专利名称：试件加载设备和方法
技术领域：
本发明涉及用于将结构荷载施加到试件的系统，更具体地来说，涉及用于将周期 性结构荷载施加到诸如风力涡轮机叶片的细长结构的系统，从而使得该结构进行振动，特 别是以共振频率进行振动。
背景技术：
典型的风力涡轮机的转子包括多个又长又细的涡轮叶片，这些涡轮叶片安装在轮 毂上并且从这个轮毂上延伸出来。转子与一个或者多个发电机相连接，该发电机在由轮毂 的旋转运动而启动时，产生电能。为了提高风力涡轮机的效率，会制造更多长更大的叶片， 从而能够从盛行风中获取更多的能量。叶片尺寸的增加会导致叶片承受的静载荷和动载荷 的增加。因此，非常期望在装配和安装之前对叶片进行测试，从而确定这些叶片不会在工作 中发生损坏。一般情况下，为了测试风力涡轮机叶片，通过将叶片用螺栓固定在适当的试验台 上，而在其侧部上进行水平定位并且在其根部进行所有方向上的限制。接着，在适当的位置 并从各个方向上向刀片施加载荷。例如，施加载荷的一种形式可以是，垂直向下施加并且与 叶片的纵向轴线相垂直；通常称为弯曲载荷或者襟翼载荷。所施加的另一种形式的载荷同 样与叶片的纵向轴线相垂直，但是这种载荷还与襟翼载荷的方向相垂直。这种载荷类型通 常称为横向载荷或者边缘载荷。为了确定叶片的硬度或强度或者叶片的疲劳性能，这些测 试分别可以是静止的或是动态的。另一种测试类型是，以不同模式的共振而使叶片产生共振。众所周知，为了使叶片 共振，在期望的区域(一般靠近叶梢)施加周期性弯曲载荷以对叶片进行振动，从而使得叶 片在纵向方向上产生共振。叶片通常以其第一模式进行共振，然后随着周期性弯曲载荷的 频率增加而进入随后的模式。叶片的共振减少了其他方面的能量，例如施加弯曲载荷或者 横向载荷所需要的能量。因此，期望能够使得叶片共振，特别是为了对较大叶片进行测试。然而，已知的用于测试风力涡轮机叶片的系统不能完全模拟现实环境。例如，在通 过盛行风的作用力进行作用的过程中，每个叶片都会承受弯曲载荷和横向载荷，而许多已 知的系统不能同时向叶片施加这两种类型的载荷。通常的经验是，在不同时期分开实施弯 曲共振测试和横向共振测试。在不同的测试之间，必须将施加周期性载荷到叶片的器件移 开，这样就必须将约束叶片根部的螺栓或者夹具松开，然后需要将叶片旋转到期望的方向， 并且在下一测试能够实施之前将螺栓或者夹具束紧。结果是，执行分开的测试所需要的时 间会很长，这样就会变得十分昂贵。PCT/US2002/020991描述了一种用于测试风力涡轮机叶片的系统，包括具有往复 运动质量体的共振致动器，该往复运动质量体在笨重框架中，笨重框架安装叶片的上侧，其 中，叶片定向为水平方向并且在根部处被约束。共振致动器沿垂直方向振动叶片，导致叶片 在垂直于纵向轴线的方向上共振。该系统包括落地安装的任选的横向载荷致动器，还包括 枢转安装在叶片边缘的推杆。横向致动器沿横向方向向叶片传递作用力和运动。横向致动器不会在共振模式下工作。从动液压缸的推杆动作会影响横向位移。横向致动器的推杆枢 转安装在叶片上，从而适应振动叶片的垂直位移。然而，横向致动器和共振致动器一般都又大又笨重。共振致动器包括大的往复运 动质量体用来使得叶片振动。对于大的叶片，该质量体必须达到数以吨计才能使得叶片进 行振动，在一些实例中质量体甚至会更重。例如，在开始测试时，这是尤其不期望的。通常， 该质量体沿着垂直并相交于叶片纵向轴线的轴线进行往复运动。因此，开始测试和将共振 致动器准确地定位于叶片上特别耗时并且昂贵。只有弯曲载荷能够通过大质量体被施加 到叶片上，因为在叶片的边缘安装质量体以获得横向载荷是极不方便的(即使是可能的)。 另外，共振致动器必须安装在叶片上期望的位置，并且必须沿着叶片轴线制造专门针对所 期望位置的合适底架(mounts)。如果期望的位置不同，就必须按照沿着叶片变化的叶片轮 廓制造新的底架。包括质量体的共振致动器具有其自己的重心。如果共振致动器的重心偏 离叶片的纵向轴线，这就会导致当叶片通过横向致动器进行横向移动时，会有力矩施加到 叶片上。这会造成对叶片进行不真实的加载，并且对正被测试的叶片的性能产生不利影响。 这样，就会得出不准确或者不真实的测试结果。横向致动器为液压驱动并且在叶片上安装复杂，并且叶片需要一定程度的修改从 而适应这种连接。当用户需要在测试完成后将刀片恢复原状时，这就特别地令人难以接受。 虽然横向致动器枢转连接在刀片上，但是刀片的性能受到横向致动器与刀片之间连接的影 响，以及受到刀片通过该枢转连接与地面连接的影响。特别地，横向致动器的推杆沿着弧形 横向移动并且该叶片垂直振动，导致向叶片施加不真实的载荷。因此，系统试图同时施加弯 曲周期性载荷和横向周期性载荷到叶片，但是该测试环境并不代表着叶片在实际中所经历 的环境。
发明内容
因此，为了模拟现实环境，需要一种用于测试风力涡轮机叶片的系统，能够以可控 并且实际可操作的方式向叶片同时施加弯曲周期性载荷和横向周期性载荷。本发明的第一方面提供了一种用于向细长试件施加至少一种周期性载荷的设备， 包括-至少两个往复运动质量体装置，每个都包括质量体和致动器，其中，致动器与质 量体在操作上相关联，以沿着线性位移路径移动质量体；-安装装置，用于将每个致动器安装到试件；以及-控制系统，与每个致动器在操作上相关联，控制系统对每个致动器进行操作，以 沿着其各自的线性位移路径往复运动与其相对应的质量体；其中，往复运动质量体装置间隔开，从而使得致动器在分离的并且基本上平行的 线性位移路径上移动其相应的质量体。适当地，使往复运动质量体装置适合于，沿着垂直于试件的纵向中线或者纵向轴 线的方向以间隔的方式分开安装。特别地，往复运动质量体装置适合于安装并且间隔开，从 而使得施加在试件的纵向轴线每侧的载荷能够在使用中达到平衡。本领域普通技术人员可以理解，术语“纵向轴线”通常被认为是沿着试件长度走向 的纵向中线，并且并不限于旋转轴线或者对称轴线。
将至少两个往复运动质量体装置以间隔的方式进行安装，从而使得载荷施加到试 件的纵向轴线的每侧上，从而相比于在已知系统中在试件上施加单一载荷，有利于能够提 供更轻易达到平衡的测试构造。如上所述，偏离试件的纵向轴线安装的单个质量体，会使得 测试构造失去平衡并且会在测试过程中向试件施加不真实的力矩，在同时施加了横向载荷 的情形下，这种情况尤其明显。在这种系统中，小心地集中化单个质量体以避免载荷不平衡 是非常现实的问题。将至少两个往复运动质量体装置分隔开，使得导致试件振动(优选地，所述振动 为共振)所需的质量体可以被有效地分成所述至少两个往复运动质量体装置中的相应质 量体。每个往复运动质量体装置的相应质量体沿着平行的横向延展的位移路径进行移动， 平行的横向延展的位移路径可以设置于试件的任一侧上并且与试件的纵向轴线相垂直。把 往复运动质量体装置1分开，能够更容易实现沿垂直于纵向轴线的方向对试件实施更为平 衡的周期性加载。由于能够将质量体“分开”在纵向轴向的每一侧，从而测试构造的安装， 尤其是每个往复运动质量体装置1与试件的安装也变得容易。为实现该效果，该至少两个往复运动质量体装置横向间隔开以形成一力平衡点， 所施加的力能够相对于该力平衡点平衡，从而在质量体被驱动往复运动时，任何相对于该 力平衡点的转矩被减小并且优选地被最小化。例如，至少两个往复运动质量体装置包括在 力平衡点的每一例的被间隔开的成对往复运动质量体装置组，以使得施加的作用力能够关 于力平衡点达到平衡。优选地，至少两个往复运动质量体装置恰好包括一对分开的往复运 动质量体装置，相对于这样的力平衡点一分为二，从而使得所施加的作用力能够关于力平 衡点平衡。特别地，不会产生不期望的转距载荷。有利地，通过将单个质量体分开为多个质量体所形成的改进了的载荷平衡误差产 生了一种系统，这种系统允许质量体沿着与质量体有关的位移路径移动更大的距离，而不 会施加附加的力矩到试件。这能够使总质量减小既定载荷。优选地，控制系统适于使至少两个往复运动质量体装置的相应质量体沿着其平行 的位移路径彼此同步移动。可替换地，如果期望的话，可以对至少两个往复运动质量体装置 的相应质量体进行控制，从而彼此不同步移动，以相对于纵向轴线向试件施加扭转载荷。优选地，将至少两个往复运动质量体装置设置为在第一总体方向上沿着平行的线 性位移路径移动其相应质量体，并且将至少一个附加的往复运动装置设置为在与所述第一 方向基本垂直的第二方向上同时施加周期性载荷。在基本上与通过所述至少两个往复运动 质量体装置所施加的周期性载荷的第一方向垂直的方向上，该至少一个附加的往复运动装 置向试件同时施加第二周期性载荷。适当地，试件可以具有翼型横截面，翼型横截面可以具有宽的上表面和下表面以 及窄边缘，例如可以是在水平定向测试位置中的风力涡轮机叶片。适当地，至少两个往复运 动质量体装置可以具有用于安装在试件的相对的上表面和下表面上的安装装置，并且至少 一个附加的往复运动装置可以带有用于安装在边缘上的安装装置，或者反之亦然。适当地，该至少两个往复运动质量体装置可以向试件施加周期性弯曲载荷，并且 该附加的往复运动装置可以向试件同时施加周期性的横向载荷。这样，该至少两个往复运 动质量体装置可以以这种运行模式构成共振致动器，并且附加的往复运动装置可以以相似 方式构成横向致动器。
有利地，至少一个附加的往复运动装置完全不与地面相连接，并且独立于至少两 个往复运动质量体装置运行。这保证了同时施加到试件上的载荷比通过本领域已知系统所 施加的载荷更逼真。适当地，该附加的往复运动装置可以包括至少一个次往复运动质量体装置，与上 面所述的至少两个主往复运动质量体装置类似，该次往复运动装置包括质量体和与质量体 在操作上相关联的致动器。优选地，附加的往复运动装置包括多个横向地间隔的次往复运 动质量体装置，每个都具有质量体和与质量体在操作上相关的致动器。优选地，附加的往复 运动装置包括间隔在力平衡点的每一侧的成对次往复运动质量体装置组，从而使得所施加 的作用力可以关于力平衡点达到平衡，其中，每个次往复运动质量体装置都具有质量体和 与质量体在操作上相关的致动器。便利地，附加的往复运动装置恰好包括一对分开的第二 往复运动质量体，沿着力平衡点一分为二，从而使得所施加的作用力可以关于力平衡点达 到平衡。优选地，如上所述，设备包括具有第一对往复运动质量体装置的第一往复运动装 置，以及包括具有第二对往复运动质量体装置的至少一个附加的往复运动装置。提供次对 往复运动质量体装置，意味着确保由第一对往复运动质量体装置和次对往复运动质量体装 置所施加的不同载荷能够平衡，并且确保总体测试构造对试件的振动特性的影响最�。� 其在试件的共振频率模式下。优选地，第一方向沿着竖直的位移路径，而第二方向沿着水平的位移路径。适当 地，第一对往复运动质量体装置向试件施加周期性弯曲载荷，次对往复运动质量体装置向 试件同时施加周期性横向载荷。优选地，每个致动器在第一端部处与安装装置的底座安装，在第二端部处与其相 应的质量体安装。适当地，底座适于将致动器安装到试件上，因此致动器的第一端部相对于 第二端部固定，第二端部与沿着相关线性位移路径自由移动的质量体连接。适当地，致动器 可以是线性致动器。可以使用线性液压致动器。可替换地，可以使用诸如线性电动致动器 或者电磁线圈的其他合适装置。优选地，每个质量体相对于与其关联的往复运动质量体装置的底座可滑动地安装。优选地，每个质量体与至少一个线性支架可滑动地连接。优选地，每个质量体可拆卸地安装到支撑板上，支撑板与至少一个线性支架可滑 动地连接。适当地，线性支架可以是适于与支撑板连接的轨道。轨道可滑动地安装并引导 支撑板及其上的质量体沿着与其相关的线性位移路径移动。当然，还可以使用其他适当的 装置将每个质量体可滑动地安装到与其相关的往复运动质量体装置上，并且引导每个质量 体沿着其线性位移路径移动。控制系统构造为使得每个质量体的沿着其相关线性位移路径的位移能够变化，以 控制施加于试件的周期性载荷。虽然设备可以在“开环”模式(即，没有反馈)中运行以完 成其功能，但是优选地，提供带有反馈回路的设备，从而使得设备能够在“闭环”模式中运 行。优选地，该设备进一步包括与控制系统操作性相关联的反馈传感器，反馈传感器产生反 馈信号，控制系统对于该反馈信号进行响应，从而响应反馈信号对每个致动器进行操作以 改变每个质量体沿着其相关的线性位移路径的位移。控制系统从反馈传感器接收反馈信号，并且根据所检测到的反馈信号改变往复运动质量体装置的质量体的位移。优选地，反馈传感器包括应变仪、加速计或者位移传感器中的一个或者多个。适当 地，反馈传感器可以检测试件的其他参数以及运行特性，诸如模态频率或者应力。优选地，位移传感器包括设置于试件上的基准以及远离试件安置的基准跟踪装 置，基准跟踪装置对于基准的位置进行跟踪。基准安装在试件上，或者以其他方式形成于试 件的表面上，并且远离安置的基准跟踪装置对基准的位置进行跟踪。适当地，基准可以包括 试件上的点、线、边或者平面，或者可以包括贴到试件上的标签或者标记。可替换地，基准可 以包括激光。适当地，例如，基准跟踪装置可以包括照相机。这种基准跟踪方法是新式且有效的方法，是在测试期间动态检索施加了载荷的试 件的位置信息。优选地，安装装置包括可调节的夹具，用于在沿着试件的任何位置处与试件的外 表面夹紧。适当地，夹具适于安装在试件外表面和至少一个往复运动质量体装置之间，以将 所述至少一个往复运动质量体装置安装到试件上。有利地，夹具是可调节的，以使得往复运 动质量体装置可以沿着试件安装在任意位置。在试件(例如，风力涡轮机叶片)的轮廓严 格保密并且要测试试件的客户不愿意在测试开始前公开试件的轮廓时，这尤为方便。使用 已知系统，在测试开始前必须向测试者提供轮廓，以为制造例如用于试件上的具体安装位 置的订制安装支架留出时间。在试件轮廓沿纵向轴线变化并且期望用于安装往复运动质量 体装置的不同位置(例如，用于单独测试的不同加载位置)时，必须特别制造用于新位置的 新安装装置。通过使用可调节夹具，在测试前不需要提前知道试件在沿着试件的期望定位 处的轮廓，因为在测试开始前，在安装设备期间能够简单地调节夹具。由于不需要定制安装 装置，这使得开始测试所需要的时间和成本降低。优选地，夹具包括适于与安装装置的底座连接的平台。优选地，平台包括多个孔， 每个孔适于可滑动地容纳形状与孔的形状互补的销，销具有第一端部和第二端部，其中，每 个销的第一端部与试件的外表面相接合。适当地，每个销的第一端部包括弹性部，以在夹具 在原位时对试件的外表面进行保护。例如，弹性部可以是安置在第一端部的帽并且可以是 橡胶材料。优选地，每个销的第二端部包括止挡件，以限制销在相应孔中的可滑动移动。适当 地，止挡件可以是向外延伸的肩部，与螺栓头类似，用来限制每个销在其相应孔中的可滑动 移动。在一可能的实施例中，销和孔都是带螺纹的。为了调整夹具以适合于试件所期望 的轮廓，通过沿着顺时针或逆时针方向拧每个销以使销在相应的孔中分别下降或升起，来 调节每个销。在调节之后，每个销通过螺纹在纵向方向上固定。还可以使用调节和固定销的其他适合的手段，诸如每个销在其相应孔中的过盈配 合。例如，销可以是构造成与孔的轮廓相对应的木制销子的形式。插入销，锯掉后端，并且 在后面装上板。根据本发明的又一方面，一种用于振动细长试件的方法，其包括以下步骤提供至少两个往复运动质量体装置，每个往复运动质量体装置包括质量体和致动 器，致动器与其相应质量体在操作上相关联，以使得其质量体沿着线性位移路径移动；以隔离的关系，将每个往复运动质量体装置安装在试件上；以及
提供在操作上与每个致动器相关联的控制系统，以操作每个致动器使得每个往复 运动质量体装置的相应质量体沿着分离且基本平行的线性位移路径往复运动。优选地，安装并间隔开往复运动质量体装置，以使载荷可以施加于力平衡点的每 侧，优选地，如上所述通常对应于试件的纵向轴线，从而在使用中达到平衡。间隔地安装质量体以使载荷施加于试件的纵向轴线的每侧上，这使得构造平衡并 且降低了扭转载荷，尤其是，在同时施加横向载荷的情况下。优选地，该方法包括以一定方式和一定频率施加周期性载荷，从而使得试件以典 型的共振模式进行振动。优选地，试件是细长的，并且第一端部被固定而第二端部为自由端，以及该方法包 括在第一端部和第二端部之间安装往复运动质量体装置，并且使质量体往复运动以在垂 直于试件细长方向的方向上施加弯曲载荷。优选地，该方法包括以下步骤-设置至少两个往复运动质量体装置，以使得其相应质量体在第一方向上沿着平 行的线性位移路径移动；-提供至少一个附加的往复运动装置；以及_设置所述至少一个附加的往复运动装置，以在基本垂直于所述第一方向的第二 方向上同时施加周期性载荷。优选地，至少两个往复运动质量体装置包括第一对往复运动质量体装置，至少一 个附加的往复运动装置包括第二对往复运动质量体装置。优选地，试件是细长的，并且每个第一方向和第二方向都垂直于试件的细长方向。优选地，试件是细长的，并且其第一端部被固定而第二端部是自由端以便确定参 考平面，例如，如果试件是细长的旋转结构，参考平面对应于试件在使用中的旋转平面，并 且第一方向垂直于试件的参考表面以产生弯曲变形，第二方向平行于试件参考平面以产生 横向变形。优选地，第一方向沿着竖直的位移路径，而第二方向沿着水平的位移路径。优选地，该方法进一步包括以下步骤探测试件的应变、加速度或者位移中的一个或者多个；以及根据所述探测，对质量体沿着其对应的线性位移路径的位移进行控制。优选地，该方法进一步包括以下步骤在试件上安置基准；远离试件安置照相机；以及通过照相机跟踪基准的位置。优选地，该基准包括激光。优选地，该方法的进一步包括以下安装步骤提供可调节的夹具，该夹具包括具有多个孔的平台，每个孔都适于容纳与孔的形 状互补的销，该销具有第一端部和第二端部；根据试件轮廓调节每个销，从而使得每个销的第一端部与试件的外表面相接合， 从而将平台在期望的方向上安装到试件上；以及将往复运动质量体装置固定到平台上。
以下将参照附图描述本发明的实施例，附图中图1示出了单个往复运动质量体装置；图2示出了用于将往复运动质量体装置安装至试件的可调节夹具；图3示出了安装在风力涡轮机叶片上的两个分离的往复运动质量体装置对，用于 向叶片同时施加弯曲周期性载荷和横向周期性载荷。
具体实施例方式如图1所示，往复运动质量体装置1包括底板2，该底板2用于将往复运动质量体 装置1安装至诸如风力涡轮机叶片(未示出)的试件。底板2包括与之连接的两个间隔开 的轨道4，每个轨道4具有通过腹板连接在一起的第一凸缘和第二凸缘形成的I形截面。往复质量体装置1还包括多个质量体单元6，该多个质量体单元6 —个一个单独地 通过螺栓8安装至支撑板10。质量体单元6可以是具有合适高密度的材料，诸如铅。支撑 板10具有连接在其底部的四个滑槽12。每个滑槽12具有与每个轨道4的第一凸缘形状互 补的沟槽，以使得支撑板10可以沿着轨道4线性滑动。滑槽12与轨道4的连接关系还可 以防止支撑板10和质量体单元6从轨道4脱离。轨道4的自由端还具有止挡件14，以防止 滑槽12沿纵向从轨道4滑落。滑槽12和轨道4可以包括诸如润滑剂和/或轴承的减小摩 擦装置。支撑板10与线性液压致动器16的第一端部机械连接。致动器16的第二端部与 底板2固定连接。可操作地控制致动器16，以使得支撑板10和装在支撑板10上的质量体 单元6沿着由轨道4引导的线性位移路径移动。可替换地，液压致动器16可以是诸如电磁 线圈的电动致动器。控制系统(未示出)操作致动器16，以使支撑板10和装在支撑板10 上的质量体单元6沿着线性位移路径往复运动。一旦被安装至细长试件、被水平定向并且一端被固定后，往复运动质量体装置1 就促使试件垂直于其纵向轴线振动。可以控制并改变支撑板10和质量体单元6沿着线性位 移路径的位移，以使试件以不同频率振动，诸如以其共振频率振动。反馈传感器(未示出) 可以有选择地与控制系统可操作地关联，以产生反馈信号，从而响应该反馈信号的控制系 统响应于该反馈信号而操作致动器16，以改变支撑板10和质量体单元6沿着线性位移路径 的位移。根据本发明的实施例，至少两个往复运动质量体装置1隔离开，从而致动器16使 得各自的质量体单元6在分离的且基本平行的线性位移路径上移动。把往复运动质量体装 置1分开，能够更容易实现沿垂直于纵向轴线的任一方向对试件实施更为平衡的周期性加 载。将往复运动质量体装置1布置在试件纵向轴线的每一侧，这确保了测试构造的重心位 置低，同时显著降低了测试期间所不期望的载荷。如上所述，由于能够将质量体“分开”在 纵向轴向的每一侧，从而测试构造的安装，尤其是每个往复运动质量体装置1与试件的安 装也变得容易。为实现该效果，该至少两个往复运动质量体装置1间隔开以形成一力平衡点，所 施加的力能够相对于该力平衡点平衡，从而在质量体6往复运动时，任何相对于该力平衡点的转矩被减小并且优选地被最小化。因此，为了向试件施加平衡的周期性弯曲载荷，往复运动质量体装置1安装在试 件的每一侧上，并设置于试件上以沿着垂直方向确定往复运动质量体装置1的相关线性位 移路径的方向。因此，他们的相应质量体6沿着竖直的位移路径同步地上下往复运动，并且 向试件施加周期性弯曲载荷。为获得所期望的试件频率，可以对每个往复运动质量体装置的位移进行控制。也 可以轻易地增加或移除单个质量体单元6以根据试件的尺寸或刚度来改变总质量和施加 的载荷，并且也能够获得所期望的试件频率。可替换地，一对往复运动质量体装置1安装在试件的上下表面上，并且设置在试 件上以沿着水平且与试件纵向轴线相垂直的横向方向确定他们的相关线性位移路径。从 而，每个往复质量体装置1的相应质量体6沿着水平的横向位移路径同步地往复运动，并且 向试件施加周期性的横向载荷。进一步可替换地，优选地，上述两个构造结合在一起以向试件同时施加周期性弯 曲和横向载荷。在该构造中，两对往复运动质量体装置1分别安装在试件的上下表面上和 边缘上。将周期性弯曲和横向载荷同时施加于试件上，这确保了对试件进行逼真的测试，并 且该测试情形精确地模拟了试件工作时经历的情形。例如，试件可以是风力涡轮机叶片，向 叶片同时施加周期性弯曲载荷和周期性横向载荷，这就逼真地模拟了工作时盛行风施加于 叶片上的载荷。往复运动质量体装置1的尺寸可以根据试件的尺寸进行设计，在试件的轮廓容许 时，往复运动质量体装置1的底板2可以通过螺栓孔18和定位销20与试件的外表面直接 安装。但是，在试件基本上是弯曲的或者具有狭窄边缘时，例如试件为风力涡轮机叶片，则 难以将底板2与试件直接安装。在此情形下，尤其难以实现往复运动质量体装置1的底板 2与试件的狭窄边缘牢固结合。如图2所示，可调节夹具40用以将一个或多个往复运动质量体装置1安装至试 件。夹具40包括具有多个孔44的平台42，每个孔适于可滑动地容纳与孔形状互补的销46， 销46具有第一端部48和第二端部50。每个销46的第一端部48与试件的外表面接合。每 个销46的第一端部48上可以设置有弹性部(未示出)，以便当夹具40在原位置时保护试 件的外表面。例如，弹性部可以是安置在第一端部48上的帽而且弹性部可以是橡胶材料。每个销46的第二端部50包括止挡件，以限制销46在相应孔44中的可滑动移动。 例如，止挡件可以是向外延伸的肩部，类似于螺纹头，或者销46和孔44可以是螺纹的。在 销46和孔44是螺纹的情形下，沿着顺时针或逆时针方向拧每个销46以使销46在相应的 孔44中分别下降或升起，从而调节夹具40以适应试件的轮廓。在调节之后，每个销46通 过螺纹在纵向方向上被固定。当然，可以使用调节和固定销46的其他手段，例如，每个销46 在相应的孔44中过盈配合。有利地，夹具40是可调节的，以使得往复运动质量体装置1可以沿着试件安装在 任意位置，尤其在往复运动质量体装置1要安装在基本弯曲的表面或狭窄边缘上时。在试 件(例如，风力涡轮机叶片)的轮廓严格保密并且要测试试件的客户不愿意在测试开始前 公开试件的轮廓时，可调节的夹具40也尤其方便。如上所述，使用已知系统，在测试开始前 必须向测试者提供轮廓，以为制造例如用于试件上的具体安装位置的订制安装支架留出时间。在试件轮廓沿纵向轴线变化并且期望安装往复运动质量体装置1的不同位置(例如， 用于单独测试的不同加载位置)时，必须特别制造用于新位置的新安装装置。通过使用可 调节夹具40，在测试前不需要提前知道试件在沿着试件的期望定位处的轮廓，定做夹具系 统就是这种情形，因为在测试开始前，在安装设备期间能够简单地调节夹具40。由于不需要 定制安装装置，这使得开始测试所需要的时间和成本降低。夹具40的平台42具有端板52、54，以使一个或多个夹具40可以串联在一起，以便 于安装至例如风力涡轮机叶片的大试件。一个或多个夹具40可以在他们相应的端板52处 串联在一起，以提供具有单一平台的夹具组。两个夹具组能够平行连接，以围绕试件有效地 牢固夹紧。如图3所示，两个夹具组60、62围绕风力涡轮机叶片64的轮廓安装，上夹具组60 安装在叶片64的上表面上，下夹具组62安装在叶片64的下表面上。一个或多个连杆将两 个夹具组连接在一起，并且围绕叶片轮廓牢固地夹紧。调节每个夹具组60、62，以确保其平台是水平的并且相对叶片64的纵向轴线横向 定向。单一的往复运动质量体装置68、70在中央处连接至上夹具组60的平台和下夹具组 62的平台。从而，上往复运动质量体装置68和下往复运动质量体装置70的相应质量体， 通过相应致动器沿着他们的分离且平行的线性位移路径彼此同步地往复运动，以向叶片64 施加周期性横向载荷。可替换地，单一的往复运动质量体装置72、74可以集中地连接至上夹具组60和 下夹具组62的外端板，以在叶片64的任一侧上提供两个隔离的往复运动质量体装置72、 74。侧部的往复运动质量体装置72、74的线性位移路径是分离且平行的，并且被竖直地定 向。从而，侧部往复运动质量体装置72、74的相应质量体，通过相应致动器沿着他们的分离 且平行的线性位移路径彼此同步地往复运动，以向叶片64施加周期性弯曲载荷。如图3所示，更优选的实施方式是将往复运动质量体装置连接在上夹具组60和 下夹具组62的平台上以及夹具组60、62的侧部上，从而提供一种设备，该设备能够向叶片 64同时施加周期性弯曲载荷和周期性横向载荷。在叶片64的上表面和下表面上提供第一 对往复运动质量体装置68、70，以及在叶片64的任一侧上提供第二对往复运动质量体装置 72、74，从而确保施加至叶片64的弯曲载荷和横向载荷平衡，并且确保整体测试构造对叶 片64的振动特性影响最小，尤其在叶片的共振频率模式下。该设备能够在“开环”模式(即，没有反馈)中工作，但是优选地是，该设备具有反 馈环以容许其在“闭环”模式中工作。可选择地，反馈传感器可以设置在试件上，以产生与 控制系统在操作上相关联的反馈信号。例如，反馈传感器可包括应变仪、加速计或位移传感 器。控制系统响应反馈信号，以响应反馈信号而操作相应往复运动质量体装置的每个致动 器，从而改变相应质量体沿相关线性位移路径的位移。在期望测试正振动的试件的位移时，基准安装在试件上或者以其他方式形成在试 件的表面上，远离试件定位的基准跟踪器(例如，照相机)跟踪基准的位置。基准可以是安 装在试件上的点、线、边或面，或者可以是贴于试件的标签或标记。可替换地，基准可以是激光。
权利要求
1.一种用于向细长试件施加至少一个周期性载荷的设备，包括至少两个往复运动质量体装置(1)，每个包括质量体(6)和致动器(16)，其中，所述致 动器与所述质量体在操作上相互关联，以沿着线性位移路径移动所述质量体；安装装置(2)，用于将每个致动器安装至试件；以及控制系统，与每个致动器在操作上相互关联，所述控制系统操作每个致动器以使得其 相应质量体沿着其各自线性位移路径往复运动；其中，所述往复运动质量体装置间隔开，以使得所述致动器在分离且基本平行的线性 位移路径上移动其相应的质量体。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述至少两个往复运动质量体装置设置成在第 一方向上沿着平行的线性位移路径移动其相应的质量体，以及至少一个附加的往复运动装 置设置成在基本垂直于所述第一方向的第二方向上同时施加周期性载荷。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述至少两个往复运动质量体装置包括第一对 往复运动质量体装置(1)，所述至少一个附加的往复运动装置包括第二对往复运动质量体 装置⑴。
4.根据权利要求2或3所述的设备，其中，所述第一方向沿着竖直位移路径，所述第二 方向沿着水平位移路径。
5.根据前述任一项权利要求所述的设备，其中，所述控制系统适于使得每个往复运动 质量体装置(1)的相应质量体(6)彼此同步地沿着平行的位移路径移动。
6.根据前述任一项权利要求所述的设备，其中，每个致动器在第一端部处与所述安装 装置的底座(2)安装，在第二端部处与其相应质量体(6)安装。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，每个质量体(6)相对于其相关联的往复运动质量 体装置的底座(2)可滑动地安装。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，每个质量体(6)可滑动地连接至至少一个线性支 架⑷。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，每个质量体(6)可拆卸地安装在支撑板(10)上， 所述支撑板(10)可滑动地安装至所述至少一个线性支架(4)。
10.根据前述任一项权利要求所述的设备，其中，所述致动器(16)是线性液压致动器。
11.一种根据前述任一项权利要求所述的设备，包括与所述控制系统在操作上相关联 的反馈传感器，所述反馈传感器产生反馈信号，所述控制系统响应所述反馈信号，从而响应 所述反馈信号以操作每个致动器来改变每个质量体沿着其相关联的线性位移路径的位移。
12.根据权利要求11所述的设备，其中，所述反馈传感器包括应变仪、加速计或者位移 传感器中的一个或多个。
13.根据权利要求11所述的设备，其中，所述位移传感器包括安装在所述试件上的基 准以及包括远离所述试件定位的照相机，所述照相机跟踪所述基准的位置。
14.根据权利要求13所述的设备，其中，所述基准包括激光。
15.根据前述任一项权利要求所述的设备，其中，所述安装装置包括可调节的夹具 (40)，用于在沿着所述试件的任何位置处夹紧至试件的外表面。
16.根据权利要求15所述的设备，其中，所述夹具(40)包括平台(42)，适于与所述安 装装置的底座⑵连接。
17.根据权利要求15所述的设备，其中，所述平台(42)包括多个孔(44)，每个所述孔 适于可滑动地容纳与所述孔的形状互补的销(46)，所述销具有第一端部(48)和第二端部 (50)，其中，每个销(46)的所述第一端部(48)与叶片的外表面接合。
18.根据权利要求17所述的设备，其中，每个销(46)的所述第二端部(50)包括止挡 件，以限制所述销在相应孔中的可滑动移动。
19.根据权利要求17或18所述的设备，其中，所述销和孔是螺纹的。
20.一种用以振动细长试件的方法，包括如下步骤提供至少两个往复运动质量体装置(1)，每个往复运动质量体装置包括质量体(6)和 致动器(16)，所述致动器与其相应质量体在操作上相关联，以使得其质量体沿着线性位移 路径移动；以隔离的关系，将每个往复运动质量体装置安装在所述试件上；以及提供在操作上与每个致动器相关联的控制系统，以操作每个致动器使得每个往复运动 质量体装置的相应质量体沿着分离且基本平行的线性位移路径往复运动。
21.根据权利要求20所述的方法，包括如下步骤设置所述至少两个往复运动质量体装置，以使得其相应的质量体在第一方向上沿着平 行的线性位移路径移动；提供至少一个附加的往复运动装置；以及设置所述至少一个附加的往复运动装置，以在基本垂直于所述第一方向的第二方向上 同时施加周期性载荷。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述至少两个往复运动质量体装置包括第一 对往复运动质量体装置，所述至少一个附加的往复运动装置包括第二对往复运动质量体装置。
23.根据权利要求21或22所述的方法，其中，所述第一方向沿着竖直位移路径，所述第 二方向沿着水平位移路径。
24.根据权利要求20至23中任一项所述的方法，包括如下步骤控制每个往复运动质 量体装置的相应质量体，以沿着平行的位移路径彼此同步地移动。
25.根据权利要求20至24中任一项所述的方法，包括如下步骤探测所述试件的应变、加速度或位移；以及根据所述探测，控制所述质量体的沿着其相应线性位移路径的位移。
26.根据权利要求25所述的方法，包括如下步骤在所述试件上安装基准；远离所述试件安置照相机；以及通过所述照相机跟踪所述基准的位置。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述基准包括激光。
28.根据权利要求20至27中任一项所述的方法，包括如下步骤提供包括平台的可调节夹具，所述平台具有多个孔，每个孔适于容纳与所述孔的形状 互补的销，所述销具有第一端部和第二端部；根据试件轮廓调节每个销，以使得每个销的所述第一端部与所述试件的外表面接合， 从而沿着所期望的方向将所述平台安装至所述试件；以及将往复运动质量体装置与所述平台连接。
全文摘要
一种用于向细长试件施加至少一种周期性载荷的设备，包括至少两个往复运动质量体装置(1)，每个包括质量体(6)和致动器(16)，其中，致动器(16)与质量体在操作上相互关联，以沿着线性位移路径移动质量体；安装装置(2)，用于将每个致动器(16)安装至试件；以及控制系统，与每个致动器(16)在操作上相互关联，控制系统操作每个致动器(16)以使得其相应质量体(6)沿着其各自线性位移路径往复运动；其中，往复运动质量体装置(1)间隔开，以使得致动器在分离且基本平行的线性位移路径上移动其相应的质量体(6)。
文档编号G01M7/00GK102124315SQ200980122350
公开日2011年7月13日 申请日期2009年3月30日 优先权日2008年4月14日
发明者伊恩·威廉森, 彼得·霍普, 理查德·考特, 阿伦·沃格特 申请人:国家可再生能源中心有限公司
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