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畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 1.5MW雙饋式風力發(fā)電機組傳動系統(tǒng)設(shè)計 —齒輪箱 系 部： 專 業(yè)： 學生姓名： 指導教師： 開題時間： 2015 年 3 月 11 日 一、總體說明 在開題報告中要求給出你對課題的理解，類似的研究在國內(nèi)外的進展情況，你對系統(tǒng)設(shè)計的初步設(shè)想，主要需要解決的技術(shù)難題和解決思路，同時應給出課題的時間安排。 二、開題報告內(nèi)容 1．畢業(yè)設(shè)計（論文）課題的目的、意義、國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 2．課題主要工作（設(shè)計思想、擬采用的方法及手段） 3．完成課題的實驗條件、預計設(shè)計過程中可能遇到的問題以及解決的方法和措施 4． 畢業(yè)設(shè)計（論文）實施計劃(進度安排) 5． 參考文獻 三、撰寫要求 1．報告字數(shù)不少于3000字 2．報告內(nèi)容一律用A4紙打印 3. 上交時間為畢業(yè)設(shè)計第三周周末。 一、畢業(yè)設(shè)計（論文）課題的意義、國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(可加附頁) 課題研究的目的和意義：風能是新能源的重要組成部分，今后的發(fā)展?jié)摿艽?，根?jù)有關(guān)研究表明，在未來10年我國風電裝機容量是目前風電裝機總量的10倍左右。如此規(guī)模的發(fā)展?jié)摿?，也使風能行業(yè)成為當前產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢。十二五規(guī)劃對風能行業(yè)的扶持力度之大是前所未有的。風力發(fā)電機組通常安裝在荒郊、野外、海邊等環(huán)境較惡劣的地方，而齒輪箱又安裝在機組塔架上狹小的機艙內(nèi)，距地成幾十米之高，常年受極端溫差與酷暑嚴寒的影響，是引起風力發(fā)電機組故障的主要因素之一。同事故障期常出現(xiàn)在發(fā)電高峰期。由于環(huán)境惡劣、交通不便等，隨之齒輪箱的維修成本大大提高，嚴重影響到風唱的經(jīng)濟效益。所以，對于齒輪箱的可靠性和壽命是人們關(guān)注的焦點。與其他工業(yè)齒輪箱相比， 由于風電齒輪箱安裝在距地面幾十米甚至一百多米高的狹小機艙內(nèi)，其自身的體積和重量對機艙、塔架、基礎(chǔ)、機組風載、安裝維護費用等都有重要影響。因此，減小外形尺寸和減輕重量顯得尤為重要。同時，由于維修不便、維修成本高，通常要求齒輪箱的設(shè)計壽命為20 年，對可靠性的要求也極其苛刻。由于尺寸和重量與可靠性往往是一對不可調(diào)和的矛盾，因此風電齒輪箱的設(shè)計制造往往陷入兩難的境地?？傮w設(shè)計階段應在滿足可靠性和工作壽命要求的前提下，以最小體積、最小重量為目標進行傳動系統(tǒng)設(shè)計方案的比較和優(yōu)化；結(jié)構(gòu)設(shè)計應以滿足傳遞功率和空間限制為前提，盡量考慮結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維修方便等因素。由于葉尖線速度不能過高,因此隨著單機容量的增大,齒輪箱的額定輸入轉(zhuǎn)速逐漸降低,兆瓦以上級機組的額定轉(zhuǎn)速一般不超過20r/min。另一方面,發(fā)電機的額定轉(zhuǎn)速一般為1500或1800r/min,因此大型風電增速齒輪箱的速比一般在75～100左右。為了減小齒輪箱的體積,500kW以上的風電增速箱通常采用功率分流的行星傳動;500kW～1000kW常見結(jié)構(gòu)有2級平行軸+1級行星和1級平行軸+2級行星傳動兩種形式;兆瓦級齒輪箱多采用2級平行軸+1級行星傳動的結(jié)構(gòu)。由于行星傳動結(jié)構(gòu)相對復雜,而且大型內(nèi)齒圈加工困難,成本較高,即采用2級行星傳動,也以NW傳動形式最為常見。目前,國際上生產(chǎn)風電齒輪箱的公司主要有Renk、Flender、Hansen Transmission等,國外內(nèi)齒圈大多采用滲碳淬火磨齒的斜齒輪,以提高行星傳動的強度,減小該級的尺寸和重量。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀： 我國在結(jié)構(gòu)件的加工和裝配精度等方面從重要性認識到裝備水平都與國外先進水平有一定的差距。高品質(zhì)、高可靠性風電齒輪箱的獲得，除了先進的設(shè)計技術(shù)和必要的制造裝備外，離不開制造過程每一個環(huán)節(jié)的嚴格質(zhì)量控制。 　　國外兆瓦級風電齒輪箱是隨著風電機組的開發(fā)而發(fā)展起來的，RENK FLENDER 等風電齒輪箱制造公司采用將先進的設(shè)計技術(shù)與試驗測試相結(jié)合的方法，大大提高了產(chǎn)品的經(jīng)濟性和可靠性。我國的風電齒輪箱行業(yè)自2007 開始進入快速發(fā)展的軌道，以南京高速齒輪箱有限公司為代表的齒輪箱廠或是增強自身的研發(fā)能力，或是擴大自身的產(chǎn)能。盡管如此，我國風電齒輪箱仍是風電設(shè)備國產(chǎn)化中的薄弱環(huán)節(jié)。雖然多數(shù)廠家通過各種渠道與國外先進的設(shè)計公司進行合作，但在設(shè)計的水平，經(jīng)驗的積累和人才的儲備方面仍需不斷的努力。 　　在風電齒輪箱設(shè)計標準方面，由于風電齒輪箱容量的發(fā)展，零部件的設(shè)計標準已經(jīng)不能適應大功率化的要求， 大功率齒輪箱的最新經(jīng)驗對新標準的發(fā)展起到了重要作用。備受關(guān)注的IEC61400－4已經(jīng)公布，從中國風能協(xié)會主辦的講座上獲知，IEC61400 － 4 參考了新的標準，在有些被證明非常重要的章節(jié)增加了內(nèi)容， 相對于ISO81400-4，增加了不同傳動鏈形式的細節(jié)，考慮了更多的失效情況，在載荷計算的步驟上增加了更多信息，考慮了特殊運行狀態(tài)進行設(shè)計，使載荷情況能覆蓋所有運行條件。相對于GL Guideine，IEC61400-4 增加了背景信息，比GL要求的條件更嚴格?？梢灶A見，隨著相關(guān)設(shè)計標準的公布，風電齒輪箱設(shè)計技術(shù)將隨之進一步發(fā)展。 二、課題預期目標及主要工作（設(shè)計思想、擬采用的方法及手段） 課題預期目標及主要工作： 在風力發(fā)電在我國迅猛發(fā)展的這幾十年里，隨著運行時間積累，發(fā)現(xiàn)在風力發(fā)電機的液壓，監(jiān)控，機械傳動等幾大系統(tǒng)中，傳動系統(tǒng)中的齒輪箱的故障率最高，并且是更換維修最貴的部件之一。據(jù)統(tǒng)計，風電齒輪箱的損壞在風電機組運行出現(xiàn)的故障中占據(jù)了很大比重，有的風力發(fā)電廠齒輪箱損壞率高達40~50%，與其他工業(yè)齒輪箱相比，風電齒輪箱安裝在距地面幾十米甚至一百多米的狹小機艙內(nèi)，其維修不便，維修成本很高，要求有較高的可靠性和較長的壽命。因此，高可靠性風電齒輪箱的設(shè)計制造技術(shù)成為風力機快速發(fā)展的主要與其他工業(yè)齒輪箱相比，風電齒輪箱安裝在距地面幾十米甚至一百多米的狹小機艙內(nèi)，其維修不便，維修成本很高，要求有較高的可靠性和較長的壽命。因此，高可靠性風電齒輪箱的設(shè)計制造技術(shù)成為風力機快速發(fā)展的主要瓶頸。本次設(shè)計課題為“1.5MW雙饋式風力發(fā)電機組傳動系統(tǒng)設(shè)計”齒輪箱是風力發(fā)電機組的一個重要的機械部件，其主要功用是將風輪在風力作用下所產(chǎn)生的動力傳遞給發(fā)電機并使其得到相應的轉(zhuǎn)速。 擬采用的方法及手段 對齒輪箱進行了分析、設(shè)計，并對其主要傳動零件進行設(shè)計計算及強度校核。了解和掌握行星齒輪箱在實際使用過程中出現(xiàn)的問題，特別是受力比較比較嚴重的零件，比如軸、齒輪等，對其強度和剛度，壽命及穩(wěn)定性有比較高的要求。在理論分析、計算的基礎(chǔ)上，保證其危險零件的傳動要求，選擇最佳傳動方案，使所設(shè)計出來的齒輪箱結(jié)構(gòu)緊湊，性能可靠，達到最優(yōu)結(jié)構(gòu)設(shè)計。通過設(shè)計出的齒輪箱后，提高葉輪的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)大功率發(fā)電的要求，從而能夠最大限度的利用風能,最后運用AutoCAD軟件繪圖和Pro.e軟件進行三維建模。 三、預計設(shè)計過程中可能遇到的問題以及解決的方法和措施 設(shè)計中可能遇到的問題： （1）資料搜集不夠齊全，對風力發(fā)電技術(shù)不夠了解； （2） .參數(shù)設(shè)置的不準確，在校核計算中出現(xiàn)錯誤； （3） 制圖軟件使用不熟練，所畫圖紙存在不足或不當； （4） 系統(tǒng)控制方面的知識欠缺，控制部分的設(shè)計不夠詳細； （5） 設(shè)計說明書的編寫不合要求。 解決的方法和措施： （1） 購買相關(guān)材料，認真學習；借閱盡可能多的圖書，學習相關(guān)的專業(yè)知識；熟悉風力發(fā)電機組偏航系統(tǒng)、塔筒和基礎(chǔ)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。 （2） 理解傳動系統(tǒng)齒輪箱的工作原理，涉及到參數(shù)設(shè)置時參照已有設(shè)計或者請教指導老師。 （3） 熟悉Auto CAD的二維制圖技巧，以便完成各零件圖和裝配圖的繪制；抓緊學習三維實體繪圖軟件，爭取做出實體圖。 （4） 盡可能掌握某一自動系統(tǒng)控制方法，完成系統(tǒng)控制中的軟件部分。 （5） 在編寫設(shè)計說明書時，嚴格按照相關(guān)格式要求編輯。認真總結(jié)分析設(shè)計過程中所做的筆記，核實參數(shù)，運用專業(yè)術(shù)語，規(guī)范詳實地編寫設(shè)計說明書。 四、進度安排 時　間 (按院進程周數(shù)) 設(shè) 計 內(nèi) 容 第一、二周 下達設(shè)計任務(wù)，學生查閱、整理相關(guān)資料，完成開題報告。完成專業(yè)外語翻譯工作 第三周 根據(jù)設(shè)計要求擬定設(shè)計原則和設(shè)計大綱 第四、五周 風力發(fā)電機組的性能分析、計算與校核 第六、七周 風力發(fā)電機組設(shè)計結(jié)構(gòu)設(shè)計、對標準元器件的選型；部件結(jié)構(gòu)及裝配圖CAD繪制 第八、九、十周 學習三維軟件，繪制部件3D視圖 第十一周 針對定制大綱，有針對組織和整理材料，完成機組設(shè)計，修改及審查論文，進行畢業(yè)設(shè)計答辯 五、參考文獻 【1】 能源研究會.能源領(lǐng)域，科技發(fā)展“十五規(guī)劃”和2015年研究前景，1999. 【2】 姚興佳，宋俊，等.風力發(fā)電機組原理與應用[M].北京:機械工業(yè)出版社,2009 【3】 風力發(fā)電齒輪箱設(shè)計制造技術(shù)的發(fā)展與展望_劉忠明 【4】 風力渦輪機--第4部分：風力渦輪機變速箱的設(shè)計要求. 【5】 專業(yè)的機械傳動零部件設(shè)計、優(yōu)化、分析及系統(tǒng)的仿真軟件. 六、指導教師意見 指導教師簽名： 年 月 日