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风电齿轮箱早期复合故障信息提取技术研究

来源:论文学术网
时间:2024-08-18 18:41:43
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风电齿轮箱早期复合故障信息提取技术研究【摘要】:随着风电行业的迅猛发展,对风电机组的可靠性要求越来越高,其故障诊断技术已经成为该行业的第三产业。风电齿轮箱作为风电机组中的关键组件,

【摘要】:随着风电行业的迅猛发展,对风电机组的可靠性要求越来越高,其故障诊断技术已经成为该行业的第三产业。风电齿轮箱作为风电机组中的关键组件,加强其状态监测与故障诊断具有重要意义。风电齿轮箱中行星齿轮传动部分故障发生频率相对较高,由于其特殊的传动结构使其故障诊断要比传统的定轴齿轮箱难度更大,如何有效提取这一部分的故障信息是一个重要的研究课题。为此,本文基于共振稀疏分解方法提取风电齿轮箱的行星架轴承和行星齿轮的早期复合故障信息,取得了良好的效果。本文选定研究对象的具体结构为一级行星传动加二级定平行轴齿轮传动形式,并确定了故障类型为行星架轴承外圈剥落故障和行星齿轮局部剥落故障。根据齿轮箱的具体结构,分析了行星架轴承外圈剥落故障和行星齿轮局部剥落故障的传递路径,提出了符合故障信号传递路径的二自由度振动模型,并结合行星齿轮断齿故障信号研究了故障冲击响应信号的时域波形特征。研究了行星架轴承和行星齿轮的局部故障信号的频谱特征。分析了风电齿轮箱振动信号中包含的主要成分。本文结合风电齿轮箱早期复合故障的时域波形特征,提出了基于共振稀疏分解的风电齿轮箱早期复合故障信息提取方法。通过对共振稀疏分解各参数的详细分析,研究了各参数对故障信息提取效果的影响。针对传统共振稀疏分解方法中品质因子和权重系数矩阵选择上的不足,利用遗传算法良好的全局寻优特性,优化高、低共振分量的品质因子与权重系数矩阵。得到的最优品质因子充分考虑了早期复合故障的共振属性差异,达到与行星架轴承外圈和行星齿轮早期复合故障冲击响应信号最佳的匹配效果。得到的最优权重系数矩阵有效地减少了故障信息的流失并避免了共振分量之间的耦合现象。最后,根据实际转速变化情况,采用包络分析或阶次包络分析处理包含着故障信息的高、低共振分量,反映早期复合故障信息的提取效果。在清华大学风电齿轮箱故障诊断实验台上验证本文提出的方法,通过行星架轴承和行星齿轮早期复合故障信息提取实验说明了该方法的有效性。与传统共振稀疏分解方法得到的结果进行对比分析,结果表明本文提出的基于参数优化的共振稀疏分解方法,不仅可以有效地避免传统的共振稀疏分解方法提取早期复合故障信息时易出现的漏诊现象,还能在提取过程中保留更多地故障信息并减少共振分量的耦合情况。 【关键词】:共振稀疏分解 早期复合故障 信息提取 风电齿轮箱 故障诊断
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TM315
【目录】:
  • 摘要4-6
  • Abstract6-10
  • 第1章 绪论10-17
  • 1.1 课题的来源及研究背景和意义10-11
  • 1.2 国内外研究现状11-15
  • 1.2.1 故障信息提取技术的发展概况11-13
  • 1.2.2 风电齿轮箱故障诊断研究现状13-14
  • 1.2.3 风电齿轮箱早期复合故障诊断面临的问题14-15
  • 1.3 本文的主要研究内容15-17
  • 第2章 风电齿轮箱局部故障信号特征分析17-28
  • 2.1 风电齿轮箱的典型结构及其早期故障形式17-18
  • 2.2 基于传递路径的早期局部故障冲击模型18-23
  • 2.3 行星架轴承和行星齿轮的局部故障信号频谱特征23-26
  • 2.3.1 行星架轴承局部故障信号的频谱特征23-24
  • 2.3.2 行星齿轮局部故障信号的频谱特征24-26
  • 2.4 风电齿轮箱故障信号成分分析26
  • 2.5 本章小结26-28
  • 第3章 基于参数优化的共振稀疏分解方法28-43
  • 3.1 信号共振稀疏分解理论基础28-32
  • 3.1.1 品质因子可调小波变换28-30
  • 3.1.2 信号的稀疏分解30-32
  • 3.2 品质因子可调小波基函数库的自适应构建32-37
  • 3.2.1 小波基函数库的参数影响分析32-33
  • 3.2.2 品质因子自适应优化选择33-37
  • 3.3 权重系数矩阵的优化选择37-38
  • 3.4 共振分量的阶次包络分析38-42
  • 3.5 本章小结42-43
  • 第4章 风电齿轮箱故障信息提取实验分析43-62
  • 4.1 风电齿轮箱故障诊断实验系统43-46
  • 4.1.1 清华大学风电齿轮箱故障诊断实验台概述43-44
  • 4.1.2 实验对象及其主要参数44-45
  • 4.1.3 实验台安装与调试45-46
  • 4.2 不同工况下的实验结果与分析46-57
  • 4.2.1 恒转速、带负载情况下齿轮箱早期复合故障实例分析46-50
  • 4.2.2 恒转速、无负载情况下齿轮箱早期复合故障实例分析50-54
  • 4.2.3 匀加速情况下齿轮箱早期复合故障实例分析54-57
  • 4.3 与传统共振稀疏分解方法比较与分析57-61
  • 4.3.1 只优化品质因子的共振稀疏分解结果分析57-59
  • 4.3.2 传统共振稀疏分解结果分析59-61
  • 4.4 本章小结61-62
  • 结论62-64
  • 参考文献64-68
  • 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果68-70
  • 致谢70


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