CN113408025B - 一种基于vb语言的风电钢混塔架设计工具及参数化三维设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于VB语言的风电钢混塔架设计工具及参数化三维设计方法，所述设计工具的建立包括以下步骤：步骤一，建立钢混塔架的模板库，包括钢混塔架的零件、装配体、工程图和尺寸数据库；步骤二，建立风电钢混塔架参数化设计程序。所述参数化三维设计方法采用所述设计工具，在参数化设计程序界面下输入钢混塔架参数，生成新装配体；参数化设计程序界面下对工程图进行输出操作。本发明可适用于不同高度钢混塔架的参数化三维设计出图。通过VB程序与三维建模软件建立的接口和图形化界面，在程序中调整参数，即可完成三维模型创建和工程图输出，实用性强，操作简单，可大幅提高设计效率，缩减设计周期，提质增效。

Description

一种基于VB语言的风电钢混塔架设计工具及参数化三维设计 方法

技术领域

本发明属于新能源风力发电结构设计技术领域，具体涉及一种基于VB语言的风电钢混塔架参数化三维设计方法及工具。所述VB是美国微软公司开发的Visual Basic编程语言的缩写。

背景技术

随着陆上风能资源的日益开发，大型高空化风力发电机组逐渐成为主流。钢混塔架作为一种新型塔架结构型式，适用于大叶轮直径、大单机容量和高轮毂的风力发电机组。其具有刚度大、安全性高、预制生产周期可靠、发电利用小时数高以及具备向更高轮毂高度和更大单机容量突破等诸多优点，在风力发电领域受到越来越广泛的应用。

钢混塔架包含种类众多的零件，在传统出图方法下，需要绘制大量的零件外形图和表示结构细节的剖视图。当塔架结构体型参数变化后，需要重复前述繁琐的出图过程，耗费大量的设计时间且效率低下。若能根据钢混塔架零件系列化、结构相似、数量多等特点，实现一种钢混塔架的参数化设计方法，只需要在集成式的图形化界面输入参数，就可以一键自动更新钢混塔架所包含的混凝土塔筒段、钢混过渡段、钢塔筒段的零部件图，三维装配图及工程图，将极大地提高设计制图效率，减少传统制图方法中绘制零件外形图的重复劳动时间，解决尺寸标注比例容易出错、零件空间定位难校核等问题，极大缩短钢混塔架的设计周期。

发明内容

本发明的第一个目的是提出一种基于VB语言的风电钢混塔架的设计工具，利用VB语言开发程序，通过图形化界面进行塔架设计参数的输入，控制三维建模软件实现塔架零件的参数化建模以及自动更新装配体并输出工程图。

所述设计工具的建立步骤包括：

步骤一，建立钢混塔架的模板库，包括钢混塔架的零件、装配体的工程图和尺寸数据库；

1)在三维建模软件中，使用草图命令和特征命令建立钢混塔架的零件，做好草图的约束和特征命令的备注，用于尺寸数据库的调用；

2)在三维建模软件中，将钢混塔架中的零件，通过选取合适的参考平面和装配约束，组合成混凝土塔筒段、钢混过渡段、钢塔筒段三个子装配体，再将三个子装配体组合成钢混塔架总装配体；

3)分析钢混塔架零件的结构特点，提取尺寸特征值，生成每个零件的尺寸数据库，用于与结构设计模块中输入的参数关联；混凝土塔筒段零件尺寸数据库包括门洞段、中间段及顶段的尺寸；钢混过渡段零件尺寸数据库包括顶法兰、筒体、锚固法兰、底法兰、锚垫板及筋板的尺寸；钢塔筒段零件尺寸数据库包括下法兰、上法兰及钢环节段的尺寸；

4)在三维建模软件中，将钢混塔架总装配体、三个子装配体及其零件生成工程图并进行尺寸标注；利用三维模型与工程图的相关性，保证模型外形尺寸变化时，工程图及尺寸标注也会自动更新；

5)汇总上述四步中创建的钢混塔架的零件、装配体的工程图和尺寸数据库，完成钢混塔架模板库的建立；

步骤二，建立风电钢混塔架参数化设计程序；

1)在VB软件中设置与三维建模软件的接口，建立塔架参数化设计程序的图形化界面，包括结构设计模块和工程图输出模块；其中结构设计模块下设置有混凝土塔筒段、钢混过渡段、钢塔筒段三个参数输入子窗口；工程图输出模块下可通过选择菜单，实现单个零件或单个装配体的出图操作；

2)在VB软件中编写程序代码，将结构设计模块中的输入值与所述模板库中尺寸数据库的值关联，用于驱动参数化模型的尺寸变化；

3)在VB软件中编写程序代码，调用所述模板库中的工程图，进行工程图的输出操作，实现批量更换图号、格式转换、打印、替换模板的功能；

4)在VB软件中编译并调试程序，优化因参数变化后，钢混塔架装配体中可能的装配约束错误及工程图中的标注约束错误，完善程序代码执行逻辑顺序和使用功能，生成后缀名为.exe的可执行文件，建立风电钢混塔架参数化设计工具。

进一步地，步骤一建立的模板库中，所述零件包括混凝土塔筒段上的爬梯埋件、进线梯埋件、升降机支撑埋件、中间休息平台埋件、顶部平台埋件、接地埋件、管片定位埋件、吊钉埋件等。

进一步地，步骤一建立的模板库中，所述零件包括钢混过渡段上的斜梯螺柱、接地螺柱、监测安装支架等。

进一步地，步骤一建立的模板库中，所述零件包括钢塔筒段上的焊接螺柱、接地螺柱、连接板等。

本发明的第二个目的是提供一种基于VB语言的风电钢混塔架参数化三维设计方法，其特征在于使用权利要求1所述的基于VB语言的风电钢混塔架设计工具，在参数化设计工具的程序界面下输入钢混塔架参数，生成新装配体，包括以下步骤：

在结构设计模块的子窗口下分别对混凝土塔筒段、钢混过渡段、钢塔筒段进行参数输入；参数输入完毕后，三维建模软件后台自动运行，修改对应的零件尺寸及数量，同时自动更新装配体模型；通过结构设计模块中的保存选项将生成的新装配体及其全部零件的尺寸和工程图保存到新项目的文件夹中。

所述方法还包括在参数化设计工具的程序界面下对工程图进行输出操作，包括以下步骤：通过所述工程图输出模块，选择与生成的新装配体模型同步更新的工程图，实现批量修改图号、图纸格式转换、图纸批量打印和图纸模板批量替换等输出过程，完成项目的出图工作。

进一步地，混凝土塔筒段的筒节总段数和每段筒节高度，可在参数化设计工具的结构设计模块界面设置相应参数，以适用不同混凝土塔筒高度的塔架方案设计。

进一步地，钢塔筒段的数量可在参数化设计工具的结构设计模块界面中增加或减少，以适用不同钢塔筒高度的塔架方案设计。

进一步地，钢混过渡段可在参数化设计工具的结构设计模块界面中选择是钢制结构或混凝土结构，以适用不同钢混过渡段结构型式的塔架方案设计。

本发明的有益效果是：

(1)实现了钢混塔架设计的自动化和智能化。基于VB程序与三维建模软件建立的接口和可视化界面，在结构设计模块调整相关参数，即可完成三维模型的创建和工程图的批量输出和修改，实用性强、操作简单明了，兼容性好，可在多种版本操作系统下使用，能被广大塔架设计工程师所接受。

(2)实现了对钢混塔架模型的动态控制。零件、装配体和工程图可以分别显示和编辑，零件型号、布置方位可通过参数实现自动调整。方便设计工程师自顶向下更直观、更全面的设计，便捷地对模型进行修改和演示。实现塔架方案快速智能化变更，极大的提高了设计效率，缩短了设计周期，提质增效。

(3)实现了塔架方案参数的动态修改与更新，利用模板库方式有效管理的功能，建立了与钢混塔架参数化设计方法配套的模板库，包括钢混塔架模型的零件、装配体、工程图和尺寸数据库，实现模型、工程图和塔架方案参数之间的关联，设计工程师通过对图形化界面和参数化数据的交互式操作，调用模板库中的文件，完成塔架模型的自动修改编辑。

(4)实现了钢混塔架工程图的批量输出操作。在工程图输出模块中，通过菜单选择要批量操作的图纸，点击对应的更换图号、格式转换、打印或替换模板的输出功能，程序自动完成批量输出操作，大幅简化出图步骤、缩短出图时间，极大提高出图效率。

附图说明

图1是140米轮毂高度风电机组钢混塔架的整体示意图。

图2是钢混塔架的结构示意图。

图3是基于VB语言的风电钢混塔架参数化三维设计方法流程图。

图4是钢混过渡段的参数化模型图。

图5是钢混过渡段顶法兰、筒体、锚固法兰、底法兰的尺寸特征图

图6和7是锚垫板的尺寸特征图。

图8是筋板的尺寸特征图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示为一轮毂高度140米的风电机组钢混塔架，包括风机基础1、混凝土塔筒段2、钢混过渡段3、钢塔筒段4、预应力钢绞线5、风电机组6，其中混凝土塔筒段2、钢混过渡段3和钢塔筒段4组合成钢混塔架7(如图2所示)。

如图3所示流程图，本发明提供的基于VB语言的风电钢混塔架设计工具，其建立过程包括以下步骤：

步骤一，建立钢混塔架7的模板库，包括钢混塔架7的零件、装配体、工程图和尺寸数据库。

1)在三维建模软件中，使用草图命令和特征命令建立钢混塔架7的零件，做好草图的约束和特征命令的备注，用于尺寸数据库的调用。

2)在三维建模软件中，将钢混塔架7中的零件，通过选取合适的参考平面和装配约束，组合成混凝土塔筒段2、钢混过渡段3、钢塔筒段4三个子装配体，再将三个子装配体组合成钢混塔架7总装配体。

3)分析钢混塔架7零件的结构特点，提取尺寸特征值，生成每个零件的尺寸数据库，用于与结构设计模块中输入的参数关联。混凝土塔筒段2零件尺寸数据库包括门洞段、中间段及顶段的尺寸。钢混过渡段3零件尺寸数据库包括顶法兰31、筒体32、锚固法兰33、底法兰34、锚垫板35及筋板36的尺寸。钢塔筒段4零件尺寸数据库包括下法兰、上法兰及钢环节段的尺寸。

4)在三维建模软件中，将钢混塔架7总装配体、三个子装配体及其零件生成工程图并进行尺寸标注。做好工程图中角度标注和弧度标注的约束，以及截面视图截面线的约束。利用三维模型与工程图的相关性，保证模型外形尺寸变化时，工程图及尺寸标注也会自动更新。

5)汇总上述四步中创建的钢混塔架7的零件、装配体、工程图和尺寸数据库，完成钢混塔架7模板库的建立。

上述的三维建模软件可采用SolidWorks三维机械设计软件。

步骤二，建立风电钢混塔架参数化设计工具。

1)在VB软件中设置与三维建模软件的接口，建立塔架参数化设计程序的图形化界面，包括结构设计模块和工程图输出模块。其中结构设计模块下设置有混凝土塔筒段2、钢混过渡段3、钢塔筒段4三个参数输入子窗口；工程图输出模块下可通过选择菜单，实现单个零件或单个装配体的出图操作。

2)在VB软件中编写程序代码，将结构设计模块中的输入值与模板库中尺寸数据库的值关联，用于驱动参数化模型的尺寸变化。

3)在VB软件中编写程序代码，调用模板库中工程图，进行工程图的输出操作，实现批量更换图号、格式转换、打印、替换模板的功能。

4)在VB软件中编译并调试程序，优化因参数变化后，钢混塔架装配体中出现的装配约束错误及工程图中的标注约束错误，完善程序代码执行逻辑顺序和使用功能，生成后缀名为.exe的可执行文件，完成风电钢混塔架7参数化设计工具的建立。

以下介绍利用上述涉及工具进行新的在风电钢混塔架设计。

在参数化设计程序界面下输入钢混塔架7参数，生成新装配体。

打开程序中的结构设计模块，在子窗口下分别对混凝土塔筒段2、钢混过渡段3、钢塔筒段4进行参数输入。参数输入完毕后，点击“更新模型”，三维建模软件后台自动运行建模程序，修改对应的零件模型尺寸及数量，同时自动更新装配体模型。点击“保存模型”，可以将生成的新装配体及其全部零件尺寸和工程图保存到新项目的文件夹中。

对于图纸的输出在参数化设计工具的程序界面下操作，图纸输出包括以下步骤：

打开程序中的工程图输出模块，选择前述生成的新装配体模型同步更新的工程图，工程图输出模块可实现批量修改图号、图纸格式转换、图纸批量打印和图纸模板批量替换等输出过程，完成项目的出图工作。

进一步地，以具体实施例中钢混过渡段3为例，详述其模板库创建过程。具体包括以下步骤：

如图4所示，为三维建模软件中创建的钢混过渡段3参数化模型，包括顶法兰31、筒体32、锚固法兰33、底法兰34、锚垫板35及筋板36。将创建的零件选取合适的参考平面和装配约束组合在一起，完成钢混过渡段3装配体。

如图5、6、7、8所示，为钢混过渡段3中顶法兰31、筒体32、锚固法兰33、底法兰34、锚垫板35及筋板36的尺寸特征值，将每个尺寸特征做好标注，生成钢混过渡段3零件的尺寸数据库，如表1所示，用于参数化设计软件的调用。

表1钢混过渡段尺寸数据库

使用三维建模软件的工程图功能，对钢混过渡段3及其零件，包括顶法兰31、筒体32、锚固法兰33、底法兰34、锚垫板35及筋板36进行尺寸标注并生成工程图模板。

汇总上述钢混过渡段3的零件、装配体的工程图和尺寸数据库，完成钢混过渡段3模板库的建立。

进一步地，以钢混过渡段3为例，详述其参数化设计出图过程。包括以下步骤：

打开风电钢混塔架参数化设计工具的结构设计模块，启用钢混过渡段子窗口，进行参数输入，修改顶法兰31、筒体32、锚固法兰33、底法兰34、锚垫板35及筋板36的尺寸，所述风电钢混塔架设计工具自动将输入数据与尺寸数据库(见表1)中的代号关联。参数输入完毕后，三维建模软件后台自动运行建模程序，调用模板库修改零件尺寸，生成新装配体。通过结构设计模块中的保存选项，可以将生成的新装配体及其全部零件尺寸和工程图保存到新项目的文件夹中。

打开风电钢混塔架参数化设计工具的工程图输出模块，选择与生成的新装配体模型同步更新的工程图，可实现钢混过渡段3的批量修改图号、图纸格式转换、图纸批量打印和图纸批量替换模板等输出过程，完成钢混过渡段3的参数化设计出图工作。

本领域技术人员容易理解，以上仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种基于VB语言的风电钢混塔架设计工具，其特征在于所述设计工具的建立步骤包括：

步骤一，建立钢混塔架的模板库，包括钢混塔架的零件、装配体的工程图和尺寸数据库；

1)在三维建模软件中，使用草图命令和特征命令建立钢混塔架的零件，做好草图的约束和特征命令的备注，用于尺寸数据库的调用；

2)在三维建模软件中，将钢混塔架中的零件，通过选取合适的参考平面和装配约束，组合成混凝土塔筒段、钢混过渡段、钢塔筒段三个子装配体，再将三个子装配体组合成钢混塔架总装配体；

3)分析钢混塔架零件的结构特点，提取尺寸特征值，生成每个零件的尺寸数据库，用于与结构设计模块中输入的参数关联；混凝土塔筒段零件尺寸数据库包括门洞段、中间段及顶段的尺寸；钢混过渡段零件尺寸数据库包括顶法兰、筒体、锚固法兰、底法兰、锚垫板及筋板的尺寸；钢塔筒段零件尺寸数据库包括下法兰、上法兰及钢环节段的尺寸；

4)在三维建模软件中，将钢混塔架总装配体、三个子装配体及其零件生成工程图并进行尺寸标注；利用三维模型与工程图的相关性，保证模型外形尺寸变化时，工程图及尺寸标注也会自动更新；

5)汇总上述四步中创建的钢混塔架的零件、装配体的工程图和尺寸数据库，完成钢混塔架模板库的建立；

步骤二，建立风电钢混塔架参数化设计工具；

1)在VB软件中设置与三维建模软件的接口，建立塔架参数化设计程序的图形化界面，包括结构设计模块和工程图输出模块；其中结构设计模块下设置有混凝土塔筒段、钢混过渡段、钢塔筒段三个参数输入子窗口；工程图输出模块下可通过选择菜单，实现单个零件或单个装配体的出图操作；

2)在VB软件中编写程序代码，将结构设计模块中的输入值与所述模板库中尺寸数据库的值关联，用于驱动参数化模型的尺寸变化；

3)在VB软件中编写程序代码，调用所述模板库中的工程图，进行工程图的输出操作，实现批量更换图号、格式转换、打印、替换模板的功能；

4)在VB软件中编译并调试程序，优化因参数变化后，钢混塔架装配体中可能的装配约束错误及工程图中的标注约束错误，完善程序代码执行逻辑顺序和使用功能，生成后缀名为.exe的可执行文件，建立风电钢混塔架参数化设计工具。

2.如权利要求1所述的一种基于VB语言的风电钢混塔架设计工具，其特征在于步骤一建立的模板库中，所述零件包括混凝土塔筒段上的爬梯埋件、进线梯埋件、升降机支撑埋件、中间休息平台埋件、顶部平台埋件、接地埋件、管片定位埋件、吊钉埋件。

3.如权利要求1所述的一种基于VB语言的风电钢混塔架设计工具，其特征在于步骤一建立的模板库中，所述零件包括钢混过渡段上的斜梯螺柱、接地螺柱、监测安装支架。

4.如权利要求1所述的一种基于VB语言的风电钢混塔架设计工具，其特征在于步骤一建立的模板库中，所述零件包括钢塔筒段上的焊接螺柱、接地螺柱、连接板。

5.一种基于VB语言的风电钢混塔架参数化三维设计方法，其特征在于使用权利要求1所述的基于VB语言的风电钢混塔架设计工具，在参数化设计工具的程序界面下输入钢混塔架参数，生成新装配体，包括以下步骤：

在结构设计模块的子窗口下分别对混凝土塔筒段、钢混过渡段、钢塔筒段进行参数输入；参数输入完毕后，三维建模软件后台自动运行，修改对应的零件尺寸及数量，同时自动更新装配体模型；通过结构设计模块中的保存选项将生成的新装配体及其全部零件的尺寸和工程图保存到新项目的文件夹中。

6.如权利要求5所述的一种基于VB语言的风电钢混塔架参数化三维设计方法，其特征在于，所述方法还包括在参数化设计工具的程序界面下对工程图进行输出操作，包括以下步骤

通过所述工程图输出模块，选择与生成的新装配体模型同步更新的工程图，实现批量修改图号、图纸格式转换、图纸批量打印和图纸模板批量替换的 输出过程，完成项目的出图工作。

7.如权利要求5所述的一种基于VB语言的风电钢混塔架参数化三维设计方法，其特征在于混凝土塔筒段的筒节总段数和每段筒节高度，可在参数化设计工具的结构设计模块界面设置相应参数，以适用不同混凝土塔筒高度的塔架方案设计。

8.如权利要求5所述的一种基于VB语言的风电钢混塔架参数化三维设计方法，其特征在于钢塔筒段的数量可在参数化设计工具的结构设计模块界面中增加或减少，以适用不同钢塔筒高度的塔架方案设计。

9.如权利要求5所述的一种基于VB语言的风电钢混塔架参数化三维设计方法，其特征在于钢混过渡段可在参数化设计工具的结构设计模块界面中选择是钢制结构或混凝土结构，以适用不同钢混过渡段结构型式的塔架方案设计。

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