光伏跟踪支架低频振动模拟试验台及试验方法与流程

技术领域：

本发明涉及一种低频振动模拟试验台及试验方法，尤其涉及一种可以适用于光伏跟踪支架的低频振动模拟试验台及试验方法。

背景技术：
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光伏跟踪支架在户外运行时，风力造成的持续载荷和交变载荷会在光伏组件上叠加，使光伏跟踪支架产生低频振动，导致机械构件产生疲劳失效、联接紧固件产生松动，影响光伏跟踪支架的长期运转可靠性。当前，一般通过对总体结构进行三维建模和有限元动力学分析的软件模拟来发现系统层面的薄弱环节，并在通用试验台上对小型构建进行实际疲劳寿命试验。但是软件在对系统级总体结构进行模拟时需要进行大量简化和参数假设，导致分析结果误差较大、无法准确识别薄弱环节；通用试验台由于尺寸限制无法对大型支架构件进行整体测试，并且所产生的低频振动源及其施加在光伏跟踪支架上的方式也与实际情况不符，导致实测结果不能反应实际情况，参考价值较小。

技术实现要素：
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本发明的目的在于提供一种低频振动模拟试验台，具有提供与户外条件相吻合的低频振动源、对光伏跟踪支架的整体系统施加载荷进行模拟测试、实时记录各测试部位共振特性的特点，并且提供一种操作简便、测试结果准确可靠的测试方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种低频振动模拟试验台，包括低频振动源发生器、可调导轨支架、振动载荷传递索具、光伏跟踪支架、低频振动传感器、控制器，所述的低频振动信号源发生器固定在可调导轨支架上，所述的振动载荷传递索具一端固定在低频振动源发生器上、另一端固定在光伏跟踪支架的横梁上，所述的低频振动传感器固定在光伏跟踪支架和光伏板上、通过信号线路与控制器连接，控制器通过信号线路和电源供电线路与低频振动源发生器进行连接。

上述的低频振动源发生器，包括变频调速电机、偏心轮、轴销，所述的偏心轮具有多个不同偏心距的销孔，并固定在变频调速电机的输出轴上，所述的轴销固定在偏心轮的销孔中。

上述的可调导轨支架，包括导轨，用于支撑和固定低频振动源发生器，低频振动源发生器可以在导轨的全长范围内进行任意移动，调节到合适高度后，进行紧固。

上述的振动载荷传递索具，包括端部固定环、钢丝绳、拉簧、长度调节与锁紧装置。端部固定环一端套在偏心轮轴销上，另一端与钢丝绳固定，钢丝绳与拉簧的一端固定，拉簧另一端固定另一条钢丝绳，钢丝绳通过长度调节与锁紧装置与光伏跟踪支架的横梁相连接。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种用上述低频振动模拟试验台对光伏跟踪支架进行测试的方法，具体包括以下步骤：

对总体结构进行三维建模和有限元动力学分析的软件模拟，估算持续载荷的大小和交变载荷分量的共振点的频率和方向；根据持续载荷的大小对振动载荷传递索具进行调整，使光伏跟踪支架所加载的预紧力与持续载荷大小相符；根据交变载荷的频率和方向设置低频振动模拟试验台的频率和载荷施加方向，进行扫频试验、寻找实际共振点；在实际共振发生的频率参数基础上，设计从小到大逐渐变化的振幅；根据试验规范进行规定时间的持续试验，对是否符合设计要求作出评估，或者做到出现零件疲劳失效为止，对失效零件进行进一步评估、对薄弱环节进行加强和优化。

上述的测试方法中，所述的低频振动模拟试验台的持续载荷分量设置和调节方法是：将连接低频振动源发生器和光伏跟踪支架的振动载荷传递索具中的拉簧的拉伸长度进行调整；根据胡克定律，光伏跟踪支架所承受的拉力等于弹簧拉伸长度乘以拉簧的弹性系数。

上述的测试方法中，所述的低频振动模拟试验台的频率设置方法是：通过改变变频调速电机的输出转速，来使偏心轮的转速进行相应变化；偏心轮通过销轴带动振动载荷传递索具实现由转动到线性往复拉动的转变，并将线性往复拉动运动传递到光伏跟踪支架上；线性往复拉动的频率等于电机的输出转速(转每秒)。

上述的测试方法中，所述的低频振动模拟试验台的振幅设置方法是：通过选择偏心轮上不同偏心距的销孔，来使振动载荷传递索具进行线性往复拉动时的最大运动距离产生变化，从而模拟低频振动载荷振幅；线性往复拉动运动的振幅等于销轴所在偏心孔的偏心距的两倍。

上述的测试方法中，所述的低频振动模拟试验台的频率与振幅设置的组合，组成了低频振动载荷中的交变载荷分量的特性。

上述的测试方法中，低频振动模拟试验台对于光伏跟踪支架在户外实际运行时所承受的实际风力载荷的模拟的方法是：将持续载荷分量和交变载荷分量组合起来，同时由振动载荷传递索具施加给光伏跟踪支架。

上述的测试方法中，所述的低频振动模拟试验台的载荷施加方向的设置方法是：通过调整低频振动源发生器在可调导轨支架上的高度，来使振动载荷传递索具对光伏跟踪支架的往复拉动运动的方向，从水平方向到竖直方向变化，从而模拟低频振动载荷在光伏跟踪支架横梁上的不同施加方向。

上述的测试方法中，所述的共振现象发生与否的判断方法是：在低频振动模拟试验台对光伏跟踪支架进行扫频振动测试时，固定在光伏跟踪支架和光伏板上的低频振动传感器对所在部位的振动频率和振幅进行实时检测，检测信号通过通信通道发送到控制器中；控制器将检测到的振动频率和振幅，与低频振动源发生器输出的频率和振幅进行比较；如果实测频率与信号源输出频率相等、但实测振幅大于信号源输出振幅，或者实际振幅在这个频率点上振动时的振幅有增大趋势时，则认为发生了共振。

本发明的有益效果为：提供了低频振动载荷的持续载荷分量和交变载荷分量的施加方法，使光伏跟踪支架所受到的低频振动载荷符合实际户外运转条件，能够比常规的软件模拟和局部实测方法更全面、更准确地分析在低频振动条件下的系统特性；提供了频率、振幅、方向、预紧力四个参数的调节方法，可以方便地找到系统的共振点，更快速地发现系统设计缺陷；提供了以低频振动传感器和控制器为核心的实验数据数字化实时采集分析功能，为光伏跟踪支架的设计优化提供了量化分析方法，提高新产品开发速度。

附图说明：

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1是本发明的主要组成示意图。

其中：1-控制器；2-可调导轨支架；3-低频振动源发生器；4-振动载荷传递索具；5-光伏跟踪支架；6-光伏板；7-低频振动传感器

图2是用振动载荷传递索具示意图。

其中：4.1-端部固定环；4.2-钢丝绳a；4.3-拉簧；4.4-钢丝绳b；4.5-长度调节与锁紧装置。

图3是低频振动源发生器示意图。

其中：3.1-变频调速电机；3.2-轴销；3.3-偏心轮；3.3.1-偏心销孔孔阵(偏心距分别为5、10、15、20、25、30)。

图4是使用低频振动模拟试验台对光伏跟踪支架进行试验的方法流程图。

具体实施方式：

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

如图1所示，本实施例的低频振动模拟试验台，包括：

低频振动源发生器3、可调导轨支架2、振动载荷传递索具4、光伏跟踪支架5、低频振动传感器7、控制器1，所述的低频振动信号源发生器3固定在可调导轨支架2上，所述的振动载荷传递索具4一端固定在低频振动源发生器3上、另一端固定在光伏跟踪支架5的横梁上，所述的低频振动传感器7固定在光伏跟踪支架5和光伏板上、通过信号线路与控制器1连接，控制器1通过信号线路和电源供电线路与低频振动源发生器3进行连接。

所述的可调导轨支架2，可以支撑和固定低频振动源发生器3、并且允许低频振动源发生器3在全长范围内进行任意移动，调节到合适高度后，进行紧固。

如图2所示，所述的振动载荷传递索具4，包括端部固定环4.1、钢丝绳(4.2；4.4)、拉簧4.3、长度调节与锁紧装置4.5。端部固定环4.1一端套在偏心轮3.3上的轴销3.2上，另一端与钢丝绳4.2固定，钢丝绳a4.2与拉簧4.3的一端固定，拉簧4.3另一端固定另一条钢丝绳b4.4，钢丝绳b4.4通过长度调节与锁紧装置4.5与光伏跟踪支架5的横梁相连接。

如图3所示，所述的低频振动源发生器3，包括变频调速电机3.1、偏心轮3.3、轴销3.2，所述的偏心轮3.3具有多个不同偏心距的销孔孔阵3.3.1(在本实施例中，销孔孔阵的孔中心距离回转中心的偏心距分别是5、10、15、20、25、30毫米)并固定在变频调速电机3.1的输出轴上，所述的轴销3.2固定在偏心轮3.3的销孔3.3.1中，并且根据不同的偏心距需要，选择不同的销孔进行固定。

如图4所示，用所述的低频振动模拟试验台对光伏跟踪支架进行测试的方包括以下步骤：

对总体结构进行三维建模和有限元动力学分析的软件模拟，估算持续载荷的大小和交变载荷分量的共振点的频率和方向；根据持续载荷的大小对振动载荷传递索具4进行调整，使光伏跟踪支架5所加载的预紧力与持续载荷大小相符；根据交变载荷的频率和方向设置低频振动模拟试验台的频率和载荷施加方向，进行扫频试验、寻找实际共振点；在实际共振发生的频率参数基础上，设计从小到大逐渐变化的振幅；根据试验规范进行规定时间的持续试验，对是否符合设计要求作出评估，或者做到出现零件疲劳失效为止，对失效零件进行进一步评估、对薄弱环节进行加强和优化。

所述的低频振动模拟试验台的持续载荷分量设置和调节方法是：将连接低频振动源发生器3和光伏跟踪支架5的振动载荷传递索具4中的拉簧4.3的拉伸长度进行调整；根据胡克定律，光伏跟踪支架5所承受的拉力等于弹簧拉伸长度乘以拉簧的弹性系数。

所述的低频振动模拟试验台的频率设置方法是：通过改变变频调速电机3.1的输出转速，来使偏心轮3.3的转速进行相应变化；偏心轮3.3通过销轴3.2带动振动载荷传递索具4实现由转动到线性往复拉动的转变，并将线性往复拉动运动传递到光伏跟踪支架5上；线性往复拉动的频率等于电机的输出转速(转每秒)。

所述的低频振动模拟试验台的振幅设置方法是：通过选择偏心轮3.3上不同偏心距的销孔3.3.1，来使振动载荷传递索具4进行线性往复拉动时的最大运动距离产生变化，从而模拟低频振动载荷振幅；线性往复拉动运动的振幅等于销轴3.2所在偏心孔3.3的偏心距的两倍。

所述的低频振动模拟试验台的频率与振幅设置的组合，组成了低频振动载荷中的交变载荷分量的特性。

所述的测试方法中，低频振动模拟试验台对于光伏跟踪支架5在户外实际运行时所承受的实际风力载荷的模拟的方法是：将持续载荷分量和交变载荷分量组合起来，同时由振动载荷传递索具4施加给光伏跟踪支架5。

所述的低频振动模拟试验台的载荷施加方向的设置方法是：通过调整低频振动源发生器3在可调导轨支架2上的高度，来使振动载荷传递索具4对光伏跟踪支架5的往复拉动运动的方向，从水平方向到竖直方向变化，从而模拟低频振动载荷在光伏跟踪支架5横梁上的不同施加方向。

所述的共振现象发生与否的判断方法是：在低频振动模拟试验台对光伏跟踪支架5进行扫频振动测试时，固定在光伏跟踪支架5和光伏板上的低频振动传感器7对所在部位的振动频率和振幅进行实时检测，检测信号通过通信通道发送到控制器1中；控制器1将检测到的振动频率和振幅，与低频振动源发生器3输出的频率和振幅进行比较；如果实测频率与信号源输出频率相等、但实测振幅大于信号源输出振幅，或者实际振幅在这个频率点上振动时的振幅有增大趋势时，则认为发生了共振。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。