风电叶片疲劳加载试验装置的制作方法

本发明提供一种风电叶片疲劳加载试验装置，主要用于风电叶片的疲劳测试。
背景技术：
：风电叶片疲劳加载试验装置的主要功能是对风电叶片进行疲劳加载测试。目前，采用的疲劳加载试验装置，主要有偏心质量块疲劳加载试验装置、液压惯性疲劳加载试验装置和电动伺服疲劳加载试验装置。其中，偏心质量块疲劳加载试验装置使用较多，偏心质量块疲劳加载试验装置结构简单、安装容易，但是在偏心质量块旋转过程中只有竖直分力做有用功，能量利用率低；液压惯性疲劳加载试验装置需要一套结构复杂的电液伺服系统控制，该系统要求高、能耗大、效率低，且由于该装置涉及泵、阀、缸、蓄能器等诸多液压元件，这些元件本身的疲劳寿命会影响叶片疲劳加载试验的可靠性；电动伺服疲劳加载试验装置利用伺服电机作动力源，对风电叶片进行疲劳加载试验，这种加载装置控制系统相对简单，加载可靠性高，能量利用率高，符合绿色发展的趋势，但是传统的电动伺服疲劳加载试验装置装配工艺性差，丝杠寿命低以及配重块调节困难。技术实现要素：本发明的目的在于针对上述电动伺服疲劳加载试验装置存在的问题，提供一种测试可靠性高、且便于装夹的风电叶片疲劳加载试验装置，并为该装置提供一种安装简单、组合方便、调节容易的配重块分配方法。其技术方案为：该试验装置由完全相同的2套组成，试验时成对使用。其中的1套包括机体、伺服电机、丝杠、联轴器、保护箱和滑块。机体包括支柱、横梁Ⅰ、横梁Ⅱ和导轨，长度相等、由方管制成的2条支柱位于同一平面内，一端由方管制成的横梁Ⅰ固定连接，且横梁Ⅰ长度等于连接后2条支柱外侧面之间的距离，另一端由方管制成的横梁Ⅱ固定连接，横梁Ⅱ伸出2条支柱外侧面后的两端均设有轴线垂直于2条支柱所在平面的通孔，2个销轴Ⅰ穿过通孔后的伸出端由螺母Ⅰ紧固，横梁Ⅱ伸出2条支柱外侧面后的两端靠近横梁Ⅰ一侧的侧板均切有缺口，2件截面为矩形的长条形的导轨分别安装在2条支柱之间的内侧面上，且与2条支柱所在平面平行，横梁Ⅱ沿长度方向的中心处与2条支柱所在平面平行的上、下表面设有矩形通孔，与2条支柱所在平面垂直的2个侧面设有轴线与支柱平行的圆柱通孔，伺服电机的输出轴插入横梁Ⅱ中部的圆柱通孔后，安装在横梁Ⅱ远离横梁Ⅰ的侧面上，设置在2条支柱中间、且轴线与支柱平行的丝杠一端通过联轴器与伺服电机的输出轴连接。保护箱包括安装板、侧板和宽窄不同的1组配重块，呈矩形的安装板沿着长度方向的两端中部分别设有阶梯形圆柱孔，2片安装板平行、对正布置，且阶梯形圆柱孔的大径朝外，沿着长度方向的两侧面分别通过呈矩形的2片侧板固定连接，2件长度等于保护箱2件安装板外侧面之间距离与安装板上的阶梯孔大径2倍深度之差的销轴Ⅱ两端分别装入安装板上阶梯孔的小径段孔内，安装板上阶梯孔的2个大径段孔内分别安装有厚度等于安装板上阶梯孔大径深度的挡板，长度与安装板的长边相等的多件配重块分别固定在2片安装板的外侧面上。滑块包括箱体、盖板、导向轮Ⅰ、导向轮Ⅱ、支座和一端设有较大直径轴肩的呈圆柱形的丝母，箱体呈无底无盖的矩形箱形结构，2件盖板分别安装在箱体的开口处，箱体的长度等于安装板宽度、宽度小于2条支柱内侧面之间的距离，高度大于支柱厚度、且箱体的开口处分别安装有盖板后的总高度等于保护箱的2件安装板内侧面之间距离，箱体与箱体长度方向平行的左右侧壁上沿着高度方向对称设有2排、每排多个轴线垂直于箱体侧壁的圆孔，且2排圆孔轴线之间的距离等于导轨垂直于2条支柱所在平面的宽度与导向轮Ⅰ直径之和，一端装有导向轮Ⅰ的多个销轴Ⅲ设有螺纹的另一端从箱体外侧穿过侧壁圆孔后的伸出端固定有螺母Ⅱ，箱体左右侧壁上的2排圆孔对称处，均设有多个矩形孔，中部装有导向轮Ⅱ的销轴Ⅳ，两端通过支座安装于箱体左右两侧内壁上，销轴Ⅳ轴线与箱体的高度方向平行，各导向轮Ⅱ分别与箱体左右两侧内壁上的矩形孔位置相对应，且各导向轮Ⅱ分别穿过箱体左右两侧壁上的矩形孔后与安装在2条支柱之间内侧面上导轨的内侧面接触，箱体与箱体长度方向垂直的前后侧壁中心处设有直径不等的圆孔，较大的圆孔直径等于丝母的外圆直径，较小的圆孔直径比丝杠外径大5-10mm，丝母设有轴肩的一端位于箱体外侧安装在前后壁上的大孔内。组装后的滑块装有丝母的一侧朝着伺服电机通过丝母套装在丝杠上，且丝杠穿过位于箱体前后壁上的小孔，保护箱的安装板分别固定在滑块的2件盖板外侧，且沿着滑块的长度方向对齐、宽度方向左右对称，2条弹簧两端分别挂在销轴Ⅰ和销轴Ⅱ上。所述的风电叶片疲劳加载试验装置，配重块为1组，包括配重块1、配重块2、…、配重块N，且配重块1、配重块2、…、配重块N的质量按公比为2的等比数列分配，其中配重块1的质量为：⑴配重块的种类总数N为：⑵其中，m1为配重块1的质量；n为被测叶片种类总数；N为配重块种类总数，N用去尾法圆整为自然数；i、j分别表示第i和j种叶片；S为滑块最佳振幅；Ai、Aj分别为第i和第j种叶片加载点的振幅；ki、kj分别为第i和第j种叶片加载点的刚度；ξi、ξj分别为第i和第j种叶片的阻尼比；ωi、ωj分别为第i和第j种叶片的疲劳加载角速度。所述的风电叶片疲劳加载试验装置，丝杠采用空心滚珠丝杠。所述的风电叶片疲劳加载试验装置，丝杠采用空心普通螺旋丝杠。所述的风电叶片疲劳加载试验装置，丝杠采用实心滚珠丝杠。所述的风电叶片疲劳加载试验装置，丝杠采用实心普通螺旋丝杠。本发明在现有技术的基础上，长度相等、由方管制成的2条支柱位于同一平面内，一端由方管制成的横梁Ⅰ固定连接，且横梁Ⅰ长度等于连接后2条支柱外侧面之间的距离，另一端由方管制成的横梁Ⅱ固定连接，横梁Ⅱ伸出2条支柱外侧面后的两端均设有轴线垂直于2条支柱所在平面的通孔，2个销轴Ⅰ穿过通孔后的伸出端由螺母Ⅰ紧固，横梁Ⅱ伸出2条支柱外侧面后的两端靠近横梁Ⅰ一侧的侧板均切有缺口；2件截面为矩形的长条形的导轨分别安装在2条支柱之间的内侧面上，且与2条支柱所在平面平行；横梁Ⅱ沿长度方向的中心处与2条支柱所在平面平行的上、下表面设有矩形通孔，与2条支柱所在平面垂直的2个侧面设有轴线与支柱平行的圆柱通孔，伺服电机的输出轴插入横梁Ⅱ中部的圆柱通孔后，安装在横梁Ⅱ远离横梁Ⅰ的侧面上；设置在2条支柱中间、且轴线与支柱平行的丝杠一端通过联轴器与伺服电机的输出轴连接。保护箱呈矩形的安装板沿着长度方向的两端中部分别设有阶梯形圆柱孔，2片安装板平行、对正布置，且阶梯形圆柱孔的大径朝外，沿着长度方向的两侧面分别通过呈矩形的2片侧板固定连接，2件长度等于保护箱2件安装板外侧面之间距离与安装板上的阶梯孔大径2倍深度之差的销轴Ⅱ两端分别装入安装板上阶梯孔的小径段孔内，安装板上阶梯孔的2个大径段孔内分别安装有厚度等于安装板上阶梯孔大径深度的挡板，长度与安装板的长边相等的多件配重块分别固定在2片安装板的外侧面上。滑块的呈圆柱形的丝母一端设有较大直径轴肩，箱体呈无底无盖的矩形箱形结构，2件盖板分别安装在箱体的开口处，箱体的长度等于安装板宽度、宽度小于2条支柱内侧面之间的距离，高度大于支柱厚度、且箱体的开口处分别安装有盖板后的总高度等于保护箱的2件安装板内侧面之间距离，箱体与箱体长度方向平行的左右侧壁上沿着高度方向对称设有2排、每排2个轴线垂直于箱体侧壁的圆孔，且2排圆孔轴线之间的距离等于导轨垂直于2条支柱所在平面的宽度与导向轮Ⅰ直径之和，一端装有导向轮Ⅰ的8个销轴Ⅲ设有螺纹的另一端从箱体外侧穿过侧壁圆孔后的伸出端固定有螺母Ⅱ；箱体左右侧壁上的2排圆孔对称处，均设有2个矩形孔，中部装有导向轮Ⅱ的销轴Ⅳ，两端通过支座安装于箱体左右两侧内壁上，销轴Ⅳ轴线与箱体的高度方向平行，各导向轮Ⅱ分别与箱体左右两侧内壁上的矩形孔位置相对应，且各导向轮Ⅱ分别穿过箱体左右两侧壁上的矩形孔后与安装在2条支柱之间内侧面上导轨的内侧面接触；箱体与箱体长度方向垂直的前后侧壁中心处设有直径不等的圆孔，较大的圆孔直径等于丝母的外圆直径，较小的圆孔直径比丝杠外径大5-10mm，丝母设有轴肩的一端位于箱体外侧安装在前后壁上的大孔内。组装后的滑块装有丝母的一侧朝着伺服电机通过丝母套装在丝杠上，且丝杠穿过位于箱体前后壁上的小孔，保护箱的安装板分别固定在滑块的2件盖板外侧，且沿着滑块的长度方向对齐、宽度方向左右对称，2条弹簧两端分别挂在销轴Ⅰ和销轴Ⅱ上。风电叶片疲劳加载试验装置的配重块为1组，配重块1、配重块2、…、配重块N的质量按公比为2的等比数列分配，其中配重块1的质量为：⑴配重块的种类总数N为：⑵对风电叶片进行疲劳试验时，将2套风电叶片疲劳加载试验装置对称安装在叶片夹具上面和下面，安装方向与叶片振动方向一致。然后，将叶片、叶片夹具及风电叶片疲劳加载试验装置作为一个整体，通过叶片根部的预埋螺栓固定在圆柱形基座上。以正弦速度控制电机转动，进而通过空心滚珠丝杠、或空心普通螺旋丝杠、或实心滚珠丝杠、或实心普通螺旋丝杠带动滑块在规定行程内作正弦往复运动，产生激振力对风电叶片进行疲劳加载。本发明与现有技术相比：滑块与导轨之间采用双导向轮结构，降低了滑块运动时的阻力，提高了测试可靠性，降低了对装夹工艺性的要求，降低了制造成本；配重块由多块组成，并且配重块质量按公比进行分配，能够在保证满足配重要求的前提下，组合形式多样，安装简单，调节方便；滚珠丝杠采用空心形式，改善了滚珠丝杠的散热性能，进而提高了滚珠丝杠的使用寿命。附图说明图1为本发明实施例的风电叶片疲劳加载试验安装示意图。图2为图1所示实施例的1套风电叶片疲劳加载试验装置轴测图。图3为图1所示实施例的滑块轴测图。具体实施方式1、伺服电机　2、丝杠　3、联轴器　4、支柱　5、横梁Ⅰ　6、横梁Ⅱ7、导轨　8、销轴Ⅰ　9、螺母Ⅰ　10、安装板　11、侧板　12、配重块　13、销轴Ⅱ14、挡板　15、弹簧　16、箱体　17、盖板　18、导向轮Ⅰ　19、导向轮Ⅱ20、支座　21、丝母　22、销轴Ⅲ　23、螺母Ⅱ　24、销轴Ⅳ。在图1-图3所示的实施例中：本发明在现有技术的基础上，长度相等、由方管制成的2条支柱4位于同一平面内，一端由方管制成的横梁Ⅰ5固定连接，且横梁Ⅰ5长度等于连接后2条支柱4外侧面之间的距离，另一端由方管制成的横梁Ⅱ6固定连接，横梁Ⅱ6伸出2条支柱4外侧面后的两端均设有轴线垂直于2条支柱4所在平面的通孔，2个销轴Ⅰ8穿过通孔后的伸出端由螺母Ⅰ9紧固，横梁Ⅱ6伸出2条支柱4外侧面后的两端靠近横梁Ⅰ5一侧的侧板均切有缺口；2件截面为矩形的长条形的导轨7分别安装在2条支柱4之间的内侧面上，且与2条支柱4所在平面平行；横梁Ⅱ6沿长度方向的中心处与2条支柱4所在平面平行的上、下表面设有矩形通孔，与2条支柱4所在平面垂直的2个侧面设有轴线与支柱4平行的圆柱通孔，伺服电机1的输出轴插入横梁Ⅱ6中部的圆柱通孔后，安装在横梁Ⅱ6远离横梁Ⅰ5的侧面上；设置在2条支柱4中间、且轴线与支柱4平行的丝杠2一端通过联轴器3与伺服电机1的输出轴连接。保护箱呈矩形的安装板10沿着长度方向的两端中部分别设有阶梯形圆柱孔，2片安装板10平行、对正布置，且阶梯形圆柱孔的大径朝外，沿着长度方向的两侧面分别通过呈矩形的2片侧板11固定连接，2件长度等于保护箱2件安装板10外侧面之间距离与安装板10上的阶梯孔大径2倍深度之差的销轴Ⅱ13两端分别装入安装板10上阶梯孔的小径段孔内，安装板10上阶梯孔的2个大径段孔内分别安装有厚度等于安装板10上阶梯孔大径深度的挡板14，长度与安装板10的长边相等的多件配重块12分别固定在2片安装板10的外侧面上。滑块的呈圆柱形的丝母21一端设有较大直径轴肩，箱体16呈无底无盖的矩形箱形结构，2件盖板17分别安装在箱体16的开口处，箱体16的长度等于安装板10宽度、宽度小于2条支柱4内侧面之间的距离，高度大于支柱4厚度、且箱体16的开口处分别安装有盖板17后的总高度等于保护箱的2件安装板10内侧面之间距离，箱体16与箱体16长度方向平行的左右侧壁上沿着高度方向对称设有2排、每排2个轴线垂直于箱体16侧壁的圆孔，且2排圆孔轴线之间的距离等于导轨7垂直于2条支柱4所在平面的宽度与导向轮Ⅰ18直径之和，一端装有导向轮Ⅰ18的8个销轴Ⅲ22设有螺纹的另一端从箱体16外侧穿过侧壁圆孔后的伸出端固定有螺母Ⅱ23；箱体16左右侧壁上的2排圆孔对称处，均设有2个矩形孔，中部装有导向轮Ⅱ19的销轴Ⅳ24，两端通过支座20安装于箱体16左右两侧内壁上，销轴Ⅳ24轴线与箱体16的高度方向平行，各导向轮Ⅱ19分别与箱体16左右两侧内壁上的矩形孔位置相对应，且各导向轮Ⅱ19分别穿过箱体16左右两侧壁上的矩形孔后与安装在2条支柱4之间内侧面上导轨7的内侧面接触；箱体16与箱体16长度方向垂直的前后侧壁中心处设有直径不等的圆孔，较大的圆孔直径等于丝母21的外圆直径，较小的圆孔直径比丝杠2外径大5-10mm，丝母21设有轴肩的一端位于箱体16外侧安装在前后壁上的大孔内。组装后的滑块装有丝母21的一侧朝着伺服电机1通过丝母21套装在丝杠2上，且丝杠2穿过位于箱体16前后壁上的小孔，保护箱的安装板10分别固定在滑块的2件盖板17外侧，且沿着滑块的长度方向对齐、宽度方向左右对称，2条弹簧15两端分别挂在销轴Ⅰ8和销轴Ⅱ13上。风电叶片疲劳加载试验装置的配重块12为1组，各种配重块12的质量按公比为2的等比数列分配，其中第1块配重块12的质量为：⑴配重块12的种类总数N为：⑵对风电叶片进行疲劳试验时，将2套风电叶片疲劳加载试验装置对称安装在叶片夹具上面和下面，安装方向与叶片振动方向一致。然后，将叶片、叶片夹具及风电叶片疲劳加载试验装置作为一个整体，通过叶片根部的预埋螺栓固定在圆柱形基座上。以正弦速度控制伺服电机1转动，进而通过空心滚珠丝杠2带动滑块在规定行程内作正弦往复运动，产生激振力对风电叶片进行疲劳加载。假定被测叶片种类总数n=6，滑块最佳振幅S=0.3m，则各种叶片的加载点振幅A、加载点刚度k、叶片阻尼比ξ和加载角速度ω如下表所示：参数n=1n=2n=3n=4n=5n=6振幅A/m0.200.240.300.320.380.40刚度k/N·m-1155000175000205000215000250000265000阻尼比ξ0.02500.02580.02660.02700.02750.0280角速度ω/rad·s-12.00π1.80π1.50π1.40ππ0.96π将表中参数带入公式⑴得：m1=23.758kg，将m1及表中参数带入公式⑵得N=4，配重块12按公比为2，首项为m1的等比数列分配，故m2=47.516kg，m3=95.032kg，m4=190.064kg。当前第1页1 2 3