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文档简介
1、风电齿轮箱可靠性建模理论的研究进展,报告者:安宗门移动局名称:机械工程,1,学习交换PPT,报告概述,研究背景和重要性研究内容及结果摘要和展望,2,学习交换PPT,1。研究背景和重要性,未来5年中国风力发电速度将放缓,提高单位运行可靠性的努力将成为产业未来发展的首要任务。资料来源:朱俊生,2011中国风能大会及展览,1.1产业背景,3,学习通信PPT,1。研究背景和重要性,来源:gearbox modeling and load simulation of a baseline 750-kw wind turbine using state-of-the-art simulation code
2、s . technical real研究背景和意义,风力发电机主要故障部件故障率比较图,资料来源:王碧石,1.5MW风力发电机齿轮箱核心部件的静态和疲劳寿命分析,宁夏大学硕士学位论文,2012,5,学习通信PPT,1。研究背景和重要性、1.2技术背景、国际标准和我国国家标准要求“主机正常运行时齿轮箱的寿命不到20年”。6、学习交换PPT,1 .研究背景和重要性,中国已经将“大型风力发电机运行可靠性”部署为风力发电机研究领域的前沿问题之一。资料来源:2011-2020年中国能源科学领域发展战略报告(草案4),1.3领域背景,7,学习通信PPT,1。研究背景和重要性,可靠性分析相思病可靠性设计寿命
3、延长,1.4研究意义,理论模型,零件:疲劳负载下齿轮箱零件故障概率基准系统:齿轮箱零件故障过程相关性的数学表示,起点,8,学习通信PPT,2。研究内容和结果,2.1周期性变幅疲劳载荷下的部件可靠性模型,表3.1风场风速记录(黑龙江省大庆市,西湖),资料来源:9,学习通信PPT,2。研究内容和结果,图3.1随机风速历史曲线,10,学习通信PPT,2。研究内容和结果,图3.2齿轮箱输入扭矩的时间曲线,11,学习通讯PPT,2。研究内容和结果,图3.3齿轮箱周期负载持续时间曲线,负载定义:一个作业周期内负载振幅值的顺序为S1,S2,sk,每个步长的负载作用次数为n1,n2,nk,每个周期内k等级疲劳
4、负载的顺序为1,2,k。12,学习交流PPT,样式,Y(0)是初始静态强度,SP是疲劳破坏时的最大疲劳载荷,Y(n)是载荷作用后的剩馀强度,n,n是载荷作用循环数和循环寿命,c是该载荷作用下的剩馀强度下降参数。2 .研究内容和结果,Schaff建议的剩余强度模型来源:Schaff J R,Daidcson b . life prediction methodology for composite structures . part constant amplitude and two stto、13、学习通信PPT、2。研究内容和结果,参考文献21是多级载荷下剩余强度模型的来源:aobo,Zh
5、ang dinghua,Zhao pixbo。多级载荷下剩余强度的估计j .机械强度,2007,29 (3) : 463-467,14,学习通信PPT,2。研究内容及结果,本文导出了循环疲劳载荷下剩余强度模型的来源:安钟门、花园格、黄建龙。周期性疲劳负载下的应力-强度干涉模型。电子科技大学学报,2013,42(2): 306-310。首先计算载荷作用的多个完整循环后的剩余强度,以整个循环后的剩余强度为初始强度,计算载荷作用的最后一个不完全循环后的剩余强度。15,学习通信PPT,2。研究内容和结果,周期性疲劳载荷下的结构可靠性模型,使用一般生成函数方法求解自下而上表示的概率值,16,学习通信PP
6、T,2。研究内容和技术路线,如45#钢的初始强度遵循正态分布,平均833.6MPa,标准差8.336MPa。在三阶段疲劳载荷下对试件进行疲劳寿命测试的结果如图3.2所示。表3.2 45#钢疲劳试验数据来源:姚卫星。结构疲劳寿命分析,2003。在机械零件作业中,如果承受周期性疲劳负载作用,则上述三阶段负载是整个周期内的所有负载,每个整个周期内的工作周期数分别为40、10和30。计算Nt=2450-24950中的零件可靠性。、17、学习通讯PPT、2。研究内容和技术路径,图3.5部件可靠性原始曲线和拟合曲线,18,学习通信PPT,2。研究内容和结果,考虑了与2.2故障模式相关的齿轮动态可靠性模型,
7、齿轮的单个齿可以承受周期性脉动循环作用,这与齿轮箱其他零件(轴零件)的负载作用规律不同。齿轮故障模式(齿根弯曲疲劳故障、齿表面接触疲劳故障、磨损故障)之间是否相互影响。顺序系统测量,接合函数,19,学习通讯PPT,2。研究内容和结果,p:行星轮;r:内部齿轮(固定);c:行星齿轮;s:太阳轮;4: 1级主动螺旋齿轮;5: 1级从动锥齿轮;6:二次主动螺旋齿轮;7:二次从动锥齿轮;注解:输入扭矩;Tout:输出转矩;Gi:滚动轴承代码;I表示轴承号码、i1、2、8。图4.1.5mw风力发电机齿轮箱的结构摘要,20,学习通讯PPT,2。研究内容和结果,图4.2太阳能根弯曲疲劳动态可靠性,图4.16
8、太阳能轮s齿面接触疲劳动态可靠性,21,学习通信PPT,2。考虑到研究内容和结果、齿轮疲劳寿命的不确定性,可以认为是特定分布下的随机变量。假设齿轮齿根的弯曲疲劳寿命遵循对数正态分布。图4.2太阳齿轮根弯曲疲劳动态可靠性,图4.9太阳齿轮根弯曲疲劳寿命分布函数曲线,22,学习通信PPT,2。研究内容和结果,图4.30太阳轮s两种故障模式下寿命分布函数的二进制直方图,顶部相关,23,学习通信PPT,2。研究内容和结果,图4.31 Gumbel Copula函数的分布密度,分布函数为:24,学习通信PPT,2。研究内容和结果,图4.31故障模式相关条件下的sunwheel s动态可靠性,25,学习通
9、信PPT,2。研究内容和技术路线,2.3风力发电机系统可靠性模型,400万个部件,每个部件可靠性0.999999。客机可靠性由各个部件相互分离的串行模型计算为0.0183。“,”akua 10火箭的飞行可靠性为0.9867,比akua火箭高0.2以上。“资料来源:梁晓红,26,学习通信PPT,2。研究内容和结果,零件相互独立假设在电子系统中有时不正确;但是,对于机械系统来说,这样的假设几乎总是错误的。来源:oconor p d mentary 3360 relability past,present,and future . IEEE transactions on relabili
10、ty,2000,49 (4机械系统中的每个零件故障不是相互独立的,也不是完全相关的。“资料来源:塞利小姐、王静、朱振宇、等。机器可靠性的基本理论和方法m .北京:科学出版社2008,27,学习通信PPT,2。研究内容和结果,将齿轮箱简化为7个齿轮连接的系统,并使用接合函数说明任意两个齿轮故障过程的相关性。28、学习通信PPT,2 .研究内容和技术路线,解决步骤:(1)确定每个齿轮寿命随机变量的边分布;(2)选择能够很好地说明寿命随机变量之间相关结构的合适的结函数。(3)在拼接函数中估计相关度参数。(4)根据选定的联接函数和相关程度参数计算齿轮箱系统可靠性。,29,学习通信PPT,2。研究内容和
11、技术路径,图5.1太阳能车轮s寿命分布曲线,图5.2行星车轮p寿命分布曲线,家庭寿命按对数正态分布,30,学习交换PPT,2。研究内容和技术路径,图5.8太阳轮s和行星轮p寿命分布函数的二进制直方图,对称关联,31,学习交换PPT,2。研究内容和技术路径,图5.9 Frank Copula函数的分布密度图,Frank Copula函数分布函数为:32,学习通信PPT,2。研究内容和技术路径、表5.2齿轮箱寿命相关程度参数估计、表5.2中各相关程度参数的平均值作为齿轮箱系统整体相关程度参数。33,学习通信PPT,2。研究内容和技术路径,图5.10齿轮箱系统可靠性随时间的变化曲线,34,学习通信PPT,3。摘要和展望,摘要:(1)影响风电齿轮箱可靠性(寿命)的诸多因素。本文只从载荷作用规律和故障相关性的角度定量讨论齿轮箱可靠性的演化规律。(2)为了简化问题,建模过程中还剩下很多需要对工程实践进行测试的假设。(3)上述阶段性成果对构建中国大型风力发电机及关键部件设计的基本理论体系具有参考价值。35,学习交换PPT,3。摘
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