风机传动链多体动力学建模研究

摘要

随着国家对风电行业的投入，风机越来越受到关注，而风机的核心部件--传动链也逐渐成为研究焦点。传动链多体动力学建模是传动链研究的方法之一，区别于其他建模方法的最大特点是能够从运动学及动力学角度分析传动链动态特性，并以三维模型方式展现。
　　本论文主要基于Virtual.Lab.Motion多体动力学平台及Samcef for Wimd Turbine(S4WT)专业风机软件对传动链进行建模仿真。在Motion环境中，从基本CAD部件开始建模，依靠约束关系完成风机齿轮箱、传动链及整机模型的搭建。其中齿轮箱模型为基于子结构模态综合法的刚柔混合多体模型，并利用给定转速加负载的方法对齿轮箱模型进行了仿真。利用一维动量定理在Matlab中建立桨叶模型，利用基于叶素动量定理的空气动力学在桨叶上施加风负载以实现风机风能的两种输入模型；利用速度一转矩控制曲线及Matlab电机模型两种方法模拟电机负载；采用一维与三维联合仿真方法实现多领域耦合作用。结果表明柔性构件对传动链输出特性有一定影响，叶素动量定理较一维动量定理更适于传动链动态特性研究。
　　在S4WT环境中，利用软件参数化模型及1.5MW某型号风机实际参数建立了含有超单元行星架的齿轮箱及高精度整机模型。在输入输出转矩及输入转速给定的情况下，进行了齿轮箱的稳态响应仿真；在定常风、湍流风等风况下，实现了风机正常变桨恒功率运行及紧急刹车启动的急停工况。通过模态分析，列举了桨叶在不同共振频率下的振型，找到了塔架的共振频率。此外，在S4WT平台上比较了两种不同传动链配置造成的传动链特性的不同。
　　论文最后通过定量和定性两种方式对比了两个软件的优劣，为进一步研究奠定了基础。