风机齿轮箱的维修方式

1 风机齿轮箱比例强度模型
1.1 风机齿轮箱的维修方式
针对风机齿轮箱这一复杂多部件可修系统而言，在寿命期限内发生故障，不需要对整个设备进行更换，而仅更换或维修部分部件，来维持所预定的功能，故在其整个寿命期内将发生多次故障及维修活动。根据维修类型和维修程度的不同，维修可分为如下几种 [15-16]（1）完全维修。指设备修复如新，如齿轮箱整机更换就属于完全维修。其维修因子：
M =0。
（2）最小维修。指设备修复如旧，如齿轮箱零部件加固、润滑油更换等属于最小维修。其维修因子 M =1。

（3）不完全维修。指设备维修后，功能得以恢复，设备状态介于完全维修和最小维修之间。如齿轮箱零部件更换或维修属于不完全维修。其维修因子 0< M <1。对于风机齿轮箱常见的故障，如轮齿损坏、轴
承磨损等故障类型而言，通常仅对其部分部件进行更换或维修而不进行整机更换。故虽然其功能得以恢复，但其健康状态通常处于“修复如新”与“修复如旧”之间，即不完全维修(0<M<1)。因此，本文针对不完全维修建模研究维修活动与实际情况更加吻合。不完全维修对系统强度函数的影响如图1所示。
图 1 不完全维修(0< M <1)Fig. 1 Imperfect repair (0< M <1)其中： ( )v t 为齿轮箱的强度函数；mv 为失效临界强度值；
t 为齿轮箱故障时刻(假设维修时间相对设备运行时间可以忽略不计)。
1.2 比例强度模型
在 PIM 中，每次故障事件是随机的，故障事件通常被视为一个非齐次 Possion 过程，则系统发生失效的强度函数为
(1)
其中： t 是齿轮箱的运行时间； ( )v t 为齿轮箱在 t 时刻的强度函数；0 ( )v t 为基本强度函数； ( ) N t 为设备在区间(0, t )内失效次数； ( ) Z t 是系统在时刻t的协变量； γ 为协变量回归参数。
比例强度模型包括全参数型和半参数型，当失效规律已知(0 ( )
v t 已知)时，为全参数型PIM，能同时估计出基本强度函数的参数和协变量的回归系数，参数估计的准确率相对较高；当失效规律未知(0 ( )v t 未知)时，采用半参数型PIM。1994年Kumar综述了对PIM参数的各种估计方法，以基本强度函数服从威布尔分布的PIM的估计结果最为准确。 研究表明， 齿轮箱的故障时间服从威布尔分布，其强度函数为(2)其中： β 为形状参数； η 为尺度参数；
( ) Z t 为系统
在 t 时刻的协变量； γ 为协变量的回归参数。协变量可分为外部协变量和内部协变量。外部协变量包括风机齿轮箱的运行环境温度、工作负荷等，而内部协变量包括反映齿轮箱故障征兆的振动数据、温度数据等。考虑维修效应对强度函数的影响，既可以将维修效应作为衰减因子得到虚拟寿命过程，也可以将其作为协变量叠加到强度函数中，本文采用后者。