一种风电叶片疲劳测试加载装置的制作方法

1.本实用新型涉及风电叶片的技术领域，尤其涉及一种风电叶片疲劳测试加载装置。


背景技术：

2.现阶段，每一款新叶片在投入使用前需要经过全尺寸疲劳测试，叶片需要经过挥舞和摆振两个方向的振动测试，并且振动次数一般需要数百万次。
3.常用的叶片疲劳测试系统通常使用摆锤或往复式疲劳加载方式对叶片进行共振加载。如公开号为cn202710300u的中国实用新型专利公开了一种兆瓦级风力发电机叶片的疲劳试验装置，其通过旋转安装在叶片上的偏心质量块对叶片施加简谐激振力，对叶片进行共振测试。
4.这种依靠额外的质量块提供激振力的激振设备往往需要提供很大的电机轴力和电机功率。此外由于激振设备自重较大，会造成叶片偏载。如公开号为cn212110522u的中国实用新型专利公开的风电叶片疲劳测试系统，虽然其克服了常规惯性式疲劳加载方式存在的消耗功率和自重大等不足，但其需要一个大型支架才能实现对叶片施加双侧激振力，额外成本较高。
5.因此，现有的疲劳测试装置存在以下问题：1、惯性式加载装置安装于叶片会受到惯性附加力，不仅影响装置的使用寿命，还会增加电机额外的功率；2、惯性式加载装置较大自重会引起叶片偏载；3、非惯性式疲劳加载方式需要额外大型支架才能提供完整的简谐激振力。


技术实现要素：

6.针对现有的上述问题，现旨在提供一种风电叶片疲劳测试加载装置，通过绕设在卷筒上的加载缆索，带动叶片夹具上下运动，从而实现了模拟叶片的往复振动。
7.具体技术方案如下：
8.一种风电叶片疲劳测试加载装置，包括：测试基座、叶片、叶片夹具和加载组件，所述测试基座固定设置，所述叶片的根部与所述测试基座固定连接，所述叶片夹具设置在所述叶片上，所述加载组件用于驱动所述叶片往复运动；
9.所述加载组件包括：
10.第一连接杆，所述第一连接杆的一端与所述叶片夹具铰接；
11.至少一第一卷筒，所述第一卷筒通过第一加载缆索与所述第一连接杆的另一端传动连接；
12.至少一驱动装置，所述驱动装置与所述第一卷筒传动连接。
13.上述的风电叶片疲劳测试加载装置，其中，所述第一连接杆的上端与叶片夹具铰接。
14.上述的风电叶片疲劳测试加载装置，其中，所述加载组件还包括：第一支撑座和第
二连接杆，所述第一支撑座与所述第二连接杆的中部铰接，所述第二连接杆的一端与所述第一连接杆的另一端铰接，所述第一卷筒通过所述第一加载缆索与所述第二连接杆传动连接。
15.上述的风电叶片疲劳测试加载装置，其中，所述加载组件包括：两所述驱动装置、两所述第一加载缆索和两所述第一卷筒，两所述驱动装置分别与两所述第一卷筒传动连接，两所述第一卷筒分别通过两所述第一加载缆索分别与所述第二连接杆的两端传动连接。
16.上述的风电叶片疲劳测试加载装置，其中，所述加载组件还包括：对称设置在所述第一卷筒的两侧的第一转向滑轮，所述第一加载缆索的两端分别与所述第二连接杆的两端连接，所述第一加载缆索分别与两所述第一转向滑轮传动连接。
17.上述的风电叶片疲劳测试加载装置，其中，所述加载组件还包括：两配重块，两所述配重块分别设置在所述第二连接杆的两端上。
18.上述的风电叶片疲劳测试加载装置，其中，所述加载组件还包括：至少一滑块和一固定块，所述滑块用于与一纵向平面上的导向槽滑动连接，所述滑块与所述第一连接杆铰接，所述固定块设于所述第一加载缆索上，所述固定块与所述第一连接杆铰接，所述第一卷筒通过所述第一加载缆索与所述固定块传动连接。
19.上述的风电叶片疲劳测试加载装置，其中，所述加载组件还包括：第二支撑座和第二转向滑轮，所述第二转向滑轮转动设置在所述第二支撑座上，且与所述第一加载缆索抵接。
20.上述的风电叶片疲劳测试加载装置，其中，所述加载组件还包括：张紧轮，所述张紧轮设置在所述第二支撑座上，所述张紧轮与所述第一加载缆索抵接。
21.上述的风电叶片疲劳测试加载装置，其中，所述加载组件还包括：第二卷筒、第二电机和四第三连接杆，四所述第三连接杆首尾依次铰接形成一菱形，所述第二卷筒与所述第二电机传动连接，所述第二卷筒通过两第二加载缆索分别与四所述第三连接杆的两侧的铰接点传动连接，以使四所述第三连接杆的上下两端的铰接点相对运动或相背运动，所述第一卷筒通过所述第一加载缆索与四所述第三连接杆的上端的铰接点传动连接。
22.上述技术方案与现有技术相比具有的积极效果是：
23.(1)本实用新型通过叶片夹具和至少一个卷筒的设计，能够满足风电叶片单轴、双轴的单点或多点的疲劳测试场景，且多个卷筒的组合使用能够增加疲劳加载系统的激振能力，可适应不同规格的叶片疲劳测试需求；
24.(2)本实用新型通过加载缆索和连接杆(第一连接杆、第二连接杆、第三连接杆)直接对叶片施加激振力，弥补了常用惯性加载方式受到叶片附加惯性力而造成的电机功率较大的不足；
25.(3)本实用新型通过加载缆索和连接杆的组合使用，即软硬连接相组合的方式，避免了纯硬连接可能由于输出功率和叶片运动不同步造成的叶片局部受到额外损伤的情况；
26.(4)本实用新型通过电机输出叶片所需激振力，可弥补液压驱动长期运行造成的控制精度不准确、工作效率较低等不足；
27.(5)本实用新型还可在加载模块中的连接杆上添加配重质量块，即可改变叶片的测试弯矩分布，也可缓解配重质量直接加在叶片上导致的叶片偏载情况。
附图说明
28.图1为本实用新型一种风电叶片疲劳测试加载装置的第一实施例的示意图；
29.图2为本实用新型一种风电叶片疲劳测试加载装置的第二实施例的示意图；
30.图3为本实用新型一种风电叶片疲劳测试加载装置的第三实施例的示意图；
31.图4为本实用新型一种风电叶片疲劳测试加载装置的第四实施例的示意图。
32.附图中：1、驱动装置；2、第一卷筒；3、第二连接杆；4、第一连接杆；5、第一加载缆索；6、第一支撑座；7、叶片夹具；8、配重块；9、叶片；10、测试基座；11、第一转向滑轮；12、导向槽；13、第三连接杆；14、第二转向滑轮；15、固定块；16、张紧轮；17、第二加载缆索；18、滑块；19、第二支撑座；20、第二卷筒。
具体实施方式
33.下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为本实用新型的限定。
34.第一实施例：
35.图1为本实用新型一种风电叶片疲劳测试加载装置的第一实施例的示意图，如图1所示，示出了一种较佳实施例的风电叶片疲劳测试加载装置的第一实施例，风电叶片疲劳测试加载装置包括：测试基座10、叶片9、叶片夹具7和加载组件，叶片9的根部与测试基座10固定连接，叶片夹具7设置在叶片9上，加载组件用于驱动叶片9往复运动，进而模拟叶片9的振动；
36.加载组件包括：
37.第一连接杆4，第一连接杆4的一端与叶片夹具7铰接；
38.至少一第一卷筒2，第一卷筒2通过第一加载缆索5与第一连接杆4的另一端传动连接；
39.至少一驱动装置1，驱动装置1与第一卷筒2传动连接。
40.驱动装置1可以选用电机、液压马达等。
41.进一步，作为一种较佳的实施例，第一连接杆4的上端与叶片夹具7铰接。
42.进一步，作为一种较佳的实施例，加载组件还包括：第一支撑座6和第二连接杆3，第一支撑座6与第二连接杆3的中部铰接，第二连接杆3的一端与第一连接杆4的另一端铰接，第一卷筒2通过第一加载缆索5与第二连接杆3传动连接，第一卷筒2的数量为两个，第一加载缆索5的数量为两根，每一根第一加载缆索5的一端均绕设在对应的第一卷筒2上，每一根第一加载缆索5的另一端均固定设置在第二连接杆3的一端，比如第一加载缆索5可以直接系在第二连杆3上，或第二连杆3上设置有通孔，第一加载缆索5穿过该通孔后系在第二连杆3上，每个第一卷筒2均与驱动装置1的输出轴刚性连接，两个驱动装置1反相位工作，左侧驱动装置1向下拉动第一加载缆索5时，右侧的驱动装置1释放第一加载缆索5，第二连接杆3围绕第一支撑座6逆时针旋转，带动第一连接杆4推动叶片9向上运动；左侧的驱动装置1向上释放第一加载缆索5时，右侧的驱动装置1下拉第一加载缆索5，第二连接杆3围绕第一支撑座6顺时针旋转，第一连接杆4拉动叶片9向下运动。两个驱动装置1交替工作，实现叶片9的往复振动。
43.优选的，第一连接杆4的另一端与叶片夹具7通过万向铰铰接。
44.优选的，第一支撑座6铰接在第一连接杆4的中间。
45.以上仅为本实用新型较佳的实施例，并非因此限制本实用新型的实施方式及保护范围。
46.本实用新型在上述基础上还具有如下实施方式：
47.第二实施例：
48.图2为本实用新型一种风电叶片疲劳测试加载装置的第二实施例的示意图，如图2所示，第二实施例的主体结构与第一实施例大致相同，不同之处在于：加载组件还包括：对称设置在第一卷筒2的两侧的第一转向滑轮11，第一加载缆索5的两端分别与第二连接杆3的两端连接，第一加载缆索5分别与两第一转向滑轮11传动连接，两第一转向滑轮11分别位于第二连接杆3的下方，第一卷筒2位于两第一转向滑轮11之间，第一加载缆索5的数量为一根，第一加载缆索5绕设在第一卷筒2上，第一卷筒2设置在第一加载缆索5的中间，第一加载缆索5的两端分别与第二连接杆3的两端固定连接，两第一转向滑轮11分别设置在第一卷筒2的两侧，第一加载缆索5的两端分别与两第一转向滑轮11滑动连接，驱动装置1通过正、反转带动第二连接杆3转动，实现叶片9的往复振动。
49.进一步，作为一种较佳的实施例，第一实施例和第二实施例中的转动组件还包括：两配重块8，两配重块8分别设置在第二连接杆3的两端，配重块8跟随第二连接杆3的转动引起的惯性力可改变叶片9的弯矩分布。
50.优选的，两配重块8对称分布在第二连杆3的两端。
51.上述两种实施例中，驱动装置1可以提供周期性负载力，实现闭环控制，具有跟踪叶片9共振频率的优点。
52.第三实施例：
53.图3为本实用新型一种风电叶片疲劳测试加载装置的第三实施例的示意图，如图3所示，本实施例是在实施例一和实施例二的基础上进行变化而得，不同之处在于：加载组件还包括：至少一滑块18和一固定块15，滑块18用于与一纵向平面上的导向槽12滑动连接，滑块18与第一连接杆4铰接，固定块15设于第一加载缆索5上，固定块15与第一连接杆4铰接，第一卷筒2通过第一加载缆索5与固定块15传动连接。
54.进一步，作为一种较佳的实施例，加载组件还包括：第二支撑座19和第二转向滑轮14，第二转向滑轮14转动设置在第二支撑座19上，且与第一加载缆索5抵接。
55.进一步，作为一种较佳的实施例，加载组件还包括：张紧轮16，张紧轮16设置在第二支撑座19上，张紧轮16与第一加载缆索5抵接，第二转向滑轮14和张紧轮16保证第一加载缆索5不会晃动。
56.第一连接杆4可滑动地设置在导向槽12内，第一连接杆4和固定块15采用万向铰连接，并通过导向槽12上下运动，驱动装置1正、反转动带动绕制在第一卷筒2上的第一加载缆索5上下运动，从而带动第一连接杆4直接激励叶片9进行振动，本实施例的结构紧凑，占用较小的空间，可整体安装在一个支架上，充分利用测试场地的空间高度。
57.第四实施例：
58.图4为本实用新型一种风电叶片疲劳测试加载装置的第四实施例的示意图，如图4所示，本实施例是在实施例三的基础上进行变化而得，不同之处在于，加载组件还包括：第二卷筒20、第二电机和四个第三连接杆13，四个第三连接杆13首尾依次铰接形成一菱形，第
二卷筒20与第二电机传动连接，第二卷筒20通过两第二加载缆索17分别与四个第三连接杆13的两侧的铰接点传动连接，以使四第三连接杆13的上下两端的铰接点相对运动或相背运动，第一卷筒2通过第一加载缆索5与四第三连接杆13的上端的铰接点传动连接。
59.第二电机收紧第二加载缆索17，第二加载缆索17拉动四个第三连杆13连接的棱形进行变形靠拢，此时位于地面的驱动装置1释放第一加载缆索5，叶片9受到向上的激振力。
60.位于上部的第二电机释放第二加载缆索17，地面的驱动装置1收紧第一加载缆索5，叶片9受到向下激振力。
61.驱动装置1和第二电机交替运行，能够对叶片9施加完整的简谐激振力。
62.进一步，作为一种较佳的实施例，四个第三连接杆13围成一竖截面呈棱形的几何空间，第二卷筒20设置在棱形的几何中心。
63.优选的，上述的第一加载缆索5和第二加载缆索17均为钢索或缆绳。
64.优选的，上述的第一连接杆4、第二连接杆3、第三连接杆13均选用高强度钢质杆件。
65.优选的，上述的驱动装置1、第二电机为带有检测加载力和位移的传感器的电机。
66.以上仅为本实用新型较佳的实施例，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。