基于動力學的風力發(fā)電機齒輪傳動系統(tǒng)可靠性評估及參數(shù)優(yōu)化設計.pdf

1、隨著能源和環(huán)境問題日趨嚴峻,風力發(fā)電在世界范圍內(nèi)得到快速發(fā)展,風力發(fā)電機作為風力發(fā)電系統(tǒng)的核心關鍵設備,由于其特殊的變載荷使用工況和高空架設等使用環(huán)境,要求具有長壽命(15～20年),高可靠性,重量輕,易維護及經(jīng)濟性,然而,國產(chǎn)化設計制造的風力發(fā)電機卻不能滿足這些條件。因此,研究變載荷條件下風力發(fā)電機齒輪傳動系統(tǒng)的可靠性評估及參數(shù)優(yōu)化設計成為解決當今國內(nèi)風電設備設計制造問題的迫切任務之一。論文課題受國家自然科學基金項目和國家支撐計劃項目

2、資助,以1.5MW風力發(fā)電機齒輪傳動系統(tǒng)為研究對象,在風電場風速變化引起的變載荷使用工況下,對系統(tǒng)的可靠性評估和參數(shù)優(yōu)化設計問題進行研究,為風力發(fā)電機的國產(chǎn)化設計制造提供科學合理的方法和理論基礎。具體的研究工作如下:①建立系統(tǒng)的彈性動力學模型,計入系統(tǒng)每個構(gòu)件的平移自由度和扭轉(zhuǎn)自由度,針對風力發(fā)電的特性,詳細分析由風速變化引起的外部激勵因素,同時還考慮剛度激勵、誤差激勵以及阻尼對系統(tǒng)動力學的影響。②采用模態(tài)疊加法求解系統(tǒng)的動力學微分方程

3、,給出在風載變化條件下,齒輪使用系數(shù)、動載系數(shù)和滾動軸承載荷系數(shù)的表達式,為載荷系數(shù)的取值提供科學合理的方法。③對系統(tǒng)進行失效模式及影響分析(FMEA),在考慮風載變化條件下,建立系統(tǒng)的可靠性評估模型,相對于現(xiàn)有的可靠性評估模型,該方法更加準確合理。④以體積(重量)最小為目標函數(shù),以可靠性和等強度為約束條件,建立變工況下系統(tǒng)基于動力學的參數(shù)優(yōu)化設計模型,并利用matlab的優(yōu)化工具箱對其進行優(yōu)化,優(yōu)化后的設計參數(shù)能明顯地降低系統(tǒng)的體積(