偏航系统碰撞动力学建模方法与动态特性的仿真分析

摘要

风能作为一项清洁能源已经受到了全世界各个国家的关注和重视，风力发电技术作为风能的主要利用形式也得到了迅速的发展。风能是一种随机载荷，要确保风轮时时处于对风状态，就需要偏航系统预测分析配合，根据来风的方向随时调整风轮的朝向。所以，作为风力发电机的关键部件之一，偏航系统性能的好坏直接决定了风力发电机的发电质量和风能利用率的高低。此外，由于风力发电机组工作在野外，工作环境恶劣，要承受许多交变载荷和随机载荷，且偏航系统处在风力发电机机舱底部，安装维修都十分困难，这就对偏航系统运行的稳定性和可靠性提出了很高的要求。因此，研究在运行过程中风力发电机偏航系统的动态特性是风力发电机设计中的重要任务之一。
　　本文以采用1.5MW风力发电机外齿式偏航系统为研究对象，研究其在运行过程中偏航系统的动力学特性以及齿轮碰撞力对偏航系统的影响。论文的主要研究工作包括:
　　1)基于多体系统动力学理论建立了风力发电机偏航系统齿轮的动力学模型。为了更真实的反应系统的碰撞过程，使用牛顿碰撞模型来建立齿轮系统的动力学碰撞模型。
　　2)在ADAMS中对齿轮系统动力学碰撞模型进行仿真，得到齿轮碰撞力的规律，并进行分析，并将曲线进行数据提取，拟合成方程，为下一步研究做好准备。
　　3)利用赫兹接触理论计算风力发电机偏航轴承在运行过程中的变形及接触应力，并基于多体动力学理论建立了风力发电机偏航轴承的动力学模型;
　　4)在ADAMS中进行二次开发，定制相应的轴承仿真模块，通过对轴承运行状态的仿真得到了轴承在考虑摩擦力、径向力以及倾覆力矩时的动态特性，并对其进行分析。
　　5)考虑齿轮碰撞力对轴承的影响，建立轴承的动力学模型，并在ADAMS中定制相应的模块进行仿真，得到轴承的动力学特型，并与不考虑齿轮碰撞力的轴承动力学特性进行比对，得出轮齿碰撞力对轴承运行状态的影响
　　本文所做的研究工作，为偏航系统轮齿碰撞力对轴承运行情况的影响方面在提供了一定的理论参考依据，为工程应用奠定了基础。

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摘要

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附表索引

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．3 风力发电机偏航系统动力学研究现状

1．3．1 齿轮系统建模及碰撞力仿真研究现状

1．3．2 偏航轴承建模及仿真研究现状

1．3．3 转盘轴承仿真及ADAMS二次开发研究现状

1．4 多体系统碰撞动力学的研究现状

1．5 本文研究内容

第2章 齿轮系统碰撞动力学模型的建立

2．1 引言

2．2 齿轮系统碰撞动力学模型的建立

2．2．1 齿轮系统动力学模型的建立

2．2．2 碰撞力的冲量计算

2．2．3 偏航齿轮系统碰撞动力学模型

2．3 偏航齿轮系统碰撞动力学模型的仿真方法设计与结果分析

2．4 轮齿碰撞力曲线数据的导出与拟合

2．4．1．Adams／PostProcessor中利用数据列表方式显示测量曲线

2．4．2 Adams／PostProcessor中曲线数据导出方式

2．5 本章小结

第3章 偏航轴承内部碰撞模型的建立

3．1 引言

3．2 偏航轴承动力学模型的建立

3．3 偏航轴承柔性内圈的离散处理及接触力的计算

3．3．1 轴承内圈的离散处理

3．3．2 轴承在运转过程中的接触变形情况

3．4 本章小结

第4章 偏航轴承碰撞模型在ADAMS中的仿真实现方法

4．1 引言

4．2 ADAMS二次开发的概念与重要语句的定义

4．2．1 ADAMS二次开发的概念

4．1．2 重要语句的定义

4．3 仿真结果及分析

4．4 本章小结

第5章 齿轮碰撞力对轴承运行的影响分析

5．1 引言

5．2 考虑齿轮碰撞力情况下轴承接触状态分析及接触力的计算

5．3 轮齿碰撞力语句定义及仿真过程的程序编写

5．4 仿真结果分析

5．5 本章小结

总结与展望

总结

展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间发表的科研成果目录

附录B 参加科研项目情况