一種風(fēng)電齒輪箱扭轉(zhuǎn)剛度的確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明主要涉及到風(fēng)電設(shè)備領(lǐng)域，特指一種適用于風(fēng)電設(shè)備的風(fēng)電齒輪箱扭轉(zhuǎn)剛度的確定方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械系統(tǒng)中，傳動(dòng)鏈的扭振是一個(gè)普遍存在的問題。風(fēng)力發(fā)電機(jī)正常工作時(shí)，由于風(fēng)載不是恒定的，風(fēng)速大小和風(fēng)向?qū)崟r(shí)變化，因此風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈中傳遞的扭矩也隨機(jī)波動(dòng)的。在非平衡載荷的作用下，柔性傳動(dòng)鏈很容易出現(xiàn)扭振。嚴(yán)重的扭振可能會(huì)導(dǎo)致軸類零件的疲勞損壞，甚至斷裂；導(dǎo)致齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲增大，出現(xiàn)齒面點(diǎn)蝕、齒與齒的沖擊甚至輪齒斷裂；聯(lián)軸器損壞，表現(xiàn)為彈性元件的過熱或碎裂等等。傳動(dòng)鏈工作過程中，當(dāng)系統(tǒng)的激勵(lì)頻率與傳動(dòng)鏈軸系的固有頻率接近的時(shí)候，其扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的振幅就會(huì)迅速增大，從而出現(xiàn)共振現(xiàn)象。零部件發(fā)生共振是任何機(jī)械裝備不允許出現(xiàn)的，共振對(duì)機(jī)械裝備的危害極大，強(qiáng)烈的共振可能直接毀壞設(shè)備。風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈作為風(fēng)電機(jī)組中的傳動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)其各部件進(jìn)行扭振共振分析，是非常有必要的。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)傳動(dòng)鏈的扭振分析中，必須計(jì)算傳動(dòng)鏈系統(tǒng)的固有頻率。
[0003]而風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)過程很重要的一步也是計(jì)算傳動(dòng)鏈的固有頻率，通過坎貝爾圖中葉片的6倍轉(zhuǎn)頻和風(fēng)機(jī)傳動(dòng)鏈的固有頻率是否有交點(diǎn)來判斷風(fēng)機(jī)是否存在傳動(dòng)鏈共振，如有交點(diǎn)應(yīng)通過參數(shù)的調(diào)整避開?，F(xiàn)有風(fēng)電行業(yè)的簡(jiǎn)單動(dòng)力學(xué)分析基本都是采用BLADED軟件建立風(fēng)機(jī)模型，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行分析和計(jì)算。而BLADED建模過程需要的一個(gè)重要參數(shù)就是齒輪箱的扭轉(zhuǎn)剛度，計(jì)算表明齒輪箱的扭轉(zhuǎn)剛度風(fēng)機(jī)傳動(dòng)鏈的固有頻率影響非常大。因此，較為準(zhǔn)確的齒輪箱扭轉(zhuǎn)剛度計(jì)算對(duì)風(fēng)機(jī)傳動(dòng)鏈固有頻率至關(guān)重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種原理簡(jiǎn)單、易操作、精度高的一種風(fēng)電齒輪箱扭轉(zhuǎn)剛度的確定方法。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0006]一種風(fēng)電齒輪箱扭轉(zhuǎn)剛度的確定方法，其步驟為:
[0007]S1:建立齒輪箱動(dòng)力學(xué)模型，求解齒輪箱扭轉(zhuǎn)剛度的范圍區(qū)間；
[0008]S2:建立風(fēng)機(jī)傳動(dòng)鏈動(dòng)力學(xué)模型，求解風(fēng)機(jī)傳動(dòng)鏈的扭轉(zhuǎn)剛度；
[0009]S3:建立簡(jiǎn)化傳動(dòng)鏈動(dòng)力學(xué)模型，反推計(jì)算以確定齒輪箱的扭轉(zhuǎn)剛度。
[0010]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述步驟SI的具體流程為:
[0011]SlOl:建立齒輪箱動(dòng)力學(xué)模型；
[0012]S102:對(duì)齒輪箱動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行靜平衡分析，以求出從輪轂到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子之間的扭轉(zhuǎn)剛度；
[0013]S103:求解齒輪箱扭轉(zhuǎn)剛度的范圍區(qū)間:根據(jù)風(fēng)機(jī)的扭矩轉(zhuǎn)速特性曲線分別計(jì)算出齒輪箱在切入和切出工況時(shí)分別對(duì)應(yīng)的輸入Tin和Tout ;當(dāng)計(jì)算齒輪箱在切入工況時(shí)的扭轉(zhuǎn)剛度，在齒輪箱輸入端及行星架上風(fēng)向端分別施加0.9Tin和1.1Tin的扭矩，兩次對(duì)模型進(jìn)行靜平衡分析，當(dāng)最大殘余力在10_3以下，則說明系統(tǒng)達(dá)到靜平衡；對(duì)平衡后的模型進(jìn)行時(shí)間積分，分別計(jì)算0.9Tin和1.1Tin兩種扭矩下輪轂的扭轉(zhuǎn)角a ini和a in2，通過下式計(jì)算出齒輪箱切入工況時(shí)的扭轉(zhuǎn)剛度Kgin為:
[0014]Kgin = (1.1Tin-0.9Tin) / ( a in2_ a ini)；
[0015]求出齒輪箱切出工況時(shí)的扭轉(zhuǎn)剛度Kgout為:
[0016]Kgout = (1.1Tout-0.9Tout) / ( a out2- a outl)
[0017]所述齒輪箱扭轉(zhuǎn)剛度的范圍區(qū)間為[Kgin，Kgout]。
[0018]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述步驟SlOl中利用齒輪箱的所有齒輪相關(guān)參數(shù)、軸系參數(shù)及零部件的三維模型，建立與齒輪箱樣機(jī)功能相當(dāng)?shù)奶摂M樣機(jī)。
[0019]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述步驟S102中將齒輪箱動(dòng)力學(xué)模型中的高速級(jí)輸出軸與大地固接，同時(shí)失效三個(gè)高速級(jí)輸出軸軸承。
[0020]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述步驟S2的具體流程為:
[0021]S201:建立風(fēng)機(jī)傳動(dòng)鏈動(dòng)力學(xué)模型，所述風(fēng)機(jī)傳動(dòng)鏈動(dòng)力學(xué)模型為包括風(fēng)機(jī)葉片、輪轂、主軸、主軸承、齒輪箱、彈性支撐、聯(lián)軸器和發(fā)電機(jī)在內(nèi)所有傳動(dòng)系統(tǒng)部件的高精度多體動(dòng)力學(xué)模型；
[0022]S202:對(duì)風(fēng)機(jī)傳動(dòng)鏈動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行靜平衡分析；將風(fēng)機(jī)傳動(dòng)鏈動(dòng)力學(xué)模型中的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與定子固接，同時(shí)失效兩個(gè)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸承；在輪轂中心分別施加Tl和T2的扭矩，兩次對(duì)模型進(jìn)行靜平衡分析，當(dāng)最大殘余力在10_3以下，則說明系統(tǒng)達(dá)到靜平衡；
[0023]S203:對(duì)平衡后的模型進(jìn)行時(shí)間積分，分別計(jì)算兩種扭矩下輪轂的扭轉(zhuǎn)角α I和α 2，通過下式計(jì)算出輪轂到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子之間的扭轉(zhuǎn)剛度Kr為:
[0024]Kr = (Τ2-Τ1) / ( α 2_ α I)。
[0025]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn):所述步驟S3的具體流程為:
[0026]S301:設(shè)齒輪箱扭轉(zhuǎn)剛度的初始搜索范圍區(qū)間為[Kgin，Kgout]，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輪轂到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子之間的扭轉(zhuǎn)剛度Kr，齒輪箱扭轉(zhuǎn)剛度為Kg，求解過程中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輪轂到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子之間的扭轉(zhuǎn)剛度為Kc ;
[0027]S302:計(jì)算[Kgin, Kgout]的中點(diǎn) Kgc = (Kgin+Kgout)/2 ；
[0028]S303:若 Kc < Kr，則 Kgin = Kgc，轉(zhuǎn) S304 ;若 Kc = Kr，則 Kg = Kgc，轉(zhuǎn) S305 ;若Kc > Kr,則 Kgout = Kgc，轉(zhuǎn) S304 ；
[0029]S304:若 Kgin-Kgout < ε，貝丨J Kg = (Kgin+Kgout)/2，轉(zhuǎn) S305，否則轉(zhuǎn) S302 ；
[0030]S305:輸出齒輪箱扭轉(zhuǎn)剛度Kg，結(jié)束計(jì)算。
[0031]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0032]1、本發(fā)明的風(fēng)電齒輪箱扭轉(zhuǎn)剛度的確定方法，原理簡(jiǎn)單、易操作、精度高，利用整機(jī)動(dòng)力學(xué)的高精度建模優(yōu)勢(shì)，分別建立齒輪箱動(dòng)力學(xué)模型、風(fēng)機(jī)傳動(dòng)鏈詳細(xì)模型和風(fēng)機(jī)傳動(dòng)鏈簡(jiǎn)化模型，通過結(jié)果等效的方式，反推得到齒輪箱工作狀況下的扭轉(zhuǎn)剛度值。
[0033]2、本發(fā)明的風(fēng)電齒輪箱扭轉(zhuǎn)剛度的確定方法，其結(jié)果的可靠性和精度與經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證的詳細(xì)模型一致，為一種更快、更可靠的齒輪箱扭轉(zhuǎn)剛度的求解方法。
【附圖說明】
[0034]圖1是本發(fā)明方法的流程示意圖。
[0035]圖2是本發(fā)明在具體應(yīng)用實(shí)例中所建立的齒輪箱動(dòng)力學(xué)模型示意圖。
[0036]圖3是本發(fā)明在具體應(yīng)用實(shí)例中所建立的風(fēng)機(jī)傳動(dòng)鏈動(dòng)力學(xué)模型示意圖。
[0037]圖4是本發(fā)明在具體應(yīng)用實(shí)例中齒輪箱扭轉(zhuǎn)剛度求解過程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038]以下將結(jié)合說明書附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0039]如圖1所示，本發(fā)明的一種風(fēng)電齒輪箱扭轉(zhuǎn)剛度的確定方法，其步驟為:
[0040]S1:建立齒輪箱動(dòng)力學(xué)模型，求解齒輪箱扭轉(zhuǎn)剛度的范圍區(qū)間。
[0041 ] 在具體應(yīng)用實(shí)例中，具體流程為:
[0042]SlOl:建立齒輪箱動(dòng)力學(xué)模型，可以為如圖2所示的齒輪箱拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。利用齒輪箱的所有齒輪相關(guān)參數(shù)、軸系參數(shù)及零部件的三維模型，建立與齒輪箱樣機(jī)功能相當(dāng)?shù)奶摂M樣機(jī)。
[0043]S102:對(duì)齒輪箱動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行靜平衡分析。
[0044]靜平衡分析的目的是:求出從輪轂到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子之間的扭轉(zhuǎn)剛度。
[0045]所謂靜平衡就是指速度為零、加速度為零，故將齒輪箱動(dòng)力學(xué)模型中的高速級(jí)輸出軸與大地固接，以消除之前的旋轉(zhuǎn)自由度；同時(shí)，失效三個(gè)高速級(jí)輸出軸軸承。
[0046]S103:求解齒輪箱扭轉(zhuǎn)剛度的范圍區(qū)間:根據(jù)風(fēng)機(jī)的扭矩轉(zhuǎn)速特性曲線分別計(jì)算出齒輪箱在切入和切出工況時(shí)分別對(duì)應(yīng)的輸入Tin和Tout。
[0047]當(dāng)計(jì)算齒輪箱在切入工況時(shí)的扭轉(zhuǎn)剛度，為了消除齒輪初始嚙合角的影響，在齒輪箱輸入端及行星架上風(fēng)向端分別施加0.9Tin和1.1Tin的扭矩，兩次對(duì)模型進(jìn)行靜平衡分析，