一种适用于风电叶片的电动往复式疲劳加载试验装置的制作方法

本实用新型涉及技术疲劳试验技术领域，具体是涉及一种适用于风电叶片的电动往复式疲劳加载试验装置。

背景技术：

风力发电是一种运用风力发电机组把风的动能转变成机械能，再把机械能转化为电能的技术，而风力发电机组的风轮是把风的动能转变为机械能的重要部件，风轮通常由数根具有螺旋面的叶片组成。当风吹向叶片时，叶片上产生气动力驱动风轮转动。因而，叶片的翼型设计和结构形式会直接影响风力发电机组的性能和功率。

由于叶片是直接与空气接触的，因此，叶片所用材料将直接影响它的寿命。为确保在野外极其恶劣的环境中能够长期地安全运行，对叶片材料提出了密度小、抗疲劳强度高、力学性能优越的要求。为了测试叶片在整个生命周期内的可靠性，通常需要对叶片进行抗疲劳试验。

如中国实用新型专利(CN 201540229 U)公开了一种兆瓦级风电机组叶片疲劳试验装置，其由叶片夹持工装、关节连接接头、力传感器、大位移液压伺服加载作动器、支撑基座、与疲劳试验控制系统构成，其中，支撑基座与大位移液压伺服加载作动器连接，大位移液压伺服加载作动器与力传感器连接，力传感器与关节连接接头连接、关节连接接头与叶片夹持工装连接，疲劳试验控制系统与大位移液压伺服加载作动器连接。该兆瓦级风电机组叶片疲劳试验装置采用液压力向叶片竖向加载，从而进行挥舞方向上的疲劳加载试验。但是，此种兆瓦级风电机组叶片疲劳试验装置只能进行叶片挥舞方向上的疲劳加载试验，而无法同时进行叶片摆振方向上的疲劳加载试验。并且，此种采用大位移液压伺服加载作动器对风电叶片进行强制加载需要消耗更多的能量。

针对上述情况，中国实用新型专利(CN 202471379 U)公开了一种大型风轮叶片摆振方向疲劳试验装置，包含激振器和叶片夹具，激振器上有可调速电机，可调速电机的输出轴上连接横连杆，横连杆外端连接配重轴杆，配重轴杆上有配重体，在电机座的一侧连接叶片夹具。所述的大型风轮叶片摆振方向疲劳试验装置，采用共振试验方法的原理并在低于风轮叶片固有频率的很窄的频率范围内激振风轮叶片，使风轮叶片在摆振方向下做循环反复运动，直到满足所要求的循环次数，从而实现风轮叶片摆振方向的疲劳试验。

但是，无论是上述的兆瓦级风电机组叶片疲劳试验装置，还是上述的大型风轮叶片摆振方向疲劳试验装置，均无法同时对叶片进行竖向和横向的复合疲劳加载试验。因而脱离叶片的实际使用工况,加载效果不甚理想,这就使得疲劳加载试验的可靠性和试验结果的准确性均有待提高。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种适用于风电叶片的电动往复式疲劳加载试验装置，旨在能够对风电叶片进行挥舞方向和摆振方向的复合疲劳加载试验。

具体技术方案如下：

一种适用于风电叶片的电动往复式疲劳加载试验装置，用于对风电叶片进行挥舞方向和摆振方向的复合疲劳加载试验具有这样的特征，包括：风电叶片夹具，套装在风电叶片某段截面上；第一竖向电动加载模块，安装于组风电叶片夹具的前端；第二竖向电动加载模块，安装于组风电叶片夹具的后端；第一横向电动加载模块，安装于组风电叶片夹具的顶端；以及第二横向电动加载模块，安装于组风电叶片夹具的底端；其中，第一竖向电动加载模块和第二竖向电动加载模块用于对风电叶片进行竖向往复式疲劳加载，第一横向电动加载模块和第二横向电动加载模块用于对风电叶片进行横向往复式疲劳加载。

进一步地，在本实用新型提供的适用于风电叶片的电动往复式疲劳加载试验装置中，还可以具有这样的特征，第一竖向电动加载模块包括：前框架，与风电叶片夹具的前端搭接；第一配重体，与前框架的顶部弹性连接；以及第一驱动装置，竖向安装在前框架的顶部，并驱动第一配重体在前框架内竖向往复移动。

进一步地，在本实用新型提供的适用于风电叶片的电动往复式疲劳加载试验装置中，还可以具有这样的特征，第一配重体包含：一方箱，顶部由两根分设于第一驱动装置两侧的弹簧与前框架的顶部连接；若干质量块，可拆卸地安装在方箱的前侧壁或/和后侧壁。

进一步地，在本实用新型提供的适用于风电叶片的电动往复式疲劳加载试验装置中，还可以具有这样的特征：前框架设有竖向贯穿方箱的导轨，并且，方箱安装有沿导轨滑动的滑靴。

进一步地，在本实用新型提供的适用于风电叶片的电动往复式疲劳加载试验装置中，还可以具有这样的特征：第一驱动装置为电动推杆。

进一步地，在本实用新型提供的适用于风电叶片的电动往复式疲劳加载试验装置中，还可以具有这样的特征，第二竖向电动加载模块包括：后框架，与风电叶片夹具的后端搭接；第二配重体，与后框架的底部弹性连接；以及第二驱动装置，竖向安装在后框架的底部，并驱动第二配重体在后框架内竖向往复移动。

进一步地，在本实用新型提供的适用于风电叶片的电动往复式疲劳加载试验装置中，还可以具有这样的特征，第一横向电动加载模块包括：上框架，与风电叶片夹具的顶端搭接；第三配重体，可移动地安装在所述上框架上；以及第三驱动装置，横向安装在上框架的后部，并驱动第三配重体在上框架内横向往复移动。

进一步地，在本实用新型提供的适用于风电叶片的电动往复式疲劳加载试验装置中，还可以具有这样的特征，第三配重体包含：一方箱，与所述第三驱动装置连接；若干质量块，可拆卸地安装在方箱的上侧壁或/和下侧壁。

进一步地，在本实用新型提供的适用于风电叶片的电动往复式疲劳加载试验装置中，还可以具有这样的特征：上框架

设有横向贯穿方箱的导轨，并且，方箱安装有沿导轨滑动的滑靴。

进一步地，在本实用新型提供的适用于风电叶片的电动往复式疲劳加载试验装置中，还可以具有这样的特征，第二横向电动加载模块包括：下框架，与风电叶片夹具的底端搭接；第四配重体，可移动地安装在所述下框架上；以及第四驱动装置，横向安装在下框架的前部，并驱动第四配重体在下框架内横向往复移动。

上述技术方案的积极效果是：

本实用新型提供的适用于风电叶片的电动往复式疲劳加载试验装置中，通过在风电叶片夹具的前端和后端分别设置第一竖向电动加载模块和第二竖向电动加载模块，并由第一竖向电动加载模块和第二竖向电动加载模块利用质量同步地往复运动产生的惯性力同时对风电叶片进行竖向(挥舞方向)往复式疲劳加载；通过在风电叶片夹具的顶端和底端分别设置第一横向电动加载模块和第二横向电动加载模块，并由第一横向电动加载模块和第二横向电动加载模块利用质量同步地往复运动产生的惯性力同时对风电叶片进行横向(摆振方向)往复式疲劳加载，从而实现风电叶片的挥舞方向和摆振方向的复合疲劳加载，更加符合风电叶片的使用工况,提高加载效果,缩短疲劳加载试验周期,并有效提高疲劳加载试验的可靠性和试验结果的准确性。

并且，本实用新型提供的适用于风电叶片的电动往复式疲劳加载试验装置中，通过利用惯性质量往复运动频率与风电叶片加载方向固有频率基本一致产生共振对风电叶片进行疲劳加载，不仅节省加载能量，在加载试验过程中，不会对风电叶片产生纵向力和局部弯矩，因而还具有安全性好，无需防护装置的优点。

另外，本实用新型提供的适用于风电叶片的电动往复式疲劳加载试验装置具有结构简单、重量轻、功率重量比高、能有效降低因疲劳加载试验装置自重对风电叶片加载效果的影响等优点。

附图说明

图1为本实用新型的实施例一中提供的风电叶片在进行复合疲劳加载试验的安装示意图。

图2为本实用新型的实施例一中提供的电动往复式疲劳加载试验装置的立体图。

图3为本实用新型的实施例一中提供的第一竖向电动加载模块的立体图。

图4为本实用新型的实施例一中提供的第一横向电动加载模块的立体图。

图5为本实用新型的实施例一中提供的电动往复式疲劳加载试验装置在另一视觉方向上的立体图。

图6为本实用新型的实施例二中提供的电动往复式疲劳加载试验装置的立体图。

图7为本实用新型的实施例三中提供的电动往复式疲劳加载试验装置的立体图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图1至图7对本实用新型提供的适用于风电叶片的电动往复式疲劳加载试验装置作具体阐述。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“前端”、“后端”、“顶端”、“底端”、“左侧”、“右侧”、“顶部”、“底部”、“前部”、“后部”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“搭接”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

<实施例一>

在本实施例提供的电动往复式疲劳加载试验装置适用于风电叶片，用于对风电叶片进行竖向和横向的复合疲劳加载试验，如图1所示，风电叶片200横向固定于加载试验支座300上。在本实施例中，将风电叶片200的长度方向定义为纵向，垂直于纵向的水平方向定义为横向(即风电叶片200的摆振方向)，并将垂直于纵向的竖直方向定义为竖向(即风电叶片200的挥舞方向)。

如图2和图3所示，往复式疲劳加载试验装置100包括：风电叶片夹具1、第一竖向电动加载模块2、第二竖向电动加载模块3、第一横向电动加载模块4、以及第二横向电动加载模块5。其中，风电叶片夹具1套装在风电叶片200的某段截面上，第一竖向电动加载模块2安装于组风电叶片夹具1的前端，第二竖向电动加载模块3安装于组风电叶片夹具1的后端，第一横向电动加载模块4安装于组风电叶片夹具1的顶端，第二横向电动加载模块5安装于组风电叶片夹具1的底端。

在本实施例中，第一竖向电动加载模块2和第二竖向电动加载模块3利用惯性质量往复运动频率与风电叶片200加载方向固有频率基本一致产生的共振对风电叶片200进行竖向(挥舞方向)往复式疲劳加载。

第一竖向电动加载模块2包括：前框架21、第一配重体22、以及第一驱动装置23。具体的，前框架21与风电叶片夹具1的前端搭接，前框架21由两根纵梁(21a、21b)和两根竖梁(21c、21d)搭接形成。第一配重体22与前框架21的顶部弹性连接，作为优选的技术方案，第一配重体22包含：一方箱221和若干质量块222。第一驱动装置23竖向安装在前框架21的顶部，用于驱动第一配重体22在前框架21内竖向往复移动进行加载。

其中，鉴于电动推杆具有传动效率高、磨损小的优点，第一驱动装置23优选为电动推杆，电动推杆竖向安装在上纵梁21a的顶部，并且，电动推杆的推杆231贯穿上纵梁21a并与方箱221连接。此种驱动方式可提高往复式疲劳加载试验装置自身的效率和可靠性、延长寿命，同时还能提高风电叶片疲劳加载试验的可靠性。

在本实施例中，方箱221的顶部由两根分设于第一驱动装置23两侧的弹簧24与前框架21的顶部连接，并且，若干质量块222可拆卸地安装在方箱221的前侧壁和后侧壁。当然，若干质量块222也可以是安装在方箱221的前侧壁或右侧壁，另外，质量块222之间可相互横向堆叠。

作为优选的技术方案，前框架21设有竖向贯穿方箱221的导轨25，并且，方箱221安装有沿导轨25滑动的滑靴26，第一配重体22跟随滑靴26沿导轨25竖向往复移动。

如图2、图3、以及图5所示，第二竖向电动加载模块3包括：后框架31、第二配重体32、以及第二驱动装置33。在本实施例中，后框架31与前框架21的结构相同，第二配重体32与第一配重体22的结构相同，第二驱动装置33与第一驱动装置23的结构相同。因此，此处不再赘述。相对于第一竖向电动加载模块2，区别在于，为了防止第二竖向电动加载模块3干涉第一横向电动加载模块4的运行，后框架31与风电叶片夹具1的后端搭接，第二配重体32与后框架31的底部弹性连接，第二驱动装置33竖向安装在后框架31的底部，并驱动第二配重体32在后框架31内竖向往复移动。

如图2和图4所示，在本实施例中，第一横向电动加载模块4和第二横向电动加载模块5利用惯性质量往复运动频率与风电叶片200加载方向固有频率基本一致产生的共振对风电叶片200进行横向(摆振方向)往复式疲劳加载。

第一横向电动加载模块4包括：上框架41、第三配重体42、以及第三驱动装置43。具体的，上框架41与风电叶片夹具1的顶端搭接。上框架41由两根纵梁(41a、41b)和两根横梁(41c、41d)搭接形成。第三配重体42可移动地安装在上框架41上，作为优选的技术方案，第三配重体42包含一方箱421和若干质量块422。第三驱动装置43横向安装在上框架41的后部，用于驱动第三配重体43在上框架41内横向往复移动进行加载。同样的，在本实施例中，第三驱动装置43优选为电动推杆，并且，电动推杆竖向安装在后纵梁41b的后部，电动推杆的推杆(图中未显示)贯穿后纵梁41b并与方箱421连接。

在本实施例中，方箱421与第三驱动装置43连接，并且，若干质量块422可拆卸地安装在方箱421的上侧壁和下侧壁，当然，若干质量块422也可以是安装在方箱421的前侧壁或右侧壁，另外，质量块422之间可竖向相互堆叠。

作为优选的技术方案，上框架41设有横向贯穿方箱421的导轨44，并且，方箱521安装有沿导轨44滑动的滑靴45，第三配重体42跟随滑靴45沿导轨44横向往复移动。

如图2、图4、以及图5所示第二横向电动加载模块5包括：下框架51、第四配重体52、以及第四驱动装置53。在本实施例中，下框架51与上框架41的结构相同，第四配重体52与第三配重体42的结构相同，第四驱动装置53与第三驱动装置43的结构相同。因此，此处不再赘述。相对于区别在于，为了防止干涉第二竖向电动加载模块3的运行，下框架51与风电叶片夹具1的底端搭接，第四配重体52可移动地安装在下框架51上，第四驱动装置53竖向安装在下框架51的前部，并驱动第四配重体53在下框架51内横向往复移动进行加载。

本实施例提供的适用于风电叶片的电动往复式疲劳加载试验装置中，通过在风电叶片夹具的前端和后端分别设置第一竖向电动加载模块和第二竖向电动加载模块，并由第一竖向电动加载模块和第二竖向电动加载模块同时对风电叶片进行竖向(挥舞方向)往复式疲劳加载；通过在风电叶片夹具的顶端和底端分别设置第一横向电动加载模块和第二横向电动加载模块，并由第一横向电动加载模块和第二横向电动加载模块同时对风电叶片进行横向(摆振方向)往复式疲劳加载。从而实现风电叶片的挥舞方向和摆振方向的复合式疲劳加载，更加符合风电叶片的使用工况、提高加载效果、缩短疲劳加载试验周期、并有效提高疲劳加载试验的可靠性和试验结果的准确性。

并且，本实施例提供的适用于风电叶片的电动往复式疲劳加载试验装置中，通过利用惯性质量往复运动频率与风电叶片加载方向固有频率基本一致产生共振对风电叶片进行疲劳加载，不仅节省加载能量，在加载试验过程中，不会对风电叶片产生纵向力和局部弯矩，因而还具有安全性好，无需防护装置的优点。

另外，本实施例提供的适用于风电叶片的电动往复式疲劳加载试验装置具有结构简单、重量轻、功率重量比重高、能有效降低因疲劳加载试验装置自重对风电叶片加载效果的影响。

<实施例二>

在本实施例中，与实施例一中相同的部分，给予相同的编号，并省略相同的说明。

本实施例提供的电动往复式疲劳加载试验装置应用于只需对风电叶片进行挥舞方向的往复式疲劳加载。

如图6所示，相对于实施例一，本实施例的不同点在于：

在本实施例中，往复式疲劳加载试验装置只包括：风电叶片夹具1、第一竖向电动加载模块2、以及第二竖向电动加载模块6，并且，第一竖向电动加载模块2和第二竖向电动加载模块6完全相同，并前后对齐。

在本实施例中，第一竖向电动加载模块2的电动推杆23和第二竖向电动加载模块6的电动推杆63均置于叶片夹具1的顶部。

<实施例三>

在本实施例中，与实施例一中相同的部分，给予相同的编号，并省略相同的说明。

本实施例提供的电动往复式疲劳加载试验装置应用于只需对风电叶片进行摆振方向的往复式疲劳加载。

如图7所示，相对于实施例一和实施例二，本实施例的不同点在于：在本实施例中，往复式疲劳加载试验装置只包括：风电叶片夹具1、第一横向电动加载模块4、以及第二横向电动加载模块7，并且，第一横向电动加载模块4和第二横向电动加载模块7完全相同，并上下对齐。

在本实施例中，两个电动推杆均置于叶片夹具1的后部，当然，在本实用新型提供的往复式疲劳加载试验装置中，两个电动推杆还可置于叶片夹具1的前部。

实施例一至实施例三仅为本实用新型较佳的实施例，但并非因此限制本实用新型的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本实用新型说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本实用新型的保护范围内。