，施加旋轉(zhuǎn)副，方向沿第三安全油缸質(zhì)心與第三安全油缸桿質(zhì)心的連線方向；第三安全油缸桿與第三變槳調(diào)節(jié)盤(pán)的球鉸連接，使用第三安全油缸桿頭部的球形孔邊緣圓周邊線中心定位，該點(diǎn)與另一邊緣圓周邊線中心的連線，作為球鉸的方向；第三連桿與第三搖桿的球鉸連接，使用第三連桿一端的球形孔邊緣圓周邊線中心定位，該點(diǎn)與另一邊緣圓周邊線中心的連線，作為球鉸的方向；第三連桿與變槳調(diào)節(jié)架的球鉸連接，使用第三連桿另一端的球形孔邊緣圓周邊線中心定位，該點(diǎn)與另一邊緣圓周邊線中心的連線，作為球鉸的方向；對(duì)轉(zhuǎn)子制動(dòng)器施加制動(dòng)力矩采用直接作用式液壓鉗；(I)無(wú)論是失速停機(jī)，還是緊急停機(jī)，轉(zhuǎn)子制動(dòng)器施加制動(dòng)力矩時(shí)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不能高于風(fēng)機(jī)所允許的最大制動(dòng)轉(zhuǎn)速，必須等待變槳系統(tǒng)工作，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降到安全轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)子制動(dòng)器才能工作；(2)制動(dòng)力矩從開(kāi)始施加到最大值，時(shí)間極短，約I秒鐘，并近似為線性變化規(guī)律，所以，在仿真分析時(shí)，可以在I秒鐘內(nèi)使制動(dòng)力矩按照線性變化規(guī)律達(dá)到最大值，或者，施加突變載荷；(3)實(shí)際制動(dòng)力矩大于風(fēng)機(jī)的名義制動(dòng)力矩(9. 4kNm)，接近風(fēng)機(jī)的最大制動(dòng)力矩(IlkNm)，所以在仿真分析時(shí)，以風(fēng)機(jī)最大制動(dòng)力矩值施加在模型上。
對(duì)偏航制動(dòng)器的制動(dòng)カ矩采用直接作用式液壓鉗；如果有六個(gè)或八個(gè)制動(dòng)器，則施加在偏航制動(dòng)盤(pán)上的制動(dòng)カ矩應(yīng)為單個(gè)制動(dòng)器產(chǎn)生的制動(dòng)カ矩的六倍或八倍。對(duì)發(fā)電機(jī)施加負(fù)載時(shí)，只給出作用力的方向和作用點(diǎn)，作用力的大小由矩陣實(shí)驗(yàn)室軟件matlab控制系統(tǒng)根據(jù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的大小、采用線性插值方法計(jì)算得到。對(duì)槳葉施加風(fēng)カ時(shí)，風(fēng)力作用在槳葉上產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)カ矩。當(dāng)視槳葉為剛體時(shí)，風(fēng)カ產(chǎn)生的扭矩可轉(zhuǎn)換到輪轂上。當(dāng)進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真時(shí)，如果將輪轂、主軸處理為剛體，則風(fēng)カ產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)扭矩可以直接作用在輪轂上或主軸上，其產(chǎn)生的仿真結(jié)果是相同的。
施加變槳カ時(shí)，由于變槳運(yùn)動(dòng)是由控制油缸有關(guān)、或安全油缸驅(qū)動(dòng)變槳機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，其運(yùn)動(dòng)規(guī)律、變槳速度、變槳カ大小等與風(fēng)速、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)電機(jī)功率等因素有關(guān)，因此，變槳力不是ー個(gè)恒定力，必須在矩陣實(shí)驗(yàn)室軟件matlab控制系統(tǒng)中根據(jù)實(shí)際エ況進(jìn)行控制，在Adams仿真模型中，只能在控制油缸和安全油缸上施加只有方向和作用點(diǎn)、而大小等于零的變獎(jiǎng)カ。D.在虛擬樣機(jī)仿真軟件中建立測(cè)量的步驟，選取三點(diǎn)進(jìn)行間接測(cè)量，測(cè)量偏航角度可以選取變槳調(diào)節(jié)盤(pán)上的幾何中心的坐標(biāo)點(diǎn)、在變槳調(diào)節(jié)盤(pán)上新建的標(biāo)志測(cè)量點(diǎn)及在輪轂上新建的標(biāo)志點(diǎn)，或選取偏航齒輪或偏航軸承外圈質(zhì)心的坐標(biāo)、在偏航齒輪或偏航軸承外圈上建立的標(biāo)志點(diǎn)及在偏航軸承內(nèi)圈上建立用于測(cè)量的標(biāo)志點(diǎn)；測(cè)量風(fēng)向角度可以選取風(fēng)向標(biāo)的質(zhì)心的坐標(biāo)點(diǎn)、在風(fēng)向標(biāo)上建立標(biāo)志點(diǎn)及在后機(jī)架上建立標(biāo)志點(diǎn)。三維實(shí)體軟件中建立風(fēng)カ發(fā)電機(jī)組主要部件各零件的模型并完成裝配的方法包括建立機(jī)架及其相關(guān)零部件、輪轂及變槳調(diào)節(jié)零部件、機(jī)艙連接座、塔架、槳葉的模型。在建立機(jī)架及其相關(guān)零部件的模型時(shí)，機(jī)架及其相關(guān)零部件的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，主傳動(dòng)鏈的關(guān)系比較單一，模型簡(jiǎn)化時(shí)，主要保證傳動(dòng)鏈中齒輪箱的傳動(dòng)比保持不變、質(zhì)量與原物理系統(tǒng)盡量相同或接近，將ー些小零件忽略不計(jì)。機(jī)架包括前后機(jī)架。后機(jī)架是ー個(gè)基礎(chǔ)件，用于安裝風(fēng)カ發(fā)電機(jī)組的主要零部件有機(jī)艙、發(fā)電機(jī)、控制柜等，以保證總質(zhì)量不變。前機(jī)架也是ー個(gè)基礎(chǔ)件，用于安裝風(fēng)カ發(fā)電機(jī)組的主要零部件有輪轂、變槳系統(tǒng)、偏航驅(qū)動(dòng)裝置、齒輪箱、傳動(dòng)系統(tǒng)、制動(dòng)器等。前機(jī)架是風(fēng)カ發(fā)電機(jī)的主要部件之一，通過(guò)軸承安裝在塔架上，偏航調(diào)節(jié)時(shí)，帶動(dòng)除塔架以外的所有零部件一起作偏航運(yùn)動(dòng)，發(fā)電機(jī)固定在后機(jī)架上,在solidworks中簡(jiǎn)化建模時(shí)，轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)之間的聯(lián)接方式保持實(shí)際裝配關(guān)系；在adams中建模時(shí)，將質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量施加在轉(zhuǎn)子上，并將solidworks中的配合關(guān)系轉(zhuǎn)換為adams中的約束關(guān)系。齒輪箱采用三級(jí)傳動(dòng)方式，包括行星輪系、中間軸系和高速軸系。由于在adams和矩陣實(shí)驗(yàn)室軟件matlab中的仿真對(duì)象是整個(gè)風(fēng)カ發(fā)電機(jī)，因此，可對(duì)齒輪箱進(jìn)行模型簡(jiǎn)化，在輸入軸和輸出軸中間，用ー個(gè)大小相同的定軸齒輪傳動(dòng)比替代原有的傳動(dòng)方式，將原來(lái)3級(jí)傳動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量分別等效到齒輪箱的輸入軸和輸出軸上，并保證整個(gè)齒輪箱的質(zhì)量及其質(zhì)心位置不變。所以，對(duì)于簡(jiǎn)化后的模型來(lái)說(shuō)，在外形上，與原來(lái)的實(shí)際齒輪箱沒(méi)有區(qū)別，與主軸和發(fā)電機(jī)的連接方式也完全相同。對(duì)與傳動(dòng)鏈來(lái)說(shuō)，主軸、聯(lián)軸器、偏航制動(dòng)器、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子制動(dòng)器、偏航驅(qū)動(dòng)器的模型與原來(lái)的物理系統(tǒng)基本相同。三個(gè)偏航驅(qū)動(dòng)齒輪各自安裝在偏航驅(qū)動(dòng)器的軸端，給其中任意一個(gè)齒輪施加旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或足夠大的驅(qū)動(dòng)扭矩，就可以帶動(dòng)風(fēng)カ發(fā)電機(jī)作偏航運(yùn)動(dòng)。八個(gè)偏航制動(dòng)器安裝在不同部位，在模型簡(jiǎn)化時(shí)，任意一個(gè)只要產(chǎn)生足夠大的制動(dòng)力，就可以代替8個(gè)制動(dòng)器產(chǎn)生的總制動(dòng)力，使偏航運(yùn)動(dòng)盡快停止，防止慣性導(dǎo)致偏航角度過(guò)大，防止正反向反復(fù)調(diào)整偏航角度，產(chǎn)生振蕩；或者將通過(guò)偏航運(yùn)動(dòng)調(diào)整好角度的機(jī)架鎖定在某一位置，保持正確的偏航方向。主軸承座及其所有安裝在其上的零部件被簡(jiǎn)化為ー個(gè)整體，固定在前機(jī)架上；蓄電池、液壓站等簡(jiǎn)化后安裝在前機(jī)架上。當(dāng)簡(jiǎn)化后的前后機(jī)架及其零部件的質(zhì)量和質(zhì)心與實(shí)際風(fēng)力發(fā)電機(jī)存在差別時(shí)，除運(yùn)動(dòng)的零部件外，可以調(diào)整其它零部件的質(zhì)量或者密度，以接近實(shí)際機(jī)組的狀態(tài)。在建立輪轂及變槳調(diào)節(jié)零部件的模型吋，在模型簡(jiǎn)化吋，凡是具有運(yùn)動(dòng)特征的零部件必須全部保留，沒(méi)有運(yùn)動(dòng)特征的零部件，按照其實(shí)際裝配關(guān)系，與相關(guān)零部件進(jìn)行固定連接；凡是有運(yùn)動(dòng)副的連接處，全部保留原有的運(yùn)動(dòng)副狀態(tài)，以保證仿真的真實(shí)性。 在建立機(jī)艙連接座的模型時(shí)，由于機(jī)艙與塔架的連接是通過(guò)偏航軸承實(shí)現(xiàn)的，前機(jī)架與偏航軸承內(nèi)圈固連，帶有外齒輪的偏航軸承外圈與塔架連接座固連，塔架連接座再與塔架固連，偏航軸承內(nèi)外圈之間通過(guò)同軸心配合保證其相對(duì)回轉(zhuǎn)軸線一致，通過(guò)軸承端面的平行距離配合，使軸承內(nèi)圈端面高出外圈端面10mm，便于內(nèi)圈與前機(jī)架的連接。在建立塔架的模型時(shí)，考慮到在仿真模型中，最終將塔架要作為柔性體模型，為了便于使用有限元方法劃分網(wǎng)格，因此，將塔架上的輔助結(jié)構(gòu)，如塔架頂部法蘭和中間法蘭的螺栓孔全部去除，塔架底部的安裝平臺(tái)、塔架門(mén)、外部走梯、塔架底部連接座上的細(xì)小結(jié)構(gòu)和爬梯也簡(jiǎn)化不考慮。在建立槳葉的模型吋，由于槳葉安裝在變槳調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)盤(pán)上，隨變槳軸承內(nèi)圏、變槳調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)盤(pán)一起旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)變槳?jiǎng)幼?。在風(fēng)力作用下，槳葉帶動(dòng)輪轂、主軸、齒輪箱傳動(dòng)軸、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)將風(fēng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿哪康?。槳葉裝配時(shí)，槳葉根部圓柱面軸線與槳葉軸承內(nèi)圈軸線同軸，槳葉根部端平面與軸承外圈端平面重合，調(diào)整槳葉受風(fēng)面方向，使槳距角約為45°。在總裝配吋，按照風(fēng)力發(fā)電機(jī)各部分的相互關(guān)系，按照實(shí)際裝配方式，將塔架、前后機(jī)架、主傳動(dòng)裝置、輪轂、槳葉、偏航軸承及機(jī)組等裝配完成。本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，以上的實(shí)施例僅是用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，而并非用作為對(duì)本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)，對(duì)以上所述實(shí)施例的變化、變型都將落在本發(fā)明的權(quán)利要求書(shū)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在虛擬樣機(jī)仿真軟件中建模的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟 A.在三維實(shí)體軟件中建立風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要部件各零件的模型并完成裝配的步驟； B.將在三維實(shí)體軟件中建立的模型導(dǎo)入虛擬樣機(jī)仿真軟件中的步驟； C.在虛擬樣機(jī)仿真軟件中進(jìn)行處理的步驟，包括各部件之間施加約束關(guān)系、載荷方式及驅(qū)動(dòng)方式；所述施加約束關(guān)系包括對(duì)所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的偏航系統(tǒng)施加約束關(guān)系、對(duì)齒輪箱傳動(dòng)系統(tǒng)施加約束關(guān)系及對(duì)變槳系統(tǒng)施加約束關(guān)系；所述載荷方式的施加包括對(duì)轉(zhuǎn)子制動(dòng)器施加制動(dòng)力矩、對(duì)偏航制動(dòng)器的制動(dòng)力矩、對(duì)發(fā)電機(jī)施加負(fù)載、對(duì)槳葉施加風(fēng)力及施加變槳力； D.在虛擬樣機(jī)仿真軟件中建立測(cè)量的步驟，選取三點(diǎn)進(jìn)行間接測(cè)量，測(cè)量偏航角度可以選取變槳調(diào)節(jié)盤(pán)上的幾何中心的坐標(biāo)點(diǎn)、在變槳調(diào)節(jié)盤(pán)上新建的標(biāo)志測(cè)量點(diǎn)及在輪轂上新建的標(biāo)志點(diǎn)，或選取偏航齒輪或偏航軸承外圈的質(zhì)心的坐標(biāo)、在偏航齒輪或偏航軸承外圈上建立的標(biāo)志點(diǎn)及在偏航軸承內(nèi)圈上建立用于測(cè)量的標(biāo)志點(diǎn)；測(cè)量風(fēng)向角度可以選取風(fēng)向標(biāo)的質(zhì)心的坐標(biāo)點(diǎn)、在風(fēng)向標(biāo)上建立標(biāo)志點(diǎn)及在后機(jī)架上建立標(biāo)志點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在虛擬樣機(jī)仿真軟件中建模的方法，其特征在于，所述對(duì)偏航系統(tǒng)施加約束關(guān)系的方法包括下列步驟 a.在偏航軸承內(nèi)、外圈之間施加旋轉(zhuǎn)副，旋轉(zhuǎn)軸線為軸承軸線； b.在偏航驅(qū)動(dòng)器軸與偏航驅(qū)動(dòng)齒輪之間施加旋轉(zhuǎn)副，旋轉(zhuǎn)軸線為齒輪軸線； c.在第三偏航驅(qū)動(dòng)器齒輪與偏航軸承外圈齒輪之間施加齒輪傳動(dòng)副； d.根據(jù)第三偏航驅(qū)動(dòng)器齒輪的質(zhì)心坐標(biāo)和偏航軸承或偏航大齒輪的質(zhì)心坐標(biāo)計(jì)算兩者之間嚙合點(diǎn)的坐標(biāo)及繞Y軸旋轉(zhuǎn)的角度，同時(shí)，在第二偏航驅(qū)動(dòng)器齒輪與偏航軸承外圈齒輪之間施加齒輪傳動(dòng)副，計(jì)算出第二偏航齒輪的質(zhì)心坐標(biāo)，并計(jì)算出第二偏航驅(qū)動(dòng)器齒輪與偏航軸承外圈齒輪之間嚙合點(diǎn)的坐標(biāo)及繞Y軸旋轉(zhuǎn)的角度，又同時(shí)，在第一偏航驅(qū)動(dòng)器齒輪與偏航軸承外圈齒輪之間施加齒輪傳動(dòng)副，可以計(jì)算出第一偏航齒輪的質(zhì)心坐標(biāo)，并計(jì)算出第一偏航驅(qū)動(dòng)器齒輪與偏航軸承外圈齒輪之間嚙合點(diǎn)的坐標(biāo)及繞Y軸旋轉(zhuǎn)的角度； e.根據(jù)上述各坐標(biāo)點(diǎn)，可以在虛擬樣機(jī)仿真軟件中定義偏航齒輪副之間的相對(duì)位置和嚙合點(diǎn)位置，從而確定齒輪副傳動(dòng)的相互約束關(guān)系。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在虛擬樣機(jī)仿真軟件中建模的方法，其特征在于，對(duì)所述齒輪箱傳動(dòng)系統(tǒng)施加約束關(guān)系的方法是先使嚙合點(diǎn)坐標(biāo)系的原點(diǎn)與高速軸的質(zhì)心重合，沿該高速軸的軸線方向生成X軸，使Z軸方向沿所述齒輪箱的高速軸的中心和低速軸的中心連線方向，然后再根據(jù)所述齒輪箱的傳動(dòng)比，沿齒輪嚙合中心線方向編輯、移動(dòng)嚙合點(diǎn)坐標(biāo)系的原點(diǎn)，最終形成所述齒輪箱傳動(dòng)系統(tǒng)的約束關(guān)系。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在虛擬樣機(jī)仿真軟件中建模的方法，其特征在于，對(duì)所述變槳系統(tǒng)施加約束關(guān)系包括對(duì)第一個(gè)槳葉變槳機(jī)構(gòu)施加約束關(guān)系、對(duì)第二個(gè)槳葉變槳機(jī)構(gòu)施加約束關(guān)系及對(duì)第三個(gè)槳葉變槳機(jī)構(gòu)施加約束關(guān)系，即對(duì)第一個(gè)槳葉變槳機(jī)構(gòu)、第二個(gè)槳葉變槳機(jī)構(gòu)及第三個(gè)槳葉變槳機(jī)構(gòu)中的調(diào)節(jié)盤(pán)與連桿、搖桿、安全油缸、安全油缸桿、控制油缸、控制油缸桿、輪轂之間施加連接與約束。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在虛擬樣機(jī)仿真軟件中建模的方法，包括以下步驟在三維實(shí)體軟件中建立風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要部件各零件的模型并完成裝配的步驟；將在三維實(shí)體軟件中建立的模型導(dǎo)入虛擬樣機(jī)仿真軟件中的步驟；在虛擬樣機(jī)仿真軟件中進(jìn)行處理的步驟，包括各部件之間施加約束關(guān)系、載荷方式及驅(qū)動(dòng)方式；所述施加約束關(guān)系包括對(duì)所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的偏航系統(tǒng)施加約束關(guān)系、對(duì)齒輪箱傳動(dòng)系統(tǒng)施加約束關(guān)系及對(duì)變槳系統(tǒng)施加約束關(guān)系；在虛擬樣機(jī)仿真軟件中建立測(cè)量的步驟。本發(fā)明的方法能縮短虛擬樣機(jī)仿真軟件仿真所需的時(shí)間并保證仿真試驗(yàn)的成功率，從而對(duì)產(chǎn)品創(chuàng)新開(kāi)發(fā)、縮短設(shè)計(jì)周期、提高性能和質(zhì)量、降低制造成本起了重要的作用。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102768693SQ201110117250
公開(kāi)日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2011年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月6日
發(fā)明者周瑩, 張無(wú)波, 張青雷, 桂士弘, 王少波, 王穎, 管志俊, 郭井寬 申請(qǐng)人:上海電氣集團(tuán)股份有限公司