風電基礎錨栓預應力張拉試驗機*

風電葉片預埋螺栓套疲勞測試的試驗裝置及控制方法的主要功能是對風電葉片預埋螺栓套進行疲勞加載測試。目前，疲勞加載試驗裝置，主要有電磁諧振疲勞加載試驗裝置、電液伺服疲勞加載試驗裝置。

其中，電磁諧振疲勞加載裝置由于采用共振原理設計，因而能夠提供較高的共振頻率，使實驗效率顯著提高，另外，該裝置結(jié)構(gòu)尺寸較小，沒有油污污染。但是，此類裝置低頻頻寬相對較窄，并且載荷驅(qū)動能力較弱。

電液伺服疲勞裝置由于采用電液伺服技術，能夠?qū)崿F(xiàn)大功率驅(qū)動。但是，受到液壓元件的限制，難以提供高頻載荷

機結(jié)構(gòu)形式：框架式結(jié)構(gòu)；

u 試驗力：50/100/150/200/500kN 1000kn 2000kn 3000kn 5000kn

u 試驗機級別： 1級；

u 試驗力測量范圍：2%-100%FS；

u 試驗力分辨力：滿量程的1/300000；

u 試驗力示值相對誤差：±1%；

u 位移測量分辨力：0.005mm；

u 位移示值相對誤差：±0.5%；

u 電子引伸計標距：50mm；

u 電子引伸計有效行程：10mm；

u 變形示值相對誤差：±0.5%；

u 應力加荷速率范圍：5KN/s～20kN/s；

u 位移空載速度：0.1～200mm/min；

u 變形加載速度：0.00005～0.05mm/S；

u 拉伸夾頭間小間距：1140mm（兩銷孔中心距）；

u 有效壓縮行程：50～1050mm

u 油缸行程：1000mm；

u 夾頭間拉伸空間：120000mm；

u 總功率：15kW(AC/380V）。

本發(fā)明的目的在于為測試風電葉片預埋螺栓套疲勞強度，提供一種電液伺服疲勞裝置對風電葉片預埋螺栓套進行疲勞加載試驗，該裝置安全可靠、滿足實驗要求。

為了實現(xiàn)上述技術目的，本發(fā)明采用如下的技術方案：

一種用于風電葉片預埋螺栓套疲勞測試的試驗裝置，包括：

一矩形框架，所述矩形框架的長度大于預埋螺栓套的長度，矩形框架包括前梁、后梁、方形拉柱Ⅰ以及方形拉柱Ⅱ，其中，所述前梁和后梁之間平行對稱連接方形拉柱Ⅰ、方形拉柱Ⅱ；

一滑動組件，所述滑動組件滑動設置于所述后梁上并且可以沿矩形框架中心軸線方向來回移動，包括：拉桿Ⅰ、拉桿Ⅱ、受力板、連接板以及轉(zhuǎn)柄Ⅱ，其中，所述后梁上設有兩個通孔，分別是通孔和第二通孔通孔的軸線和第二通孔的軸線均與所述矩形框架的中軸線平行并且對稱分布在矩形框架中軸線的兩側(cè)，所述通孔內(nèi)穿設設置有所述拉桿Ⅰ，第二通孔內(nèi)穿設設置有拉桿Ⅱ，拉桿Ⅰ位于矩形框架外的一端和拉桿Ⅱ位于矩形框架外的一端均與一所述受力板固定連接；

拉桿Ⅰ位于矩形框架內(nèi)的一端和拉桿Ⅱ位于矩形框架內(nèi)的一端均與一所述連接板固定連接，連接板上通過一連接軸與一設置于矩形框架內(nèi)部的轉(zhuǎn)柄Ⅱ連接；

驅(qū)動組件，包括：液壓站、油缸和轉(zhuǎn)柄Ⅰ，其中，所述前梁上設有一個第三通孔，所述第三通孔的軸線與所述矩形框架的中軸線重合；第三通孔內(nèi)固定連接油缸，油缸通過管道與液壓站連接，油缸的活塞桿與一設置于矩形框架內(nèi)部的轉(zhuǎn)柄Ⅰ連接；

所述轉(zhuǎn)柄Ⅰ和轉(zhuǎn)柄Ⅱ的軸線重合；

力傳感器，設置于后梁和受力板之間；

溫度傳感器，設置于油箱上；

一控制器，所述力傳感器的信號輸出端和溫度傳感器的信號輸入端均和所述控制器的信號輸入端連接，控制器的信號輸出端與液壓站內(nèi)的執(zhí)行元件的信號輸入端連接；

所述執(zhí)行元件包括：安裝在液壓站電柜箱內(nèi)的電機變頻器以及伺服電機的伺服閥。

所述受力板上位于力傳感器的一側(cè)設有球面墊。

所述前梁的底部和后梁的底部均通過底座連接板連接有底座。

一種基于所述用于風電葉片預埋螺栓套疲勞測試的試驗裝置的試驗方法，包括以下幾個步驟：

步、將風電葉片預埋螺栓套安裝在疲勞測試裝置的機體上并固定好，具體是將待測風電葉片預埋螺栓套的一端固定在轉(zhuǎn)柄Ⅰ上，另一端固定連接在轉(zhuǎn)柄Ⅱ上；

第二步、通過控制器對疲勞試驗進行試驗的數(shù)據(jù)設置，確定試件安裝正確，數(shù)據(jù)設置無誤后開始加載，對工件進行周期性的拉-拉加載；

第三步、所述力傳感器用于對疲勞測試加載時的擠壓力進行實時檢測，并將檢測到的疲勞測試加載的擠壓力值信號傳遞給控制器，控制器內(nèi)預設疲勞測試加載擠壓力閾值并將檢測到的疲勞測試加載的擠壓力與預設疲勞測試加載的擠壓力閾值進行比較；

當檢測到的疲勞測試加載的擠壓力小于預設疲勞測試加載的擠壓力閾值時，控制器發(fā)送指令給液壓系統(tǒng)中的電機變頻器以及伺服電機的伺服閥，伺服電機轉(zhuǎn)動提升液壓加載力；

當檢測到的疲勞測試加載的擠壓力等于或大于預設疲勞測試加載的擠壓力時，控制器發(fā)送指令給液壓系統(tǒng)中的電機變頻器以及伺服電機的伺服閥，伺服電機停止，加載終止，單向閥會防止液壓油的回流，使加載狀態(tài)不變；

所述溫度傳感器用于采集液壓機構(gòu)中液壓油的溫度信號，并將液壓油的溫度信號發(fā)送至所述控制器，控制器內(nèi)預設有液壓油溫度閾值，將檢測到的液壓油的溫度值與所述預設液壓油溫度閾值進行比較；

當檢測到的液壓油的溫度小于預設液壓油溫度閾值時，不動作；

當檢測到的液壓油的溫度大于或等于預設液壓油溫度閾值時，控制器發(fā)送指令給液壓系統(tǒng)中的電機變頻器以及伺服電機的伺服閥，伺服電機停止，加載終止。

所述控制器內(nèi)嵌設置有基于LMS算法的諧波消除策略和幅值補償策略。

有益效果：

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比：

采用低頻率的電液伺服系統(tǒng)，降低了機體制造工藝的要求，降低了成本；

第二、拉力機使用自動和手動兩種控制，提高了容錯率；

第三、液壓泵在停機或暫停狀態(tài)時，試驗機失去動力，但是安裝在液壓站內(nèi)的單向閥能夠防止液壓油的回流，使試驗機能夠保持原狀態(tài)，提高了安全性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例的風電葉片預埋螺栓套疲勞測試的試驗裝置安裝示意圖；

圖2為圖1的側(cè)視圖；

其中，1、前梁；2、后梁底；3、方形拉柱Ⅱ；4、受力板；5、連接板轉(zhuǎn)柄Ⅰ；6、拉桿Ⅰ；7、球面墊；8、鎖緊螺母；9、底座；10、連接軸；11、連接螺母；12、拉桿Ⅱ；13、壓頭；14、座連接板Ⅰ；15、底座連接板Ⅱ；16、油缸；17、轉(zhuǎn)柄Ⅱ；18、前轉(zhuǎn)柄Ⅰ；19、方形拉柱Ⅰ；(B1，B4)、內(nèi)六角螺釘；(B2，B3，B5，B6)、六角頭螺釘；B7、膠木頭。

具體實施方式

下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明的技術方案作進一步詳細說明。

如圖1所示，本發(fā)明一種用于風電葉片預埋螺栓套疲勞測試的試驗裝置包括：油缸、底座連接板Ⅰ、底座連接板Ⅱ、壓頭、轉(zhuǎn)柄Ⅰ、轉(zhuǎn)柄Ⅱ、連接軸、底座、隔環(huán)、鎖緊螺母、球面墊、拉桿Ⅰ、拉桿Ⅱ、連接板、受力板、方形拉柱Ⅰ、方形拉柱Ⅱ、前梁、后梁。

方形拉柱Ⅰ與方形拉柱Ⅱ的長度相等，長度的大小至少能保證預埋螺栓套能夠裝夾在試驗機上，并在保證試驗能夠完成有效的行程。

方形拉柱Ⅰ與方形拉柱Ⅱ都是由H鋼制成，若是其他型號的鋼材能夠滿足要求，也能選用。并且在H鋼的兩端焊接鋼板將H的兩端端口封口，所焊接的鋼板大大小應相同，材料一樣，在鋼板的中間位置開6個螺紋孔，對螺紋孔數(shù)目并不做硬性要求，只要能滿足強度需求就可以。

前梁和后梁分在靠近短邊邊緣的位置開6個螺栓通孔，通孔距離短邊的距離與鋼板上螺紋孔到鋼板邊緣的距離相等，通孔能夠與鋼板上的螺栓孔相配合，前梁和后梁通過螺栓，通孔和螺紋孔固定在方形拉柱Ⅰ和方形拉柱Ⅱ的兩端組成矩形框架；前梁，后梁和方形拉柱Ⅰ與方形拉柱Ⅱ的連接也可以用焊接等其他連接方式。

拉桿Ⅰ和拉桿Ⅱ的長度相等材料相同，分別穿過后梁的2個通孔，兩個通孔的位置在同一直線上，與后梁長邊平行且對稱分布，并且拉桿Ⅰ和拉桿Ⅱ的一端在矩形框架內(nèi)側(cè)，另一端在矩形框架的外側(cè)，拉桿Ⅰ和拉桿Ⅱ在矩形框架外側(cè)伸出的距離相等，拉桿Ⅰ和拉桿Ⅱ位于矩形框架內(nèi)的一端利用六角頭螺釘與連接板固定連接，連接板上通過連接軸與一設置在矩形框架內(nèi)部的轉(zhuǎn)柄Ⅱ固定連接。

拉桿Ⅰ和拉桿Ⅱ伸出矩形框架的一端分別套入一個隔環(huán)，然后將受力板插在拉桿Ⅰ和拉桿Ⅱ上，受力板有球面墊的一面在內(nèi)側(cè)，隔環(huán)起到定位的作用，利用六角頭螺釘將受力板固定好。

在受力板和后梁之間利用螺栓固定一個力傳感器，力傳感器到拉桿Ⅰ和拉桿Ⅱ的距離相等，到后梁2個長邊的距離相等，力傳感器中間圓孔處固定1個受力桿。

前梁的中間有1個通孔，通孔的外側(cè)利用螺栓固定油缸，油缸活塞桿穿過油缸軸心，油缸活塞桿利用連接螺母固定轉(zhuǎn)柄Ⅰ。

控制部分是由控制系統(tǒng)，傳感器和執(zhí)行元件組成。

控制系統(tǒng)是由HMI，PC，工業(yè)控制卡組成，傳感器是由變送器，安裝在機體上的力傳感器和溫度傳感器組成，執(zhí)行元件是由作動器，伺服閥和變頻器組成。

HMI和工業(yè)控制卡是安裝在PC上的，HMI成現(xiàn)在PC屏幕上，顯示的內(nèi)容包括當前載荷波形圖，當前載荷，目標載荷，循環(huán)次數(shù)的實時數(shù)據(jù)，液壓站油箱的液位和油溫情況，通訊設置模塊，數(shù)據(jù)記錄模塊，工作控制模塊，選擇控制模式模塊和連鎖功能模塊。

控制卡與計算機通過PCI總線連接，控制卡內(nèi)安裝有設備管理軟件和動態(tài)連接庫程序。

溫度傳感器利用螺栓安裝在油箱上，變頻器安裝在液壓站內(nèi)的電柜箱內(nèi)。

對風電葉片預埋螺栓套進行疲勞試驗時，螺栓套試件通過轉(zhuǎn)柄Ⅰ和轉(zhuǎn)柄Ⅱ安裝在前梁和后梁之間，液壓站對油缸供油，通過油缸活塞桿產(chǎn)生軸向力驅(qū)動螺栓套進行疲勞試驗。

疲勞測試載荷要求如下：

a、大交變載荷±600KN；

b、加載大行程15mm；

c、大交變載荷頻率1Hz。

對于拉擠預埋螺栓套的疲勞測試的基本要求如下：

被測試部件的疲勞載荷加在螺栓上；疲勞載荷的R值＝0.1，為拉-拉載荷；需要做如下的幾組載荷值，如下表下所示：

利用本發(fā)明一種用于風電葉片預埋螺栓套疲勞測試的試驗裝置進行試驗的方法，包括以下幾個步驟：

步、將風電葉片預埋螺栓套安裝在疲勞測試裝置的機體上并固定好；

第二步、通過控制器對疲勞試驗進行試驗的數(shù)據(jù)設置，確定試件安裝正確，數(shù)據(jù)設置無誤后開始加載，對工件進行周期性的拉-拉加載；

第三步、所述力傳感器用于對疲勞測試加載時的擠壓力進行實時檢測，并將檢測到的疲勞測試加載的擠壓力值信號傳遞給控制器，控制器內(nèi)預設疲勞測試加載擠壓力閾值并將檢測到的疲勞測試加載的擠壓力與預設疲勞測試加載的擠壓力閾值進行比較，當檢測到的疲勞測試加載的擠壓力小于預設疲勞測試加載的擠壓力閾值時，控制器發(fā)送指令給液壓系統(tǒng)中的電機變頻器以及伺服電機的伺服閥，伺服電機轉(zhuǎn)動提升液壓加載力；當檢測到的疲勞測試加載的擠壓力等于或大于預設疲勞測試加載的擠壓力時，控制器發(fā)送指令給液壓系統(tǒng)中的電機變頻器以及伺服電機的伺服閥，伺服電機停止，加載終止，單向閥會防止液壓油的回流，使I加載狀態(tài)不變；

所述溫度傳感器用于采集液壓機構(gòu)中液壓油的溫度信號，并將液壓油的溫度信號發(fā)送至所述控制器，控制器內(nèi)預設有液壓油溫度閾值，將檢測到的液壓油的溫度值與所述預設液壓油溫度閾值進行比較，當檢測到的液壓油的溫度小于預設液壓油溫度閾值時，不動作；當測到的液壓油的溫度大于或等于預設液壓油溫度時，控制器發(fā)送指令給液壓系統(tǒng)中的電機變頻器以及伺服電機的伺服閥，伺服電機停止，加載終止。

進一步的，基于數(shù)據(jù)的采集過程中機械振動，試件疲勞和外界溫度的影響會影響試驗的準確性，所述控制器采用RMC75E控制器，其內(nèi)置有基于LMS算法的諧波消除策略和幅值補償策略能夠消除這些影響，使結(jié)果更加準確。

風電基礎錨栓預應力張拉試驗機*