风电齿轮箱早期复合故障信息提取技术研究

【摘要】：随着风电行业的迅猛发展,对风电机组的可靠性要求越来越高,其故障诊断技术已经成为该行业的第三产业。风电齿轮箱作为风电机组中的关键组件,加强其状态监测与故障诊断具有重要意义。风电齿轮箱中行星齿轮传动部分故障发生频率相对较高,由于其特殊的传动结构使其故障诊断要比传统的定轴齿轮箱难度更大,如何有效提取这一部分的故障信息是一个重要的研究课题。为此,本文基于共振稀疏分解方法提取风电齿轮箱的行星架轴承和行星齿轮的早期复合故障信息,取得了良好的效果。本文选定研究对象的具体结构为一级行星传动加二级定平行轴齿轮传动形式,并确定了故障类型为行星架轴承外圈剥落故障和行星齿轮局部剥落故障。根据齿轮箱的具体结构,分析了行星架轴承外圈剥落故障和行星齿轮局部剥落故障的传递路径,提出了符合故障信号传递路径的二自由度振动模型,并结合行星齿轮断齿故障信号研究了故障冲击响应信号的时域波形特征。研究了行星架轴承和行星齿轮的局部故障信号的频谱特征。分析了风电齿轮箱振动信号中包含的主要成分。本文结合风电齿轮箱早期复合故障的时域波形特征,提出了基于共振稀疏分解的风电齿轮箱早期复合故障信息提取方法。通过对共振稀疏分解各参数的详细分析,研究了各参数对故障信息提取效果的影响。针对传统共振稀疏分解方法中品质因子和权重系数矩阵选择上的不足,利用遗传算法良好的全局寻优特性,优化高、低共振分量的品质因子与权重系数矩阵。得到的最优品质因子充分考虑了早期复合故障的共振属性差异,达到与行星架轴承外圈和行星齿轮早期复合故障冲击响应信号最佳的匹配效果。得到的最优权重系数矩阵有效地减少了故障信息的流失并避免了共振分量之间的耦合现象。最后,根据实际转速变化情况,采用包络分析或阶次包络分析处理包含着故障信息的高、低共振分量,反映早期复合故障信息的提取效果。在清华大学风电齿轮箱故障诊断实验台上验证本文提出的方法,通过行星架轴承和行星齿轮早期复合故障信息提取实验说明了该方法的有效性。与传统共振稀疏分解方法得到的结果进行对比分析,结果表明本文提出的基于参数优化的共振稀疏分解方法,不仅可以有效地避免传统的共振稀疏分解方法提取早期复合故障信息时易出现的漏诊现象,还能在提取过程中保留更多地故障信息并减少共振分量的耦合情况。 【关键词】：共振稀疏分解 早期复合故障 信息提取 风电齿轮箱 故障诊断
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 课题的来源及研究背景和意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.2.1 故障信息提取技术的发展概况11-13
• 1.2.2 风电齿轮箱故障诊断研究现状13-14
• 1.2.3 风电齿轮箱早期复合故障诊断面临的问题14-15
• 1.3 本文的主要研究内容15-17
• 第2章 风电齿轮箱局部故障信号特征分析17-28
• 2.1 风电齿轮箱的典型结构及其早期故障形式17-18
• 2.2 基于传递路径的早期局部故障冲击模型18-23
• 2.3 行星架轴承和行星齿轮的局部故障信号频谱特征23-26
• 2.3.1 行星架轴承局部故障信号的频谱特征23-24
• 2.3.2 行星齿轮局部故障信号的频谱特征24-26
• 2.4 风电齿轮箱故障信号成分分析26
• 2.5 本章小结26-28
• 第3章 基于参数优化的共振稀疏分解方法28-43
• 3.1 信号共振稀疏分解理论基础28-32
• 3.1.1 品质因子可调小波变换28-30
• 3.1.2 信号的稀疏分解30-32
• 3.2 品质因子可调小波基函数库的自适应构建32-37
• 3.2.1 小波基函数库的参数影响分析32-33
• 3.2.2 品质因子自适应优化选择33-37
• 3.3 权重系数矩阵的优化选择37-38
• 3.4 共振分量的阶次包络分析38-42
• 3.5 本章小结42-43
• 第4章 风电齿轮箱故障信息提取实验分析43-62
• 4.1 风电齿轮箱故障诊断实验系统43-46
• 4.1.1 清华大学风电齿轮箱故障诊断实验台概述43-44
• 4.1.2 实验对象及其主要参数44-45
• 4.1.3 实验台安装与调试45-46
• 4.2 不同工况下的实验结果与分析46-57
• 4.2.1 恒转速、带负载情况下齿轮箱早期复合故障实例分析46-50
• 4.2.2 恒转速、无负载情况下齿轮箱早期复合故障实例分析50-54
• 4.2.3 匀加速情况下齿轮箱早期复合故障实例分析54-57
• 4.3 与传统共振稀疏分解方法比较与分析57-61
• 4.3.1 只优化品质因子的共振稀疏分解结果分析57-59
• 4.3.2 传统共振稀疏分解结果分析59-61
• 4.4 本章小结61-62
• 结论62-64
• 参考文献64-68
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果68-70
• 致谢70

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

Tunable Q-factor wavelet transform denoising with neighboring coefficients and its application to rotating machinery fault diagnosis    HE WangPeng;ZI YanYang;CHEN BinQiang;WANG Shuai;HE ZhengJia;

基于信号共振稀疏分解的包络解调方法及其在轴承故障诊断中的应用    陈向民;于德介;罗洁思;

齿轮箱复合故障诊断方法研究    李蓉

风力发电机组中齿轮箱的故障诊断与研究    周培毅

基于信号共振稀疏分解的齿轮故障诊断方法研究    孙云嵩

滚动轴承复合故障信号检测技术研究    李肖城

鱼雷电磁引信的水中目标高精度实时识别方法    陈彬强;吕舒;姚斌;张周锁;白志科;

一类非线性信号去噪的奇异值分解有效迭代方法    查翔;倪世宏;张鹏;

Maximal-overlap adaptive multiwavelet for detecting transient vibration responses from dynastic signal of rotating machineries    HE ShuiLong;ZI YanYang;ZHAO ChenLu;CHEN BinQiang;WANG XiaoDong;HE ZhengJia;

机械故障诊断的衍生增强离散解析小波分析框架    陈彬强;张周锁;訾艳阳;何正嘉;

X-ray pulsar-based navigation using pulse phase and Doppler frequency measurements    XUE MengFan;LI XiaoPing;FU LingZhong;FANG HaiYan;SUN HaiFeng;SHEN LiRong;

极端频率直接估计的新自适应陷波器方法    李明;涂亚庆;沈廷鳌;毛育文;

基于FastPW和CNC降噪的液压泵振动信号预处理方法    王余奎;李洪儒;叶鹏;

基于改进谐波小波包分解的滚动轴承复合故障特征分离方法    唐贵基;邓飞跃;

基于奇异差分谱和平稳子空间分析的滚动轴承故障诊断    唐贵基;庞彬;刘尚坤;

最小周期相关熵解卷积结合窄带解调的轴承复合故障诊断研究    张晓涛;唐力伟;王平;邓士杰;

振动故障分形特征提取及诊断方法研究    李兆飞

齿轮箱复合故障诊断方法研究    李蓉

面向全寿命过程的低速斜齿轮故障诊断方法研究    解志杰

低速重载机械早期故障稀疏特征提取的研究    严保康

基于谱峭度及原子分解的滚动轴承故障诊断方法研究    姜锐红

风力发电机组振动在线监测及故障诊断    张小科

风电机组行星齿轮传动系统的动态特性研究    雷新望

基于贝叶斯网络的风力发电机齿轮箱故障分析    张金彪

大型风力发电机齿轮箱故障模糊诊断技术研究    李海波

基于齿轮箱数据处理的故障预警与诊断系统    张秀云

基于云模型和数据挖掘技术的风电机组故障诊断    张建美

基于信号共振稀疏分解的齿轮箱故障诊断方法研究    李星

地铁车辆转向架轴承故障诊断方法研究    赵治博

基追踪在齿轮损伤识别中的应用    冯志鹏;朱萍玉;刘立;张文明;

基于EMD的复合故障诊断方法    崔玲丽;高立新;张建宇;胥永刚;

风机齿轮箱齿轮失效分析    马海全;于洋;姜涛;陶春虎;黎明;

Machinery fault diagnosis expert system based on case-based reasoning    李文鸿;

基于小波包和阶次包络谱的轴承故障诊断    康海英;祁彦洁;栾军英;郑海起;

滚动轴承故障声发射信号的小波包络谱分析    赵美云;李力;陈保家;

基于小波包特征向量与神经网络的滚动轴承故障诊断    刘乐平;林凤涛;

基于阶次小波包与粗糙集的轴承复合故障诊断    沈仁发;祁彦洁;康海英;郑海起;关贞珍;

基于形态成分分析的轴承复合故障诊断    杨杰;郑海起;关贞珍;王彦刚;

滚动轴承失效分析概论    赵传国

多尺度线调频基稀疏信号分解及其在齿轮箱故障诊断中的应用    彭富强

强噪声背景下滚动轴承故障诊断的关键技术研究    侯者非

齿轮传动系统的故障诊断方法的研究    韩振南

基于小波和分形理论的齿轮故障特征提取及噪声的和谐化研究    王春

基于循环平稳信号处理的滚动轴承故障诊断方法研究    周福昌

Hilbert-Huang变换在旋转机械振动信号分析中的应用研究    胡爱军

面向图像处理的独立分量分析方法    郭武

旋转机械阶比分析研究与软件实现    赵晓平

旋转机械故障模式识别方法研究    吕蓬

基于多尺度线调频小波路径追踪的机械故障诊断方法研究    罗洁思

基于LMD的滚动轴承故障诊断研究    史美丽

基于多尺度线调频基稀疏信号分解的风力发电机组故障诊断研究    任凌志

齿轮应力与变形精确分析中的有限元建模研究    周长江

600KW风力发电机组故障诊断    唐新安

推土机终传动齿轮的三维参数化建模和有限元分析    袁卫华

循环平稳理论及在齿轮箱故障诊断中的应用    金大玮

齿轮和滚动轴承故障的振动诊断    陈刚

风力发电机组传动系统的研究    高学敏

风力发电机齿轮箱的齿轮转子系统动力学的分析与研究    刘莹

基于小波分析的齿轮故障诊断研究    寿海飞

博能大功率齿轮箱    尤青青

重齿增产风电齿轮箱    

大型齿轮箱结构分析与结构优化    梁醒培;王豪;张锴锋;

杭州前进齿轮箱集团高速齿轮箱领域又获新突破    

阀门齿轮箱维护研究    周长李;曹建国;李胜利;

船用双速齿轮箱的研制    胡惠雅

三速齿轮箱    刘伯凯;

手动齿轮箱用润滑油新配方    何成宗

我国最大功率的齿轮箱试制成功    孙自求;

《中国齿轮专业协会一届二次工作年会会议纪要》摘录    

高速齿轮箱性能检测系统的研制    王奉涛;李海峰;张亮;宋鲁涛;

正则维数在齿轮状态监测中的应用研究    冯志鹏;褚福磊;

风电齿轮箱振动信号的倒频谱分析    滕伟;武鑫;高青风;柳亦兵;

一种同步齿轮箱初始故障的在线监测与诊断装置的研究    刘静;周凤星;

基于神经网络的风电机齿轮箱振动信号的分析与应用    赵立超;陈长征;

脉冲性与周期性的利用——齿轮箱故障检测方法的内在联系    林京;

风电机组齿轮箱的故障及其解决方案    赵海燕;陈棋;

受外部载荷激励的风机齿轮箱动力学建模及故障特征提取    何俊;杨世锡;甘春标;

风力发电齿轮箱换油方式的革命——一种全新的机械式换油方式    熊黎;

风电齿轮箱状态监测    Duka Kitaljevich;Richard Dupuis;Ming Lu;

好悬 杭齿轮箱谈合资险入“虎口”    方益波 张道生

杭齿将通过技改扩大齿轮箱产能    刘砦

首家“齿轮”股下月将赴港上市    王佑

南京高齿冲刺全球风电齿轮箱前三强    秦宵喊

GE与第一能源集团开展风能合作    益直

杭齿制成世界先进水平船用齿轮箱    卢琼玉

南京高精研发出大功率非标齿轮箱    陈生华

“常州长浪”推出异向平双低速高扭齿轮箱    细化

张庄咬定亿元目标谋求经济突破    徐同生

他装的齿轮箱会“唱歌”    本报通讯员 周岚

电子齿轮箱关键控制技术及其应用研究    庄磊

齿轮箱不解体诊断技术研究    王新晴

柔性销轴式风电齿轮箱动力学研究    徐向阳

柔性电子齿轮箱设计及精度控制方法研究    田晓青

基于粒子群优化的齿轮箱智能故障诊断研究    魏秀业

大型矿用齿轮箱运行模态识别与结构动力模型修正研究    刘强

齿轮箱复合故障诊断方法研究    李蓉

大型风电齿轮箱均载性能研究及优化    张立勇

基于虚实混合的齿轮箱体动力学建模与分析    张震

机车牵引齿轮箱密封装置内部流场的研究及结构优化设计    王琛

机车牵引齿轮箱有限元分析及结构优化    史新东

高速动车组齿轮箱稳健优化设计研究    臧庆

基于模型的风电齿轮箱故障检测    孙娟

齿轮箱非线性耦合系统的动力学分析    李淑颖

地铁齿轮箱结构改进研究    张晶

齿轮箱早期故障信号增强与智能诊断方法研究    张拉专

风电齿轮箱早期复合故障信息提取技术研究    付强

T公司风电齿轮箱的市场营销策略组合研究    娄建宏