偏航系統(tǒng)可以保證風(fēng)電機(jī)組的葉輪始終處于正面迎風(fēng)狀態(tài)，從而能夠以最大的效率利用風(fēng)能，提高發(fā)電效率。
滑動(dòng)式偏航機(jī)構(gòu)可以承受更大的荷載，而且省去了剎車及液壓裝置，逐漸被兆瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)組采用。但是由于機(jī)艙的重力載荷較大、葉片的氣動(dòng)載荷受風(fēng)隨機(jī)性的影響而變化復(fù)雜，從而導(dǎo)致滑動(dòng)式偏航系統(tǒng)的滑動(dòng)塊與大齒圈間的摩擦阻尼情況復(fù)雜，容易導(dǎo)致偏航減速機(jī)載荷過大或滑動(dòng)塊磨損等故障。某2MW風(fēng)電機(jī)組出現(xiàn)了偏航大齒圈磨損嚴(yán)重、風(fēng)電機(jī)組偏航減速箱內(nèi)部輪齒折斷現(xiàn)象。因此，為了保證風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性，需要對(duì)風(fēng)電機(jī)組的偏航系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行研究。
對(duì)兆瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)組偏航系統(tǒng)的工作特性，從運(yùn)動(dòng)摩擦學(xué)原理進(jìn)行考慮，分析偏航系統(tǒng)的振動(dòng)特性 ;從偏航組件的力學(xué)強(qiáng)度特性角度考慮，研究偏航組件受載的強(qiáng)度特性和疲勞特性;還有基于偏航控制原理，建立了偏航控制模型，這些成果為研究兆瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)組偏航系統(tǒng)的工作特性做出了一些成果。
本文以某 2MW 風(fēng)電機(jī)組出現(xiàn)偏航系統(tǒng)故障為背景，通過 Bladed 軟件模擬出 22m/s 風(fēng)速下，不同的偏航速度、偏航角度和有無湍流四種工況下的風(fēng)載荷，將其以數(shù)據(jù)文件形式導(dǎo)入到不同工況下的偏航系統(tǒng)的 ADAMS 模型中，求解出相應(yīng)的偏航總驅(qū)動(dòng)力矩，并將得到的偏航總驅(qū)動(dòng)力矩通過均等處理分配到偏航減速箱中，作為偏航減速箱的負(fù)載力矩輸入，分析偏航角度、偏航速度和風(fēng)速對(duì)偏航減速箱的力學(xué)特性影響。
滑動(dòng)式偏航系統(tǒng)
滑動(dòng)式偏航系統(tǒng)主要由機(jī)艙、偏航減速箱、偏航軸承、大齒圈、偏航小齒輪等組成。其偏航動(dòng)作為 ：電機(jī)驅(qū)動(dòng)偏航減速箱，帶動(dòng)偏航小齒輪運(yùn)動(dòng)，偏航小齒輪與固定在塔架上的大齒圈相互嚙合，在滑動(dòng)式偏航軸承作用下，機(jī)艙開始緩慢繞塔架中心旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)偏航動(dòng)作。
一、偏航減速箱模型
偏航減速箱的主要作用是增大減速箱輸出端轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)機(jī)艙緩慢平穩(wěn)的偏航。該減速箱采用一級(jí)渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)和三個(gè) NGW 式行星輪系串聯(lián)的減速機(jī)構(gòu)。圖 1 是偏航減速箱的示意圖。
二、滑動(dòng)式偏航軸承模型
滑動(dòng)式偏航軸承的主要作用就是維持偏航摩擦，保證偏航穩(wěn)定性。與偏航大齒圈上表面貼合的 8 塊下滑動(dòng)襯墊，
內(nèi)側(cè)面貼合的8塊徑向滑板，下表面貼合的八塊上滑動(dòng)襯墊，即為偏航軸承的主要摩擦和潤滑部件，它們都是由具有自潤滑功能的 PETP 材料制成，此種 PETP 材料的靜摩擦系數(shù)為0.1，動(dòng)摩擦系數(shù)為0.06。圖2偏航軸承的剖面示意圖。
偏航系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型
本文采用 ADAMS 軟件構(gòu)建偏航系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)仿真模型，求出不同工況下偏航驅(qū)動(dòng)力矩，進(jìn)而分析偏航減速箱
中行星輪系間碰撞力的動(dòng)態(tài)特性。
一、虛擬樣機(jī)模型建立
在 Solidworks 軟件中首先建立出偏航軸承系統(tǒng)和偏航減速箱裝配體的三維模型，根據(jù)對(duì)偏航工作原理的分析，為了減小模型運(yùn)行時(shí)間，提高計(jì)算效率，在對(duì)偏航系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析的時(shí)候，將偏航軸承和機(jī)艙部分與偏航減速箱分開計(jì)算。
對(duì)于偏航軸承系統(tǒng) ：偏航大齒圈與大地建立固定副約束 ;四個(gè)偏航小齒輪分別與機(jī)艙上的定位孔建立旋轉(zhuǎn)副約束 ;上滑動(dòng)襯墊、下滑動(dòng)襯墊分別與偏航大齒圈之間建立旋轉(zhuǎn)副約束，并各自定義摩擦 ;徑向滑板與偏航大齒圈內(nèi)側(cè)面建立定義接觸，與機(jī)艙建立固定副約束 ;四個(gè)偏航小齒輪分別與大齒圈之間添加接觸 ;徑向滑板與大齒圈內(nèi)測(cè)面添加接觸。對(duì)于偏航減速箱 ：三個(gè)外齒圈分別與大地之間建立固定副約束 ;一級(jí)太陽輪與一級(jí)行星架間建立旋轉(zhuǎn)副約束 ;三個(gè)一級(jí)行星輪分別與一級(jí)行星架間建立旋轉(zhuǎn)副約束;一級(jí)行星架與一級(jí)外齒圈之間建立旋轉(zhuǎn)副約束 ;下一級(jí)太陽輪與上一級(jí)行星架之間建立固定約束保證行星輪系運(yùn)動(dòng)的傳遞，其余約束與第一級(jí)行星輪系的約束相同 ;每個(gè)齒輪之間均定義接觸。圖 3 為添加完約束后的偏航軸承系統(tǒng)和偏航減速箱的虛擬樣機(jī)模型。
二、載荷模型
對(duì)于風(fēng)電機(jī)組偏航來說，主要的偏航阻力來自于兩方面，由葉片傳遞到機(jī)艙上的風(fēng)載荷作用，其中該風(fēng)載荷對(duì)偏航的阻力矩的直接表現(xiàn)為逆偏航方向的阻力矩 ;由于機(jī)艙自重、風(fēng)載荷垂直機(jī)艙的作用力、風(fēng)載荷對(duì)機(jī)艙的傾覆力矩而導(dǎo)致上滑動(dòng)襯墊、下滑動(dòng)襯墊和徑向滑板與偏航大齒圈和機(jī)艙間偏航時(shí)產(chǎn)生的摩擦力矩。
