彭定军
南京高速齿轮制造有限公司 江苏南京 210000
摘要：本文主要以风电齿轮箱常见故障及控制策略为重点进行阐述，以风电齿轮箱的常见故障为主要依据，从齿轮件精加工、注重齿轮箱设计的优化几个方面进行研究分析，其目的在于保障风电齿轮箱能够更加安全稳定的运行。
关键词：风电齿轮箱；齿轮箱故障；齿轮箱控制；齿轮箱设计
引言：通常情况下来讲，风电机组都是安装在相对较为偏远的地方，如：海边、山口等地方，而风电机组当中的增速箱、发电机等零部件又需要安装在距离地面几十米高的机舱内，但是由于机舱内的空间具有一定局限性，且环境较为恶劣。由此，当齿轮箱出现故障之后，如果不能够直接在塔上进行维修，而是需要下塔进行处理，那么相对来讲，维修的费用就会相对较高，且整个维修的周期也会相对较长，甚至还会对风电场的经济效益产生十分不利的影响。基于此，为了能够有效减少风电齿轮箱出现故障的次数，就需要加强风电齿轮箱设计以及运行维护的研究分析。
1.风电齿轮箱的常见故障
1.1齿轮箱振动故障
一般情况下来讲，齿轮箱声音和振动的主要来源，就是其发生的相对运动，由于齿轮和轴承都是齿轮箱的关键零部件，能够传递运动，所以，当齿轮箱振动和声音发生异常变化的情况时，就可以判定是齿轮断齿或者齿面上发生划伤等因素。
表1：风电齿轮箱故障诊断图
1.1.1齿轮断齿
如果发生了断齿的情况，那么则代表着齿轮发生了最为严重的失效形式，进而就会引发齿轮箱发生振动和声音异常，甚至还会导致齿轮箱产生卡死的状况，最终阻碍齿轮箱的正常运转。而齿轮断齿产生的原因主要包含多个方面的原因，如：设计安全裕度小，没有对材料进行科学合理的选择，齿轮制造质量相对较差等多种形式。
风电齿轮箱在运行的过程中，难免会遇到突然的冲击载荷，从而容易出现断齿的情况。另外，风电齿轮箱的设计安全裕度相对较小，且没有科学合理的选择相应的材料，进而导致齿轮上的应力超过其承受的标准，最终出现了断齿的情况。
1.1.2齿轮磕碰、划伤
齿轮箱在初期运转的过程中，如果存在异常的振动或者声音，而且异常的情况还具有一定的规律，同时振动频率同齿轮箱之间的转速、齿轮上的齿数存在着相应的关系，则可以判断此种故障的出现，主要是由于齿轮箱在生产或安装的过程中，齿面出现了磕碰划伤的现象，因此就需要结合振动的频率，对齿轮故障的部位进行详细的判断分析。
另外，如果齿轮箱的齿面存在胶合、点蚀等情况，那么也会引起其出现振动或者声音异常的问题，而且此种故障大都是在运行一定时间之后才会出现。胶合主要就是由于润滑不合理导致齿轮啮合处油膜受到极为不利的损伤，从而使得接触面的金属融焊撕落齿面上的金属，进而导致齿轮箱出现振动和声音的异常。点蚀则主要是由于齿轮箱长期的负载工作，从而导致齿轮接触表面上产生了疲劳剥落的现象，最终使得齿面上出现点状的小坑。而齿面发生点蚀主要是因为齿面长时间的疲劳工作，材料、硬度质量相对较差，都会导致齿面出现点蚀，进而出现齿轮故障。
1.2轴承故障
1.2.1接触疲劳失效
出现轴承接触疲劳失效的原因包含多个方面，如：齿轮箱安装缺乏合理性、异物进入到齿轮箱当中、齿轮箱缺乏良好的精度、轴承生锈等等多种因素，都会导致轴承表面受到应力的作用，导致材料接触疲劳失效情况的产生，最为常见的失效形式就是疲劳剥落。
图1：齿轮箱轴承故障
1.2.2磨损失效
如果没有对齿轮箱进行科学合理的清洁，导致异物进入到了轴承工作面，那么就会导致轴承表面之间发生滑动摩擦，从而导致其工作表面的金属不断的发生磨损，局部生热，进而使得摩擦的局部发生变形现象，最终轴承失效。移动引起的轴承磨损主要就是由于轴承外圆或者滚动体出现沟槽状磨损的现象，进而导致轴承出现磨损。
2.风电齿轮箱控制策略
2.1齿轮件精加工
根据相关的研究表明，齿轮表面粗糙度相对较低，那么一定程度上就能够对齿面微点蚀起到抑制的作用，有效改善齿面间的润滑条件，进一步降低齿轮的磨损，延长齿轮的运行寿命，保障风电齿轮箱能够更加稳定安全的运行。
现阶段，我国齿轮件表面粗糙度为Ra0.8，而国外的齿轮件则要求齿面粗糙度在Ra0.2~Ra0.4之间，但是此种规定要求在我国并没有得到充分应用。基于此，齿轮箱制造商就应该加强对工艺手段的研究分析，通过对磨削介质和工艺参数进行有效的改善，利用精磨方法，尽量降低齿轮件的表面粗糙度，为后续制造生产风电齿轮箱提供有利条件支持。
另外，还需要注重提高齿轮件的加工精度，通过先进工艺技术的应用，对齿轮进行修形，从而最大程度上避免齿轮在传动中受载发生变形，尽量减小偏载情况的发生，从而使得载荷能够平稳过渡，最终降低齿轮箱发生的振动以及声音故障。
2.2注重齿轮箱设计的优化
在对齿轮箱进行设计的过程中，为了能够降低高速轴部件故障发生的几率，降低维修点成本以及减少维修周期，就需要保障高速轴部件具备可以拆卸的条件。早期设计的齿轮箱，其中大部分的高速轴部件都并不具备可以拆卸的条件。因此，在后续对齿轮箱优化设计的过程中，就可以注重对高速轴单元进行优化，从而使得高速轴具备可拆卸。
结束语：
总之，对风电齿轮箱常见故障分析之后，利于相关的维修人员更好的判断分析齿轮箱产生故障的原因，从而采取相应的解决措施，根据实际的故障异常情况，判定故障产生的根本原因，从而使得风电齿轮箱能够安全稳定的运行。
参考文献：
[1]运红丽，张涛，宋小娜.风电齿轮箱润滑状态监测与故障诊断系统开发[J].华电技术，2018，40（02）：4-6+77.
[2]翟晶，王曰辉，柴希.风电齿轮箱轴承检修中的判定综述[J].机械研究与应用，2017，30（05）：133-134+137.
[3]邵荣茂，贾丙辉，王宗荣.基于振动信号的风电齿轮箱故障分析[J].机械制造，2016，54（02）：5-7+11.
论文作者:彭定军
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第29期
论文发表时间:2019/8/27
标签：齿轮箱论文; 齿轮论文; 风电论文; 轴承论文; 故障论文; 发生论文; 情况论文; 《建筑细部》2018年第29期论文;