基于时域波形和频谱分析的齿轮箱故障诊断
基于时域波形和频谱分析的齿轮箱故障诊断
摘要：齿轮箱在风力发电机组传动系统中起着非常重要的作用，但由于风况不稳定、设备装配工艺不达标，整个传动系统的滚动轴承在振动过程中易造成磨损失效。本文针对某风力发电机组，利用时域波形和频谱分析方法对齿轮箱轴承进行诊断，对工作异常轴承进行振动波形分析，精确诊断故障轴承的故障特征和故障程度，准确提出维护意见，避免机组的大部件损伤。
关键词：振动分析；时域波形；频谱分析；故障诊断
Gearbox fault diagnosis based on time domain waveform and spectrum analysis
Zhou Zhuopin
(China Resources Power Wind Energy (Yantai) Company Limited,Yantai 26000,China)
Abstract: The gearbox plays a very important role in the transmission system of the wind turbine, but due to unstable wind conditions and equipment assembly process not up to sta
ndard, the rolling bearings of the entire transmission system are prone to wear and failure during vibration. This paper uses a time domain waveform and frequency spectrum analysis method to diagnose gearbox bearings for a wind turbine, and analyzes vibration waveforms for abnormal bearings, accurately diagnoses the fault characteristics and degree of faulty bearings, and accurately provides maintenance advice to avoid the unit Damage to large parts.
Keywords：Vibration ；Time domain waveform； Bearing;Frequency Spectrum Analysis; FaultDiagnosis
0引言
随着国家大力倡导清洁能源的发展，风力发电已成为发展清洁能源的重要组成部分，截止2019年底，全国风电累计装机2.1亿千瓦，占全国总发电装机容量的10.40%。
风力发电机的工作主要是在恶劣的环境中运行，例如低温，多尘或气候不稳定等环境条件，这无疑导致风力发电机在工作期间发生故障或损坏，降低了发电效率，从而导致巨大
的损失[1]。本文通过一些典型案例分析时域波形和频谱分析在齿轮箱轴承早期故障诊断的应用。
振动分析技术通过采集风力机组传动系统中各轴承处的振动数据和波形，然后以振动理论为依据，经过振动频谱分析诊断，可以准确的判断出故障轴承点及故障程度，从而提出维修意见和改善工艺，可极大提高工作效率、减少意外停机事故。
1齿轮箱基本结构简图
图1 齿轮箱基本结构简图
哈尔滨王阳个人资料及简介时域分析是最直观的分析方法，实际的风机在运行过程中，转速是随着时间的变化而变化
的，其振动状态也会随之变化，时域分析可以用来提取原始信号的时域特征，并通过分析其时域特征来诊断风机故障。不同的时域波形能反映风机不同的运行状态。例如：信号的峰值反应了冲击信号的能量，这种特点可以用来诊断风机中的冲击故障。
频域分析是将原始信号经过傅里叶变换的方式获得的，频域分析方法通过分析频谱特征来判断风机中齿轮、轴承存在的故障，这类方法在诊断风机齿轮箱故障中运用十分广泛。当风机齿轮箱发生故障时，其频域信号在某些频率点处会有较大振幅，出频谱中的各种故障频率，确定振动源的位置，并分析故障原因[2]。
简单的说，滚动轴承不同部位处发生故障，其频谱和波形特征不同，故障程度不同，其波形振幅也不同。频谱分析据于此特征从而判断出轴承故障发生的部位和程度。（1）径向振动在轴承故障特征频率及其低倍频处有波峰，若有多个同类型故障，则在故障特征频率的低倍频处有较大的峰值；（2）轴承内滚道故障特征频率有边带，边带间隔为1倍频的倍数；（3）滚动体特征频率处有边带，边带间隔为保持架故障特征频率；（4）若在加速度频谱的中高区域突然有峰生出，表明有疲劳故障；（5）径向诊断时域波形有垂直复冲击迹象，其波峰系数大于5，表明故障产生了高频冲击现象[3]。

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