[发明专利]风机叶片双自由度疲劳加载激振装置、系统及控制方法

说明书

本发明公开了一种风机叶片双自由度疲劳加载激振装置、系统及控制方法，涉及疲劳检测技术领域，包括：支撑主体、摆振组件和挥舞组件；所述摆振组件和所述挥舞组件均安装于所述支撑主体上；所述支撑主体包括第一面板、第二面板、第三面板、横向梁、竖向柱；所述摆振组件包括摆振导轨、摆振连杆、摆振伺服电机、摆振圆盘、摆振同步带；所述挥舞组件包括挥舞圆盘、挥舞连杆、挥舞导轨、挥舞伺服电机、挥舞同步带；本发明的控制系统实现了风机叶片平稳加载，鉴相法频率跟踪控制方法可靠有效，共振加载时叶片振幅稳，满足了风机叶片疲劳加载试验的实际需求。

技术领域

本发明涉及疲劳检测技术领域，更具体的说是涉及一种风机叶片双自由度疲劳加载激振装置、系统及控制方法。

背景技术

叶片作为风力发电机组的关键部件，对它进行疲劳性能测试是投入使用的必需环节。随着风机叶片尺寸趋于大型化，双自由度加载方式与实际的风力载荷发生方式更加接近，所测值更能用于表达叶片的真实特性，能够缩短疲劳试验的时间，因此双自由度的疲劳加载成为风机叶片检测技术的发展方向。双自由度叶片共振疲劳试验处于动载荷状态中，叶片两个自由度方向具有不同频率，并且叶片的挥舞和摆振运动之间的干扰内在地引起惯性耦合，因此难以精确地预测叶片的行为特性及有效地执行试验设置，由此增加了系统实际振动控制的难度。目前，风机叶片疲劳试验系统主要基于电动缸惯性加载器或液压加载器。电动缸加载器在受到电机转速和丝杠导程影响，惯性激振频率范围比较小，而液压加载器控制设备成本高且受制于电机-泵-阀-管道-液压缸的疲劳寿命。事实上挥舞方向和摆振方向的共振频率通常没有一个确定的比率，这意味着在试验中，应变计一开始就不能直观地反映数据。共振疲劳测试过程中需要自动识别叶片固有频率的变化，及时调整激振频率，维持叶片振幅，而现有趋势二分法等试探法进行共振频率搜索跟踪需要多次重复频率调节，这会造成加载设备的额外损耗，扫描时间较长，增加试验周期，影响叶片疲劳试验的效果；在近共振区间，叶片疲劳加载系统对频率的改变非常敏感，频率的微小改变就会引起振幅的明显衰减。因此，对于风机叶片双自由度疲劳试验，研发一种可靠有效的加载装置、系统及控制方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种风机叶片双自由度疲劳加载激振装置、系统及控制方法，克服了上述问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种风机叶片双自由度疲劳加载激振装置，包括：支撑主体、摆振组件和挥舞组件；所述摆振组件和所述挥舞组件均安装于所述支撑主体上；所述支撑主体包括第一面板、第二面板、第三面板、横向梁、竖向柱；所述第一面板通过竖向柱分别与所述第二面板、所述第三面板连接，所述第二面板与所述第三面板通过横向梁连接；所述摆振组件设于所述第一面板上，所述摆振组件包括摆振导轨、摆振连杆、摆振伺服电机、摆振圆盘、摆振同步带；所述摆振导轨设有摆振动质量块；所述摆振导轨通过所述摆振连杆与所述摆振动质量块连接；所述摆振同步带连接所述摆振伺服电机所述摆振圆盘的同步齿轮；所述第二面板和所述第三面板上均设有所述挥舞组件；所述挥舞组件包括挥舞圆盘、挥舞连杆、挥舞导轨、挥舞伺服电机、挥舞同步带；所述挥舞导轨上设有所述挥舞动质量块；所述挥舞圆盘通过挥舞连杆与所述挥舞动质量块连接；所述第二面板上的挥舞圆盘与第三面板上的挥舞圆盘通过圆盘连杆连接，所述圆盘连杆与所述挥舞伺服电机的同步齿轮通过所述挥舞同步带连接。

可选的，所述摆振导轨和所述挥舞导轨竖直截面均呈现倒置梯状。

可选的，激振装置还包括台架，所述台架固定在所述第二面板和所述第三面板上；所述台架中间设有贯穿的圆孔，用于通过所述圆盘连杆；所述圆盘连杆分别连接所述第二面板上的挥舞圆盘与所述第三面板上的挥舞圆盘。

可选的，激振装置产生的激振力的计算公式为：

式中，m为动质量块质量；t为时间；R为曲柄长度；L为连杆长；ω为电机角速度。