風(fēng)電齒輪箱早期復(fù)合故障信息提取技術(shù)研究

【摘要】：隨著風(fēng)電行業(yè)的迅猛發(fā)展,對(duì)風(fēng)電機(jī)組的可靠性要求越來(lái)越高,其故障診斷技術(shù)已經(jīng)成為該行業(yè)的第三產(chǎn)業(yè)。風(fēng)電齒輪箱作為風(fēng)電機(jī)組中的關(guān)鍵組件,加強(qiáng)其狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷具有重要意義。風(fēng)電齒輪箱中行星齒輪傳動(dòng)部分故障發(fā)生頻率相對(duì)較高,由于其特殊的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)使其故障診斷要比傳統(tǒng)的定軸齒輪箱難度更大,如何有效提取這一部分的故障信息是一個(gè)重要的研究課題。為此,本文基于共振稀疏分解方法提取風(fēng)電齒輪箱的行星架軸承和行星齒輪的早期復(fù)合故障信息,取得了良好的效果。本文選定研究對(duì)象的具體結(jié)構(gòu)為一級(jí)行星傳動(dòng)加二級(jí)定平行軸齒輪傳動(dòng)形式,并確定了故障類型為行星架軸承外圈剝落故障和行星齒輪局部剝落故障。根據(jù)齒輪箱的具體結(jié)構(gòu),分析了行星架軸承外圈剝落故障和行星齒輪局部剝落故障的傳遞路徑,提出了符合故障信號(hào)傳遞路徑的二自由度振動(dòng)模型,并結(jié)合行星齒輪斷齒故障信號(hào)研究了故障沖擊響應(yīng)信號(hào)的時(shí)域波形特征。研究了行星架軸承和行星齒輪的局部故障信號(hào)的頻譜特征。分析了風(fēng)電齒輪箱振動(dòng)信號(hào)中包含的主要成分。本文結(jié)合風(fēng)電齒輪箱早期復(fù)合故障的時(shí)域波形特征,提出了基于共振稀疏分解的風(fēng)電齒輪箱早期復(fù)合故障信息提取方法。通過(guò)對(duì)共振稀疏分解各參數(shù)的詳細(xì)分析,研究了各參數(shù)對(duì)故障信息提取效果的影響。針對(duì)傳統(tǒng)共振稀疏分解方法中品質(zhì)因子和權(quán)重系數(shù)矩陣選擇上的不足,利用遺傳算法良好的全局尋優(yōu)特性,優(yōu)化高、低共振分量的品質(zhì)因子與權(quán)重系數(shù)矩陣。得到的最優(yōu)品質(zhì)因子充分考慮了早期復(fù)合故障的共振屬性差異,達(dá)到與行星架軸承外圈和行星齒輪早期復(fù)合故障沖擊響應(yīng)信號(hào)最佳的匹配效果。得到的最優(yōu)權(quán)重系數(shù)矩陣有效地減少了故障信息的流失并避免了共振分量之間的耦合現(xiàn)象。最后,根據(jù)實(shí)際轉(zhuǎn)速變化情況,采用包絡(luò)分析或階次包絡(luò)分析處理包含著故障信息的高、低共振分量,反映早期復(fù)合故障信息的提取效果。在清華大學(xué)風(fēng)電齒輪箱故障診斷實(shí)驗(yàn)臺(tái)上驗(yàn)證本文提出的方法,通過(guò)行星架軸承和行星齒輪早期復(fù)合故障信息提取實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了該方法的有效性。與傳統(tǒng)共振稀疏分解方法得到的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,結(jié)果表明本文提出的基于參數(shù)優(yōu)化的共振稀疏分解方法,不僅可以有效地避免傳統(tǒng)的共振稀疏分解方法提取早期復(fù)合故障信息時(shí)易出現(xiàn)的漏診現(xiàn)象,還能在提取過(guò)程中保留更多地故障信息并減少共振分量的耦合情況。 【關(guān)鍵詞】：共振稀疏分解 早期復(fù)合故障 信息提取 風(fēng)電齒輪箱 故障診斷
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM315
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-17
• 1.1 課題的來(lái)源及研究背景和意義10-11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-15
• 1.2.1 故障信息提取技術(shù)的發(fā)展概況11-13
• 1.2.2 風(fēng)電齒輪箱故障診斷研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.3 風(fēng)電齒輪箱早期復(fù)合故障診斷面臨的問(wèn)題14-15
• 1.3 本文的主要研究?jī)?nèi)容15-17
• 第2章 風(fēng)電齒輪箱局部故障信號(hào)特征分析17-28
• 2.1 風(fēng)電齒輪箱的典型結(jié)構(gòu)及其早期故障形式17-18
• 2.2 基于傳遞路徑的早期局部故障沖擊模型18-23
• 2.3 行星架軸承和行星齒輪的局部故障信號(hào)頻譜特征23-26
• 2.3.1 行星架軸承局部故障信號(hào)的頻譜特征23-24
• 2.3.2 行星齒輪局部故障信號(hào)的頻譜特征24-26
• 2.4 風(fēng)電齒輪箱故障信號(hào)成分分析26
• 2.5 本章小結(jié)26-28
• 第3章 基于參數(shù)優(yōu)化的共振稀疏分解方法28-43
• 3.1 信號(hào)共振稀疏分解理論基礎(chǔ)28-32
• 3.1.1 品質(zhì)因子可調(diào)小波變換28-30
• 3.1.2 信號(hào)的稀疏分解30-32
• 3.2 品質(zhì)因子可調(diào)小波基函數(shù)庫(kù)的自適應(yīng)構(gòu)建32-37
• 3.2.1 小波基函數(shù)庫(kù)的參數(shù)影響分析32-33
• 3.2.2 品質(zhì)因子自適應(yīng)優(yōu)化選擇33-37
• 3.3 權(quán)重系數(shù)矩陣的優(yōu)化選擇37-38
• 3.4 共振分量的階次包絡(luò)分析38-42
• 3.5 本章小結(jié)42-43
• 第4章 風(fēng)電齒輪箱故障信息提取實(shí)驗(yàn)分析43-62
• 4.1 風(fēng)電齒輪箱故障診斷實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)43-46
• 4.1.1 清華大學(xué)風(fēng)電齒輪箱故障診斷實(shí)驗(yàn)臺(tái)概述43-44
• 4.1.2 實(shí)驗(yàn)對(duì)象及其主要參數(shù)44-45
• 4.1.3 實(shí)驗(yàn)臺(tái)安裝與調(diào)試45-46
• 4.2 不同工況下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析46-57
• 4.2.1 恒轉(zhuǎn)速、帶負(fù)載情況下齒輪箱早期復(fù)合故障實(shí)例分析46-50
• 4.2.2 恒轉(zhuǎn)速、無(wú)負(fù)載情況下齒輪箱早期復(fù)合故障實(shí)例分析50-54
• 4.2.3 勻加速情況下齒輪箱早期復(fù)合故障實(shí)例分析54-57
• 4.3 與傳統(tǒng)共振稀疏分解方法比較與分析57-61
• 4.3.1 只優(yōu)化品質(zhì)因子的共振稀疏分解結(jié)果分析57-59
• 4.3.2 傳統(tǒng)共振稀疏分解結(jié)果分析59-61
• 4.4 本章小結(jié)61-62
• 結(jié)論62-64
• 參考文獻(xiàn)64-68
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果68-70
• 致謝70

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