CN112557198A - 一种柱结构顶面荷载转化施加及检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种柱结构顶面荷载转化施加及检测装置，包括固定板、角度调节机构、检测筒、传力机构、检测受力板和检测模块；所述固定板固定在风机塔筒的顶部，固定板与风机塔筒的上部形状相适配，固定板的中心处沿竖向一体设置有固定筒，检测筒包括水平筒和竖直筒，竖向筒经角度调节机构与固定筒连接，从而能从风机塔筒的不同角度进行施力检测，水平筒经传力机构与检测受力板连接，检测受力板沿竖向设置，其外侧与检测施力结构连接；本发明结构新颖，为风机塔筒的顶部受力检测提供了专用的设备，且能真实的模拟风机塔筒在实际环境中的受力情况，检测力范围广，结构稳定，使用安全。
Description
技术领域
本发明属于受力检测技术领域，具体涉及一种柱结构顶面荷载转化施加及检测装置。
背景技术
风电塔筒就是风力发电的塔杆，在风力发电机组中主要起支撑作用，同时吸收机组震动；是风力发电机组的主要承载部件，因此需要塔筒具有足够的抗疲劳强度，能承受风机引起的振动载荷，且焊缝，尤其是环焊缝，法兰脖颈处常常存在应力集中，如果这些地方存在缺陷都会对塔筒造成毁灭性的破坏，因此风机塔筒的质量控制关乎整个风场安全稳定的重要因素。
在对风机塔筒进行检测时，需要检测它通体的厚度、板材的外观，塔筒的平行度检测，直线度检测，焊缝等，在每个环节生产时都要严格把关，现有的技术中对此类检测有对应的检测设备如超声波测厚仪、水平仪、探伤仪等，但是对于风机塔筒成品后的受力检测还处于空白，缺少对应的设备用于检测风机塔筒顶部风机在不同风力环境下的受力情况，更无法真实模拟使用环境中风机塔筒的各侧面受力情况，风机塔筒的出厂前缺少关键的检测设备用于把关风机塔筒的质量，因此研究一种风机塔筒受力检测装置是必要的。
发明内容
针对现有设备存在的缺陷和问题，本发明提供一种柱结构顶面荷载转化施加及检测装置，有效的解决了现有设备中存在的无法真实模拟风机塔筒在实际使用中各侧面的受力情况。
本发明解决其技术问题所采用的方案是：一种柱结构顶面荷载转化施加及检测装置，包括施力机构、固定板、角度调节机构、检测筒、传力机构、检测受力板和检测模块；所述固定板固定在风机塔筒的顶部，固定板与风机塔筒的上部形状相适配，固定板的中心处沿竖向一体设置有固定筒，检测筒包括水平筒和竖直筒，竖向筒经角度调节机构与固定筒连接，从而能从风机塔筒的不同角度进行施力检测，水平筒经传力机构与检测受力板连接，检测受力板沿竖向设置，其外侧与施力机构连接；所述传力机构包括传力筒、弹簧和定位滑杆；所述传力筒的外端固定在检测受力板的内侧中心，传力筒的内侧套装在水平筒的外侧；传力筒的外端和水平筒的外端设置有对应的弹簧座，弹簧设置在两弹簧座之间，水平筒的侧面开有两端封闭的水平状的滑槽，传力筒内端侧面设置有与其内部贯穿的螺孔，所述定位滑杆螺纹连接在螺孔内并延伸至传力筒的内部，所述定位滑杆的末端嵌套在滑槽内，且能沿滑槽水平滑动，所述检测模块设置在风机塔筒的各检测部位，用于对检测部位的形变量进行检测。
进一步的，所述角度调节结构包括固定在竖直筒底部的上法兰盘、固定在固定筒上端的下法兰盘，上法兰盘和下法兰盘之间设置有多个对应的通孔，通孔内套装有将上法兰盘和下法兰盘固定在一起的固定螺栓。
进一步的，所述竖直筒的底部固定有上法兰盘，上法兰盘的底部中心设置有旋转对接筒，旋转对接筒套装在固定筒的上部
进一步的，所述水平筒和竖直筒之间呈弧形的转角结构。
进一步的，所述风机塔筒上预留有预埋螺栓，固定板上开有对应的通孔，预埋螺栓套装在通孔内并通过螺母固定。
进一步的，当定位滑杆位于滑槽的左侧时，弹簧处于初步压缩状态，此时，两弹簧座的间距不小于滑槽的长度。
进一步的，所述固定筒的底部设置有更换座，更换座的底部与固定板一体连接，更换座的上部经法兰连接在固定筒的底部。
本发明的有益效果：本发明针对现有设备中缺少必要的装置用于检测风机塔筒顶部的受力情况，本发明设置固定板，固定板通过预埋在风机塔筒顶部的预埋螺栓固定在风机塔筒上，真实模拟安装过程，在风机塔筒的上部设置有固定筒，固定筒用于安装角度调节机构和检测筒，本发明中检测筒呈L形结构，用于将水平的施加力传递给风机塔筒上，并检测风机塔筒的形变量，具体的包括了竖直筒和水平筒，水平筒用于承受水平施加力并通过转角转化给竖直筒，其中角度调节机构设置在竖直筒与固定筒之间，通过角度调节结构能改变检测筒的受力方向，从而能对风机塔筒的不同角度进行检测；一般风机受到的作用力为水平方向的力，本发明中水平筒朝向外侧，用于模拟风机的受力情况。
本发明中为了提高检测筒的稳定性，在水平筒的外侧设置了检测受力板，同时在水平筒的外端与检测受力板之间设置了传力机构，传力机构具有以下优点：
1，通过设置传力机构能对检测受力板受到的检测力进行传力，避免检测筒直接受到刚性的应力，保证了检测筒的稳定性；
2，目前常用的施加检测力的手段，即检测施力结构可以为液压缸，通过液压缸的伸缩可施加检测力，随着液压缸的伸缩推动检测受力板，并缓慢的施加作用力，从而施力范围大，基本能从零开始缓慢的逐渐增大，检测数值范围大；
3，由于定位滑杆和滑槽设置，能使传力筒始终沿水平方向沿水平筒滑动，且具有限位功能，能对传力筒和水平筒的初始位置和最大传力位置进行定位；其中初始位置为施加力为零时，最大传力位置弹簧被压缩至最大程度时的位置；
4，检测受力板圆形或者方形的结构，施加力的点允许偏离检测受力板的中心，当检测受力板的非中心位置受力后，只要受力中心在传力筒内时，均可确保检测力准确的施加到水平筒上。
另外发明中水平筒和竖直筒之间呈弧形的转角结构，弧形的结构为两筒的过渡结构，相比L形的结构提高了水平筒与竖直筒之间的过渡强度，提高了检测筒的抗弯曲能力，结构强度大，能承受的检测力高，同时圆弧形状结构避免刮伤实验人员，使用安全。
由此本发明结构新颖，为风机塔筒的顶部受力检测提供了专用的设备，且能真实的模拟风机塔筒在实际环境中的受力情况，检测力范围广，结构稳定，使用安全，是风机塔筒受力检测的一大创新，确保了风机塔筒在出厂前具有稳定的质量，提高了风机塔筒在使用时的安全系数，具有巨大的经济和社会效益。
附图说明
图1为本发明的使用状态结构示意图。
图2为本发明的检测装置的结构示意图。
图3为角度调节机构的结构示意图。
图4为上法兰盘和下法兰盘的结构示意图。
图5为角度调节机构的另一种结构示意图。
图6为图5的另一种状态结构示意图。
图中的标号为：1为风机塔筒，2为预埋螺栓，3为固定板，31为固定筒，32为更换座；4为角度调节结构，41为上法兰盘，42为下法兰盘，43为通孔，44为旋转对接筒；5为检测筒，51为竖直筒，52为水平筒；6为传力机构，61为传力套，62为弹簧座，63为弹簧，64为定位滑杆，65为滑槽；7为检测受力板；8为限位台，9为挡台，10为连接座，11为上咬齿套，12为下咬齿套，13为升降座，14为升降杆，141为调节套，142为操作把手；15为咬合槽，16为咬合齿，17为液压缸，18为检测模块。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例1：本实施例旨在提供一种柱结构顶面荷载转化施加及检测装置，主要用于水平施加力转化为竖直方向的施加力，然后对待检件进行受力的检测，本实施例与对风机塔筒出厂前进行检测为例进行说明，以确保出厂时风机塔筒的质量符合标准要求，针对现有的结构中，缺少对应的设备对风机塔筒的各侧面进行受理检测，无法真实模拟风机塔筒的实际受力情况，为此本实施例提供了一种能真实模拟并检测风机塔筒各侧面的实际承受能力，即通过向各侧面施加荷载，通过检测各侧面的形变得出各侧面的承受能力是否符合标准。
如图1-2所示，一种柱结构顶面荷载转化施加及检测装置包括固定板3、角度调节机构4、检测筒5、传力机构6、检测受力板7和检测模块；所述固定板3固定在风机塔筒1的顶部，具体的固定方式为，风机塔筒上1预留有预埋螺栓2，固定板3上开有对应的通孔，预埋螺栓2套装在通孔内并通过螺母固定，从而将固定板3固定在风机塔筒1的顶部，能够模拟真实安装过程，通过对固定板施加各种检测力来判断风机塔筒各侧面的耐受力，其中各侧面的耐受力可以通过检测模块来检测，检测模块设置在风机塔筒的各检测部位，用于对检测部位的形变量进行检测，检测模块18可以为多种情形，如扫描检测、水平度检测和弯曲度检测，具体的可以将检测条贴在检测部位，检测条内设置有传感器能检测处检测部位的形变量，不详述。
固定板3与风机塔筒1的上部形状相适配，固定板3的中心处沿竖向一体设置有固定筒31，固定筒31作为与固定板3连接的载体，在固定筒3上安装各施力部件，同时在固定筒的底部设置有更换座32，更换座32的底部与固定板一体连接，更换座32的上部经法兰连接在固定筒的底部，当固定板日久损坏或者随着检测塔筒一起破坏时，仅需将更换座更换即可，节约了成本。
检测筒5呈L形结构，包括了竖直筒51和水平筒52；检测筒5的竖向筒51经角度调节机构4与固定筒31连接，使检测筒5的底部能相对应固定筒31转动，从而能从风机塔筒1的不同角度进行施力检测，具体的所述角度调节机构4包括固定在竖直筒底部的上法兰盘41、固定在固定筒上端的下法兰盘42，上法兰盘41和下法兰盘42之间设置有多个对应的通孔43，通孔43内套装有将上法兰盘和下法兰盘固定在一起的固定螺栓，在进行测试角度调节时，松动固定螺栓，使固定螺栓脱离通孔，然后转动检测筒5，然后将上法兰盘41的通孔与下法兰盘的通孔对应，然后在用固定螺栓固定即可，检测角度和检测的方位取决与通孔43的数量，其中通孔43设置在法兰盘的同一圆周上。
检测筒5的水平筒52经传力机构6与检测受力板7连接，如图2所示，检测受力板7呈方形板或者圆形板结构，检测受力板7沿竖向设置，其外侧与检测施力结构连接；内侧经传力机构6与水平筒52连接，本实施例中检测施力结构可以为液压缸，将液压缸的伸缩杆体顶触或者固定在检测受力板的中部，并通过显示设备显示实时的荷载力度，同时液压缸设置在圆盘上，圆盘与检测筒的中心一致，从而在旋转检测角度时，液压缸也能同步转动并正对检测受力板7，或者根据检测角度的不同设置多个与之匹配的液压缸，当检测角度过多时，液压缸优选圆盘式的结构，当检测角度少时，选用多个液压缸的方式进行检测。
所述传力机构6包括传力筒61、弹簧53和定位滑杆64；所述传力筒61的外端固定在检测受力板7的内侧中心处，具体的固定方式可以在传力筒61的外侧设置有环形的耳板，以扩大传力筒与检测受力板的接触面积，然后通过螺栓固定或者粘连的方式固定，传力筒61的内侧套装在水平筒52的外侧，如图2所示，水平筒52套装在传力筒61内；传力筒61的外端和水平筒52的外端设置有对应的弹簧座62，弹簧63设置在两弹簧座62之间，两弹簧座62将弹簧夹持并限位，并使弹簧保持为水平状态，弹簧63的设置能传力使检测受力板相对于水平筒具有一定的弹性位移量，当液压缸施加荷载时，能驱动检测受力板向内移动（压缩弹簧），使两弹簧座靠近，由于力的作用为相互的，从而能检测筒受到的力为荷载力。
水平筒52的侧面开有两端封闭的水平状的滑槽65，传力筒61内端侧面设置有与其内部贯穿的螺孔，所述定位滑杆64螺纹连接在螺孔内并延伸至传力筒61的内部，所述定位滑杆64的末端嵌套在滑槽65内，且能沿滑槽65水平滑动，本实施例中滑槽65和定位滑杆64的设置，允许传力筒能相对水平筒滑动，同时防止传力筒相对于水平筒转动，另外还具有限位定位功能，具体的，当定位滑杆位于滑槽的左侧时，弹簧63处于初步压缩状态，此时，两弹簧座62的间距不小于滑槽的长度，根据荷载的施加大小，弹簧会缓慢为被压缩，当两弹簧座接触时，此时弹簧得到最大的压缩程度，并位于两弹簧座的内部间隙中，此时在增大荷载，检测受力板会施加刚性的荷载，并直接施加到检测筒上，当荷载消失后弹簧会缓慢的恢复形变，将检测受力板推动至初始位置。
本实施例在具体实施时，首先将固定板3固定安装在风机塔筒1上，然后将上法兰盘41与下法兰盘42对应，用于转动并调整检测角度，然后将上法兰盘41与下法兰盘42固定在一起并将检测角度固定，然后启动液压缸驱动检测受力板，初级阶段为缓冲施力，随着施力的增大，检测受力板缓慢向水平筒靠近，直至检测受力板达到极限位置，继续施力为刚性施力，将荷载传递给检测筒，水平筒将水平力传递给竖直筒，并有竖直筒向固定筒和固定板传递应力，并通过检测模块检测风机塔筒检测面的形变情况，液压缸17的施加的实时荷载力信息和风机塔筒的实时形变信息上传至处理终端，经处理后生成报表。
本实施例不单单适用于风机塔筒的检测，还可适用于与之功能相同的部件检测，功能多样，使用范围广，可用于实验室或者工厂质检部，安装调节方便，实用性强。
实施例2：本实施例与实施例1基本相同，其不同在于：本实施例对检测筒5的结构进一步限定。
所述水平筒52和竖直筒51之间呈弧形的转角结构；弧形的结构为两筒的过渡结构，相比L形的结构提高了水平筒与竖直筒之间的过渡强度，提高了检测筒的抗弯曲能力，结构强度大，能承受的检测力高，同时圆弧形状结构避免刮伤实验人员，使用安全。
实施例3：本实施例与实施例1基本相同，其不同在于：本实施例角度调节机构进一步说明。
如图3所示，竖直筒51的底部固定有上法兰盘41，上法兰盘41的底部中心设置有旋转对接筒44，旋转对接筒44套装在固定筒31的上部，同时上法兰盘41与下法兰盘42对应，当拆除上法兰盘和下法兰盘时，通过旋转对接筒44仍然能将竖直筒稳定的竖立在固定筒的上部，转动竖直筒即可，调节方便，稳定性强。
实施例4：本实施例与实施例1基本相同，其不同在于：本实施例提供了另一种角度调节机构。
本实施例中，面对实施例1中的缺陷，检测角度必须依赖于上法兰盘和下法兰盘的通孔数量，致使检测角度跨度大，无法精准的对风机塔筒的每个角度均进行检测。
为此，本实施例如图5-6所示，角度调节机构包括限位台8、挡台9、上咬齿套11、下咬齿套12和升降杆14；固定筒31的上部设置有限位台8；限位台8的外沿延伸出固定筒31的外侧，竖直筒51的下部内设置有挡台9，限位台8延伸至竖直筒内并顶触在挡台9的底部，同时限位台8的底面与竖直筒51的底面齐平，上咬齿套11经连接座10固定在竖直筒51的底部并将限位台8限制在上咬齿套上部与竖直筒下部之间，下咬齿套12套装在固定筒31的外侧，并能相对于固定筒31沿竖向滑动，下咬齿套12的外侧设置有升降板13，升降杆14的顶部固定在升降板13的底面上，从而能驱动下咬齿套12沿固定筒上下滑动，上咬齿套11和下咬齿套12之间设置有对应点咬齿，咬齿的结构呈方形结构，当上咬齿套11与下咬齿套12咬合时，能将竖直筒固定，不让其转动，当上咬齿套与下咬齿套分离时，竖直筒能相对于固定筒转动，进行检测角度的调整。
如图5所示，上咬齿套11和下咬齿套12处于咬合状态，上咬齿套11和下咬齿套12处于抱死状态，下咬齿套被升降杆定位不会下降，限位台的底部坐落在上咬齿套的上部，其上部顶触在挡台的底部，并由于咬齿16的限制，竖直筒51无法转动。
具体的升降杆14的结构可以包括上下两根螺纹方向相反的螺杆和中部的调节套141，调节套141的外侧设置有调节把手，以方便操作。
如图6所示，上咬齿套和下咬齿套处于分离状态，失去了咬齿的约束，竖直筒能连同上咬合套一起相对于固定筒转动。
本实施例中下咬合套的上部分布有倒立的方形状咬齿15，上咬合套上分布有咬合槽16，方形结构结构稳定，以保证下咬合套和上咬合套在咬死状态的稳定性。
Claims (8)
1.一种柱结构顶面荷载转化施加及检测装置，其特征在于：包括施力机构、固定板、角度调节机构、检测筒、传力机构、检测受力板和检测模块；所述固定板固定在风机塔筒的顶部，固定板与风机塔筒的上部形状相适配，固定板的中心处沿竖向一体设置有固定筒，检测筒包括水平筒和竖直筒，竖向筒经角度调节机构与固定筒连接，从而能从风机塔筒的不同角度进行施力检测，水平筒经传力机构与检测受力板连接，检测受力板沿竖向设置，其外侧与施力机构连接；所述传力机构包括传力筒、弹簧和定位滑杆；所述传力筒的外端固定在检测受力板的内侧中心，传力筒的内侧套装在水平筒的外侧；传力筒的外端和水平筒的外端设置有对应的弹簧座，弹簧设置在两弹簧座之间，水平筒的侧面开有两端封闭的水平状的滑槽，传力筒内端侧面设置有与其内部贯穿的螺孔，所述定位滑杆螺纹连接在螺孔内并延伸至传力筒的内部，所述定位滑杆的末端嵌套在滑槽内，且能沿滑槽水平滑动，所述检测模块设置在风机塔筒的各检测部位，用于对检测部位的形变量进行检测。
2.根据权利要求1所述的柱结构顶面荷载转化施加及检测装置，其特征在于：所述施力机构为液压缸。
3.根据权利要求1所述的柱结构顶面荷载转化施加及检测装置，其特征在于：所述角度调节结构包括固定在竖直筒底部的上法兰盘、固定在固定筒上端的下法兰盘，上法兰盘和下法兰盘之间设置有多个对应的通孔，通孔内套装有将上法兰盘和下法兰盘固定在一起的固定螺栓。
4.根据权利要求3所述的柱结构顶面荷载转化施加及检测装置，其特征在于：所述竖直筒的底部固定有上法兰盘，上法兰盘的底部中心设置有旋转对接筒，旋转对接筒套装在固定筒的上部。
5.根据权利要求1所述的柱结构顶面荷载转化施加及检测装置，其特征在于：所述水平筒和竖直筒之间呈弧形的转角结构。
6.根据权利要求1所述的柱结构顶面荷载转化施加及检测装置，其特征在于：所述风机塔筒上预留有预埋螺栓，固定板上开有对应的通孔，预埋螺栓套装在通孔内并通过螺母固定。
7.根据权利要求1所述的柱结构顶面荷载转化施加及检测装置，其特征在于：当定位滑杆位于滑槽的左侧时，弹簧处于初步压缩状态，此时，两弹簧座的间距不小于滑槽的长度。
8.根据权利要求1所述的柱结构顶面荷载转化施加及检测装置，其特征在于：所述固定筒的底部设置有更换座，更换座的底部与固定板一体连接，更换座的上部经法兰连接在固定筒的底部。
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