一种风电齿轮箱主轴承的载荷处理方法与流程

1.本发明属于工程计算领域，涉及载荷处理方法技术，具体是一种风电齿轮箱主轴承的载荷处理方法。


背景技术：

2.当前工程计算中采用的主轴轴承基于6个单自由度不同转速的载荷谱进行计算，计算过程较繁琐，且当前主流的风机设计软件均不支持这样的载荷输入。
3.本发明提出一种基于时间序列的载荷处理方法，处理出来的主轴轴承载荷为6自由度同一转速下包含64个载荷的载荷谱，可以方便的输入当前主流风机设计软件中快速进行疲劳载荷分析。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本公开实施例提供一种风电齿轮箱主轴承的载荷处理方法，至少部分解决现有技术中存在的问题。
5.本公开实施例提供了一种风电齿轮箱主轴承的载荷处理方法，所述方法包括：
6.数据产生，具体为，每隔一定采样时间间隔采集一个轮毂中心处的载荷文件，采样周期结束后即形成一个载荷文件；
7.数据分组，具体为，
8.将时间序列中的所有载荷文件整合为一个新载荷文件；
9.将第一步得到的新载荷文件按特定排列顺序分为64组；
10.计算每组载荷的等效载荷。
11.进一步的，所述数据产生之前，还包括:
12.与风机建立数据连接，获取所述风机时间序列中载荷文件；
13.对所述载荷文件进行验证，并获得验证结果，所述验证结果至少包括f
x
、f
y
、f
z
、m
x
、m
y
、m
z
、时间t、转速r。
14.进一步的，所述将时间序列中的所有载荷文件整合为一个载荷文件，包括：
15.将所述时间序列中的所述载荷文件命名为n1，n2，n3……
n
k
，对应的循环次数分别为c1，c2，c3…
c
k
，且所述载荷文件内均包含8列数据；具体的，第1列至第8列分别为采样时间t，f
x
，f
y
，f
z
，m
x
，m
y
，m
z
，转速r，其中，每行数据即为一个载荷；
16.计算所述采样时间间隔δt；
17.将每个所述载荷文件的第一列采样时间点数据全部用δt代替；
18.将所述载荷文件的第一列乘以每个所述载荷文件的循环次数，则第n
i
个载荷文件的的第一列全为t
i
＝c
i
×
δt；
19.其中，i＜k；
20.将处理后的所述载荷文件整合为一个新载荷文件。
21.进一步的，所述特定排列顺序，具体为，将所述新载荷文件按f
x
，f
y
，f
z
，m
x
，m
y
，m
z
数
值的符号正负分进行排列。
22.进一步的，所述将第一步得到的新载荷文件按特定排列顺序分为64组，包括：
23.将新载荷文件的第1列至第8列的第i行数据记为t
i
，f
xi
，f
yi
，f
zi
，m
xi
，m
yi
，m
zi
，r
i
；
24.按f
x
的正负进行第一次分组；按f
y
的正负进行第二次分组；按f
z
的正负进行第三次分组；按m
x
的正负进行第四次分组；按my的正负进行第五次分组；按m
z
的正负进行第五次分组；
25.五次分组完成后，新载荷文件被分成了64组。
26.进一步的，所述计算每组载荷的等效载荷，包括：
27.通过p
eq,i
＝(∑
k
|p
i,k
|
e
c
i,k
|∑
k
c
i,k
)
1/e
对64组中的载荷进行等效简化；
28.通过确定p
eq,i
的符号；
29.所述计算出的区间与所述p
eq,i
的区间相同；
30.所述区间为正区间与负区间。
31.进一步的，所述对64组中的载荷进行等效简化之前，还包括：
32.通过c
i,k
＝r
i,k
×
t
i,k
对c
i,k
进行计算；
33.所述c
i,k
为第i组载荷谱中的第k个载荷的循环次数。
34.进一步的，所述计算每组载荷的等效载荷，还包括：
35.通过t
eq,i
＝t
i1
t
i2
t
i3

…
t
ik
对所述p
eq,i
载荷作用下的总时间进行计算。
36.进一步的，所述计算每组载荷的等效载荷，还包括：
37.通过r
eq,i
＝∑
k
c
i,k
/t
eq,i
对所述p
eq,i
载荷作用下的等效转速进行计算。
38.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
39.本发明提出的风机主轴轴承处理方法，考虑了6个自由度方向上的载荷，并对原始时间序列载荷进行等效简化，简化时将所有自由度上载荷的方向分开。并且简化出来的6自由度载荷是基于同一转速下的载荷，可以方便的输入当前主流商业风机设计中进行快速疲劳寿命计算。
附图说明
40.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
41.图1为本发明原理框图；
42.图2为本发明载荷数据示意图。
具体实施方式
43.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明
保护的范围。
44.因此，在下述附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。
45.如图1
‑
2所示，一种风机主轴承的载荷处理方法，方法如下：
46.1)数据产生
47.如图2所示，为风机时间序列中的一个载荷文件，载荷文件包含8列数据，8列数据分别对应f
x
、f
y
、f
z
、m
x
、m
y
、m
z
、时间t以及转速r的载荷信息。
48.进行采样时，每隔一定采样时间间隔采集一个轮毂中心处的转速、f
x
、f
y
、f
z
、m
x
、m
y
、m
z
。
49.采样周期结束后即形成一个载荷文件。
50.在风机设计寿命内，该采样周期会循环若干次。
51.一个完整的时间序列载荷包含上百个载荷文件，每个载荷文件包含上万个采样点。
52.每个载荷文件总的采样时间与其对应的循环次数的乘积相加即为风机的设计寿命，也是主轴轴承的设计工作寿命，该设计寿命一般为20年。
53.2)数据分组
54.第一步：将时间序列中的所有载荷文件整合为一个载荷文件
55.将时间序列中的载荷文件命名为n1，n2，n3…
n
k
，对应的循环次数分别为c1，c2，c3…
c
k
，每个载荷文件包含8列数据，第一列至第8列分别为采样时间t，f
x
，f
y
，f
z
，m
x
，m
y
，m
z
，转速r。每行数据即为一个载荷。
56.(a)计算采样时间间隔δt：每个载荷文件的采样时间间隔均是相同的。选择任意一个载荷文件，将第二行第一列的采样时间点减去第一行第一列的采样时间点即为采样时间间隔，计做δt。
57.(b)将每个载荷文件的第一列采样时间点数据全部用δt代替，即每个载荷文件中的每一个载荷的持续时间均为δt。
58.(c)将载荷文件的第一列乘以每个载荷文件的循环次数，则第n
i
个载荷文件的的第一列全为t
i
＝c
i
×
δt。
59.(d)将处理后的载荷文件整合为一个新载荷文件。即将第二个载荷文件的数据接到第一个载荷文件的末尾，将第三个载荷文件的数据接到新形成的载荷文件的末尾，依次进行，直到将所有载荷文件形成一个新的载荷文件。
60.第二步：将第一步得到的新载荷文件按f
x
、f
y
、f
z
、m
x
、m
y
以及m
z
的数值的符号正负分为64组。
61.将新载荷文件的第一列至第八列的第i行数据记为t
i
、f
xi
、f
yi
、f
zi
、m
xi
、m
yi
、m
zi
以及r
i
。
62.(a)按f
x
的正负进行第一次分组
63.若第i行中f
xi
的数值为正，则将该行数据放置到第一组，若第i行中f
xi
的数值为负或等于0，则将该行数据放置到第二组。
64.(b)按f
y
的正负进行第二次分组
65.将第二步(a)中的第一组按f
y
的正负再分为两组，将第二步(a)中的第二组数据按
f
y
的正负也分为两组，分组方法与第二步(a)中的分组方法相同。此时载荷文件被分成了4组。
66.(c)按f
z
的正负进行第三次分组
67.将第二步(b)中的每组数据按f
z
的正负分为2组，分组方法与第二步(a)相同，此时载荷文件被分成了8组。
68.(d)按m
x
的正负进行第四次分组
69.将第二步(c)中的每组数据按m
x
的正负分为2组，分组方法与第二步(a)相同，此时载荷文件被分成了16组。
70.(e)按m
y
的正负进行第五次分组
71.将第二步(d)中的每组数据按m
y
的正负分为2组，分组方法与第二步(a)相同，此时载荷文件被分成了32组。
72.(f)按m
z
的正负进行第五次分组
73.将第二步(e)中的每组数据按m
z
的正负分为2组，分组方法与第二步(a)相同，此时载荷文件被分成了64组。
74.第三步：计算每组载荷的等效载荷
75.按公式(1)对每组中的载荷进行等效简化
76.p
eq,i
＝(∑
k
|p
i,k
|
e
c
i，k
/∑
k
c
i,k
)
1/e
ꢀꢀꢀ
(1)
77.对于球轴承，e取3，对于滚子轴承，e取10/3，下标i表示简化后得到的第i组载荷，k表示第i组载荷中含有k个载荷。
78.式中p
i,k
为各个方向上的载荷，即f
xi,k
、f
yi,k
、f
zi,k
、m
xi,k
、m
yi,k
、m
zi,k
；
79.p
eq,i
为等效后的载荷；
80.c
i,k
为第i组载荷谱中的第k个载荷的循环次数，
81.按公式(2)进行计算
82.c
i,k
＝r
i,k
×
t
i,k
ꢀꢀꢀ
(2)
83.经过式(1)处理过后的载荷p
eq,i
都是正值，p
eq,i
的符号可按式(3)确定。
[0084][0085]
若计算出的值为正，则p
eq,i
也为正值，反之，则p
eq,i
需要转换符号。
[0086]
t
eq,i
为p
eq,i
载荷作用下的总时间，t
eq,i
按式(4)计算：
[0087]
t
eq,i
＝t
i1
t
i2
t
i3

…
t
ik
ꢀꢀꢀ
(4)
[0088]
r
eq,i
为p
eq,i
载荷作用下的等效转速，按公式(5)进行计算。
[0089]
r
eq,i
＝∑
k c
i,k
/t
eq,i
ꢀꢀꢀ
(5)
[0090]
经过上述步骤处理后，原始时间序列载荷简化为了64个包含时间t,f
x
，f
y
，f
z
，m
x
，m
y
，m
z
，转速r的载荷谱。
[0091]
本发明提出的风机主轴轴承处理方法，考虑了6个自由度方向上的载荷，并对原始时间序列载荷进行等效简化，简化时将所有自由度上载荷的方向分开。并且简化出来的6自由度载荷是基于同一转速下的载荷，可以方便的输入当前主流商业风机设计中进行快速疲劳寿命计算。
[0092]
本公开实施例还提供了一种电子设备，该电子设备包括：
[0093]
至少一个处理器；以及，与该至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
[0094]
该存储器存储有可被该至少一个处理器执行的指令，该指令被该至少一个处理器执行，以使该至少一个处理器能够执行前述方法实施例中的载荷处理方法。
[0095]
上述公式均是去量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最接近真实情况的一个公式，公式中的预设参数由本领域的技术人员根据实际情况进行设置。
[0096]
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的设备，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式；所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方法的目的。
[0097]
另对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。
[0098]
因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附关联图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0099]
此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。系统权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
[0100]
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。

技术特征：
1.一种风电齿轮箱主轴承的载荷处理方法，其特征在于，所述方法包括：数据产生，具体为，每隔一定采样时间间隔采集一个轮毂中心处的载荷文件，采样周期结束后即形成一个载荷文件；数据分组，具体为，将时间序列中的所有载荷文件整合为一个新载荷文件；将第一步得到的新载荷文件按特定排列顺序分为64组；计算每组载荷的等效载荷。2.根据权利要求1所述的一种风电齿轮箱主轴承的载荷处理方法，其特征在于，所述数据产生之前，还包括:与风机建立数据连接，获取所述风机时间序列中载荷文件；对所述载荷文件进行验证，并获得验证结果，所述验证结果至少包括f
x
、f
y
、f
z
、m
x
、m
y
、m
z
、时间t、转速r。3.根据权利要求1所述的一种风电齿轮箱主轴承的载荷处理方法，其特征在于，所述将时间序列中的所有载荷文件整合为一个载荷文件，包括：将所述时间序列中的所述载荷文件命名为n1，n2，n3……
n
k
，对应的循环次数分别为c1，c2，c3…
c
k
，且所述载荷文件内均包含8列数据；具体的，第1列至第8列分别为采样时间t，f
x
，f
y
，f
z
，m
x
，m
y
，m
z
，转速r，其中，每行数据即为一个载荷；计算所述采样时间间隔δt；将每个所述载荷文件的第一列采样时间点数据全部用δt代替；将所述载荷文件的第一列乘以每个所述载荷文件的循环次数，则第n
i
个载荷文件的的第一列全为t
i
＝c
i
×
δt；其中，i＜k；将处理后的所述载荷文件整合为一个新载荷文件。4.根据权利要求1所述的一种风电齿轮箱主轴承的载荷处理方法，其特征在于，所述特定排列顺序，具体为，将所述新载荷文件按f
x
，f
y
，f
z
，m
x
，m
y
，m
z
数值的符号正负分进行排列。5.根据权利要求1所述的一种风电齿轮箱主轴承的载荷处理方法，其特征在于，所述将第一步得到的新载荷文件按特定排列顺序分为64组，包括：将新载荷文件的第1列至第8列的第i行数据记为t
i
，f
xi
，f
yi
，f
zi
，m
xi
，m
yi
，m
zi
，r
i
；按fx的正负进行第一次分组；按f
y
的正负进行第二次分组；按f
z
的正负进行第三次分组；按m
x
的正负进行第四次分组；按m
y
的正负进行第五次分组；按m
z
的正负进行第五次分组；五次分组完成后，新载荷文件被分成了64组。6.根据权利要求1所述的一种风电齿轮箱主轴承的载荷处理方法，其特征在于，所述计算每组载荷的等效载荷，包括：通过p
eq，i
＝(∑
k
|p
i，k
|
e
c
i，k
/∑
k
c
i，k
)
1/e
对64组中的载荷进行等效简化；通过确定p
eq,i
的符号；所述计算出的区间与所述p
eq,i
的区间相同；所述区间为正区间与负区间。
7.根据权利要求6所述的一种风电齿轮箱主轴承的载荷处理方法，其特征在于，所述对64组中的载荷进行等效简化之前，还包括：通过c
i，k
＝r
i，k
×
t
i，k
对c
i，k
进行计算；所述c
i，k
为第i组载荷谱中的第k个载荷的循环次数。8.根据权利要求1所述的一种风电齿轮箱主轴承的载荷处理方法，其特征在于，所述计算每组载荷的等效载荷，还包括：通过t
eq，i
＝t
i1
t
i2
t
i3

…
t
ik
对所述p
eq，i
载荷作用下的总时间进行计算。9.根据权利要求1所述的一种风电齿轮箱主轴承的载荷处理方法，其特征在于，所述计算每组载荷的等效载荷，还包括：通过r
eq，i
＝∑
k
c
i，k
/t
eq，i
对所述p
eq，i
载荷作用下的等效转速进行计算。
技术总结
本发明公开了一种风电齿轮箱主轴承的载荷处理方法，本发明属于工程计算领域，涉及载荷处理方法技术，当前工程计算中采用的主轴轴承基于6个单自由度不同转速的载荷谱进行计算，计算过程较繁琐，且当前主流的风机设计软件均不支持这样的载荷输入，本发明提出的风机主轴轴承处理方法，考虑了6个自由度方向上的载荷，并对原始时间序列载荷进行等效简化，简化时将所有自由度上载荷的方向分开。并且简化出来的6自由度载荷是基于同一转速下的载荷，可以方便的输入当前主流商业风机设计中进行快速疲劳寿命计算。快速疲劳寿命计算。快速疲劳寿命计算。


技术研发人员：刘伟 王会斌 曾雨田 李洲 朱美玲
受保护的技术使用者：湖南南方宇航高精传动有限公司
技术研发日：2021.03.18
技术公布日：2021/6/29