一種用于海上風機基礎室內試驗研究的多自由度循環加載裝置制造方法及圖紙

本實用新型專利技術公開了一種用于海上風機基礎室內試驗研究的多自由度循環加載裝置，該裝置利用動滑輪和定滑輪組成滑輪系統，結合循環步進電機、彈簧基座以及特殊設計的模型箱、鋼框架和法蘭盤，通過控制循環步進電機的移動距離和移動速度可以實現任意周期和任何形式的循環加載。此外，改變鋼框架與模型箱的連接位置，轉動法蘭盤，同時利用控制基座底部的萬向輪，可以實現任意角度的循環加載。本實用新型專利技術易于加工安組裝，具有較高的經濟性和實用性，可以應用于海上風機基礎的室內模型試驗研究。

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及海上風機基礎室內試驗多自由度循環加載裝置
，尤其涉及一種用于海上風機基礎室內試驗研究的多自由度循環加載裝置。
技術介紹
與傳統能源相比，風能是一種清潔的可再生能源，沒有燃料風險，發電成本穩定，沒有碳排放等環境成本，既可并網運行，也可離網獨立運行。與陸上風電相比，海上風電具有資源儲量大、高風速、低風切變、低湍流、環境噪音污染小和不占用耕地等優勢，而成為近些年風電開發的重點。我國海上風能資源非常豐富，預計達7.5億千瓦，是陸地風能資源的3倍，因而大力發展海上風能，對于改善我國能源結構、節約土地及實現經濟和社會的可持續發展具有重要意義。而海上風機由于工作環境相對比較特殊，在風、波浪、海流的作用下，海上風機基礎在服役期內長期受到往復循環荷載作用；而由于風、浪、流方向的隨機性使得基礎的循環荷載表現為多自由度特性。而海上風機對于基礎的累積變形有嚴格要求，根據DNV規范要求海上風機服役期的累積變形不得超過0.25°，我國規范更要求低于0.17°。而目前國內外對于海上風機基礎在多自由度下的循環響應研究十分有限，僅有的研究大多控制裝置十分復雜，試驗控制效果也不理想。因此，開發一套經濟、實用和操作簡單的多自由度循環加載系統，對認清海上風機基礎的循環響應，改善基礎設計方案，提高基礎設計的經濟性具有重要意義。
技術實現思路
本技術首旨在提供一種海上風機基礎室內試驗多自由度循環加載裝置，其操作簡單，實用性較強，且成本較低，能夠滿足室內試驗研究的需要。本技術的目的是這樣實現的：一種用于海上風機基礎室內試驗研究的多自由度循環加載裝置，包括圓形模型箱、鋼框架、第一定滑輪、第二定滑輪、第三定滑輪、法蘭盤、第一載物臺、第二載物臺、第三載物臺、動滑輪、彈簧基座、循環步進電機、控制基座、第一鋼絞線、第二鋼絞線、第三鋼絞線；所述鋼框架與圓形模型箱頂部螺栓連接，第一定滑輪和第二定滑輪分別固定在鋼框架的兩端，法蘭盤位于鋼框架的正上方；控制基座位于圓形模型箱的一側，底部安裝有自鎖式萬向輪，第三定滑輪固定在控制基座頂部的一端，循環步進電機安裝在頂部的另一端。第一鋼絞線一端與法蘭盤的一側相連，另一端繞過第一定滑輪，與第一載物臺相連；第二鋼絞線一端與法蘭盤的另一側相連，另一端繞過第二定滑輪，與第二載物臺上端相連；第三鋼絞線一端與第二載物臺下端相連，另一端依次繞過動滑輪、第三定滑輪，與循環步進電機相連；所述第三載物臺頂端與動滑輪中心軸相連，底端與彈簧基座相連。進一步地，還包括安裝在第二鋼絞線上的軸力計。本技術的有益效果在于：本技術利用簡單的滑輪組，配合彈簧基座、質量塊和循環步進電機，可以實現任意形式和周期下的循環加載；利用圓形模型箱頂部均勻布置的螺紋孔和控制系做下方的萬向輪，還可以實現多自由度的循環加載。相比于目前普遍采用的離心加載裝置和伺服加載系統，本裝置設計原理簡單，易于加工組裝，荷載控制精確，具有較高的實用性和經濟性。附圖說明圖1為本技術的結構示意圖；圖2為0°加載方向整體俯視圖；圖3為30°加載方向整體俯視圖；圖4為典型荷載形式示意圖；圖中，圓形模型箱1、鋼框架2、第一定滑輪31、第二定滑輪32、第三定滑輪12、法蘭盤11、第一載物臺51、第二載物臺52、第三載物臺53、動滑輪6、彈簧基座7、循環步進電機8、控制基座9、自鎖式萬向輪10、第一鋼絞線41、第二鋼絞線42、第三鋼絞線43、軸力計13。具體實施方式：如圖1和2所示，本技術一種用于海上風機基礎室內試驗研究的多自由度循環加載裝置，包括圓形模型箱1、鋼框架2、第一定滑輪31、第二定滑輪32、第三定滑輪12、法蘭盤11、第一載物臺51、第二載物臺52、第三載物臺53、動滑輪6、彈簧基座7、循環步進電機8、控制基座9、第一鋼絞線41、第二鋼絞線42、第三鋼絞線43；所述鋼框架與圓形模型箱頂部螺栓連接，圖中,所述圓形模型箱1頂部均勻開有12個螺孔，鋼框架2與圓形模型箱1頂部的兩個螺孔通過螺栓連接，通過改變鋼框架2與圓形模型箱1之間連接的螺紋位置，可以實現360°任意方向的循環加載；第一定滑輪31和第二定滑輪32分別固定在鋼框架2的兩端，通過兩個定滑輪可以直接將第一載物臺51和第二載物臺52上的重力轉化為水平力作用在試驗基礎上；法蘭盤11位于鋼框架2的正上方，法蘭盤11可以拆卸和旋轉，將鋼絞線固定在法蘭盤11上，從而對試驗基礎施加荷載，轉動法蘭盤11又可以實現多自由度加載；控制基座9位于圓形模型箱1的一側，底部安裝有自鎖式萬向輪10，萬向輪10沿著360°任意方向移動，同時可以鎖死固定，從而實現多自由度加載；第三定滑輪12固定在控制基座9頂部的一端，循環步進電機8安裝在頂部的另一端，循環步進電機8可以在指定移動距離內，設定任意的移動速度，從而實現任意周期的循環運動。第一鋼絞線41一端與法蘭盤11的一側相連，另一端繞過第一定滑輪31，與第一載物臺51相連；第二鋼絞線42一端與法蘭盤11的另一側相連，另一端繞過第二定滑輪32，與第二載物臺52上端相連；第三鋼絞線43一端與第二載物臺52下端相連，另一端依次繞過動滑輪6、第三定滑輪12，與循環步進電機8相連；所述第三載物臺53頂端與動滑輪6中心軸相連，底端與彈簧基座7相連。本技術的加載原理如下：如圖1所示，根據力的平衡條件：F=m2g+kx4-m1g]]>其中：m1，m2分別為兩側載物臺的載重，x為循環步進電機移動距離，k為彈簧基座剛度。通過設定電機的移動速度v和移動距離L，可以得到：x＝vtT=2Lv]]>其中：v為電機運動的速度，L為設定電機移動的距離，T為循環加載周期。根據上式可知：當m1＝m2時，作用在基礎上的荷載為單向循環荷載；當m1＜m2時，作用在基礎上的荷載為雙向循環荷載；通過改變電機行進速度v的函數形式，如三角函數、線性函數，可以實現任意形式的荷載工況，如圖4所示。加載過程包括以下步驟：1)選定試驗荷載形式，根據試驗荷載確定載物臺上重塊的質量分布以及循環步進電機的移動距離、移動速度和速度的函數形式；2)確定循環加載方向，使用螺栓將鋼框架按指定角度固定在圓形模型箱上，根據試驗要求方向，利用萬向輪調整控制基座位置，確定位置后鎖死萬向輪；3)將法蘭盤安裝在試驗基礎上，利用鋼絞線將載物臺、試驗基礎以及循環步進電機連接成一個系統，準備開始試驗；4)安裝軸力計，同時、根據試驗具體需要可安裝相應的其他傳感器，如位移傳感器、加速度傳感器、孔壓傳感器等等；5)開啟循環步進電機，進行循環加載；6)根據試驗需求，完成相應的循環次數(如10000次)加載后，改變鋼框架固定位置，轉動法盤，移動彈簧基座和控制基座，進行其他方向加循環加載。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于海上風機基礎室內試驗研究的多自由度循環加載裝置，其特征在于，包括圓形模型箱(1)、鋼框架(2)、第一定滑輪(31)、第二定滑輪(32)、第三定滑輪(12)、法蘭盤(11)、第一載物臺(51)、第二載物臺(52)、第三載物臺(53)、動滑輪(6)、彈簧基座(7)、循環步進電機(8)、控制基座(9)、第一鋼絞線(41)、第二鋼絞線(42)、第三鋼絞線(43)；鋼框架(2)兩端與圓形模型箱(1)頂部螺栓連接，第一定滑輪(31)和第二定滑輪(32)分別固定在鋼框架(2)的兩端，法蘭盤(11)位于鋼框架(2)的正上方；控制基座(9)位于圓形模型箱(1)的一側，底部安裝有自鎖式萬向輪(10)，第三定滑輪(12)固定在控制基座(9)頂部的一端，循環步進電機(8)安裝在頂部的另一端；第一鋼絞線(41)一端與法蘭盤(11)的一側相連，另一端繞過第一定滑輪(31)，與第一載物臺(51)相連；第二鋼絞線(42)一端與法蘭盤(11)的另一側相連，另一端繞過第二定滑輪(32)，與第二載物臺(52)上端相連；第三鋼絞線(43)一端與第二載物臺(52)下端相連，另一端依次繞過動滑輪(6)、第三定滑輪(12)，與循環步進電機(8)相連；所述第三載物臺(53)頂端與動滑輪(6)中心軸相連，底端與彈簧基座(7)相連。...

【技術特征摘要】
1.一種用于海上風機基礎室內試驗研究的多自由度循環加載裝置，其特征在于，包括圓形模型箱(1)、鋼框架(2)、第一定滑輪(31)、第二定滑輪(32)、第三定滑輪(12)、法蘭盤(11)、第一載物臺(51)、第二載物臺(52)、第三載物臺(53)、動滑輪(6)、彈簧基座(7)、循環步進電機(8)、控制基座(9)、第一鋼絞線(41)、第二鋼絞線(42)、第三鋼絞線(43)；鋼框架(2)兩端與圓形模型箱(1)頂部螺栓連接，第一定滑輪(31)和第二定滑輪(32)分別固定在鋼框架(2)的兩端，法蘭盤(11)位于鋼框架(2)的正上方；控制基座(9)位于圓形模型箱(1)的一側，底部安裝有自鎖式萬向輪(10)，第三定滑...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王歡，童建國，王立忠，龔健，余智恩，方偉定，喬冠銘，
申請(專利權)人：浙江大學，
類型：新型
國別省市：浙江;33