项目名称: 行星齿轮传动系统机电耦合动态特性与微弱故障诊断研究

项目编号: No.51505415

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 机械、仪表工业

项目作者: 李继猛

作者单位: 燕山大学

项目金额: 20万元

中文摘要: 风电装备故障率居高不下,行星齿轮传动系统作为其关键传动装置,长期经受叶轮传递的外部风随机载荷和电压并网、低电压穿越等过程产生的反向冲击载荷等耦合作用,系统动态响应复杂。加之行星齿轮传动系统结构复杂、振动响应成分多样且交叉影响、信息特征微弱、强噪声污染等特点,增加了故障诊断难度。本项目采用正反问题相结合的思想,通过正问题—系统动态特性研究,揭示行星齿轮传动系统的机电耦合动态响应机理;针对反问题—故障特征提取,借助随机共振利用噪声增强信号特征的独特优势,研究微弱故障随机共振诊断方法,实现行星齿轮传动系统微弱故障诊断。研究内容主要包括:行星齿轮传动系统机电耦合动力学建模、行星齿轮传动系统不同故障状态振动响应特性、微弱故障随机共振增强提取方法以及随机共振响应反演方法。本项目研究成果将对行星齿轮传动系统故障诊断提供理论支撑和技术支持,对于提高风电装备运行稳定性、保障其安全可靠运行具有重要意义。

中文关键词: 风电装备;行星齿轮传动系统;机电耦合;随机共振;微弱故障诊断

英文摘要: Wind turbines have a high failure rate because of the harsh operating conditions and the interaction of various loads. And planetary gear transmissions, as the key transmission device of wind turbines, often endures the coupling action of the dynamic loads caused by the external random wind speed and the reverse impact loads caused by the grid-connected and the low voltage ride-through, which make the system dynamic response complex. Moreover, the complex structure of planetary gear transmissions makes the vibration response signals have the characteristics of response components multiplicity and cross influence, information features weak and strong noise-polluted, which increase the difficulty of fault diagnosis. To solve the problem, this project researches the direct problem and the invers problem of the planetary gear transmissions fault diagnosis in a combined way. Through the research about the direct problem, the electromechanical coupling dynamic model of planetary gear transmissions is established, and the dynamic response mechanism of planetary gear transmissions under the electromechanical coupling action is revealed. Based on the research on the dynamic characteristics and the characteristics of vibration response signals of planetary gear transmissions, because of the unique merit that stochastic resonance uses noise to enhance weak signal features, stochastic resonance method is studied in the project to extract the weak fault features from the complicated signals and thus to diagnose faults of planetary gear transmissions. The main contents of the project include the following: the electromechanical coupling dynamic model of planetary gear transmissions and the mathematical description for different faults, the mapping mechanism of the vibration response to the different faults in the planetary gear transmissions, stochastic resonance enhancement extraction method for weak fault and stochastic resonance inverse method based on resonant response. The research results of this project provide theoretical basis and technical support for planetary gear transmissions weak fault diagnosis, and are of great significance for improving the operational stability and protecting the high reliability and long life of service of wind turbines.

英文关键词: wind turbines;planetary gear transmissions;electromechanical coupling;stochastic resonance;weak fault diagnosis

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