大兆瓦风电盘式制动器关键部件优化设计研究

• 作 者: 朱成章
• 出 处: 大连交通大学
• 发表日期: 2018年01期
• 关键词: 大兆瓦风电制动器 关键部件 拓扑优化 等效移动载荷 虚拟样机

随着能源危机和环境恶化问题日益严重,利用风能进行电力供应得到了广泛应用。作为风力发电机制动系统关键部件,制动盘以及制动钳体对制动器的制动效能有显著影响。本文针对大兆瓦风电盘式制动器制动钳体、制动盘进行结构拓扑优化设计,建立系统级风电制动器优化后动力学虚拟样机,再通过虚拟样机对不同制动参数下制动器制动能力进行分析,具体的研究内容及结果如下:(1)分析大兆瓦风电制动器制动钳在实际工况下的受力以及约束状况,针对现有制动钳结构建立制动钳静刚度有限元模型,以制动钳体在实际工况下产生的最大应变能最小为优化目标建立制动钳体结构拓扑优化设计数学模型,得到优化后的制动钳体最大等效应力减小了 47.59%,最大变形量减小了 49.68%。(2)有限元技术本质上是一种将连续实体在空间离散化后再进行分析的技术,受此启发,本文提出一种等效动态移动载荷静态转化的方法,对制动盘在动态工况条件下的受力以及约束进行等效,以最大应变能最小为优化目标对制动盘结构进行拓扑优化设计,最终得到重构的制动盘重量减轻了 57.95%。(3)考虑在真实制动过程中制动钳体以及制动盘受到复杂的工况影响,搭建大兆瓦风电制动器动力学虚拟样机模型,通过对比得知重构制动盘最大等效应力值减小了78.24%。后通过虚拟样机对不同制动力、动摩擦系数、初始转速下制动器的制动效能进行对比分析,给出三种制动参数选取的合理建议。本文的研究对大兆瓦风电盘式制动器钳体的轻量化设计以及制动盘的动态特性优化提供了一种可行的方法,同时这种以优化-重构-验证的结构改进方式也得到了丰富和发展,为今后相似的连续体结构系统级拓扑优化设计研究提供重要的理论依据及应用价值。