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化工自动化及仪表
基于LabVIEW的倒频谱与包络谱分析在风电机组齿轮箱故障诊断中的应用
吕跃刚赵倩男刘俊承
（华北电力大学控制与计算机工程学院，北京102206）
第40卷
摘要风力发电机组的齿轮箱许多故障信息以调制形式存在于振动信号之中，在此利用LabVIEW强大的信号分析功能对齿轮箱振动信号进行分析，开发出基于例频谱与包络谱分析的齿轮箱故障诊断系
统。试验结果表明：例频谱与包络谱分析可以有效诊断出齿轮箱的故障信息。关键词齿轮箱故障诊断剑频谱包络谱分析数障信息LabVIEW
中图分类号TH862*.7
文献标识码B
随着社会和经济的发展能源消耗也急剧增长，风能作为清洁能源，在新能源的开发利用中越来越受到青藤。然而，风电机组通常运行在比较恶劣的环境，齿轮箱作为升速型风电机的重要部件损坏率极高，而且是更换维修时费用最高的部件之一。齿轮箱一且发生故障将会导致机组停止运行，导致巨大的经济损失。因此，对齿轮箱进行监测及早发现并分析其具体故障原因并精确定位故障部位是非常必要的。风电机组齿轮箱传动级数多、结构复杂。齿轮箱在正常运行时，其幅值与频谱都处于正常范围，一旦出现故障（如断齿，磨损、点蚀及滚动轴承的疲劳剩落）就会有周期性脉冲冲击力，从而产生振动信号调制现象，在频谱上表现为瞻合频率或固有频率两侧出现均匀的调制边频带【1]。倒频谱能识别幅值谱上的周期结构，分离和提取难以识别的密集调制信号的周期成分；而包络解调分析能从信号中提取调制信息，分析其强度和频率，再结合齿轮箱的振动特性，就能判断出齿轮箱的故障部位和损伤程度。
笔者在分析齿轮箱振动信号的基础上，以
LabVIEW作为开发环境.开发基于倒频谱与包络谱分析的齿轮箱故障诊断系统，并对其进行仿真试验。
1风电机组齿轮箱内部结构与故障振动模型 1.1风电机组齿轮箱内部结构
由于发电机转速与叶轮转速不一致，作为增
速装置的齿轮箱在风电机组中就显得非常必要万方数据
文章编号1000-3932(2013)07-0864-04
了，其功能是将风轮产生的动力传递给发电机，帮助其达到相应的转速。某风场所用齿轮箱的结构如图1所示。
高速小齿中速小齿中速大西
转子侧
发电机侧
一高速轴
中速轴低速轴
低速大齿
图1齿轮箱结构
因工业现场被测试条件和分析技术所限，齿轮的振动是目前公认的最佳征兆提取量，它对齿轮箱的状态变化反应迅速、真实又全面。因此，研究齿轮与齿轮箱的振动机理，分析其振动信号的频率成分，对于齿轮箱故障诊断来说有着重要的意义"
1.2齿轮箱振动故障模型
齿轮传动的振动为齿轮合激励振动，主要是啮合频率成分，可表示为：
()co(2m.m+)
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式中x(t)——测得的时域振动信号；
(1)
"。第m阶啮合频率谐波分量的幅
值；
收稿日期：2012-12-11