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。
【作者】刘龑；
【导师】赵荣珍；
【作者基本信息】兰州理工大学，机械制造及其自动化，2014，硕士
【关键词】风力发电机；偏航系统；碰撞动力学模型；ADAMS二次开发；动态特性；

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