平行轴系齿轮箱变工况故障诊断方法研究

发布时间：2017-08-15 06:04

  本文关键词：平行轴系齿轮箱变工况故障诊断方法研究

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【摘要】：伴随当代工业的持续发展,齿轮箱在石化、航天、能源、运输等产业中担当着越来越重要的角色。但由于自身结构及工作环境等原因,齿轮箱发生故障的频次往往较高,由故障引发的经济损失及安全威胁也较为严重,因此,针对齿轮箱开展故障诊断领域的相关研究意义重大。以常见的风力发电机为例,通常其齿轮箱内部构造十分复杂,同时含有定轴轮系以及行星轮系。行星齿轮系中齿轮与轴承的位置及运转方法与定轴齿轮系完全不同,且振动传递路径更为复杂,故障响应更为微弱,这都给其故障诊断增大了相当大的难度。针对以上问题,本文首先推导了行星轮系齿轮与轴承故障的振动信号模型,计算了相应的故障特征频率,并分析了齿轮及轴承故障的傅里叶频谱及包络解调谱特征；在此基础上,利用风力涡轮机故障诊断实验台、Compact RIO数采硬件及应用LABVIEW开发的数采软件,以傅里叶频谱及包络解调谱分析为主要手段,对定轴齿轮故障、行星齿轮故障、定轴轴承故障、行星轴承故障及多种复合型故障在变工况下振动信号的特征进行了实验研究。而后以广东某风电机组及吉林某风电机组的实际案例分析,进一步论证了以傅里叶频谱及包络解调谱分析为代表的振动层面的研究方法在工程领域齿轮箱故障诊断相关工作中的广泛运用。在风电机组运行期间,风速和风向始终是变化的,齿轮箱所受的惯性力、弹性力等交变载荷也是不稳定的。本文分别研究了变转速、变扭矩载荷、变径向负载的时变工况对齿轮箱振动特征识别的影响,以求为工程领域中选择适当工况进行振动特征提取、状态监测报警线合理设置以及机组振动状态判定工作提供一定依据。此外,针对实际状态监测领域因传感器定位不当导致的测量不够准确,数据信息不够全面,进而造成的整机状态分析失当问题,本文利用时域、频域特征值综合分析方法,在多个振动测点中确定了相对理想的测点位置,以求为工程领域中齿轮箱振动测点布局优化工作提供一定依据。
【关键词】：齿轮箱 复合故障 变工况 振动分析
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH132.41;TM614
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-15
• 第一章 绪论15-19
• 1.1 研究背景与意义15
• 1.2 齿轮箱振动分析诊断方法概述15-17
• 1.2.1 基于信号处理的分析诊断方法16-17
• 1.2.2 基于知识的分析诊断方法17
• 1.3 章节安排与主要内容17-19
• 第二章 风电齿轮及轴承故障特征提取方法研究19-41
• 2.1 引言19
• 2.2 行星齿轮故障的傅里叶频谱分析19-25
• 2.2.1 振动信号模型19-23
• 2.2.2 故障特征频率计算23-24
• 2.2.3 振动信号的傅里叶频谱特征24-25
• 2.3 行星齿轮故障包络解调谱分析25-28
• 2.3.1 包络解调原理26
• 2.3.2 振动信号包络谱特征26-28
• 2.4 行星轴承故障的傅里叶频谱分析28-38
• 2.4.1 振动信号模型28-32
• 2.4.2 故障特征频率计算32-33
• 2.4.3 振动信号的傅里叶频谱特征33-38
• 2.5 行星轴承故障的包络解调谱分析38-40
• 2.5.1 内圈局部故障38
• 2.5.2 外圈局部故障38-39
• 2.5.3 滚动体局部故障39-40
• 2.6 本章小结40-41
• 第三章 故障特征与诊断方法的实验研究41-71
• 3.1 实验设备介绍41
• 3.2 软硬件平台介绍41-45
• 3.2.1 数据采集硬件41-43
• 3.2.2 数据采集软件43-44
• 3.2.3 软件性能测试44-45
• 3.3 工况控制因素45-46
• 3.4 定轴轮系齿轮局部故障46-48
• 3.5 行星轮系齿轮局部故障48-54
• 3.5.1 傅里叶频谱分析48-52
• 3.5.2 包络解调谱分析52-54
• 3.6 定轴轮系轴承局部故障54-55
• 3.7 行星轮系轴承局部故障55-59
• 3.8 齿轮箱复合故障诊断59-69
• 3.8.1 定轴轮系齿轮、行星轮系齿轮复合故障59-63
• 3.8.2 行星轮系齿轮、行星轮系轴承复合故障63-64
• 3.8.3 定轴轮系齿轮、行星轮系轴承复合故障64-66
• 3.8.4 定轴轮系齿轮、行星轮系齿轮、行星轮系轴承复合故障66-69
• 3.9 本章小结69-71
• 第四章 齿轮箱振动测点布局优化与变工况对振动特征识别影响研究71-99
• 4.1 齿轮箱振动测点布局优化71-82
• 4.1.1 测点位置与传感器71-72
• 4.1.2 时域与频域特征值72-73
• 4.1.3 传感器在某一固定位置的振动数据分析73-75
• 4.1.4 传感器在不同位置的多测点振动数据分析75-82
• 4.2 变工况对振动特征识别影响研究82-98
• 4.2.1 变工况对行星轮系故障振动特征识别的影响83-94
• 4.2.2 变工况对定轴轮系故障振动特征识别的影响94-97
• 4.2.3 总结与应用97-98
• 4.3 本章小结98-99
• 第五章 故障诊断技术在风电齿轮箱的工程应用研究99-121
• 5.1 广东某风电场5#-15风力发电机组振动分析与故障诊断99-113
• 5.1.1 机组及测点基本信息99-101
• 5.1.2 振动测点优化分析101-102
• 5.1.3 机组振动分析102-111
• 5.1.4 诊断结论与检维修建议111-112
• 5.1.5 诊断结果反馈112-113
• 5.2 吉林某风电场32#风力发电机组振动测试分析与故障诊断113-120
• 5.2.1 机组结构及测点位置113-114
• 5.2.2 振动测试分析114-119
• 5.2.3 诊断结论与检维修建议119-120
• 5.2.4 诊断结果反馈120
• 5.3 本章小结120-121
• 第六章 总结与展望121-123
• 6.1 总结121
• 6.2 展望121-123
• 参考文献123-127
• 附录127-133
• 致谢133-135
• 研究成果和发表的学术论文135-137
• 作者和导师简介137-138
• 北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书138-139

【参考文献】

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本文编号：676562