2.5MW风机齿轮箱的断齿故障特征量提取方法研究.docVIP

　　2.5MW风机齿轮箱的断齿故障特征量提取方法研究 俞杭YU Hang；陈换过 CHEN Huan-guo；陈文华CHEN eng-jun （浙江理工大学机械与自动控制学院，杭州 310018） （Faculty of Mechanical Engineering Automation，Zhejiang Sci-Tech University， Hangzhou 310018，China） 摘要： 齿轮箱是风力发电机组中的核心部件，同时也是风力发电机组中故障率较高的部件之一。本文建立了2.5MD对加速度信号进行分解，找出了对断齿故障比较敏感的特征量-峭度指标，为断齿故障诊断与分析提供理论依据。 Abstract： The gear box is the core ponent in odel of 2.5 MD， and the characteristics-kurtosis index sensitive to tooth break fault is found out， ics；EEMD 中图分类号：TP206+.3 文献标识码：A ：1006-4311（2015）18-0127-02 基金项目：国家国际科技合作专项项目（2015DFA71400）；浙江省国际科技合作专项计划项目（2013c24005）；浙江省自然科学基金重点项目（LZ13E050003）。 简介：俞杭（1993-），男，浙江绍兴人，本科生，浙江理工大学机械与自动控制学院，研究方向为结构损伤检测；陈换过（通讯）（1977-），女，山西运城人，博士，副教授，研究方向为结构健康监控。 0 引言 丹麦和德国的研究机构使用统计可靠性分析技术分析得出[1]，风机主要故障在于传动系统，包括主轴和轴承、齿轮箱和发电机等。而根据相关数据统计，断齿引起的齿轮箱故障比率最高。因此为了确保风机的稳定性和可靠性，对风机齿轮箱开展断齿故障诊断方法研究具有重要的理论意义。 目前关于风机故障诊断方法的研究相对较少，究其主要原因在于故障诊断方法本身。目前应用较多的故障诊断方法有专家系统、神经网络技术等，但这些技术多需要构建完整的故障数据库。由于风机成本较高，特别是齿轮箱的技术成本较高，保险公司和生厂商都不会故意去制造某些故障来构建相关的故障库，国内外都缺少相关的研究资料。近年来已有越来越多的监测和故障诊断技术应用到了风机监测中[2-3]，而振动监测是最常见有效的监测方式[4]，但对于动力学特性更复杂的风机来说，研究经验相对缺乏。P.Likins[5]首先提出了齿轮箱的刚柔耦合动力学概念；王炎等[6]通过建立齿轮系统刚柔耦合虚拟样机模型，实现了刚柔耦合仿真。美国工程院士黄锷提出的经验模态分解（Empirical Mode Deposition，EMD），在故障诊断方面有着较为广泛的应用，但目前仍存在一些不足，其中最主要的缺点就是无法克服信号中断引起的模态的混叠现象，而集合经验模式分解（Ensemble Empirical Mode Deposition，EEMD）通过加入高斯白噪声的方法较好地解决了EMD分解过程中出现的模态混叠问题。本文以杭州市一家企业生产的2.5MD对采集的加速度信号进行分解，并找出了对断齿敏感的特征量。 1 2.5兆瓦级风机齿轮箱刚柔耦合动力学分析 1.1 风机齿轮箱刚柔耦合模型的建立及静强度校核 2.5MV风机齿轮箱FZCR2500采用差动行星与柔性轴技术，设计参数见表1，运动传动简图如图1所示。建立风机齿轮箱传动系统三维模型（图2），并导入到Adams中。把受载形变较大的结构件当做柔性体，采用HYPERMESH与ANSYS联合的方法建立柔性体文件-模态中性文件MNF（Modal Neutral File），读取到ADAMS中建立柔性体。 为了使模拟计算结果更加接近实际，现以一级传动的有限元静力学分析为例，对模型进行静强度校核。对一级传动的5个部件分别单独显示等效应力，各部件的最大应力值与强度校核结果见表2。通过静力学仿真分析，各部件的最大应力均未超出许用应力极限，因此在静载荷下，未发生屈服，满足其强度要求。 1.2 风机齿轮箱的刚柔耦合动力学分析 齿轮箱额定输入转速为13.94r/min，额定输出转矩为21228.85N·M。动力学分析时需模拟出每个齿轮的啮合过程，单个轮齿一个啮合过程的时间步数约大于5时才能大致看出啮合力的变化，高速级齿轮的转速?棕out=13.94×I=1208.18r/min，仿真时间t=0.7秒内啮合的齿轮数为：N啮合=t×?棕out×Zb3/60，Zb3为高速级齿轮齿数。代入数据得到啮合的齿数为324，故总的仿真步数定为2000。分析得到风机齿轮箱刚柔耦合模型的角速度信号（图3）。由图3可以看出，在前0.2s齿轮箱运行状态还不是很