[发明专利]一种风电齿轮箱行星级均载性能优化方法

说明书

本发明公开了一种风电齿轮箱行星级均载性能优化方法，它包括有：实测平均风速获得风电机组轮毂处m个离散平均风速的出现概率；将m个离散平均风速分别生成各自的时序随机风速；仿真计算m组主轴与轮毂耦合点处6自由度气动载荷；建立风电机组传动链刚柔耦合系统动力学模型；基于轮齿修形理论，确定风电机组齿轮箱行星级齿轮副修形量区间，利用拉丁超立方抽样法对多维度齿轮副修形量进行抽样，形成修形参数样本集；计算行星级均载系数，采用支持向量机方法建立任意时序随机风速下行星级齿轮副修形参数‑均载系数代理模型；使用遗传算法进行全风速范围内的模型参数寻优。本发明解决了单一工况寻求最优修形量造成的齿轮传动载荷不均问题。

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，具体涉及一种风电齿轮箱均载优化。

背景技术

随着世界各国风力发电行业的发展，风电机组已经广泛运行于各类型风场，风电齿轮箱作为增速型风电机组的核心部件，因其承受复杂载荷而导致其失效率较高。风电齿轮箱多级传动采用行星传动，由于制造和装配过程中造成的误差而导致的行星齿轮负载不均，对风电机组齿轮箱的寿命产生了较大的影响，故良好的均载能显著提高风电齿轮箱的运行性能，而且不同工况对齿轮箱行星级的均载性能有显著的影响。

第一级行星级所受转矩大且受非扭载荷影响大，导致其均载性能最差。齿轮载荷不均影响较高啮合频率，轮齿修形能够有效降低齿轮副的内部激励，寻求最优修形量能够显著改善行星级载荷分布。

根据文献“风电齿轮箱微观修形对振动与声振粗糙度性能的影响”，范孝良,石鹏飞,刘建民.中国工程机械学报,2019,17(7):43-48.”，记载：通过建立风电齿轮箱刚柔耦合系统动力学模型，寻找单一工况下的最优修形量，但由于风速具有强时变性，造成风电齿轮箱的输入载荷具有明显的随机特性，仅依靠单一工况的最优修形量无法适应不同风速工况，需要开展多工况下风电齿轮箱动态响应优化，而风电齿轮箱刚柔耦合系统动力学模型仿真时间长，导致多工况下的优化计算效率低、成本高。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明所要解决的技术问题就是提供一种风电齿轮箱行星级均载性能优化方法，它能获得适应多工况下均载性能综合最优的修形量，并且大大减少寻优时间，提高了运算效率。

本发明的构思是：构建代理模型实现齿轮副修形参数-均载系数重构(重构是指根据仿真得到的修形参数、均载系数的数据，建立两者的函数关系)，再基于所构建的代理模型以及风速分布建立多工况下风电齿轮箱行星级均载优化函数，从而得到多工况下均载性能综合最优的修形量。

本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括以下步骤：

步骤1、根据风场实测平均风速数据，拟合风电机组切入至切出风速内平均风速分布规律，得到风电机组切入至切出风速内平均风速概率密度函数，并获得风电机组轮毂处m个离散平均风速的出现概率；

步骤2、利用Kaimal湍流模型，将m个离散平均风速分别生成各自的时序随机风速；

步骤3、用步骤2生成的m组时序随机风速，作为风电机组整机系统动力学模型的环境载荷输入，仿真计算m组主轴与轮毂耦合点处6自由度气动载荷；

步骤4、建立风电机组传动链刚柔耦合系统动力学模型，并将步骤3中得到的m组6自由度气动载荷作为传动链刚柔耦合系统动力学模型的外部载荷输入；

步骤5、在任意组时序随机风速的外部载荷输入时，基于轮齿修形理论，由ISO标准推荐的经验公式确定风电机组齿轮箱行星级齿轮副修形量区间，并利用拉丁超立方抽样法对多维度齿轮副修形量进行抽样，形成p+q组修形参数样本，并以此更新步骤4的风电机组传动链刚柔耦合系统动力学模型中齿轮副齿形参数，然后动力学仿真得到该组时序随机风速下的p+q组齿轮动态啮合力；