高强度螺栓是风电机组变桨轴承重要的紧固连接件,在使用过程中其所受到的载荷十分复杂,螺栓连接失效、甚至断裂的事故时有发生,由此造成巨大的经济损失。因此,实现风电机组变桨系统在运行中变桨轴承高强度螺栓连接状态的在线监测,对可能出现的螺栓连接失效故障进行检测和识别,对于保障风电机组的安全运行,防患于未然,避免重大安全事故的发生,以及保护财产和生命安全都具有十分重要的作用和意义。基于此,论文拟研究一种适用于风电机组变桨轴承连接结构多颗螺栓轴向应力在线监测的方法和系统。论文针对风电机组高强度螺栓的特点,在分析对比目前主要的螺栓应力检测方法的优缺点的基础上,确定了以基于声弹性效应的超声波检测法作为风电机组高强度螺栓的轴向应力检测方法。论文采用理论建模和有限元仿真分析相结合的方法,对变桨轴承及其高强度螺栓连接结构的受力情况进行了研究。研究结果表明,风电机组在运行中受到各种复杂交变载荷的作用,会引起螺栓轴向应力的增大,当螺栓应力值长期处于过大状态时,极易发生螺栓失效事故。在力学分析的基础上,论文根据监测系统的功能需求和指标要求,确定了风电机组多螺栓应力监测系统的总体设计方案,并完成了监测系统的硬件设计和软件设计。系统硬件由超声波换能器、基于ZYNQ的嵌入式设备和远程监控计算机等3部分构成;软件包括多路超声波信号激励及采集的驱动和控制程序、嵌入式ARM的核心程序和远程监控计算机程序等3部分。该监测系统能够对变桨轴承连接结构24颗或更多高强度螺栓进行在线应力监测,并检测和识别螺栓的失效状态。为了提高螺栓应力检测的准确性,论文分析比较了几种不同的超声波信号预处理和渡越时间计算方法的优缺点,根据仿真分析结果和超声波检测信号的特点,确定了以小波阈值去噪法作为本监测系统的超声波信号预处理方法,采用电平比较法和最大峰值过零点法相结合的方法求取超声波渡越时间。论文依据风电机组变桨轴承法兰的实际受力情况,设计并建立了法兰连接多螺栓应力监测试验系统,并对监测试验系统中的模拟加载台架进行了有限元仿真分析和实际监测试验。试验结果表明,本论文所研究的多螺栓应力监测方法和系统能够同时对不同载荷作用下的多颗螺栓进行有效的轴向应力监测,系统工作稳定,且能够检测出试验所模拟的螺栓连接失效状态,该监测系统适用于风电机组变桨轴承多螺栓应力的在线监测。