风力发电机行星传动增速系统动态均载研究

针对某型号风电增速箱行星传动系统建立了行星传动系统的扭转动力学模型,运用拉格朗日函数和当量误差的原理推导了系统的动力学方程并对非线性方程组进行了求解,得到了系统各基本构件在给定激励下的响应;计算了太阳轮的浮动量和各基本构件之间的动态均载系数,绘制了均载系数的变化曲线.计算结果对增速箱行星轮系的动态均载性能给出定量的分析,也可以为行星轮系的优化设计提供参考.     

多杆联动均载机构均载效果的理论分析

从理论上分析了多杆联动均载机构的均载原理,推导出了最大载荷分配系数的计算式,并分析了摩擦等因素对均载效果的影响,从而可以从理论上估计出该均载机构可能实现的均载效果。运用所推导的公式计算了一个用于五行星轮行星传动装置的多杆联动均载机构的最大载荷分配系数、摩擦影响系数等。这些数值结果表明了多杆联动均载机构的均载效果。     

低速重载行星齿轮传动中浮动中间环均载机构的应用和计算

本文阐述浮动中间环均载机构在低速重栽行星齿轮传动中的应用。对行星轮圈的弹性变形和行星轮中心偏移量的计算公式进行了简化,得出了载荷不均衡系数的简化公式,并通过实例验证,可供设计时进行初步评估。     

大功率风电增速器的多目标优化设计

针对风电增速器的动态性能优化问题,以某型号大功率风电增速器齿轮传动系统为研究对象,采用双参数威布尔分布函数作为随机风速来模拟随机风速下的外部激励,依据集中质量法及牛顿第二定律建立了两级行星一级平行轴的大功率风电增速器动力学模型,研究其传动系统的动力学特性。在此基础上,以传动系统体积最小和构件扭转振动加速度振动幅值最小为优化目标,以可靠性和强度等为约束条件进行多目标动态优化设计,优化结果表明:优化后的风电增速器齿轮传动系统不仅实现了轻量化,而且在保证系统可靠度的前提下动态性能也得到了有效改善,达到了减振降噪的目的。     

行星齿轮传动均载问题的研究

行星齿轮传动只有在载荷分配均匀情况下才能发挥传动比大、结构紧凑、效率高、承载能力大、传动平稳等优点.阐述了行星齿轮传动均载问题在国内外的研究现状、行星轮间载荷分配不均的原因、常用的均载方法,指出了行星齿轮传动均载问题需要进一步研究的几个问题.     

风电增速器振动监测点的确定

以风电增速器为研究对象,对其进行了运动学、动力学及增速器箱体模态分析,并做了大量的现场振动试验,进而确定并优化了增速器状态监测点布置,为风电增速器的振动状态监测打下了坚实的基础。     

基于动态性能分析的风电增速箱NW型行星齿轮综合修形方法

风电增速箱是风力发电系统的关键部件,其传动性能的优劣直接关系到风电系统能否可靠运行。NW型行星齿轮因其具有结构紧凑、承载能力及传递功率范围大等优点被应用于风电增速箱中,但NW型行星齿轮的齿面易发生载荷集中现象、传动误差较大,从而通常会使齿轮的使用寿命缩短并且使它们在风力发电机组中的广泛应用受到限制。齿轮修形常被用来改善齿轮传动性能,然而,传统修形技术尚无法有效地解决上述问题。为此,同时综合考虑了齿轮单位长度载荷以及传递误差对传动性能的影响,结合齿向修形和齿廓修形的优势,并基于接触斑点、啮合错位量等仿真分析结果,提出了一种兼顾降低传动误差与改善齿面集中载荷的齿轮综合修形方法。应用该方法对NW型行星齿轮内外啮合齿轮副分别进行修形,并对修形效果进行了仿真验证。分析结果表明,相比于未修形的状态,内外啮合齿轮副最大单位长度载荷分别降低了17.21%、24.16%;传动误差分别降低了22.64%、35.23%,可见综合修形同时改善了齿轮传动误差和齿面载荷分布,从而提高了风电增速箱中齿轮的传动性能和使用寿命,对风力发电的发展具有重要研究意义。     

行星传动均载及动载系数定义改进与分析

针对目前对于行星传动中的均载与动载的定义存在差异并与ISO齿轮标准不相符的问题,对行星传动系统均载和动载特性进行了分析并给出了更加准确的定义。该定义修正了现有文献对瞬时动载系数中的静载荷定义理解的误区,并对均载系数定义中未能包含系统所有因素的影响(缺失齿轮振动影响)以及动载系数定义并非仅含齿轮振动影响予以纠正。此外,建立了考虑时变啮合刚度、陀螺效应及综合误差的行星传动系统平移扭转耦合动力学方程,同时对系统行星轮存在偏心误差和位置误差下改进前后瞬时均载系数和瞬时动载系数进行了对比,更加准确地获得了系统特性变化状况,突出了改进后的优点,为行星传动系统的减振和降噪提供了参考。     

摆线针轮行星传动的均载技术

从提高摆线针轮行星减速器承载能力的角度，系统地进行了在柱销上加均载环后的载荷和强度计算分析，建立了柱销设计公式，对提高摆线针轮行星减速器的承载能力有着十分重要的意义，同时对于改进摆线针轮行星减速器结构设计具有一定的新意。     

多工况下兆瓦级海上风电齿轮箱均载性能优化设计

针对兆瓦级海上风电齿轮箱行星级均载性能易受到时变非扭载荷影响的问题,该文提出了多风速工况下风电齿轮箱行星级均载性能优化方法。通过建立某型5 MW海上风电齿轮箱系统动力学模型,分析不同风速工况对其行星级内部激励和均载特性的影响规律,进而采用支持向量回归方法,重构风速工况齿轮修形参数均载系数之间的映射关系,建立考虑不同风速工况影响的齿轮箱行星级均载系数优化模型,实现多风速工况下行星级齿轮修形参数优化设计。研究结果表明：由风速工况变化造成的时变非扭载荷会使行星级的齿面和轴承出现偏载现象,并且在低风速工况时非扭载荷会显著降低行星级均载性能;优化后的风电齿轮箱在不同风速工况下其行星级内部激励均明显降低,齿面和轴承载荷分布更加均匀,均载性能得到明显提升。     

环境参数对风电齿轮箱传动系统疲劳损伤的影响

在风电机组全寿命周期内,长期风速概率分布会使风电齿轮箱传动系统动载荷出现随机特性,影响其疲劳损伤预估精度。笔者提出了一种考虑长期风速概率分布特征的风电齿轮箱传动系统疲劳损伤预估方法,通过建立大功率海上风电机组OpenFAST-SIMPACK联合仿真模型,计算不同平均风速与湍流强度组合工况下的风电齿轮箱传动系统齿轮短期疲劳损伤,进而采用代理模型技术重构“平均风速、湍流强度-短期疲劳损伤”映射关系,预测齿轮长期疲劳损伤。研究结果表明：风电齿轮箱传动系统低速级太阳轮容易发生接触疲劳失效;在额定风速以下,低速级太阳轮短期疲劳损伤与平均风速呈正相关,在额定风速附近,平均风速与湍流强度的随机特性均会增大其长期疲劳损伤不确定性,增大其疲劳失效风险。     

变载荷下风力发电机行星齿轮传动系统齿轮-轴承耦合动力学特性

根据风力发电机传动系统在随机风场中复杂变工况的工作特点,建立了最小二乘支持向量机风场随机风速模型,获得了由随机风速引起的时变风载荷。采用集中质量参数法建立了风力发电机行星齿轮传动系统中齿轮滚动轴承耦合动力学模型,考虑了风力发电机行星齿轮传动的变风载输入、齿轮时变啮合刚度和滚动轴承时变刚度等影响因素,对变风速下1.5MW半直驱风力发电机行星齿轮传动系统的动力学特性进行了仿真计算分析,求得了变风速下行星齿轮传动系统的振动位移、各齿轮副的动态啮合力和非线性动态轴承力,为风力发电机传动系统的动态性能优化和可靠性设计奠定了基础。     

风电齿轮箱人字行星传动的动态分析

基于齿轮系统动力学和Lagrange方程建立了人字行星齿轮传动系统的弯-扭-轴耦合动力学计算模型,并进行动态分析,分析结果对人字行星齿轮传动系统的设计有指导意义。模型中将人字齿轮当作2个斜齿轮来处理,考虑了左右端斜齿轮之间的交错角,轮系的弹性耦合和负载惯性。通过计算获得系统均载系数关系曲线,进而分析左右端斜齿轮之间的交错角和耦合扭转刚度对其的影响。分析结果表明:在左右端斜齿轮之间的交错角为π/2时,两端的均载效果最好;同时左右端斜齿轮之间的耦合扭转刚度对均载的影响不大。     

风电主齿轮箱动态响应分析

以某3 MW风电齿轮箱为研究对象,通过导入壳体、齿圈、转架有限元凝聚刚度矩阵,建立基于MASTA的多柔体动力学模型,分析发现箱体在三级齿轮啮合频率附近有最高的动能分布,齿轮箱在高速级齿轮第一阶啮合频率激励下有最大的振动响应,且计算结果和试验测试结果基本符合。该结果可对风电齿轮箱设计阶段进行振动风险规避提供一定计算参考。     

ANSYS/PDS风电齿轮箱收缩盘联接可靠性分析

笔者建立了某风电齿轮箱主轴收缩盘联接的轴对称参数化有限元模型,并结合主轴扭矩作用应用ANSYS非线性接触对该模型进行了强度分析。由于材料属性、制造过程、边界条件以及载荷等设计参数的不确定性会影响计算的精确性,应用ANSYS／PDS模块,根据失效模式确定整体功能函数并由此建立结构极限状态方程,采用蒙特卡罗超拉丁采样方法对收缩盘联接进行可靠性分析,得到整体联接的可靠度和失效率,并给出累积概率分布。研究结果表明：收缩盘传扭联接性能和结构件强度均满足设计要求,其联接的可靠度达到94．8％,达到了工程设计要求,对风电齿轮箱收缩盘联接的可靠性设计具有一定的指导意义。     

基础环式风机基础周期荷载损伤特征分析

基础环式风机基础的损伤累积破坏影响风力机系统的安全运行。针对基础环式风机运行过程中基础混凝土损伤问题,以内蒙古某49.5MW风电场为例,利用ABAQUS有限元软件建立风机基础混凝土损伤模型,对比分析了静力荷载工况与周期性荷载工况下基础混凝土损伤变化规律。结果表明：静力荷载工况下,基础主要产生拉伸损伤,受压性能稳定,钢筋骨架未达到极限状态;相较于静力荷载,在周期性荷载作用下,拉伸损伤区域增大3倍,竖向扩展增加3倍,压缩损伤面积扩展2倍,位移量增加1.6倍,钢筋应力增大0.5倍,有助于解释周期性荷载作用下基础的损伤行为。     

风电机组增速箱制造技术研究与进展

增速齿轮箱作为风力发电设备的核心部件,其制造质量是保证机组整体性能的关键。风电机组增速箱制造是一个涉及多学科的综合性技术,应充分利用现有技术条件,深入研究工艺基础理论,完善工艺控制方法,促进新技术、新工艺、新材料的应用,真正实现数字化精益制造。文章针对风电机组增速箱结构特点和使用工况,结合工程生产实践,总结风电齿轮箱的工艺技术要求和特点;分析风电齿轮箱齿轮、箱体及行星架等关键零部件的制造技术现状及存在的问题,提出提高加工效率和控制热处理变形的措施,最后介绍风电齿轮箱测试技术。文章对指导风电增速箱制造具有一定工程应用价值。     

风力发电机齿轮箱加速疲劳试验技术分析

针对风力发电机齿轮箱的高可靠性要求,提出了一种加速疲劳试验技术方法来验证齿轮箱的疲劳可靠性.根据齿轮箱的设计载荷谱,推导了其主要零件在寿命周期内的等效栽荷和应力循环次数;应用Miner线性累积疲劳损伤理论,计算了齿轮和轴承在设计寿命周期内的疲劳损伤度;采用线性强化载荷谱的方法建立了风电齿轮箱加速疲劳试验载荷谱,结果在大约800 h左右就验证了齿轮箱的疲劳可靠性.