一种风机基础多向水平加载模型试验装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于海上风电基础技术领域，公开了一种风机基础多向水平加载模型试验装置，包括填充有地基土的模型箱，模型箱上部通过横向固定滑道和纵向固定滑道安装有加载架，模型箱的地基土中安装有基础模型，基础模型顶部连接有加载杆，加载杆向上延伸至加载架内部；加载架安装有导向板、水平横梁、固定横梁、导向滑轮、角度控制伺服电机，固定横梁上安装第一钢丝绳、第二钢丝绳、配重横梁、荷载配重块、荷载控制伺服电机。本发明专利技术能够对风电基础模型进行多向水平单调及循环荷载控制，从而实现对模型基础进行任意加载方向和加载频率的精确控制，转动模拟实际工程中不同方向及不同频率风荷载，并可进行风玫瑰图加载。

A Multidirectional Horizontal Loading Model Test Device for Fan Foundation

【技术实现步骤摘要】
一种风机基础多向水平加载模型试验装置
本专利技术属于海上风电基础
，具体的说，是涉及一种用于海上风电基础的多向承载力模型试验装置。
技术介绍
随着经济的发展、社会的进步，人们对环境保护的意识日益增强，同时传统能源的枯竭，迫使能源的发展向可再生能源发展，风能是一种目前应用较广的绿色能源，主要应用形式有陆上风电和近海风电两种形式。海上风电基础主要有重力式基础，桩基础，筒型基础等多种基础形式，由于风荷载具有多向性，特定区域的风荷载方向及荷载大小常以风玫瑰图的形式呈现。然而，目前在基础设计时多数仅考虑单一方向荷载，此种方法容易造成一方面荷载值取值较大，设计偏于保守，造成材料浪费和成本增加；另一方面荷载取值时未考虑季风等周期性风荷载，造成基础的安全性降低，在风荷载较大时极易发生倾覆破坏。因此针对特定地区，需要根据当地的风玫瑰图对基础在多向荷载作用下的承载力及承载模式进行研究。
技术实现思路
本专利技术着力于研究基础在不同方向荷载作用下的承载特性，提供了一种风机基础多向水平加载模型试验装置。为了解决上述技术问题，本专利技术通过以下的技术方案予以实现：一种风机基础多向水平加载模型试验装置，包括内部填充有地基土的模型箱，所述模型箱顶部安装有纵向固定滑道，所述纵向固定滑道上部通过固定滑块安装有横向固定滑道，所述横向固定滑道上部通过固定滑块安装有加载架，以使所述加载架可在所述模型箱顶部沿横向或纵向移动；所述加载架包括底板，所述底板两侧固定有竖直支架，所述竖直支架之间安装有水平支架，所述水平支架在所述竖直支架的安装高度可调；所述加载架两侧的竖直支架顶部固定安装有水平横梁，所述水平横梁的两端分别安装有滑轮，用于对第二钢丝绳导向；所述加载架一侧的竖直支架外部铰接安装有固定横梁，所述加载架的水平支架位于所述固定横梁上方一端的端部安装有滑轮，用于对第一钢丝绳导向；所述加载架的水平支架上部固定安装有导向板，所述导向板固定安装有角度控制伺服电机，所述导向板表面通过轴承安装有荷载转盘，所述角度控制伺服电机通过齿轮盘与所述荷载转盘轮齿啮合；所述模型箱内的地基土中安装有基础模型，所述基础模型顶部连接有加载杆，所述加载杆向上依次穿过所述导向板和所述荷载转盘；所述加载杆在所述荷载转盘上方的位置连接所述第一钢丝绳，所述第一钢丝绳的一端固定于连接环，所述连接环套于所述荷载转盘上方的所述加载杆；所述第一钢丝绳的另一端绕过所述加载架的水平支架端部的滑轮后，固定于所述固定横梁；所述荷载转盘和所述导向板上分别安装有导向滑轮，所述导向滑轮对所述第一钢丝绳进行导向；所述角度控制伺服电机由PLC控制模块控制，所述PLC控制模块接收计算机的指令，通过所述角度控制伺服电机控制所述荷载转盘的旋转角度，以改变所述第一钢丝绳的方向，实现对所述基础模型不同方向的水平荷载控制；所述固定横梁上安装有所述荷载控制伺服电机，所述荷载控制伺服电机的输出轴向下穿过所述固定横梁，并在输出轴端部安装有配重横梁；所述配重横梁的中心通过轴承连接于荷载控制伺服电机的输出轴，所述配重横梁的一端下部固定有荷载配重块；所述固定横梁固定连接有第二钢丝绳，所述第二钢丝绳绕过所述水平横梁两端的滑轮后连接有横梁配重块；所述第一钢丝绳上安装有拉压传感器，所述荷载转盘上安装有位移传感器，所述拉压传感器和所述位移传感器均与所述计算机连接，将实验过程中的位移信号及压力信号反馈至所述计算机，所述计算机对水平位移信号和水平压力信号与设定值比较后，通过所述PLC控制模块实时调整所述荷载控制伺服电机对所述基础模型的水平位移和水平荷载。进一步地，所述加载架的竖直支架在不同的高度设置有多个螺栓孔，所述水平支架两端通过螺栓与所述竖直支架连接固定。进一步地，所述固定横梁上开设有长槽，以使所述第一钢丝绳与所述固定横梁的固定位置可调。进一步地，所述荷载配重块在所述配重横梁的固定位置可调。进一步地，所述固定横梁上方的所述水平横梁一端端部开设有长槽，以使所述水平横梁该端端部的滑轮的固定位置可调，所述第二钢丝绳与所述固定横梁的固定位置同时可调。本专利技术的有益效果是：本专利技术能够对风电基础模型进行多向水平单调及循环荷载控制，采用PLC控制模块对荷载控制伺服电机及角度控制伺服电机进行实时控制，从而实现对模型基础进行任意加载方向和加载频率的精确控制，转动模拟实际工程中不同方向及不同频率风荷载，并可进行风玫瑰图加载。试验结果可对实际工程中基础设计进行指导，加强风机基础的主受力方向的强度设计；本加载装置试验对象不局限于风电基础，同样适用于其他形式的模型基础。附图说明图1为本专利技术所提供的风机基础多向水平加载模型试验装置调节部分的结构示意图；图2为图1的侧视图；图3为本专利技术所提供的风机基础多向水平加载模型试验装置的整体结构示意图。上述图中：1-横梁配重块，2-水平横梁，3-加载架，4-荷载控制伺服电机，5-荷载配重块，6-荷载转盘，7-导向滑轮，8-角度控制伺服电机，9-位移传感器，10-拉压传感器，11-横向固定滑道，12-纵向固定滑道，13-加载杆，14-基础模型，15-固定滑块，16-第二钢丝绳，17-导向板，18-配重横梁，19-固定横梁，20-第一钢丝绳，21-模型箱，22地基土。具体实施方式为能进一步了解本专利技术的
技术实现思路
、特点及效果，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：如图1至图3所示，本专利技术公开了一种风机基础多向水平加载模型试验装置，可实现风电基础模型施加多向单调和循环水平荷载，主要包括横梁配重块1、平衡横梁2、加载架3、荷载控制伺服电机4、荷载配重块5、荷载转盘6、导向滑轮7、角度控制伺服电机8、位移传感器9、拉压传感器10、横向固定滑道11、纵向固定滑道12、加载杆13、基础模型14、固定滑块15、第二钢丝绳16、导向板17、配重横梁18、固定横梁19、第一钢丝绳20、模型箱21、地基土22。模型箱21为上部开口的箱体结构，箱体结构内部填充有地基土22，模型箱21的箱体结构顶部固定安装有两根纵向固定滑道12，两根纵向固定滑道12之间安装有两根横向固定滑道14，两根横向固定滑道14通过其两端部的四个固定滑块15套装在两根纵向固定滑道12上。两根横向固定滑道14之间安装有加载架3，加载架3通过其底部四角处的四个固定滑块15套装在两根横向固定滑道14上。这样，加载架3可在模型箱21上沿横向或纵向移动。加载架3包括底板，底板顶部两侧固定有两组竖直支架，两组竖直支架之间安装有两个水平支架，水平支架两端通过螺栓与竖直支架连接固定。竖直支架在不同的高度设置有多个螺栓孔，以调节水平支架在竖直支架上不同的高度位置。加载架3的两组竖直支架顶部安装有水平横梁2，水平横梁2与加载架3采用螺栓固定连接。水平横梁2的两端分别安装有滑轮，用于对第二钢丝绳16进行导向。加载架3一侧的竖直支架外部安装有固定横梁19，固定横梁19与加载架3采用铰接的方式连接。加载架3的水平支架在与固定横梁19同侧的一端安装有滑轮，用于对第一钢丝绳20进行导向。加载架3的两个水平支架上固定安装有导向板17，导向板17下部通过螺栓固定有角度控制伺服电机8，导向板17表面采用轴承安装有荷载转盘6，角度控制伺服电机8的输出杆通过齿轮盘与荷载转盘6轮齿啮合，以使角度控制伺服电机8带动荷载转盘6本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风机基础多向水平加载模型试验装置，其特征在于，包括内部填充有地基土的模型箱，所述模型箱顶部安装有纵向固定滑道，所述纵向固定滑道上部通过固定滑块安装有横向固定滑道，所述横向固定滑道上部通过固定滑块安装有加载架，以使所述加载架可在所述模型箱顶部沿横向或纵向移动；所述加载架包括底板，所述底板两侧固定有竖直支架，所述竖直支架之间安装有水平支架，所述水平支架在所述竖直支架的安装高度可调；所述加载架两侧的竖直支架顶部固定安装有水平横梁，所述水平横梁的两端分别安装有滑轮，用于对第二钢丝绳导向；所述加载架一侧的竖直支架外部铰接安装有固定横梁，所述加载架的水平支架位于所述固定横梁上方一端的端部安装有滑轮，用于对第一钢丝绳导向；所述加载架的水平支架上部固定安装有导向板，所述导向板固定安装有角度控制伺服电机，所述导向板表面通过轴承安装有荷载转盘，所述角度控制伺服电机通过齿轮盘与所述荷载转盘轮齿啮合；所述模型箱内的地基土中安装有基础模型，所述基础模型顶部连接有加载杆，所述加载杆向上依次穿过所述导向板和所述荷载转盘；所述加载杆在所述荷载转盘上方的位置连接所述第一钢丝绳，所述第一钢丝绳的一端固定于连接环，所述连接环套于所述荷载转盘上方的所述加载杆；所述第一钢丝绳的另一端绕过所述加载架的水平支架端部的滑轮后，固定于所述固定横梁；所述荷载转盘和所述导向板上分别安装有导向滑轮，所述导向滑轮对所述第一钢丝绳进行导向；所述角度控制伺服电机由PLC控制模块控制，所述PLC控制模块接收计算机的指令，通过所述角度控制伺服电机控制所述荷载转盘的旋转角度，以改变所述第一钢丝绳的方向，实现对所述基础模型不同方向的水平荷载控制；所述固定横梁上安装有所述荷载控制伺服电机，所述荷载控制伺服电机的输出轴向下穿过所述固定横梁，并在输出轴端部安装有配重横梁；所述配重横梁的中心通过轴承连接于荷载控制伺服电机的输出轴，所述配重横梁的一端下部固定有荷载配重块；所述固定横梁固定连接有第二钢丝绳，所述第二钢丝绳绕过所述水平横梁两端的滑轮后连接有横梁配重块；所述第一钢丝绳上安装有拉压传感器，所述荷载转盘上安装有位移传感器，所述拉压传感器和所述位移传感器均与所述计算机连接，将实验过程中的位移信号及压力信号反馈至所述计算机，所述计算机对水平位移信号和水平压力信号与设定值比较后，通过所述PLC控制模块实时调整所述荷载控制伺服电机对所述基础模型的水平位移和水平荷载。...

【技术特征摘要】
1.一种风机基础多向水平加载模型试验装置，其特征在于，包括内部填充有地基土的模型箱，所述模型箱顶部安装有纵向固定滑道，所述纵向固定滑道上部通过固定滑块安装有横向固定滑道，所述横向固定滑道上部通过固定滑块安装有加载架，以使所述加载架可在所述模型箱顶部沿横向或纵向移动；所述加载架包括底板，所述底板两侧固定有竖直支架，所述竖直支架之间安装有水平支架，所述水平支架在所述竖直支架的安装高度可调；所述加载架两侧的竖直支架顶部固定安装有水平横梁，所述水平横梁的两端分别安装有滑轮，用于对第二钢丝绳导向；所述加载架一侧的竖直支架外部铰接安装有固定横梁，所述加载架的水平支架位于所述固定横梁上方一端的端部安装有滑轮，用于对第一钢丝绳导向；所述加载架的水平支架上部固定安装有导向板，所述导向板固定安装有角度控制伺服电机，所述导向板表面通过轴承安装有荷载转盘，所述角度控制伺服电机通过齿轮盘与所述荷载转盘轮齿啮合；所述模型箱内的地基土中安装有基础模型，所述基础模型顶部连接有加载杆，所述加载杆向上依次穿过所述导向板和所述荷载转盘；所述加载杆在所述荷载转盘上方的位置连接所述第一钢丝绳，所述第一钢丝绳的一端固定于连接环，所述连接环套于所述荷载转盘上方的所述加载杆；所述第一钢丝绳的另一端绕过所述加载架的水平支架端部的滑轮后，固定于所述固定横梁；所述荷载转盘和所述导向板上分别安装有导向滑轮，所述导向滑轮对所述第一钢丝绳进行导向；所述角度控制伺服电机由PLC控制模块控制，所述PLC控制模块接收计算机的指令，通过所述角度控制伺服电机控制所述荷载转盘的旋转角度，以改...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟汉波，张浦阳，丁红岩，乐丛欢，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12