小样本条件下风电齿轮传动系统动态可靠性预测方法

发布时间：2020-06-09 01:16

【摘要】：风电齿轮传动系统是风力发电设备中关键部件之一,区别于通用齿轮传动系统,风电齿轮传动具有几个特点：1.输入载荷具有低转速大扭矩特点；2.由于风速变化导致齿轮载荷非恒定；3.用于可靠性推断的齿轮样本数据十分缺少。因此,风电齿轮传动系统可靠性研究具有较大理论价值及实际意义。为此本文紧密围绕其传动特点,在国内外相关研究基础上,以风电齿轮传动系统为研究对象,重点研究风电齿轮的可靠性并对整个齿轮传动体系的动态可靠性预测展开深入探讨。主要内容如下： 1)针对变风速特点建立非恒定风速条件下齿轮应力概率计算模型。从测风数据入手建立叶片受力概率模型,推导非恒定外载荷条件下齿轮应力波动和风速波动之间的概率特性关系。该模型充分考虑风速稳定波动及突变两种情况下系统输入载荷的随机特性,为齿轮应力验前数据提供计算依据。 2)针对小样本条件下齿轮失效数据缺乏的特点建立多源齿轮数据转换模型。从历史测试数据中选取参数、结构、工况、材料4个因素相似的齿轮数据,改进灰色关联理论并计算各因素对数据转换的影响权重。该模型克服了小样本条件下不能进行可靠性推断的瓶颈限制,为齿轮强度的验前数据提供计算依据。 3)为计算风电齿轮应力及强度时变轨迹建立Bayes数据融合模型。在获取应力、强度验前值及理论计算值的前提下建立数据融合模型以估计应力、强度轨迹参数,在此基础上,建立齿轮应力-强度干涉模型,进而求解其动态可靠性曲线。Bayes数据融合模型综合了验前信息以及理论计算信息,实现了齿轮数据扩容及更新,同时,假设检验准则的提出确保了验前数据的有效性。 4)为求解系统动态可靠性,综合本文齿轮可靠性研究及其他传动部件可靠性研究成果,建立系统动态故障树模型。为简化动态故障树模型,将故障树划分子单元,定义基本特征事件以表征所有底事件的概率特征,由此确定故障树求解策略并求解系统动态可靠度曲线,并通过对比验证了该策略的客观性。 5)最后,为说明本文方法的客观性、科学性、系统性,用工程实例—1.5MW风电齿轮传动系统为计算对象贯穿全文所有理论与方法。从风速统计、应力特性分析、强度数据转换到数据融合,建立系统动态故障树模型并进行求解,得到齿轮传动系统动态可靠性曲线并对计算结果进行分析。实例表明该方法体系既可在设计初期提供设计参考,也可对齿轮传动系统可靠性进行动态预测和跟踪。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM315;TH132.41

【引证文献】