風電機組故障診斷與傳動系統的先進維修及設計

    故障機理診斷技術的發展，使得它可以從原來的出發點——探尋故障信息規律，進步到了探求故障發生的原因，以致能夠對用戶提供更好的、雖不能“優生”但可以“優育”的建議，即先進維修。
設備是一個有機的系統，各種部件互相依存，相互制約，否則就不能工作。

    故障機理診斷注重對客觀機械裝備的結構關系、力學環境和運行過程的研究，然后基于“結構完整性”理論進行綜合分析，研究內因，也研究外因，通過建立故障發生機理的物理模型，研究故障信息的特征，從而建立信息特征與故障現象和原因之間的聯系，作為基于確切的特征信息識別故障的基礎。顯然，它強調所提取的信息與所關注的故障機理之間的對應關系，為了解故障發生的原因準備了條件，而若干僅憑對大量正常機器的信息和有故障機器的信息進行統計的模糊診斷則很難具備此能力。

    外因是條件，內因是根據。許多零部件經受了長壽命試驗，但同型的新部件在組合于機器中后，在一批機器上故障多發，而在另一批同型機器上卻能安全服役。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，有的多發故障，有的卻故障很少。特別是，損壞的軸承時常表現為定點疲勞。零件的內因不變，則故障的原因就必然歸于外因條件。先進的維修，就不應是僅僅更換故障零件，而應當消除導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、具有特殊內因的部件。

    例如，因為認識的局限性，設計者可能忽視傳動系統的特殊載荷條件，總以為所驅動的平行齒輪沒有強大的徑向力；減速器設計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。

    為了實現故障信息的提取、識別和故障預警，故障診斷工作者需要研究機器部件最早發生疲勞的原因和信息特征，特別是研究機器多發故障的原因和信息特征，找出最能支持早期故障預警的信息規律。這種研究，實際上是從機器的安全和可靠性角度，對機器作深層次的認知。而機器的設計師主要考慮的可能是實現機器的性能和常規的、相對理想的載荷條件。

    研究這種故障機理和據此提升的“一種減少齒輪傳動系統故障率的軸承、齒輪匹配設計制造方法”[1]，可以用數學模型描述故障多發的規律，從而可以預先識別設備的缺陷。

    4. 故障診斷與先進維修和設計創新

    4.1 關于軸承齒輪的匹配設計和維修問題

    如圖5所示：某齒輪箱的設計雖然要求中速軸和高速軸兩個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齒輪的齒溝。但如果電機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，成為誘發故障的外因；由于軸承的游隙遠小于齒輪的間隙，于是，當高速軸前端軸承的內環受到來自聯軸器和齒輪某對齒所施加的徑向力時，如果該力正好作用于一個滾子（而不是兩個滾子之間），則該作用力就通過該滾子傳遞到軸承的外環，破壞了設計者期望的至少由兩個甚至多個滾子承受載荷的理想條件，這無疑要引起固定的外環和轉動到該承載區的內環定點疲勞。同理，如果某齒輪總是有某幾個齒在嚙合時產生上述的受力機制，則這幾個齒或其齒溝也將發生定點疲勞，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中常有發生。