2018/04/19 
2093主傳動鏈故障次要原因——微動磨損
風力機存在振動，有振動就有微動磨損。微動磨損普遍存在于機械行業(yè)、核反應堆、航空航天、橋梁工程、汽車、鐵路、船舶、電力工業(yè)、風力機、電信裝備和人工植入器官等領域的緊配合部件中，隨著高科技領域對高精度、長壽命和高可靠性的要求，以及各種工況條件的苛刻，微動損傷的危害日益凸現(xiàn)。微動損傷現(xiàn)已成為一些關鍵零部件失效的主要原因之一，甚至稱之為“工業(yè)癌癥”。
由于機械、流體、熱循環(huán)、電磁等引起的振動，微動磨損普遍存在于看似“靜止”的各種間隙或緊配合的接觸界面。
(1)微動磨損會造成各種連接件，包括各種螺栓、鉚釘、銷連接和搭接，微動損傷松動、失效。
(2)微動磨損會造成各種緊固機構和夾持機構產生微動疲勞裂紋。
(3)微動磨損會造成各種榫槽配合、花鍵配合發(fā)生的微動疲勞損傷(風力機行星傳動就有花鍵與花鍵槽配合)。
(4)微動磨損會造成各種繩索類構件(如風力機的電纜、鋼絲繩、斜拉索等)發(fā)生微動疲勞損傷。
(5)微動磨損會造成各種過盈配合，如輪軸類部件。如滾動軸承內/外圈與軸/軸承座發(fā)生微動疲勞斷裂、松動、跑圈，即軸冷切。
(6)微動磨損會造成各種間隙配合發(fā)生微動損傷。
(7)微動磨損會造成各種彈性支撐機構發(fā)生微動損傷。
(8)微動磨損會使置于振動環(huán)境下堆積的零件，在運輸過程中在局部地區(qū)發(fā)生微動磨損，造成表面擦傷。
(9)微動磨損會使?jié)L珠/滾柱軸承的滾珠/滾柱在承受法向交變載荷后在內外滾道上留下通常被稱為“偽布氏壓痕”的圓形凹坑狀微動損傷。
(10)微動磨損會使各種人工植入件，如人工關節(jié)與骨刺處在人體運動時發(fā)生微動磨損，因微動損傷造成松動或斷裂等。
(11)微動磨損會使各種電接觸部件，部分儀器設備中的電接觸件在機械振動、電磁作用、熱波動下導致表面微動損傷、信號失真或失靈。
(12)微動磨損會使核工業(yè)的燃料棒組件彈性支撐機構和蒸汽發(fā)生器及熱交換器發(fā)生微動損傷。
在工程實際中判斷是否發(fā)生了微動損傷，一般可通過如下4個步驟進行:
(1)判斷是否有振動源或承受交變載荷——微動發(fā)生的內因。
(2)判斷損傷是否發(fā)生在名義上靜止的緊配合界面上——微動產生的必要條件。
(3)判斷是否存在微動損傷的表面形貌。
(4)判斷磨屑的特征。
主傳動鏈故障第三個原因——載荷譜設計偏離實際。
風力機設計階段，其載荷譜是按傳統(tǒng)的思維考慮——沒有從動態(tài)考慮實際風況的頻繁突變以及異常變化的時變性、波動性、間歇性。工況異常變化引起的異常瞬態(tài)工況(其異常瞬態(tài)載荷會比假設的極端載荷大得多)載荷變化越快，其軸承的PVmax值就越大，轉子和軸承的耦合會使PVmax值變得更大，保持架滑動率、滾子的滑動率、軸承的PVmax值會出現(xiàn)瞬時較大的現(xiàn)象，這時軸承將出現(xiàn)瞬時高溫、磨損等現(xiàn)象，這將引起軸承失效。同時異常瞬態(tài)工況引起磨擦副間油膜破壞→磨擦副間半干磨擦(或干磨擦)→磨擦副微點蝕/磨損→磨擦副軸向開裂損傷→磨擦副蠕動或跑圈/軸承或輪齒失效。
目前載荷譜僅考慮正常運轉工況下的安全設計余量，不是按DfR進行可靠性設計，使設計的產品實際承受應力大于材料強度的概率盡量減小，即使產品的設計達到可靠性的要求原則。
未充分考慮異常風的瞬時工況，如風速瞬時在變、風機急停、急啟時等情況下產生的異常瞬時沖擊載荷大大超過設計極限載荷(國外已測出超過3到5倍極限載荷)，風力機長期在異常沖擊載荷、交變載荷作用下，極大影響磨擦副各零件的剛度和形變量，改變了磨擦副零件配合精度，降低了其疲勞壽命。
現(xiàn)在不管哪種風力機出了故障、整機設計廠很少從自身傳動系統(tǒng)找原因、總把責任推到齒輪箱、推到軸承或其他方面去，這是不公平的。 整機設計廠總認為目前所使用的剛性傳動系統(tǒng)是最好的，其實不然。
目前風力機這個問題表現(xiàn)在主軸承、齒輪箱軸承、變槳軸承甚至輪齒上，實際上是已觸及到風力發(fā)電設備設計的核心：風力機的傳動系統(tǒng)的設計、風力機的載荷譜、風力機的控制策略以及風力機設計軟件的可靠性等。
幾點建議
1.按DfR的評估方法(IEEE 1624評估、AIAG計分評估法)用最流行的軟件可靠性評估工具CASRE(計算機輔助軟件可靠性評估)評估目前風力機所用的設計軟件可靠性。
2.建議在目前已有的和新設計的風力機主傳動系統(tǒng)中加裝不同型號、低頻、非線性扭轉振動減振阻尼裝置。
3.建議風電機組傳動系統(tǒng)應需破除技術慣性并加強創(chuàng)新。
4.建議推廣國家科技部863項目——復合行星傳動裝置+液力變矩傳動技術就是柔性傳動系統(tǒng)技術進行深入調研。
目前國內已有27臺使用了七年的復合行星傳動裝置+液力變矩傳動技術(其低增比(1:30)齒輪箱用Romax軟件設計dBA=88)的同步風力發(fā)電機組，其中兩臺樣機七年來可利用率達到99%。
它能回收5%～8%功率，重量比同樣功率少20%、體積減少15%，能吸收和降低風力機異常瞬時沖擊載荷的電網友好型的傳動系統(tǒng)的同步風力發(fā)電機技術(印度開發(fā)商曾前來國內某風場考查過該技術、并和相關制造廠洽談同時要求買斷該機型在南亞銷售權)。
有自動換擋小汽車的都體驗到，小汽車自動換擋就是變速齒箱+液力變矩的傳動裝置，其變速齒箱都是很可靠的，原因就是該傳動系統(tǒng)有液力變矩的傳動裝置、液力變矩的傳動裝置不是直驅機或雙饋機那樣的剛性傳動，而是可以吸振和減振的柔性傳動系統(tǒng)。
5.建議從風電齒輪箱制造廠講，是否可改變現(xiàn)行對風電齒輪箱的試驗考核方法，使其盡量回歸到其實際的運行工況。例如筆者在九年前先后在國內兩家風電齒輪箱制造廠所作過的按1200個循環(huán)(5%→100%→5%→100%)、275小時變工況考核(其中100%共250小時)的試驗。
6.風力機的控制策略要優(yōu)化到盡可能限制或減少對風力機傳動軸系-軸承系統(tǒng)突然加載。
尤其是高速軸承的工況交變嚴重時會使高速軸系轉子和高速軸承耦合。
7.應規(guī)范風力機葉片其靜/動平衡要求
目前國內制造的風力機葉片均未規(guī)范其靜/動平衡要求，而會使風力機頻繁地在某些轉速時存在不平衡激勵而引發(fā)不平衡振動造成慢變故障，即可使風力機整個傳動系統(tǒng)產生不平衡響應引起軸承和輪齒的失效。
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