风电主轴承试验机结构与液压系统的设计分析

摘要

随着能源危机和生存环境问题的日益凸显，绿色充足的风能逐渐被人们所关注和青睐，风力发电行业也随之被国家大力提倡和发展。在风机的设计生产使用过程中，风电机组轴承的设计制造技术至关重要。目前，风电机组中的变桨轴承和偏航轴承基本实现国产化，而直驱风机中发电机转子与轮毂连接部位的主轴承主要依靠国外知名轴承厂家提供。各风力发电机组制造企业为保证风机的可靠性，风力发电机组定型时，要求风电轴承生产企业对风电轴承进行型式试验，其中对风电主轴承进行型式试验尤为重视。为了使型式试验的试验条件更接近真实的模拟主轴承的实际工况，论文设计了一种风电主轴承试验机。该试验机满足2MW~6MW的直驱风电机组用主轴承试验要求，能够较为准确模拟轴承受载运行工况，测量出轴承在受载情况下的物理变化量，对分析主轴承的使用状况和主轴承寿命提供数据支持。 通过对风电主轴承的实际受力状况分析，确定了轴承的试验要求与试验机的试验原理，采用模块化的设计方法对试验机结构进行设计。机械结构设计需要结合零部件的功能要求具体考虑其尺寸、材料、热处理方式、表面处理方式、精度、形位公差、加工工艺、安装难易、强度刚度等基础要求和技术要求，这是设备研制过程中最为关键的环节之一。 论文使用有限元分析软件ANSYS Workbench对试验机关键零部件进行了有限元分析和优化结构。论文对设备基座及加载过渡盘组件进行了有限元静力学分析，其强度和刚度均满足试验加载要求；对驱动系统中行星轮系组件进行了应变、应力及模态分析，其应变和应力均在许用范围内，通过分析行星轮系前六阶固有频率与工作频率，固有频率不在工作频率范围内，不会产生共振现象。 液压加载系统主要根据试验轴承对应载荷谱要求，确定液压缸合理的加载方式、加载顺序及载荷值大小。论文设计了液压系统回路，同时对各个液压标准元件进行设计选型，绘制出液压原理图。 本试验机能够在试验条件下比较接近真实的模拟主轴承在风场中的实际受力状况，测量试验轴承的进出口润滑油油压值、温度值、内外圈相对位移值、振动值等技术指标，从而完成对主轴承的试验，可以作为国内同类设备参考对象。

目录

声明

1 绪论

1.1 风电主轴承试验机研究背景

1.2 风电主轴承试验机发展状况

1.2.1 国外发展状况

1.2.2 国内发展状况

1.3 本课题研究意义

1.4 本课题的主要研究内容

2 试验机方案设计

2.1 风电主轴承试验要求

2.1.1 主轴承类型

2.1.2 主轴承载荷分析

2.1.3 试验轴承参数

2.2 试验机试验原理

2.2.1 径向力加载方式

2.2.2 轴向力加载方式

2.2.3 倾覆力矩加载方式

2.3 试验机设计要求

2.4 试验机方案设计方法

2.5 本章小结

3 试验机的机械结构设计

3.1 试验机整机结构

3.1.1 试验机介绍

3.1.2 试验步骤

3.2 试验机驱动系统

3.2.1 DWG型行星轮减速器的设计

3.2.2 传动主轴的设计

3.3 试验机加载系统

3.4 试验轴承组件部分

3.5 基座部分

3.6 本章小结

4 试验机有限元分析

4.1 有限元分析软件简介

4.2 加载过渡盘组件及基座的有限元分析

4.2.1 加载过渡盘组件的有限元分析

4.2.2 基座1的有限元分析

4.2.3 基座2的有限元分析

4.2.4 设备底座的有限元分析

4.3 行星轮减速器的有限元分析

4.3.1 行星轮减速器的应变与应力分析

4.3.2 行星轮减速器组件的模态分析

4.5 本章小结

5 试验机液压系统设计

5.1 液压系统功能要求

5.2 液压系统回路设计

5.2.1 加载液压系统回路设计

5.2.2 驱动基座2移动的液压系统设计

5.3 标准元件选型

5.4 液压附件及压力计算

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

大连理工大学学惋论文版权使用授权书