风电齿轮箱中齿轮的故障诊断

风电齿轮箱的故障中有很大一部分故障来自于齿轮，齿轮运行环境较为复杂，长时间超载，润滑不良，轴承或齿轮的错误安装，以及齿轮本身啮合不良等原因都会导致齿轮故障，寿命减短。

振动检测是目前检测风电齿轮箱故障最全面最有效的检测方式，只要运用合适的振动检测仪器采集数据加以分析就能判断出齿轮的运行情况，对故障部件及时进行维修更换以确保设备的正常运行，甚至在故障早期就加以预防，延长部件寿命。下面介绍一下齿轮的主要故障形式及振动表现：


齿轮磨损：齿轮磨损时其啮合频率的边频带幅值会明显增大，严重时会出现齿轮的固有频率，并有转频调制。齿轮负荷大：一般情况下负载高时，会出现很高的啮合频率及其谐频。齿轮游隙或偏心：齿轮啮合频率及其谐波被转频调制，出现固有频率振动。齿轮不对中：齿轮不对中时一般会产生齿轮啮频率的高次谐波，且一倍频幅值较低而二倍三倍较高。齿轮断齿或裂纹：齿轮出现断齿等严重损坏时会在该齿轮转速频率和固有频率处产生较高振动，且时域上会有明显的冲击。


图为齿轮不平衡或游隙典型频谱

振动数据采集之后，根据齿轮齿数和转速等数据可以计算出齿轮的啮合频率，加上时域或频谱中的特征可以对齿轮箱的故障进行诊断。然而，实际应用中，由于齿轮箱中有多组齿轮和轴承，转速也并非一成不变，频谱分析往往有各种频率出现，有些频率十分接近，辨认比较困难。这时我们需要根据测点位置结合振幅大小分析，针对每个齿轮箱，在其工作状态良好的情况下，采集得到基准的频谱，在状态监测和故障诊断中通过与基准频谱进行对比，来发现问题。对于轴承部位测量,如果各部位振动都很大,一般可能是齿轮问题,如果个别轴承部位振动大可能是轴承问题。

案例分析：


图为某齿轮箱的时域波形图，可见明显的周期性冲击，且振动有效值较大，是典型的齿轮断齿特征，一个周期内有多处冲击，该齿轮应有多个齿圈齿断齿。


图为该齿轮拆开之后的照片，多个断齿，与诊断结果一致。

作者 余成 高级工程师

南京安维士传动技术股份有限公司