隨機風載下兆瓦級風電機組傳動鏈系統(tǒng)動力學特性及有限元分析.pdf

1、風力發(fā)電機組是建立在環(huán)境惡劣的荒野高空上，交通不便，而且現(xiàn)代風力發(fā)電機組正向著大型化、巨型化發(fā)展，更加大了風電機組維修成，因此對風力發(fā)電機組的可靠性和穩(wěn)定性提出了很高的要求。而在所有的風電機組失效原因中，傳動鏈系統(tǒng)在受外界動態(tài)載荷和自身內部時變激勵載荷的耦合作用下，引起系統(tǒng)各個部件出現(xiàn)非線性的動態(tài)響應，致使傳動鏈系統(tǒng)中部件的失效比例占風機部件失效的絕大部分。因此研究風力機在當?shù)靥囟ㄗ匀伙L速環(huán)境下風力發(fā)電機組傳動鏈系統(tǒng)的動力學特性響應問題

2、是關系到風電機組長久可靠運行的重要理論支持。
　　本文以2WM風力機組傳動鏈系統(tǒng)為研究對象，利用達朗貝爾原理建立了考慮齒輪時變嚙合剛度、時變嚙合阻尼、時變嚙合激勵下，包括風輪、主軸、由兩級行星輪和一級平行軸齒輪組成增速箱的整個傳動鏈系統(tǒng)的非線性耦合動力學方程，并利用Matlab編程進行數(shù)值動態(tài)響應仿真。最后對風電機組傳動鏈系統(tǒng)中最重要的部件齒輪箱中齒輪副，做了相關的有限元分析。
　　本論文的主要研究內容包括:
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3、)風速模型的建立:通過兩參數(shù)的weibull風速模型，建立了西北酒泉地區(qū)自然風速模型。在以該風速模型為基礎的前提下結合2WM風電機組參數(shù)為研究對象獲得風輪在自然風速作用下的轉矩曲線，也即得到了風電機組傳動鏈系統(tǒng)的隨機時變輸入外載荷。
　　(2)傳動鏈系統(tǒng)動力學方程的建立:采用集中質量法，利用達朗伯原理建立了風電機組傳動鏈系統(tǒng)的純扭轉彈性動力學模型。動力學方程建立過程中以風輪獲得的時變隨風轉矩為外載荷，并且充分考慮了齒輪箱巾齒輪間的

4、時變嚙合剛度、時變嚙合阻尼、時變嚙合誤差等因素對系統(tǒng)動態(tài)響應的影響。
　　(3)傳動鏈系統(tǒng)的動態(tài)響應:利用Matlab通過Runge-Kutta法，編寫程序求解系統(tǒng)動態(tài)響應，得到風電機組傳動傳動系統(tǒng)在外界激勵和內部激勵共同作用下傳動系統(tǒng)各個部件的振動響應，如盤類零件的振動位移、振動速度、齒輪副間動態(tài)嚙合力，以及整個系統(tǒng)的固有模態(tài)等。
　　(4)齒輪副的有限元分析:利用Ansys中自帶的APDL語言建立齒輪箱中齒輪副的有限元模