基于振动信号分析的水工金属闸门状态识别

吴行轮

水利部水工金属结构质量检验测试中心  河南 郑州 450044

摘要：液压金属阀是水利工程中的关键设备，是完成水利排水功能和确保水利工程有效使用的重要组成部分，水利工程的运行状况直接影响到水利工程，甚至造成重大的安全事故因此，对水工金属门的状况进行国家监测和识别研究，对于提高水工金属门的安全性、可靠性和可维护性十分重要。

关键词：振动信号分析；水工金属闸门；状态识别；

引言

水闸作为现代水利工程的重要组成部分，在实际水利工程的实施中发挥着极其重要的作用和意义，水闸解锁机的合理应用和所有详细的维护工作，不仅能保证供水，而且能保证所有水利工程的顺利进行在水利工程中采用水闸有许多好处，值得给予应有的注意和重视。在实际水闸的应用过程中，有必要执行各种功能，如利用解锁机截流、排放水等，以保持水闸工程的稳定运行。但是，为了保持水利工程的稳定，必须妥善维护内部水利工程和截止机，确保工程的安全和可靠性，及时发现水利工程和截止机设备在维护工程中的安全隐患，为发展奠定坚实的基础。

1超声检测

在应用超声波检测仪对排水中心东岸进口水闸和进口水闸进行焊接安装质量控制之前，应根据操作规范对仪表进行校准，并采用标准探头和的初步测试校准结果必须根据要检测的对象选择探测器类型。选用斜探头进行水工钢闸门焊接检测。其k值主要是根据钢板的实际厚度确定的，充分保证超声波束能够完全扫描所有焊接截面，超声波探伤灵敏度足够，超声波束的中心线必须垂直于重大危险缺陷超声波探伤焊缝缺陷时，主要有较多的扫描方法，探头可沿锯状轨迹进行扫描，并可在10 ~ 15范围内转动，探头每次进给距离不得超过探针芯片直径，以防止泄漏；发现缺陷后，探头进行前、后、左扫描，查找最大回波值，找出缺陷并确定焊缝缺陷的具体尺寸；为了推断缺陷的形状和方向，必须对探针进行圆形扫描和角度扫描；为了检查焊缝和热区的水平缺陷，探头必须进行平行扫描；要同时应用两个探针检测厚板焊接缺陷，探针必须进行串联扫描。在上述扫描过程中，应加强对探头行走速度的控制。对于现有的缺陷，需要用多种方法进行定位和检测，以确保检测结果的真实性和准确性。超声断续界面在元件故障点发出不同的声波反射信号，超声波检测主要利用探头发出和接收反射信号，确定故障是否存在、位置、大小等。取决于信号强度的变化。该检测方法要求反射信号接收效率高，只有当声波以适当角度到达缺陷位置，且反射面角度不符合反射要求时，反射波才有可能反射和接收为此，在应用超声波探测仪进行门式焊缝质量控制和安装质量检查时，需要输入精确的参数值，以确保能够准确调节扫描速度和缺陷检测灵敏度；，然后根据焊缝形状和实际焊缝情况选择适当的扫描方法组合。

2状态识别

对于复杂多变且耦合较强的液压金属门振动信号特性，基于振动信号的状态识别通常需要信号分解、特征提取、状态识别等过程。信号分解是将液压金属阀的强耦合振动信号分解成一系列易于分析的信号元件。其中，经验模态分解方法容易导致信号的混合和叠加，可变模态分解方法必须事先确定信号的中心频率，估计信号分量的数量，分解过程不能适应。EEMD充分利用高斯白噪声均匀辅助功能，通过将高斯白噪声添加到信号中来改善信号极值点的分布，有效地避免了信号模态混合，同时分解过程具有完全自适应的显着优势。关于特征提取，信息熵理论越来越多地应用于振动信号状态特征的定量提取，它可以表示非线性信号的复杂性和稳定性，比具有统计意义的时域和频域特征具有更精细的表征能力关于状态识别，神经网络所代表的智能分类算法在传统机电设备故障诊断中得到广泛应用和验证，可作为水族馆金属状态识别的参考。传统的识别算法包括BP神经网络、支持向量机、最终学习机等。；同时，随着技术的发展，还应用了卷积神经网络和堆栈自动编码器等深度学习算法；同时，模糊逻辑和模糊推理也证明具有较好的鉴别效果。

3有效维护水利工程机械设备方式

3.1设立设备管理机构，完善管理制度

工程机械设备是当前水利施工项目部从事生产的重要工具，水利施工机械设备繁多、运行强度大，为保证机械设备的安全可靠使用，设立专门的设备管理机构十分重要。在项目部进场前需确立专项管理机构，创建“纵向到底、横向到边”的管理网络：纵向上，明确核心管理者及职责范围，小组成员为项目经理、中队机务组、班排操作小组；横向上，需安排现场指挥人员，负责施工设备、车辆的安排、指挥工作。水利施工机械设备管理应建立责任到人的制度，基于完善的设备管理网络下，对操作规程进行梳理并公开发布，将管理责任落实到个人，成立三重负责的设备管理制度，即管理者、操作人员和维修人员为主要责任人，相互监督，这种全覆盖管理模式的实施，可强化相关工作人员的责任心和管理意识。同时，对设备进行分级，分为关键设备、重要设备和一般设备，实行差异性话管理措施。

3.2充分重视金属闸门养护工作

水利工程闸门金属结构维修时，应保证设备质量。首先，可以在金属表面涂上防锈油，防止金属设备电解，这可能导致锈蚀问题。此外，为了进一步提高解锁机设备的保护能力，必须在金属表面添加电子，充分利用阴极电子作用，妥善维护机械设备。例如，在水利工程中对水闸机进行实际维修时，可以通过结合水利工程的不同水质情况，在维修水闸机之前建立适当的维修方法。例如，在淡水环境中施用防锈油时，淡水环境不少于200μm，启动装置防锈油至少要涂四次。在这一过程中，必须结合单位面积所用的油漆量，以确定基本的防锈油料施用厚度。通常，使用的油漆材质为沥青沥青的0.1至0.14kg/m2。所使用的油漆阴极和电流阴极位于不同的金属环境中，具有较高的保存能力，在应用后，其内部阴离子逐渐向较高的金属方向移动。合理应用这一维护程序可将高电势金属放在需要保护的金属附近，避免金属材料腐蚀，从而保护这些金属。这种维护应始终得到充分的电子保护，一旦实施，将产生更有意义的结果。

3.3使用管理

在进行水利施工机械设备使用管理时，必须充分结合施工计划进行管理工作，管理人员必须熟悉施工进度、工序、任务，全面掌握设备性能与当前状况，实现施工作业的安全、优质、高效、低耗完成，这是机械设备和工程项目共同追求的目标。为了保证机械设备使用管理工作的有序开展，须建立岗位责任制度，明确机长、班组长、机组内成员职责与任务，详细规定机械操作要点，做到职责清晰。水利施工机械设备管理需要进行分工，其中由机长为核心的机组人员其主要管理对象为大型机械设备，以班组为核心的全组人员管理对象为中小型设备。对于设备的使用管理，必须做到人机固定，由使用责任人负责机械设备的保管、操作、保养、日检工作，这也有利于对使用者技术与工作情况进行评定。此外，水利施工机械设备使用需严格执行“持证上岗”制度，落实操作人员的培训工作，减少机械设备使用隐患，为机械设备使用管理奠定良好的基础。

结束语

利用EEMD将水工金属闸门振动信号进行分解，振动信号中包含的状态特征信息根据信号特性被分解到一系列IMFs中。结合信息熵理论，利用功率谱熵进行特征提取，证明功率谱熵能够量化水工金属闸门状态特征。

参考文献

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