風(fēng)電機(jī)組故障診斷與傳動系統(tǒng)的先進(jìn)維修及設(shè)計(jì)

    故障機(jī)理診斷技術(shù)的發(fā)展，使得它可以從原來的出發(fā)點(diǎn)——探尋故障信息規(guī)律，進(jìn)步到了探求故障發(fā)生的原因，以致能夠?qū)τ脩籼峁└玫?、雖不能“優(yōu)生”但可以“優(yōu)育”的建議，即先進(jìn)維修。
設(shè)備是一個(gè)有機(jī)的系統(tǒng)，各種部件互相依存，相互制約，否則就不能工作。

    故障機(jī)理診斷注重對客觀機(jī)械裝備的結(jié)構(gòu)關(guān)系、力學(xué)環(huán)境和運(yùn)行過程的研究，然后基于“結(jié)構(gòu)完整性”理論進(jìn)行綜合分析，研究內(nèi)因，也研究外因，通過建立故障發(fā)生機(jī)理的物理模型，研究故障信息的特征，從而建立信息特征與故障現(xiàn)象和原因之間的聯(lián)系，作為基于確切的特征信息識別故障的基礎(chǔ)。顯然，它強(qiáng)調(diào)所提取的信息與所關(guān)注的故障機(jī)理之間的對應(yīng)關(guān)系，為了解故障發(fā)生的原因準(zhǔn)備了條件，而若干僅憑對大量正常機(jī)器的信息和有故障機(jī)器的信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的模糊診斷則很難具備此能力。

    外因是條件，內(nèi)因是根據(jù)。許多零部件經(jīng)受了長壽命試驗(yàn)，但同型的新部件在組合于機(jī)器中后，在一批機(jī)器上故障多發(fā)，而在另一批同型機(jī)器上卻能安全服役。某型號的軸承，在不同的而功率相近的齒輪箱同一部位工作，有的多發(fā)故障，有的卻故障很少。特別是，損壞的軸承時(shí)常表現(xiàn)為定點(diǎn)疲勞。零件的內(nèi)因不變，則故障的原因就必然歸于外因條件。先進(jìn)的維修，就不應(yīng)是僅僅更換故障零件，而應(yīng)當(dāng)消除導(dǎo)致該零件加速失效的外因。如果外因不能排除，就需要選用不受或較少受該外因影響的、具有特殊內(nèi)因的部件。

    例如，因?yàn)檎J(rèn)識的局限性，設(shè)計(jì)者可能忽視傳動系統(tǒng)的特殊載荷條件，總以為所驅(qū)動的平行齒輪沒有強(qiáng)大的徑向力；減速器設(shè)計(jì)者未必對軸承與齒輪的特殊匹配需求加以考慮，也許以為軸承、齒輪的載荷是均布的等等。

    為了實(shí)現(xiàn)故障信息的提取、識別和故障預(yù)警，故障診斷工作者需要研究機(jī)器部件最早發(fā)生疲勞的原因和信息特征，特別是研究機(jī)器多發(fā)故障的原因和信息特征，找出最能支持早期故障預(yù)警的信息規(guī)律。這種研究，實(shí)際上是從機(jī)器的安全和可靠性角度，對機(jī)器作深層次的認(rèn)知。而機(jī)器的設(shè)計(jì)師主要考慮的可能是實(shí)現(xiàn)機(jī)器的性能和常規(guī)的、相對理想的載荷條件。

    研究這種故障機(jī)理和據(jù)此提升的“一種減少齒輪傳動系統(tǒng)故障率的軸承、齒輪匹配設(shè)計(jì)制造方法”[1]，可以用數(shù)學(xué)模型描述故障多發(fā)的規(guī)律，從而可以預(yù)先識別設(shè)備的缺陷。

    4. 故障診斷與先進(jìn)維修和設(shè)計(jì)創(chuàng)新

    4.1 關(guān)于軸承齒輪的匹配設(shè)計(jì)和維修問題

    如圖5所示：某齒輪箱的設(shè)計(jì)雖然要求中速軸和高速軸兩個(gè)傳動齒輪之間必須留有合理的間隙，不允許大小齒輪的齒頂擠壓另一個(gè)齒輪的齒溝。但如果電機(jī)軸與齒輪箱高速軸不對中如圖6，該外部條件就將消除齒輪間隙，小齒輪兩端的軸承都將承受附加徑向載荷，成為誘發(fā)故障的外因；由于軸承的游隙遠(yuǎn)小于齒輪的間隙，于是，當(dāng)高速軸前端軸承的內(nèi)環(huán)受到來自聯(lián)軸器和齒輪某對齒所施加的徑向力時(shí)，如果該力正好作用于一個(gè)滾子（而不是兩個(gè)滾子之間），則該作用力就通過該滾子傳遞到軸承的外環(huán)，破壞了設(shè)計(jì)者期望的至少由兩個(gè)甚至多個(gè)滾子承受載荷的理想條件，這無疑要引起固定的外環(huán)和轉(zhuǎn)動到該承載區(qū)的內(nèi)環(huán)定點(diǎn)疲勞。同理，如果某齒輪總是有某幾個(gè)齒在嚙合時(shí)產(chǎn)生上述的受力機(jī)制，則這幾個(gè)齒或其齒溝也將發(fā)生定點(diǎn)疲勞，甚至引起該齒輪軸的定向疲勞、裂紋、折斷。這種事例在鐵路車輛傳動系統(tǒng)中常有發(fā)生。