珍 能源杂志 2314 - 615 x 2356 - 735 x Hindawi出版公司 10.1155 / 2016/9451631 9451631 研究文章 齿轮箱故障诊断的风力涡轮机KA, DRT http://orcid.org/0000 - 0002 - 5165 - 3568 Heidari对伊朗伊斯兰共和国通讯社表示 默罕默德 1 基肖尔 与非 机械工程系 阿巴丹岛的分支 伊斯兰自由大学 阿巴丹岛 伊朗 iauabadan.ac.ir 2016年 19 10 2016年 2016年 01 06 2016年 02 08年 2016年 16 08年 2016年 2016年 版权©2016 Mohammad Heidari对伊朗伊斯兰共和国通讯社表示。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

谱峰态分析(KA)是用于选择滤波器参数(FPs)结合的应用共振解调技术(DRT)齿轮箱故障诊断(FD)的风力涡轮机。基于该方法,可以选择FPs自动根据峰度最大化原则。通过改变轴的速度在变负载条件下,变速箱的固有频率(NF)将转移,影响故障检测的准确性。所以,外部负载的影响变速箱的NF检查基于仿真的变速箱。此外,快速kurtogram(颗)结合共振解调技术技术用于处理模拟齿轮箱的故障信号。结果表明,FD的变速箱修改纠正NF由于变异操作负荷的变化。

 1。介绍

故障信号的频带宽,可以诱导系统的固有振动。即与宽带故障信号(WB)将产生共鸣的结构和传感器本身的固有振动(NV)模式;它还必须包括故障源信号,NV测试结构的信号系统,传感器本身的实际振动信号。分析信号需要选择一个高频(HF), NV作为工作目标通过使用带通滤波器(瘘)分离NB,然后通过包络检波分离故障信息,因此,系统故障可以通过光谱分析诊断。选择过程中的带通滤波器、带通滤波器的中心频率(CF)应该等于相应的NF。然而,这种人工方法在真实的应用程序中有一些局限性。Zhang et al。 1]研究了共振解调技术的技术特点和应用在列车,列车故障诊断电力汽车和客运列车转向架。Barszcz和Sawalhi 2)提出了一个基于结合EEMD滚动轴承的FD方法与自适应共振解调技术的自适应去噪。在一个真正的模型和nondamping模型的分析,NF和振动模式将受到系统的质量和刚度的变化。FD的装备,负载和速度的变化会产生动态旋转预应力,这将导致齿轮系统自然频率的变化。在kurtogram研究中,仿真和实验验证FD的轴承是由王( 3];他们成功地颗算法适用于博士。麦当劳等。 4)解决了这个问题的难度选择参数在传统声发射法博士的计算和颗算法应用于轴承FD。Heidari对伊朗伊斯兰共和国通讯社表示et al。 5]应用谱峰度(SK)方法基于LMD齿轮故障诊断;在这个过程中,LMD被用来获取信号的不同的时域分布,其次是确定的最大峰度不同渠道在时域,根据峰度最大化原则来确定FPs。然而,在诊断过程中操作条件的影响很少被考虑。将改进的诊断准确性考虑操作条件的影响。在这项研究中,不同的负载和转速的影响风力发电机齿轮箱的NF的分析计算,研究了预应力变速箱的模式。带通滤波器的自动采集方法在DRT CF和带宽(BW)是通过使用SK分析方法进行验证。信号谱峰态指数可以反映信号频率和表明瞬态冲击强度,所以它可以实现自适应的效果;信封分析简化;和诊断结果更加准确。

 2。预应力的影响齿轮的固有模式

确定初始应力使用预应力时负载变化模型分析和静态结构进行分析之前需要预应力的模态分析( 7),方程可以表示为 (1) K X = F 。 在( 1), ( K ] 刚度矩阵(SM)和吗 ( F ] 是一个外部负载矩阵来确定应力对结构分析SM吗 σ 0 → ( 年代 ] ;预应力的模态分析方程可以表示如下( 8]: (2) K + 年代 - - - - - - ω 1 2 米 φ 1 = 0 。 σ 0 和 ( 年代 ] 基于静态分析的应力位移和预应力效应矩阵,分别。齿轮箱的输入速度将不同可变负荷条件下齿轮传动系统。风力涡轮机,叶轮是由风能获得机械能拖箱,然后驱动发电机轴高速旋转( 9];附加质量和转速变化,是由风引起的影响将产生旋转预应力和改变NF ( 10]。所以,变速箱,变速箱的传动模型建立;转速的影响和其他因素对NF和振动模式研究的前提下考虑系统的惯性和预应力;NFs和振动模式的齿轮在不同旋转速度计算,也就是说,100 RPM, 500 RPM, 800 RPM, 1200 RPM, 1500 RPM, 5000 RPM, 10000 RPM。表 1显示的第一个10 NFs齿轮速度不同。表 1表明NF每个订单也不同与运营速度的变化。

NF的旋转系统在不同旋转速度。

速度(转速)
0 One hundred. 500年 1500年 2000年 2500年 5000年 10000年
NF的每个订单 f /赫兹 1 316.1 356.8 368.8 386.6 399.8 415.5 425.8 489.5
2 324.5 369.7 389.7 388.5 407.5 439.6 458.8 509.5
3 332.1 372.1 421.9 424.5 435.6 479.8 501.9 578.4
4 355.2 383.2 463.1 463.6 486.5 512.6 555.7 599.7
5 376.4 409.5 475.3 478.7 498.8 556.8 603.5 605.5
6 426.5 434.8 527.2 519.6 588.3 637.1 678.6 751.4
7 468.7 601.5 668.6 638.8 691.1 732.8 783.7 868.6
8 529.4 612.3 706.8 660.4 703.3 789.1 808.2 932.6
9 580.3 633.3 743.3 693.7 756.3 827.1 896.5 1031.3
10 604.4 698.3 772.5 731.5 792.5 894.1 935.5 1072.3

表 1表明动态旋转预应力将导致NF的变化。因此,变量的影响负荷的NF系统应考虑FD结果的准确性。变速箱系统,由于系统的随机特性,变速箱的输入轴转速和负载动态和影响NFs的特点,所以实际频率的变化在分析需要考虑。

 3所示。RD和颗 3.1。RDT

RDT的方法开发了振动检测和分析技术,基于影响FD[博士的原则 11]。一般来说,对于世行的故障信号,强度将大大提高NF的结构,和高频可以分开NV通过一个过滤器。通过分析带通滤波后信号的包络线,它可以得到一个脉冲的频率与失败的影响是一致的。信封处理后,信号过滤去除残余高频干扰信号,故障信号分量和低频是保留。与组件的特征频率的计算,具体原因失败可以判断使用功率谱分析。博士的基本原则是( 12)如下: ( 1 ) 分离高频振动,因为宽的频带信号是极大地增强了加速度传感器的谐振频率,与带通滤波器的设计的CF等于高频NB NF分离; ( 2 ) 得到一个脉冲序列的过滤共振信号的包络解调频率等于故障信号; ( 3 ) 滤波包络检波信号通过低通滤波器(LPF),去除高频噪声信号,保留低频信号; ( 4 ) 功率谱分析和故障特征,提取故障特征。带通滤波器设计,中心频率和BW需要根据正确的获得一个精确的分析结果。然而,人工的方法确定带通滤波器的参数有一个巨大的挑战和限制。颗算法可以用来实现带通滤波器设计的优化参数,因此可以大大提高诊断效率和准确性。

 3.2。颗

SK的基本思想是计算每个频率的峰度值线,以便找到频带的影响。峰度的绝对值越大,越严重的错。

计算公式如下( 13]: (3) SK f = H t , f 4 H t , f 2 2 - - - - - - 2 f ≠ 0 , (4) H t , f = ∫ - - - - - - ∞ + ∞ x τ r ∗ τ - - - - - - t e - - - - - - j 2 π f τ d t 。 在( 4), H ( t , f ) 是一个复杂的振动信号在时频域,信封 r ( t ) 是时间窗口,SK指数是零 x ( t ) 是一个固定的信号, x ( t ) 当有噪声信号是一个非平稳的信号 b ( t ) 干扰。方程( 5)显示了SK的计算: (5) K x + b f = K x f 1 + ρ f 2 。 在( 5), ρ ( f ) 是信噪比(信噪比)的倒数方程。方程( 5)表明,大 ρ ( f ) 将导致更小的SK指数不能反映冲击的特点。所以,kurtogram介绍分析。基本的想法是,因为 K x + b f 是由 f 和频率分辨率,这是一样的原理,如何选择CF和带通滤波器的BW博士因此,kurtogram算法应用于共振解调的带通滤波器参数的选择。kurtogram算法,构造滤波器模型的BW是1/4, (6) h 0 n = h n e j n π / 4 f ∈ 0 , 1 4 , (7) h 1 n = h n e j 3 n π / 4 f ∈ 1 4 , 1 2 。 在( 6)和( 7), h 0 ( n ) , h 1 ( n ) , h ( n ) 通滤波器,高通滤波器(高通滤波器),分别和滤波器的截止频率是1/8。通过滤波信号 x ( n ) 通滤波器和高通滤波器, c k 我 ( n ) 的短时傅里叶变换系数是第一 我 过滤器的 k 层用作输入再次过滤。 c k 我 ( n ) 短时傅里叶变换 x ( n ) CF在哪里 f 我 = ( 我 + 2 ) - - - - - - 1 2 - - - - - - ( k + 1 ) 和频率分辨率 ( Δ f ) k = 2 - - - - - - ( k + 1 ) 和 我 = ( 0 1 , … , 2 - - - - - - k + 1 ) 。

 3.3。应用颗博士

使用 c k 我 ( n ) 而不是 H ( t , f ) 在( 1), (8) SK f = c k 我 n 4 c k 我 n 2 - - - - - - 2 我 = 0 1 , … , 2 k - - - - - - 1 。 通过颗SK指数成为最大计算获得的CF和频率分辨率。SK指数作为CF博士和带通滤波器的频率分辨率,然后是故障特征频率可以通过过滤和分析( 14]。

 4所示。过滤CF校准

CF的过滤器自动捕获接近NF的结构;根据实际修改过滤器CF NF的结构可以使结果更准确。首先,系统的质量和SM计算在计算系统的NF, SM也分为时变SM和平均SM。平均SM是用于查找系统和时变的NF SM用作系统的参数。基于上述参数,可以计算在NF ( 15]。为了测量系统的NF更准确地说,有必要进行结构的振动测试。基于测量幅频曲线,我们确定NF和系统的阻尼比。图 1显示了试验装置。

试验装置的图。

励磁的励磁机应用于不同频率的理论值附近NF,频率是系统的NF振幅达到最大值时指NF在图的理论价值 2( 16]。励磁装置逐渐增加的激励频率测量部分,随着频率增加,测量部分的振幅逐渐增加300赫兹到550赫兹,和样品的振幅逐渐减小,当激励频率大于550赫兹。因此,试样的振幅达到最大值在550赫兹,推断了NF测量的部分大约是550赫兹。

振动曲线( 6]。

NF的系统可以测量,我们提取高频NV最大值的峰度的CF带通滤波器,然后提取故障特征频率的特性来判断错误。然而,NF的系统测量条件下的应力状态,和共振解调测量的数据在一定工作条件下的压力;有必要排除频率增加时选择的FPs共振解调得到更准确的结果。随着订单的增加,补偿NF的价值增加,和每一步的补偿值与预应力的增加也增加了。预应力越大,差异越大,需要补偿。

 5。模拟研究 5.1。建立故障模型

模型应该建立符合下列关系1.5 MW风力发电机齿轮箱的典型案例:环的模量,行星齿轮,太阳齿轮必须相同,以确保轮系可以正确的装配关系( 6]。在仿真研究中,切断了行星齿轮的一个齿来模拟整个牙齿破碎的错。

 5.2。信号仿真

模型导入ADAMS和45钢材料特性,密度 7.801 E - - - - - - 006年 公斤/毫米3的弹性模量 2.07 E + 005年 N /毫米2和泊松比为0.29。接触参数设置如下:IMPACT-function-based用于确定接触力和接触亚当斯在ADAMS /解算器使用影响函数库函数是用来计算接触力;参数设置的原则如下: ( 1 ) 指定材料刚度;刚度值越高,越困难的整体解决方案; ( 2 ) 指数力是用来计算材料刚度的贡献价值的瞬时压力。1.5或超过这个值,范围是大于或等于1。值为2或者3为橡胶是可取的,而对于金属价值往往是从1.3到1.5; ( 3 ) 定义接触材料的阻尼性能,其范围是大于或等于0,通常从0.1%到1%的刚度值; ( 4 ) 渗透率值定义了完整的阻尼。阻尼系数是零当渗透是零;亚当斯/解算器使用三个步骤的功能来解决两个点之间的阻尼系数。它的范围是大于或等于0。模拟进行空载条件下,输入速度设置为60 RPM,仿真时间是1 s,步长为0.001,平均价值的输出轴转速为2125 RPM,理论输出平均速度是每分钟2130转,错误率为0.23%。这证明了仿真模型的准确性。信号在时域的影响可以通过优化流程如图 3。

脉冲信号。

故障处理模拟信号通过添加随机噪声的信噪比−9 db。这个礼物的观念背景噪音的能量远远大于信号故障的影响,噪声信号和故障信号被淹没的,和实际影响的断层线是非常困难的去观察。它更类似于实际的测量信号在实际的应用程序。时域振动信号与噪声的波形如图 4。

振动与噪声信号。

 5.3。仿真和验证

信号计算图 4颗,计算映射如图 5。

峰度的计算。

从图可以看出 5CF是375.1赫兹的谱峰态指数最大,和相应的频率分辨率为25.6赫兹。使用375.1赫兹的模拟信号过滤和25.6赫兹的CF和BW共振解调;信封过滤信号的时域图所示 6;及其谱图所示 7。基于光谱的共振解调结果,模拟信号的故障频率可以获得27.6赫兹当操作速度是1500 RPM,如图 7。

时频信封。

的光谱共振解调。

图 8显示了最终的解调谱在不同旋转速度2000 RPM, 2500 RPM, 5000 RPM, 10000 RPM。

FFT分析RD 2000 RPM, 2500 RPM, 5000 RPM, 10000 RPM。

当行星齿轮的旋转速度是每分钟2500转,5000 RPM, 2000 RPM, 10000 RPM,分别对应的故障频率将36.5赫兹,41.8赫兹,86.9赫兹,172.3 Hz如图 8。计算固有频率的故障频率校正后再FPs的SK计算的过程。故障特征频率在每个速度图 9。从图可以看出 9当旋转速度2000 RPM, 1500 RPM, 2500 RPM, 5000 RPM, 10000 RPM,相对应的纠正故障频率将25.4赫兹,34.8赫兹,41.9赫兹,84.6赫兹,168.2赫兹。然后故障特征频率的理论值速度不同是根据故障特征频率的计算方程,获得与修改的故障特征频率相比,修改后的故障特征频率,和理论价值。从结果可以看出修改的故障特征频率曲线更接近理论值。修正的误差值和理论值是1.86%。从上面的,在某种程度上,我们可以知道更准确的诊断,为修改的频率值和理论值之间的误差更小。

FFT分析,采访在1500 RPM频率校正后,2000 RPM, 2500 RPM, 5000 RPM,分别和10000 RPM。

 6。总结

旋转的影响,预应力的NF风力发电机齿轮箱进行了研究,和颗算法应用于共振解调分析的旋转机械的影响。结果表明,该方法可以获得自动带通滤波器的中心频率和BW。通过分析发现,预应力对CF有一定影响,这消除了预应力对中心频率的影响后,将自动获得;分析表明,解调结果更精确的齿轮箱状态监测和FD。

 相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突。

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