中图分类号：TK83基于LabVIEW的倒频谱与包络谱分析在风电机组齿轮箱故障诊断中的应用赵倩男，吕跃刚，刘俊承华北电力大学控制与计算机工程学院,北京102206TheapplicationofcepstrumandenvelopespectrumanalysisinWindpowergeneratorgearboxfaultdiagnosisbasedonLabVIEWZhaoQiannan,LvYuegang,LiuJunchengSchoolofControlandComputerEnginnering,NorthChinaElectricPowerUniversity,Beijing,102206,P.R.China摘要：风力发电机组的齿轮箱的许多故障信息以调制的形式存在于振动信号之中，本文利川LabVIEW强大的信号分析功能通过对齿轮箱振动信号进行分析，开发了基丁•倒频谱与包络谱分析的齿轮箱故障诊断系统。倒频谱能识别出幅值谱上的周期结构，分离和提取难以识别的密集调制信号的周期成分。包络解调分析能从信号中捉取调制信息，分析以强度和频率就能判断出齿轮箱的故障部位和损伤程度。通过实验表明，倒频谱与包络谱分析可以有效诊断出齿轮箱的故障信息。关键词：LabVIEW；齿轮箱；倒频谱；包络谱分析；故障诊断本课题得到中央高校基金(llmglO)资助Abstract:Manyfaultinformationofwindturbinegearboxexistinvibrationsignalinformofmodulation,inthispaper,afaultdiagnosissystemforwindturbinegearboxisdevelopedbasedoncepstrumandenvelopespectrumanalysis・LabVIEWisusedtoanalyzevibrationsignalbecauseofitspowerfulsignalanalysiscapability.Cepstrumcanusedtorecognize,separateandextracttheperiodiccomponentfromtheamplitudespectrumordensemodulationsignalwhichisdifficulttoidentify.Envelopespectiumcandemodulationoutitsmodulationcomponentsfromoriginalsignal,whichcanbeusedtodeterminethegearboxfaultlocationanddegreeofinjurybyanalyzingitsstrengthandfrequency・Experimentsshowthatcepstmmandenvelopespectrumanalysiscaneffectivelydiagnosethegearboxfaultinformation.Keywords:LabVIEW;gearbox;cepstrum;envelopespectrumanalysis;faultdiagnosis0引言随着社会和经济的发展，能源消耗急剧增长，风能作为清洁能源，衣新能源的开发利用中越來越受到青睐。然而，风电机组通常运行在比较恶劣的坏境，齿轮箱作为升速型风电机的重要部件，损坏率极高，并冃齿轮箱是更换维修最贵的部件之一。齿轮箱一旦发生故障，将会导致机组停止运行，严重影响发电量，造成巨大经济损失⑴。因此对齿轮箱进行监洌IJ及早发现并分析出具体故障原因，给出精确故障定位就显得非常必要。风电机组齿轮箱传动级数多，结构复杂。齿轮箱在正常运行时，它的幅值与频谱都处于正常范围，一旦出现故障，如断齿，磨损点蚀及滚动轴承的疲芳剥落，都会产牛周期性的脉冲冲击力，从而产牛振动信号的调制现象，在频谱上表现为在啮合频率或固有频率两侧出现均匀的调制边频带⑵。倒频谱能识别出幅值谱上的周期结构，分离和提取难以识别的密集调制信号的周期成分2】，而包络解调分析能从信号中提取调制信息，分析其强度和频率，再结合齿轮箱的振动特性，就能判断出齿轮箱的故障部位和损伤程度。本文应川LabVIEW作为开发坏境，LabVIEW是由美国NI公司推出的一种图形化编程语言和开发环境，摒弄了晦涩难懂的文本代码，强大的信号分析包与易于界而化开发设计为信号深层次开发捉供了便利⑸。1风电机组齿轮箱内部结构与故障的振动模型1.1风电机组齿轮箱内部结构由于发电机转速与叶轮转速不一致，因此作为增速装置的齿轮箱在风电机组中就显得尤为必要了。它的主要功能是将风轮产生的动力传递给发电机以达到相应的转速。图1・1为某风场所用齿轮箱的结构。1・1齿伦箱结构图由丁•工业现场测试的条件及分析技术所限，齿轮的振动是目前公认的最佳征兆提取量，它対齿轮箱的状态变化反应迅速、真实全面。因此，研究齿轮与齿轮箱的振动机理分析其振动信号的频率成分，对于齿轮箱故障诊断來说有着重要的意义⑺。1.2齿轮箱振动故障模型齿轮传动的振动主要是齿轮啮合激励振动，主要是啮合频率成分，可表示为M兀⑴=ZXcos(2^mr+^)(D〃】=0式中x(f)•测得的时域振动信号；心•第m阶啮合频率谐波分量的幅值；%”•...