伺服电机驱动的风电叶片疲劳试验激振装置及试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种伺服电机驱动的风电叶片疲劳试验激振装置及试验方法，该装置通过伺服电机控制中心架做正弦规律的简谐振动，在叶片上产生按照正弦规律变化的驱动其振动的激振力。利用伺服电机驱动配重块作直线往复运动而产生反作用力，使叶片能够沿挥舞方向或摆振方向振动；其激振频率可以随时改变，保证系统始终处于共振状态从而完成风电叶片的疲劳试验。本发明专利技术可实现较短时间完成风电叶片的疲劳试验，提高了试验效率，降低成本。

Fatigue test excitation device and test method of wind turbine blade driven by servo motor

The invention relates to a wind turbine blade fatigue test excitation device driven by a servo motor and a test method. The device makes simple sinusoidal vibration through a servo motor control center frame, and generates excitation force on the blade that drives its vibration according to sinusoidal law. The counterforce is generated by the reciprocating motion of the counterweight block driven by the servo motor, which enables the blade to vibrate in the direction of swing or swing, and the excitation frequency can be changed at any time to ensure that the system is always in a resonant state so as to complete the fatigue test of the wind turbine blade. The invention can complete the fatigue test of wind turbine blades in a relatively short time, improve the test efficiency and reduce the cost.

【技术实现步骤摘要】
伺服电机驱动的风电叶片疲劳试验激振装置及试验方法
本专利技术公开了一种伺服电机驱动的风电叶片疲劳试验激振装置及试验方法，属于风电设备领域。
技术介绍
风电叶片大多采用的是高强度、高模量的树脂基纤维增强复合材料。疲劳性能测试已成为复合材料风电叶片设计、制造、运行过程中所关注的一项重要内容。从目前国内外研究及应用状况来看，风电叶片疲劳试验测试主要有以下几种方式：风电叶片双锤激振加载振动耦合特性及试验研究、液压作动器驱动的风电叶片两轴疲劳加载系统设计与研究、摆锤共振型风电叶片疲劳加载系统研究、偏心质量块驱动的风电叶片疲劳试验、电动缸驱动的风电叶片疲劳试验和伺服电机驱动的风电叶片疲劳试验激振装置设计。但是以上风电叶片疲劳试验装置安装不够方便，成本较高，且测试动力和效率不足，测量结果不够准确，适应性欠佳。
技术实现思路
本专利技术公开一种伺服电机驱动的风电叶片疲劳试验激振装置，目的在于弥补老式的摆锤共振疲劳试验测试装备在测试动力和效率上的不足，实现低成本、高效率完成叶片疲劳试验，提高试验的精度和准确性。为了实现以上目的，本专利技术采用的技术方案为:一种伺服电机驱动的风电叶片疲劳试验激振装置，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，包括：风电叶片夹具，套装在所述风电叶片某段截面上，包括开设有仿形孔的夹持体和套装在所述夹持体外部的框架，所述夹持体具有上下对称的结构，所述框架包括：沿X轴方向延伸的上安装面和下安装面，所述上安装面和下安装面上分别设有与激振单元连接固定的安装孔，实验时，在上安装面和下安装面上对称安装一套激振单元，用以带动风电叶片实现叶片切向振动；沿Y轴方向延伸的左侧安装面和右侧安装面，所述左侧安装面和右侧安装面上分别设有与激振单元连接固定的安装孔，实验时，在左侧安装面和右侧安装面上对称安装一套激振单元，用以带动风电叶片实现叶片面向振动；所述激振单元包括：机架，由四条杆件围合形成且具有矩形空腔，机架的上端设置有直线位移驱动机构，所述直线位移驱动机构的驱动端与设置在矩形空腔内的直线移动部分传动连接，所述直线移动部分包括中心架，中心架上远离机架两侧面上对称设有两个中心架盖，两个对称架盖上安装有配重块；中心架与机架相接触的一侧侧面上设有沿所述直线移动部分移动方向布置的直线导轨副；所述直线位移驱动机构包括：伺服电机、方轴承座、滚珠丝杠以及弹簧，其中，伺服电机安装在机架上，通过联轴器带动滚珠丝杠转动，滚珠丝杠上的丝杠螺母与中心架固定连接，方轴承座安装在机架上，通过内部的轴承将滚珠丝杠轴向固定；所述机架上端设有与上弹簧座连接的连接孔，所述中心架盖的底部以及配重块上均设有供下弹簧座连接的连接孔，上弹簧座和下弹簧座之间连接所述弹簧；丝杠后支撑，安装在机架底部，丝杠后支撑中设有与滚珠丝杠的轴线共轴的支撑孔，所述滚珠丝杠的底端装入所述支撑孔中；第一位移检测传感器，用于监测直线导轨副上滑块的上、下限位置，并将检测的第一位移信号发送至下位机；第二位移检测传感器，用于检测叶片的振幅，并将检测的第二位移信号发送至下位机；丝杠超限报警器，与所述下位机信号连接；伺服电机故障报警器，与所述下位机信号连接；丝杠润滑机构，包括油泵、油液换向阀以及储油箱，其中，油泵用于从储油箱中抽取润滑油，下位机根据设定的润滑时间间隔激活油液换向阀是否出油；所述下位机通过数据线与上位机实现数据通信。所述中心架与方轴承座之间安装有防止方轴承座与中心架刚性碰撞的上缓冲橡胶垫；所述机架下部安装有防中心架与机架刚性碰撞的下缓冲橡胶垫。所述第一位移检测传感器为光电式位移传感器，包括两个，两个光电式位移传感器分别安装在所述直线导轨副的上、下两端；所述第二位移检测传感器为激光式位移传感器，安装于叶片正下方，通过激光光束垂直照射于叶片底面，由此检测叶片的振幅。所述中心架盖上通过工作板与配重块连接，所述配重块由小配重块、中配重块、大配重块组成，所述工作板上设有用于安装大小不同配重块的配重块安装槽。所述框架由H型钢制成，所述H型钢的一侧与夹持体固定连接，另一侧设有所述上安装面和下安装面；H型钢的两端分别设有所述左侧安装面和右侧安装面。所述直线导轨副包括直线导轨、滑块以及滑块安装板，其中，所述直线导轨安装在机架上与中心架相邻的一侧，滑块安装在滑块安装板上，滑块安装板安装在中心架上。本专利技术还进一步公开了一种基于所述伺服电机驱动的风电叶片疲劳试验激振装置的试验方法，包括以下步骤：第一步、将装置的机架安装在风电叶片夹具上，风电叶片夹具固定在叶片上，从而实现装置与叶片、基座的有序安装；第二步、安装完毕启动系统，伺服电机控制中心架做正弦规律的简谐振动，在叶片上产生按照正弦规律变化的驱动其振动的激振力，利用伺服电机驱动质量块作直线往复运动而产生反作用力，使叶片能够沿面向或切向振动；与此同时，第一位移检测传感器，用于监测直线导轨副上滑块的上、下限位置，并将检测的第一位移信号发送至下位机；第二位移检测传感器实施检测叶片的振幅，并将检测的第二位移信号发送至下位机；丝杠超限报警器，与所述下位机信号连接；伺服电机故障报警器，与所述下位机信号连接；下位机根据设定的润滑时间间隔激活油液换向阀定时出油，油泵从储油箱中抽取润滑油对所述滚珠丝杠副定时润滑；所述下位机通过数据线与上位机实现数据通信。所述伺服电机的激振频率可以随时改变，保证系统始终处于共振状态。有益效果：本专利技术通过伺服电机的正反转，带动中心支架作直线往复运动而产生对叶片的惯性力(或认为是质量块对叶片夹具的反作用力)，使叶片能够沿面向或者旋向震动。伺服电机控制质量块做正弦规律的简谐振动，在叶片上产生驱动其振动的按照正弦规律变化的激振力。其激振频率可以随时改变，保证系统始终处于共振状态。与老式的摆锤共振疲劳试验测试装备相比，本专利技术具有以下优点：第一、本专利技术采用的伺服电机驱动的风电叶片疲劳试验激振装置，由于伺服电机的精确性和可编程性，能够简化机械结构，降低设备成本；本专利技术能够使系统一直处于共振状态，从而缩小叶片疲劳试验周期，提高试验效率。第二、本专利技术采用滚珠丝杠、以及在中心架与机架相接触的一侧侧面上设有沿所述直线移动部分移动方向布置的直线导轨副；滚珠丝杠和结构受力主要在导轨上，主要支撑力是由导轨和滑块提供的，滚珠丝杠完全不受力，故滚珠丝杠不会产生弯曲变形或破坏；另外，本专利技术框架采用H型钢制成，刚性高，直线度好，有效的保证了导轨安装后的直线度。第三、本专利技术中增加了定时润滑丝杠设备，防止丝杠长时间高速旋转不润滑而抱死。第四、本专利技术在滚珠丝杠的底部增加回转支撑，避免箱体在丝杠底部受力停止运动。第五、本专利技术将与弹簧的受力方式从受拉改为受压，大大延长了弹簧的使用寿命。附图说明图1为本专利技术激振单元的主视图；其中，1为伺服电机；2为联轴器；3为油泵；4为方轴承座；5为上缓冲橡胶垫；6为滚珠丝杠；7为丝杠螺母；8为上弹簧支撑板；9为弹簧；10为直线导轨副；11为配重块；12为中心架；13为丝杠后支撑；14为弹簧轴；15为下缓冲橡胶垫；16为限位开关；17为下弹簧支撑板；18为机架；图2为图1的俯视图；其中，19为工作板；20为中心架盖；21为滑块；22为直线导轨；23为滑块安装板；图3为本专利技术激振单元的立体图；图4为本专利技术装置在进行疲劳试验时的安装结构示意图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种伺服电机驱动的风电叶片疲劳试验激振装置，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，其特征在于，包括：风电叶片夹具，套装在所述风电叶片某段截面上，包括开设有仿形孔的夹持体和套装在所述夹持体外部的框架，所述夹持体具有上下对称的结构，所述框架包括：沿X轴方向延伸的上安装面和下安装面，所述上安装面和下安装面上分别设有与激振单元连接固定的安装孔，实验时，在上安装面和下安装面上对称安装一套激振单元，用以带动风电叶片实现叶片切向振动；沿Y轴方向延伸的左侧安装面和右侧安装面，所述左侧安装面和右侧安装面上分别设有与激振单元连接固定的安装孔，实验时，在左侧安装面和右侧安装面上对称安装一套激振单元，用以带动风电叶片实现叶片面向振动；所述激振单元包括：机架，由四条杆件围合形成且具有矩形空腔，机架的上端设置有直线位移驱动机构，所述直线位移驱动机构的驱动端与设置在矩形空腔内的直线移动部分传动连接，所述直线移动部分包括中心架，中心架上远离机架两侧面上对称设有两个中心架盖，两个对称架盖上安装有配重块；中心架与机架相接触的一侧侧面上设有沿所述直线移动部分移动方向布置的直线导轨副；所述直线位移驱动机构包括：伺服电机、方轴承座、滚珠丝杠以及弹簧，其中，伺服电机安装在机架上，通过联轴器带动滚珠丝杠转动，滚珠丝杠上的丝杠螺母与中心架固定连接，方轴承座安装在机架上，通过内部的轴承将滚珠丝杠轴向固定；所述机架上端设有与上弹簧座连接的连接孔，所述中心架盖的底部以及配重块上均设有供下弹簧座连接的连接孔，上弹簧座和下弹簧座之间连接所述弹簧；丝杠后支撑，安装在机架底部，丝杠后支撑中设有与滚珠丝杠的轴线共轴的支撑孔，所述滚珠丝杠的底端装入所述支撑孔中；第一位移检测传感器，用于监测直线导轨副上滑块的上、下限位置，并将检测的第一位移信号发送至下位机；第二位移检测传感器，用于检测叶片的振幅，并将检测的第二位移信号发送至下位机；丝杠超限报警器，与所述下位机信号连接；伺服电机故障报警器，与所述下位机信号连接；丝杠润滑机构，包括油泵、油液换向阀以及储油箱，其中，油泵用于从储油箱中抽取润滑油，下位机根据设定的润滑时间间隔激活油液换向阀是否出油；所述下位机通过数据线与上位机实现数据通信。...

【技术特征摘要】
1.一种伺服电机驱动的风电叶片疲劳试验激振装置，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，其特征在于，包括：风电叶片夹具，套装在所述风电叶片某段截面上，包括开设有仿形孔的夹持体和套装在所述夹持体外部的框架，所述夹持体具有上下对称的结构，所述框架包括：沿X轴方向延伸的上安装面和下安装面，所述上安装面和下安装面上分别设有与激振单元连接固定的安装孔，实验时，在上安装面和下安装面上对称安装一套激振单元，用以带动风电叶片实现叶片切向振动；沿Y轴方向延伸的左侧安装面和右侧安装面，所述左侧安装面和右侧安装面上分别设有与激振单元连接固定的安装孔，实验时，在左侧安装面和右侧安装面上对称安装一套激振单元，用以带动风电叶片实现叶片面向振动；所述激振单元包括：机架，由四条杆件围合形成且具有矩形空腔，机架的上端设置有直线位移驱动机构，所述直线位移驱动机构的驱动端与设置在矩形空腔内的直线移动部分传动连接，所述直线移动部分包括中心架，中心架上远离机架两侧面上对称设有两个中心架盖，两个对称架盖上安装有配重块；中心架与机架相接触的一侧侧面上设有沿所述直线移动部分移动方向布置的直线导轨副；所述直线位移驱动机构包括：伺服电机、方轴承座、滚珠丝杠以及弹簧，其中，伺服电机安装在机架上，通过联轴器带动滚珠丝杠转动，滚珠丝杠上的丝杠螺母与中心架固定连接，方轴承座安装在机架上，通过内部的轴承将滚珠丝杠轴向固定；所述机架上端设有与上弹簧座连接的连接孔，所述中心架盖的底部以及配重块上均设有供下弹簧座连接的连接孔，上弹簧座和下弹簧座之间连接所述弹簧；丝杠后支撑，安装在机架底部，丝杠后支撑中设有与滚珠丝杠的轴线共轴的支撑孔，所述滚珠丝杠的底端装入所述支撑孔中；第一位移检测传感器，用于监测直线导轨副上滑块的上、下限位置，并将检测的第一位移信号发送至下位机；第二位移检测传感器，用于检测叶片的振幅，并将检测的第二位移信号发送至下位机；丝杠超限报警器，与所述下位机信号连接；伺服电机故障报警器，与所述下位机信号连接；丝杠润滑机构，包括油泵、油液换向阀以及储油箱，其中，油泵用于从储油箱中抽取润滑油，下位机根据设定的润滑时间间隔激活油液换向阀是否出油；所述下位机通过数据线与上位机实现数据通信。2.根据权利要求1所述的伺服电机驱动的风电叶片疲劳试验激振装置，其特征在于，所述中心架与方轴承座之间安装有防止方轴承座与中心架刚...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔光辉，刘卫生，李忠祥，武莉萍，万运生，闫利军，
申请(专利权)人：连云港中复连众复合材料集团有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32