[發明專利]一種適用于海上風機樁基振動試驗的水平循環加載系統及加載方法

有效

• 申請號: 201811131055.0
• 申請日: 2018-09-27
• 公開（公告）號: CN109162303B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 管大為;李嘉隆;張繼生;趙家林;秦杰
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: E02D33/00
• 分類號: E02D33/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 徐爾東

1.一種適用于海上風機樁基振動試驗的水平循環加載系統，其特征在于：包括用于設定振動位置的平臺運動結構、用于控制樁基振動頻率和振幅的水平循環加載結構以及適用于多種樁徑的樁基固定結構；其中，平臺運動結構架設在試驗水槽頂部，水平循環加載結構安裝在由平臺運動結構提供的平臺上，其可繞樁基進行360°轉動，樁基固定結構通過傳動桿與水平循環加載結構連接；

水平循環加載結構包括旋轉變幅往復構件，其中，旋轉變幅往復構件包括水平電機、圓盤、連動桿和傳動桿，水平電機固定在平臺上，其電機軸與圓盤中心固定連接，沿著圓盤徑向開設一條細槽，連動桿的一端通過螺絲連接可轉動連接在細槽內，其另一端與傳動桿一端連接，傳動桿的另一端與樁基固定結構連接，在傳動桿外圍套設套筒，套筒固定在平臺表面；

還包括安裝在平臺上的垂直電機，其與主動施力齒輪相連接，用于控制主動施力齒輪的轉動。

2.根據權利要求1所述的適用于海上風機樁基振動試驗的水平循環加載系統，其特征在于：前述的平臺運動結構包括平動構件和樁基定軸轉動構件，平動構件使平臺在水槽頂部實現縱向、橫向的滑動，樁基定軸轉動構件使平臺在水槽頂部實現水平方向的轉動；

平動構件包括設置在水槽頂部縱向方向上一對相對且平行的橫向滑桿以及設置在水槽頂部橫向方向上一對相對且平行的縱向滑桿，其中，縱向滑桿分別固定在水槽縱向側壁頂部，其上套設縱向滑套，平臺沿著縱向滑桿可實現在縱向方向的滑動；橫向滑桿的兩端分別剛性連接在縱向滑桿上，在橫向滑桿上套設橫向滑套，平臺沿著橫向滑桿可實現在橫向方向的滑動；

在縱向滑套、橫向滑套的兩端分別開設螺紋孔洞，縱向滑套與縱向滑桿之間安裝剎車片，橫向滑套與橫向滑桿之間安裝剎車片，在縱向滑套的兩端安裝剎車旋鈕，在橫向滑套的兩端安裝剎車旋鈕，剎車旋鈕與剎車片相匹配，實現平臺于試驗設定的振動位置的鎖定；

樁基定軸轉動構件包括固定在橫向滑桿上方的環形齒輪導軌、一個主動施力齒輪和三個從動齒輪，其中，主動施力齒輪與一個從動齒輪安裝在環形齒輪導軌的外側，兩者分別與環形齒輪導軌外側相嚙合，另外兩個從動齒輪安裝在環形齒輪導軌環形內側，兩者同樣分別與環形齒輪內側相嚙合，三個從動齒輪的轉軸同時固定在平臺的底面上，轉軸內設有滾珠軸承，實現從動齒輪的從動。

3.根據權利要求2所述的適用于海上風機樁基振動試驗的水平循環加載系統，其特征在于：樁基固定結構包括金屬板，在金屬板上開設兩組孔，每組孔包括兩個小孔，其用于安裝U型螺栓。

4.根據權利要求3所述的適用于海上風機樁基振動試驗的水平循環加載系統，其特征在于：還包括用于控制樁基定軸轉動構件的第一控制模塊和用于控制旋轉變幅往復構件的第二控制模塊，前述的第一控制模塊包括第一變頻器，其動力輸入端連接第一調頻交流電源，動力輸出端連接垂直電機，信號輸出端、輸入端同時與第一邏輯控制器相連，第一邏輯控制器同時與控制端相連；

前述的第二控制模塊包括第二變頻器，其信號輸出端、輸入端均與第二邏輯控制器相連，其動力輸入端連接第二調頻交流電源，動力輸出端與水平電機相連，第二邏輯控制器同時與控制端相連；

前述的控制端為計算機。

5.根據權利要求4所述的適用于海上風機樁基振動試驗的水平循環加載系統，其特征在于：連動桿的一端通過螺絲連接可轉動連接在細槽內，前述的螺絲兩端布設螺紋，中間光滑，螺絲光滑部分穿插在細槽內，通過螺母將螺絲與圓盤鎖緊；在圓盤上靠近細槽位置平行布設用于控制振幅的刻度尺。

6.一種基于權利要求5所述的適用于海上風機樁基振動試驗的水平循環加載系統的加載方法，其特征在于：包括以下步驟：

第一步：松開安裝在縱向滑套、橫向滑套兩端的剎車旋鈕，根據樁位調整平臺在水槽縱向橫向上的相對位置，旋緊剎車旋鈕，利用剎車片分別與橫向滑桿、縱向滑桿之間的摩擦力使得平臺固定；

第二步：在U型螺栓內套入試驗所用樁基，通過放松、擰緊U型螺栓上的螺母以適應試驗采用樁的樁徑；

第三步：根據試驗采用的振幅，在圓盤上對應刻度尺相應位置，將靠近圓盤一側的螺母旋緊；

第四步：在計算機內輸入水平轉動角度，程序將轉動角度換算為轉數，轉數信息傳入第一邏輯控制器中，打開控制水平轉動部分的第一調頻交流電源，平臺開始轉動；

第五步：在計算機輸入振動所需的頻率，程序將振動頻率對應的電壓信息傳入第二邏輯控制器中，打開水平循環加載模塊的第二調頻交流電源，第二邏輯控制器程序識別變頻器輸出的電壓和頻率與所需值進行比較，控制變頻器控制輸出的電壓和頻率，控制振動的頻率。