[发明专利]一种适用于海上风机桩基振动试验的水平循环加载系统及加载方法

权利要求书

1.一种适用于海上风机桩基振动试验的水平循环加载系统，其特征在于：包括用于设定振动位置的平台运动结构、用于控制桩基振动频率和振幅的水平循环加载结构以及适用于多种桩径的桩基固定结构；其中，平台运动结构架设在试验水槽顶部，水平循环加载结构安装在由平台运动结构提供的平台上，其可绕桩基进行360°转动，桩基固定结构通过传动杆与水平循环加载结构连接；

水平循环加载结构包括旋转变幅往复构件，其中，旋转变幅往复构件包括水平电机、圆盘、连动杆和传动杆，水平电机固定在平台上，其电机轴与圆盘中心固定连接，沿着圆盘径向开设一条细槽，连动杆的一端通过螺丝连接可转动连接在细槽内，其另一端与传动杆一端连接，传动杆的另一端与桩基固定结构连接，在传动杆外围套设套筒，套筒固定在平台表面；

还包括安装在平台上的垂直电机，其与主动施力齿轮相连接，用于控制主动施力齿轮的转动。

2.根据权利要求1所述的适用于海上风机桩基振动试验的水平循环加载系统，其特征在于：前述的平台运动结构包括平动构件和桩基定轴转动构件，平动构件使平台在水槽顶部实现纵向、横向的滑动，桩基定轴转动构件使平台在水槽顶部实现水平方向的转动；

平动构件包括设置在水槽顶部纵向方向上一对相对且平行的横向滑杆以及设置在水槽顶部横向方向上一对相对且平行的纵向滑杆，其中，纵向滑杆分别固定在水槽纵向侧壁顶部，其上套设纵向滑套，平台沿着纵向滑杆可实现在纵向方向的滑动；横向滑杆的两端分别刚性连接在纵向滑杆上，在横向滑杆上套设横向滑套，平台沿着横向滑杆可实现在横向方向的滑动；

在纵向滑套、横向滑套的两端分别开设螺纹孔洞，纵向滑套与纵向滑杆之间安装刹车片，横向滑套与横向滑杆之间安装刹车片，在纵向滑套的两端安装刹车旋钮，在横向滑套的两端安装刹车旋钮，刹车旋钮与刹车片相匹配，实现平台于试验设定的振动位置的锁定；

桩基定轴转动构件包括固定在横向滑杆上方的环形齿轮导轨、一个主动施力齿轮和三个从动齿轮，其中，主动施力齿轮与一个从动齿轮安装在环形齿轮导轨的外侧，两者分别与环形齿轮导轨外侧相啮合，另外两个从动齿轮安装在环形齿轮导轨环形内侧，两者同样分别与环形齿轮内侧相啮合，三个从动齿轮的转轴同时固定在平台的底面上，转轴内设有滚珠轴承，实现从动齿轮的从动。

3.根据权利要求2所述的适用于海上风机桩基振动试验的水平循环加载系统，其特征在于：桩基固定结构包括金属板，在金属板上开设两组孔，每组孔包括两个小孔，其用于安装U型螺栓。

4.根据权利要求3所述的适用于海上风机桩基振动试验的水平循环加载系统，其特征在于：还包括用于控制桩基定轴转动构件的第一控制模块和用于控制旋转变幅往复构件的第二控制模块，前述的第一控制模块包括第一变频器，其动力输入端连接第一调频交流电源，动力输出端连接垂直电机，信号输出端、输入端同时与第一逻辑控制器相连，第一逻辑控制器同时与控制端相连；

前述的第二控制模块包括第二变频器，其信号输出端、输入端均与第二逻辑控制器相连，其动力输入端连接第二调频交流电源，动力输出端与水平电机相连，第二逻辑控制器同时与控制端相连；

前述的控制端为计算机。

5.根据权利要求4所述的适用于海上风机桩基振动试验的水平循环加载系统，其特征在于：连动杆的一端通过螺丝连接可转动连接在细槽内，前述的螺丝两端布设螺纹，中间光滑，螺丝光滑部分穿插在细槽内，通过螺母将螺丝与圆盘锁紧；在圆盘上靠近细槽位置平行布设用于控制振幅的刻度尺。

6.一种基于权利要求5所述的适用于海上风机桩基振动试验的水平循环加载系统的加载方法，其特征在于：包括以下步骤：

第一步：松开安装在纵向滑套、横向滑套两端的刹车旋钮，根据桩位调整平台在水槽纵向横向上的相对位置，旋紧刹车旋钮，利用刹车片分别与横向滑杆、纵向滑杆之间的摩擦力使得平台固定；

第二步：在U型螺栓内套入试验所用桩基，通过放松、拧紧U型螺栓上的螺母以适应试验采用桩的桩径；

第三步：根据试验采用的振幅，在圆盘上对应刻度尺相应位置，将靠近圆盘一侧的螺母旋紧；

第四步：在计算机内输入水平转动角度，程序将转动角度换算为转数，转数信息传入第一逻辑控制器中，打开控制水平转动部分的第一调频交流电源，平台开始转动；

第五步：在计算机输入振动所需的频率，程序将振动频率对应的电压信息传入第二逻辑控制器中，打开水平循环加载模块的第二调频交流电源，第二逻辑控制器程序识别变频器输出的电压和频率与所需值进行比较，控制变频器控制输出的电压和频率，控制振动的频率。