CN106530117A - 一种塔筒爬梯性能的预测方法 - Google Patents

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苏凤宇
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何海建
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杨海锋
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Xuji Group Co Ltd
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Abstract

本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种塔筒爬梯性能的预测方法，该方法通过对塔筒爬梯建立有限元模型，分别对爬梯的强度试验工况、弯曲试验工况、侧向弯曲试验工况、踏辊弯曲试验工况和爬梯防坠试验工况进行检测分析。由于本发明提供的技术方案，对爬梯的各种试验工况都做了检测分析，从而解决对爬梯强度的计算不准确的问题。

Description

一种塔筒爬梯性能的预测方法
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种塔筒爬梯性能的预测方法。
背景技术
塔筒爬梯是风电塔筒的重要组成部分，除用于作业人员攀爬塔筒之外，还可以作为风机塔筒升降机的导轨配套使用。目前对爬梯强度的检测多采用试验的方法，但试验周期长，且试验结果受试验设备及人员操作等多方面因素的影响，无法及时准确的反映爬梯结构对强度的影响。
采用有限元建模的方法可以准确反映爬梯结构对爬梯强度的影响，并能够指导爬梯结构的改进。
但是目前采用的有限元分析方法对爬梯进行强度计算时，建模相对简单，通常未考虑塔筒及安装支架对爬梯造成的影响，计算结果不能反映塔筒爬梯强度的真实情况，出现爬梯的理论强度大于实际强度的现象，不能指导实际的工程应用。如果根据这种计算方法的计算结果去设计爬梯，则可能导致爬梯的实际强度小于理论强度，使爬梯在实际应用时存在安全隐患。
发明内容
本发明提供一种塔筒爬梯性能的预测方法，用于解决上述有限元分析方法由于对塔筒爬梯强度计算不准确而导致实际工程应用时可能出现安全隐患的问题。
一种塔筒爬梯性能的预测方法，包括如下步骤：
(1)建立爬梯的几何模型，包括爬梯的立柱、踏辊和附属支撑，并将其导入有限元软件，建立爬梯的有限元模型；
(2)划分网格；
(3)定义爬梯的单元、材料及实常数；
(4)选择爬梯的试验工况，测试爬梯的性能；爬梯的试验工况至少包括：
爬梯防坠试验工况：在爬梯立柱上加载集中力，方向沿爬梯立柱的中心线方向，检测爬梯及其附属支撑是否会发生断裂；
爬梯强度试验工况：提取爬梯强度试验工况的基准梯段，在其中心处加载集中力，检测爬梯的永久性变形量是否超出爬梯强度的极限值；
爬梯弯曲试验工况：提取爬梯弯曲试验工况的基准梯段，在其中心处加载集中力，检测爬梯的最大变形量是否超出爬梯弯曲的极限值；
爬梯侧向弯曲试验工况：提取爬梯侧向弯曲试验工况的基准梯段，在其竖向中心处加载集中力，检测爬梯最大变形量是否超出爬梯侧向弯曲的极限值；
爬梯踏辊弯曲试验工况：在踏辊上加载作用力，去掉作用力后检测其塑性变形量是否小于等于踏辊弯曲的极限值。
进一步的，爬梯防坠试验工况：爬梯立柱上加载的集中力为3kN；
爬梯强度试验工况：在爬梯强度试验工况基准梯段的中心处，依次先后加载500N，0N，1000N和0N的集中力，爬梯强度的极限值为支撑间距L的千分之一；
爬梯弯曲试验工况：在爬梯弯曲试验工况基准梯段的中心处，依次先后加载100N，0N和750N的集中力，爬梯弯曲的极限值为5L2×10-6mm，且最大不超过50mm；
爬梯侧向弯曲试验工况：在爬梯侧向弯曲试验工况基准梯段，加载250N的中心力，爬梯侧向弯曲的极限值为支撑间距L的千分之五；
爬梯踏辊弯曲试验工况：在踏辊上加载的作用力为2500N，踏辊弯曲的极限值为踏辊内侧宽度的千分之五。
进一步的，所述爬梯的有限元模型为对称模型。
进一步的，所述爬梯的有限元模型包括爬梯、塔筒和安装支架，爬梯与安装支架之间、安装支架与塔筒之间通过绑定接触进行连接。
本发明提供一种塔筒爬梯性能的预测方法，分别对爬梯的强度试验工况、弯曲试验工况、侧向弯曲试验工况、踏辊弯曲试验工况和爬梯防坠试验工况进行检测分析。由于本发明提供的技术方案，对爬梯的各种试验工况都做了检测分析，因此对爬梯强度的计算也比较准确，按照本发明所提供的技术方案计算塔筒爬梯强度涉及爬梯，不会存在安全隐患。
附图说明
图1是本发明实施例所述塔筒爬梯计算模型示意图；其中：1为爬梯立柱、2为爬梯踏辊、3为爬梯安装支架a、4为塔筒安装支撑板、5为塔筒、6为爬梯安装支架b；
图2为爬梯防坠试验工况的示意图；
图3为爬梯强度试验工况的示意图；
图4为爬梯弯曲试验工况的示意图；
图5为爬梯侧向弯曲试验工况的示意图；
图6为爬梯他滚弯曲试验工况的示意图。
具体实施方式
本发明提供一种塔筒爬梯性能的预测方法，用于解决现有的有限元分析方法对塔筒爬梯强度计算不准确的问题，属于风力发电技术领域。
下面结合附图对本发明进行详细说明。
本实施例所提供的一种塔筒爬梯性能的预测方法，其中爬梯的有限元模型如图1所示，具体步骤如下：
(1)建立爬梯的几何模型，包括爬梯的立柱、踏辊和附属支撑，并将其导入有限元软件，建立爬梯的有限元模型；该有限元模型为对称模型，包括爬梯、塔筒和安装支架，将爬梯与安装支架之间、安装支架与塔筒之间的连接设为绑定接触进行连接；
(2)划分网格；
(3)定义爬梯的单元、材料及实常数；
(4)分别对爬梯的强度试验工况、弯曲试验工况、侧向弯曲试验工况、踏辊弯曲试验工况和防坠试验工况进行检测分析，具体方法如下：
爬梯防坠试验工况：如图2所示，在爬梯立柱上加载3kN集中力F1，方向沿爬梯立柱的中心线方向，检测爬梯及其附属支撑是否发生断裂；
强度试验工况：如图3所示，提取爬梯强度试验工况的基准梯段，在其中心处依次先后加载500N，0N，1000N和0N集中力F2，检测爬梯的永久性变形是否超出支撑间距L的千分之一；
爬梯弯曲试验工况：如图4所示，提取爬梯弯曲试验工况的基准梯段，在其中心处依次先后加载100N，0N和750N的集中力F3，检测爬梯的最大变形量是否超出5L2×10-6mm，且最大不超过50mm；
爬梯侧向弯曲试验工况：如图5所示，提取爬梯侧向弯曲试验工况的基准梯段，在其竖向中心处加载250N的集中力F4，检测爬梯最大变形量是否超出支撑间距L的千分之五；
爬梯踏辊弯曲试验工况：如图6所示，在踏辊上加载2500N的作用力F5，检测其塑性变形量是否出超出踏辊内侧宽度的千分之五。
作为其他实施方式，在爬梯的强度试验工况、弯曲试验工况、侧向弯曲试验工况、踏辊弯曲试验工况和防坠试验工况中施加的集中力或作用力都可以按照实际的需求进行调整，判断标准也可以做相应的改变。
以上给出了本发明涉及的具体实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种塔筒爬梯性能的预测方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)建立爬梯的几何模型，包括爬梯的立柱、踏辊和附属支撑，并将其导入有限元软件，建立爬梯的有限元模型；
(2)划分网格；
(3)定义爬梯的单元、材料及实常数；
(4)选择爬梯的试验工况，测试爬梯的性能；爬梯的试验工况至少包括：
爬梯防坠试验工况：在爬梯立柱上加载集中力，方向沿爬梯立柱的中心线方向，检测爬梯及其附属支撑是否会发生断裂；
爬梯强度试验工况：提取爬梯强度试验工况的基准梯段，在其中心处加载集中力，检测爬梯的永久性变形量是否超出爬梯强度的极限值；
爬梯弯曲试验工况：提取爬梯弯曲试验工况的基准梯段，在其中心处加载集中力，检测爬梯的最大变形量是否超出爬梯弯曲的极限值；
爬梯侧向弯曲试验工况：提取爬梯侧向弯曲试验工况的基准梯段，在其竖向中心处加载集中力，检测爬梯最大变形量是否超出爬梯侧向弯曲的极限值；
爬梯踏辊弯曲试验工况：在踏辊上加载作用力，去掉作用力后检测其塑性变形量是否小于等于踏辊弯曲的极限值。
2.根据权利要求1所述的一种塔筒爬梯性能的预测方法，其特征在于，
爬梯防坠试验工况：爬梯立柱上加载的集中力为3kN；
爬梯强度试验工况：在爬梯强度试验工况基准梯段的中心处，依次先后加载500N，0N，1000N和0N的集中力，爬梯强度的极限值为支撑间距L的千分之一；
爬梯弯曲试验工况：在爬梯弯曲试验工况基准梯段的中心处，依次先后加载100N，0N和750N的集中力，爬梯弯曲的极限值为5L2×10-6mm，且最大不超过50mm；
爬梯侧向弯曲试验工况：在爬梯侧向弯曲试验工况基准梯段，加载250N的中心力，爬梯侧向弯曲的极限值为支撑间距L的千分之五；
爬梯踏辊弯曲试验工况：在踏辊上加载的作用力为2500N，踏辊弯曲的极限值为踏辊内侧宽度的千分之五。
3.根据权利要求1所述的一种塔筒爬梯性能的预测方法，其特征在于，所述爬梯的有限元模型为对称模型。
4.根据权利要求1所述的一种塔筒爬梯性能的预测方法，其特征在于，所述爬梯的有限元模型包括爬梯、塔筒和安装支架，爬梯与安装支架之间、安装支架与塔筒之间通过绑定接触进行连接。
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