技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種低頻振動模擬試驗(yàn)臺及試驗(yàn)方法，尤其涉及一種可以適用于光伏跟蹤支架的低頻振動模擬試驗(yàn)臺及試驗(yàn)方法。

背景技術(shù)：
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光伏跟蹤支架在戶外運(yùn)行時，風(fēng)力造成的持續(xù)載荷和交變載荷會在光伏組件上疊加，使光伏跟蹤支架產(chǎn)生低頻振動，導(dǎo)致機(jī)械構(gòu)件產(chǎn)生疲勞失效、聯(lián)接緊固件產(chǎn)生松動，影響光伏跟蹤支架的長期運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性。當(dāng)前，一般通過對總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維建模和有限元動力學(xué)分析的軟件模擬來發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)層面的薄弱環(huán)節(jié)，并在通用試驗(yàn)臺上對小型構(gòu)建進(jìn)行實(shí)際疲勞壽命試驗(yàn)。但是軟件在對系統(tǒng)級總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬時需要進(jìn)行大量簡化和參數(shù)假設(shè)，導(dǎo)致分析結(jié)果誤差較大、無法準(zhǔn)確識別薄弱環(huán)節(jié)；通用試驗(yàn)臺由于尺寸限制無法對大型支架構(gòu)件進(jìn)行整體測試，并且所產(chǎn)生的低頻振動源及其施加在光伏跟蹤支架上的方式也與實(shí)際情況不符，導(dǎo)致實(shí)測結(jié)果不能反應(yīng)實(shí)際情況，參考價值較小。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的在于提供一種低頻振動模擬試驗(yàn)臺，具有提供與戶外條件相吻合的低頻振動源、對光伏跟蹤支架的整體系統(tǒng)施加載荷進(jìn)行模擬測試、實(shí)時記錄各測試部位共振特性的特點(diǎn)，并且提供一種操作簡便、測試結(jié)果準(zhǔn)確可靠的測試方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種低頻振動模擬試驗(yàn)臺，包括低頻振動源發(fā)生器、可調(diào)導(dǎo)軌支架、振動載荷傳遞索具、光伏跟蹤支架、低頻振動傳感器、控制器，所述的低頻振動信號源發(fā)生器固定在可調(diào)導(dǎo)軌支架上，所述的振動載荷傳遞索具一端固定在低頻振動源發(fā)生器上、另一端固定在光伏跟蹤支架的橫梁上，所述的低頻振動傳感器固定在光伏跟蹤支架和光伏板上、通過信號線路與控制器連接，控制器通過信號線路和電源供電線路與低頻振動源發(fā)生器進(jìn)行連接。

上述的低頻振動源發(fā)生器，包括變頻調(diào)速電機(jī)、偏心輪、軸銷，所述的偏心輪具有多個不同偏心距的銷孔，并固定在變頻調(diào)速電機(jī)的輸出軸上，所述的軸銷固定在偏心輪的銷孔中。

上述的可調(diào)導(dǎo)軌支架，包括導(dǎo)軌，用于支撐和固定低頻振動源發(fā)生器，低頻振動源發(fā)生器可以在導(dǎo)軌的全長范圍內(nèi)進(jìn)行任意移動，調(diào)節(jié)到合適高度后，進(jìn)行緊固。

上述的振動載荷傳遞索具，包括端部固定環(huán)、鋼絲繩、拉簧、長度調(diào)節(jié)與鎖緊裝置。端部固定環(huán)一端套在偏心輪軸銷上，另一端與鋼絲繩固定，鋼絲繩與拉簧的一端固定，拉簧另一端固定另一條鋼絲繩，鋼絲繩通過長度調(diào)節(jié)與鎖緊裝置與光伏跟蹤支架的橫梁相連接。

作為一個總的技術(shù)構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種用上述低頻振動模擬試驗(yàn)臺對光伏跟蹤支架進(jìn)行測試的方法，具體包括以下步驟：

對總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維建模和有限元動力學(xué)分析的軟件模擬，估算持續(xù)載荷的大小和交變載荷分量的共振點(diǎn)的頻率和方向；根據(jù)持續(xù)載荷的大小對振動載荷傳遞索具進(jìn)行調(diào)整，使光伏跟蹤支架所加載的預(yù)緊力與持續(xù)載荷大小相符；根據(jù)交變載荷的頻率和方向設(shè)置低頻振動模擬試驗(yàn)臺的頻率和載荷施加方向，進(jìn)行掃頻試驗(yàn)、尋找實(shí)際共振點(diǎn)；在實(shí)際共振發(fā)生的頻率參數(shù)基礎(chǔ)上，設(shè)計從小到大逐漸變化的振幅；根據(jù)試驗(yàn)規(guī)范進(jìn)行規(guī)定時間的持續(xù)試驗(yàn)，對是否符合設(shè)計要求作出評估，或者做到出現(xiàn)零件疲勞失效為止，對失效零件進(jìn)行進(jìn)一步評估、對薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行加強(qiáng)和優(yōu)化。

上述的測試方法中，所述的低頻振動模擬試驗(yàn)臺的持續(xù)載荷分量設(shè)置和調(diào)節(jié)方法是：將連接低頻振動源發(fā)生器和光伏跟蹤支架的振動載荷傳遞索具中的拉簧的拉伸長度進(jìn)行調(diào)整；根據(jù)胡克定律，光伏跟蹤支架所承受的拉力等于彈簧拉伸長度乘以拉簧的彈性系數(shù)。

上述的測試方法中，所述的低頻振動模擬試驗(yàn)臺的頻率設(shè)置方法是：通過改變變頻調(diào)速電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速，來使偏心輪的轉(zhuǎn)速進(jìn)行相應(yīng)變化；偏心輪通過銷軸帶動振動載荷傳遞索具實(shí)現(xiàn)由轉(zhuǎn)動到線性往復(fù)拉動的轉(zhuǎn)變，并將線性往復(fù)拉動運(yùn)動傳遞到光伏跟蹤支架上；線性往復(fù)拉動的頻率等于電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)每秒)。

上述的測試方法中，所述的低頻振動模擬試驗(yàn)臺的振幅設(shè)置方法是：通過選擇偏心輪上不同偏心距的銷孔，來使振動載荷傳遞索具進(jìn)行線性往復(fù)拉動時的最大運(yùn)動距離產(chǎn)生變化，從而模擬低頻振動載荷振幅；線性往復(fù)拉動運(yùn)動的振幅等于銷軸所在偏心孔的偏心距的兩倍。

上述的測試方法中，所述的低頻振動模擬試驗(yàn)臺的頻率與振幅設(shè)置的組合，組成了低頻振動載荷中的交變載荷分量的特性。

上述的測試方法中，低頻振動模擬試驗(yàn)臺對于光伏跟蹤支架在戶外實(shí)際運(yùn)行時所承受的實(shí)際風(fēng)力載荷的模擬的方法是：將持續(xù)載荷分量和交變載荷分量組合起來，同時由振動載荷傳遞索具施加給光伏跟蹤支架。

上述的測試方法中，所述的低頻振動模擬試驗(yàn)臺的載荷施加方向的設(shè)置方法是：通過調(diào)整低頻振動源發(fā)生器在可調(diào)導(dǎo)軌支架上的高度，來使振動載荷傳遞索具對光伏跟蹤支架的往復(fù)拉動運(yùn)動的方向，從水平方向到豎直方向變化，從而模擬低頻振動載荷在光伏跟蹤支架橫梁上的不同施加方向。

上述的測試方法中，所述的共振現(xiàn)象發(fā)生與否的判斷方法是：在低頻振動模擬試驗(yàn)臺對光伏跟蹤支架進(jìn)行掃頻振動測試時，固定在光伏跟蹤支架和光伏板上的低頻振動傳感器對所在部位的振動頻率和振幅進(jìn)行實(shí)時檢測，檢測信號通過通信通道發(fā)送到控制器中；控制器將檢測到的振動頻率和振幅，與低頻振動源發(fā)生器輸出的頻率和振幅進(jìn)行比較；如果實(shí)測頻率與信號源輸出頻率相等、但實(shí)測振幅大于信號源輸出振幅，或者實(shí)際振幅在這個頻率點(diǎn)上振動時的振幅有增大趨勢時，則認(rèn)為發(fā)生了共振。

本發(fā)明的有益效果為：提供了低頻振動載荷的持續(xù)載荷分量和交變載荷分量的施加方法，使光伏跟蹤支架所受到的低頻振動載荷符合實(shí)際戶外運(yùn)轉(zhuǎn)條件，能夠比常規(guī)的軟件模擬和局部實(shí)測方法更全面、更準(zhǔn)確地分析在低頻振動條件下的系統(tǒng)特性；提供了頻率、振幅、方向、預(yù)緊力四個參數(shù)的調(diào)節(jié)方法，可以方便地找到系統(tǒng)的共振點(diǎn)，更快速地發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計缺陷；提供了以低頻振動傳感器和控制器為核心的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)數(shù)字化實(shí)時采集分析功能，為光伏跟蹤支架的設(shè)計優(yōu)化提供了量化分析方法，提高新產(chǎn)品開發(fā)速度。

附圖說明：

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式來進(jìn)一步說明本發(fā)明。

圖1是本發(fā)明的主要組成示意圖。

其中：1-控制器；2-可調(diào)導(dǎo)軌支架；3-低頻振動源發(fā)生器；4-振動載荷傳遞索具；5-光伏跟蹤支架；6-光伏板；7-低頻振動傳感器

圖2是用振動載荷傳遞索具示意圖。

其中：4.1-端部固定環(huán)；4.2-鋼絲繩a；4.3-拉簧；4.4-鋼絲繩b；4.5-長度調(diào)節(jié)與鎖緊裝置。

圖3是低頻振動源發(fā)生器示意圖。

其中：3.1-變頻調(diào)速電機(jī)；3.2-軸銷；3.3-偏心輪；3.3.1-偏心銷孔孔陣(偏心距分別為5、10、15、20、25、30)。

圖4是使用低頻振動模擬試驗(yàn)臺對光伏跟蹤支架進(jìn)行試驗(yàn)的方法流程圖。

具體實(shí)施方式：

為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。

如圖1所示，本實(shí)施例的低頻振動模擬試驗(yàn)臺，包括：

低頻振動源發(fā)生器3、可調(diào)導(dǎo)軌支架2、振動載荷傳遞索具4、光伏跟蹤支架5、低頻振動傳感器7、控制器1，所述的低頻振動信號源發(fā)生器3固定在可調(diào)導(dǎo)軌支架2上，所述的振動載荷傳遞索具4一端固定在低頻振動源發(fā)生器3上、另一端固定在光伏跟蹤支架5的橫梁上，所述的低頻振動傳感器7固定在光伏跟蹤支架5和光伏板上、通過信號線路與控制器1連接，控制器1通過信號線路和電源供電線路與低頻振動源發(fā)生器3進(jìn)行連接。

所述的可調(diào)導(dǎo)軌支架2，可以支撐和固定低頻振動源發(fā)生器3、并且允許低頻振動源發(fā)生器3在全長范圍內(nèi)進(jìn)行任意移動，調(diào)節(jié)到合適高度后，進(jìn)行緊固。

如圖2所示，所述的振動載荷傳遞索具4，包括端部固定環(huán)4.1、鋼絲繩(4.2；4.4)、拉簧4.3、長度調(diào)節(jié)與鎖緊裝置4.5。端部固定環(huán)4.1一端套在偏心輪3.3上的軸銷3.2上，另一端與鋼絲繩4.2固定，鋼絲繩a4.2與拉簧4.3的一端固定，拉簧4.3另一端固定另一條鋼絲繩b4.4，鋼絲繩b4.4通過長度調(diào)節(jié)與鎖緊裝置4.5與光伏跟蹤支架5的橫梁相連接。

如圖3所示，所述的低頻振動源發(fā)生器3，包括變頻調(diào)速電機(jī)3.1、偏心輪3.3、軸銷3.2，所述的偏心輪3.3具有多個不同偏心距的銷孔孔陣3.3.1(在本實(shí)施例中，銷孔孔陣的孔中心距離回轉(zhuǎn)中心的偏心距分別是5、10、15、20、25、30毫米)并固定在變頻調(diào)速電機(jī)3.1的輸出軸上，所述的軸銷3.2固定在偏心輪3.3的銷孔3.3.1中，并且根據(jù)不同的偏心距需要，選擇不同的銷孔進(jìn)行固定。

如圖4所示，用所述的低頻振動模擬試驗(yàn)臺對光伏跟蹤支架進(jìn)行測試的方包括以下步驟：

對總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維建模和有限元動力學(xué)分析的軟件模擬，估算持續(xù)載荷的大小和交變載荷分量的共振點(diǎn)的頻率和方向；根據(jù)持續(xù)載荷的大小對振動載荷傳遞索具4進(jìn)行調(diào)整，使光伏跟蹤支架5所加載的預(yù)緊力與持續(xù)載荷大小相符；根據(jù)交變載荷的頻率和方向設(shè)置低頻振動模擬試驗(yàn)臺的頻率和載荷施加方向，進(jìn)行掃頻試驗(yàn)、尋找實(shí)際共振點(diǎn)；在實(shí)際共振發(fā)生的頻率參數(shù)基礎(chǔ)上，設(shè)計從小到大逐漸變化的振幅；根據(jù)試驗(yàn)規(guī)范進(jìn)行規(guī)定時間的持續(xù)試驗(yàn)，對是否符合設(shè)計要求作出評估，或者做到出現(xiàn)零件疲勞失效為止，對失效零件進(jìn)行進(jìn)一步評估、對薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行加強(qiáng)和優(yōu)化。

所述的低頻振動模擬試驗(yàn)臺的持續(xù)載荷分量設(shè)置和調(diào)節(jié)方法是：將連接低頻振動源發(fā)生器3和光伏跟蹤支架5的振動載荷傳遞索具4中的拉簧4.3的拉伸長度進(jìn)行調(diào)整；根據(jù)胡克定律，光伏跟蹤支架5所承受的拉力等于彈簧拉伸長度乘以拉簧的彈性系數(shù)。

所述的低頻振動模擬試驗(yàn)臺的頻率設(shè)置方法是：通過改變變頻調(diào)速電機(jī)3.1的輸出轉(zhuǎn)速，來使偏心輪3.3的轉(zhuǎn)速進(jìn)行相應(yīng)變化；偏心輪3.3通過銷軸3.2帶動振動載荷傳遞索具4實(shí)現(xiàn)由轉(zhuǎn)動到線性往復(fù)拉動的轉(zhuǎn)變，并將線性往復(fù)拉動運(yùn)動傳遞到光伏跟蹤支架5上；線性往復(fù)拉動的頻率等于電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)每秒)。

所述的低頻振動模擬試驗(yàn)臺的振幅設(shè)置方法是：通過選擇偏心輪3.3上不同偏心距的銷孔3.3.1，來使振動載荷傳遞索具4進(jìn)行線性往復(fù)拉動時的最大運(yùn)動距離產(chǎn)生變化，從而模擬低頻振動載荷振幅；線性往復(fù)拉動運(yùn)動的振幅等于銷軸3.2所在偏心孔3.3的偏心距的兩倍。

所述的低頻振動模擬試驗(yàn)臺的頻率與振幅設(shè)置的組合，組成了低頻振動載荷中的交變載荷分量的特性。

所述的測試方法中，低頻振動模擬試驗(yàn)臺對于光伏跟蹤支架5在戶外實(shí)際運(yùn)行時所承受的實(shí)際風(fēng)力載荷的模擬的方法是：將持續(xù)載荷分量和交變載荷分量組合起來，同時由振動載荷傳遞索具4施加給光伏跟蹤支架5。

所述的低頻振動模擬試驗(yàn)臺的載荷施加方向的設(shè)置方法是：通過調(diào)整低頻振動源發(fā)生器3在可調(diào)導(dǎo)軌支架2上的高度，來使振動載荷傳遞索具4對光伏跟蹤支架5的往復(fù)拉動運(yùn)動的方向，從水平方向到豎直方向變化，從而模擬低頻振動載荷在光伏跟蹤支架5橫梁上的不同施加方向。

所述的共振現(xiàn)象發(fā)生與否的判斷方法是：在低頻振動模擬試驗(yàn)臺對光伏跟蹤支架5進(jìn)行掃頻振動測試時，固定在光伏跟蹤支架5和光伏板上的低頻振動傳感器7對所在部位的振動頻率和振幅進(jìn)行實(shí)時檢測，檢測信號通過通信通道發(fā)送到控制器1中；控制器1將檢測到的振動頻率和振幅，與低頻振動源發(fā)生器3輸出的頻率和振幅進(jìn)行比較；如果實(shí)測頻率與信號源輸出頻率相等、但實(shí)測振幅大于信號源輸出振幅，或者實(shí)際振幅在這個頻率點(diǎn)上振動時的振幅有增大趨勢時，則認(rèn)為發(fā)生了共振。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。