基于振动信号频域离散特征的螺栓完全松动检测方法研究

针对输电铁塔等桁架结构螺栓松动故障,提出了一种基于振动信号频域离散特征的螺栓完全松动检测方法。首先,利用有限元软件对桁架结构螺栓连接完全松动前后进行瞬态动力学分析,采用方差和变异系数求解仿真振动信号离散特征以及变化率,得出螺栓完全松动时方差和变异系数变化规律,并指出方差对信号的离散程度更加敏感;然后,实测了输电铁塔螺栓完全松动前后脉冲激振下的振动响应信号,经变分模态分解(VMD)-小波硬阈值降噪处理后,求解得到实测振动信号离散特征和变化率。仿真和实验结果表明:当螺栓完全松动后,振动信号频谱图频率成分增多,离散特征系数增大,离散程度增强。该方法能够有效检测输电铁塔等桁架结构螺栓完全松动趋势,具有一定的工程实用性。

基于计算机视觉的钢桥螺栓松动检测方法

为提高螺栓松动检测的智能化水平,提出一种基于计算机视觉的钢桥螺栓松动检测方法。首先基于深度学习理论建立关键点检测模型,对采集的螺栓图像进行标注并建立数据集;然后分别训练目标检测模型YoloV5和关键点检测模型,并利用训练后的模型自上而下检测螺栓关键点,根据关键点确定螺栓中心点位置,以中心点的相对位置求解透视变换矩阵,利用透视变换矩阵对关键点进行重投影;最后根据关键点的位置变化检测螺栓是否发生松动。结果表明:训练后的YoloV5模型和关键点检测模型可准确检测出螺栓的关键点;关键点的检测精度受图像采集条件影响且对角度更为敏感;利用所有中心点拟合透视变换矩阵的最小二乘解可提高图像几何矫正的精度;不同图像采集环境下,松动螺栓的检测误差在0%~9.6%之间,误检率为2.7%,表明本方法的检测精度和稳定性均较高,具有较好的实用价值和广阔的工程应用前景。

螺栓松动故障监测实验研究综述

螺栓连接结构在工程领域中应用广泛,比如:土木、机械、航空航天领域。然而螺栓连接结构在实际工况下,承受交变载荷,难免会发生松动、折断等一系列故障,造成巨大的经济损失,甚至会造成人员伤亡。因此,针对螺栓连接结构的松动检测与状态监测开展实验研究是十分必要的,有大量学者对此进行了研究,采用不同的方法,搭建了不同功能、类型的实验台,这里就典型的螺栓松动故障监测实验研究进行综述,系统介绍了基于导波技术、振动技术、压电阻抗技术以及一些其他技术的螺栓松动故障监测实验研究,并且对所采用的实验台进行了归纳总结。最后,给出了实验研究方向与技术的一些展望。这里将为螺栓松动监测的实验研究提供参考,并进一步促进理论研究在工程实际中的应用。

加速度传感器的振动筛螺栓松动故障诊断系统

针对GLS10型直线振动筛弹簧紧固螺栓松动故障,结合软件LABVIEW和NIUSB-6363数据采集卡,构建一种基于加速度传感器的振动筛螺栓松动故障诊断系统。通过拧松固定螺栓个数的方法,模拟振动筛弹簧悬臂梁固定端松动故障。结果表明:当振动筛悬梁臂固定端松动时,其最大振幅明显减小,其幅度为原先幅值的53%,可以有效判断故障类型;当故障类型相同、故障程度不同时,分析得到的加速度信号图谱互不相同,且振幅差异明显,可根据振幅的阈值来判断螺栓松动的故障程度。

横向载荷作用下表征螺栓紧固结构松动特征参量的研究

为建立评价螺栓紧固结构在横向振动载荷作用下的松动判据,开展基于升降法的螺栓松动试验,联合有限元仿真计算,对螺栓紧固结构松动特征参量进行量化表征。首先,使用设计改进后的试验装置进行螺栓松动试验,在3种不同的预紧力条件下,通过升降法确定对应的3个最小横向松动载荷;然后,基于试验条件,建立带有螺纹接触面的螺栓紧固结构有限元模型,逐级施加横向载荷,直至有限元模型预紧力发生明显下降;最后,对被夹板接触面上的多个参量进行分析,讨论不同参量在螺栓发生松动时的变化情况。试验与仿真结果表明:螺栓紧固结构的松动主要受上、下被夹板接触面的摩擦力影响;在不同预紧力条件下,螺栓紧固结构发生松动时,其最小横向松动载荷不同,预紧力越大,最小横向松动载荷也越大;当螺栓紧固结构在3个最小横向松动载荷作用下发生松动时,得到的3个被夹板中心线上的位移量最大值基本相等;位移量最大值的数值与螺栓预紧力大小无关,属于螺栓紧固结构基本属性,因此将此位移量最大值作为螺栓紧固结构的松动特征参量,以表征横向振动载荷作用下螺栓紧固结构的松动。当螺栓紧固结构尺寸和预紧力已知时,基于该参量,可以计算出使螺栓发生松动的最小横向载荷幅值。研究成果可以为高速列车中的螺栓紧固结构防松设计提供依据。

基于临界折射纵波法的盆式绝缘子法兰螺栓松动检测

盆式绝缘子是GIS的关键绝缘器件,与两侧气室法兰通过螺栓进行紧固连接,当螺栓松动时会导致盆式绝缘子应力分布不均,从而影响GIS运行的安全性和稳定性。文中提出了一种基于超声临界折射纵波(L_(CR))的盆式绝缘子法兰螺栓松动检测方法,根据L_(CR)波在盆式绝缘子法兰表面的传播声时差来反映螺栓松动情况。结果表明,当相邻螺栓松动时,L_(CR)波在松动螺栓之间的法兰表面声时差变化最大,且变化量大于24 ns;当不相邻螺栓松动时,L_(CR)波在松动螺栓正对的法兰表面声时差变化最大,且声时差变化量大于10 ns,并且螺栓松动程度越大,超声传播声时差变化量越大。该检测方法可实现对盆式绝缘子法兰螺栓松动的检测,判断螺栓松动数量及位置,具有一定的工程实用价值。

基于YOLOX的螺栓松动检测研究

螺栓对机械结构的稳定性有较大影响,针对螺栓松动检测作业的需求,提出了一种基于YOLOX的螺栓松动检测方法,实现对螺栓松动的快速检测。将YOLOX中检测效果最优的YOLOX-X算法应用于螺栓目标检测和螺栓标记线检测,YOLOX算法以YOLOv3-spp为基础框架,通过加深网络深度和引入大量残差结构的方法,增强了特征提取的能力,并提高了检测精度和检测效率。采集大量的螺栓图片验证该螺栓松动检测方法的有效性,实验结果表明:YOLOX-X目标检测的准确度较高,通过目标检测结果可以有效地判断出螺栓是否松动。

带式输送机机头地脚螺栓力学特性分析

运行工况载荷下带式输送机机头地脚螺栓结合面的局部滑动可能导致联接松动。依据VDI-2230标准建立地脚螺栓联接结合面局部相对滑动的判定准则,通过对带式输送机机头的受力分析获得机头对地脚螺栓锚固点的作用力,利用有限元模型进行工况载荷静力学计算,分析地脚螺栓力学特性,根据判定准则实现对地脚螺栓联接结合面局部相对滑动的预测。

横向振动条件下防振锤螺栓松动关键影响因素

线夹螺栓松动导致的防振锤滑移问题普遍存在于架空输电线路中。为研究影响防振锤线夹螺栓松动的关键因素,分析了螺栓松动的主要原因,建立了横向振动条件下导线对防振锤线夹的激振力模型,在理论分析的基础上结合工程实际确定了影响螺栓松动的主要参数。通过正交试验获得各因素不同水平组合条件下螺栓紧固力矩的衰减值,并对其进行极差分析和方差分析,明确了各因素对螺栓松动影响的主次顺序、显著性及显著水平。结果表明,防振锤振动频率越高、振幅越大螺拴越容易松动,与工程实际相符,从而验证了所确定因素的关键性和合理性,可为工程实践提供理论和技术方面的支撑。

螺栓实用防松方法

螺栓因其易于装配和拆卸的特点,成为工业生产、生活中应用最广泛的一类紧固件。日常生活中各种交通工具、各种工业设备,都会用到螺栓。但因其易于拆卸,也导致螺栓在振动、冲击等情况下发生松脱,从而失去联接能力。

基于KPCA的核电厂隔膜压缩机缸盖螺栓松动故障诊断研究

针对核电厂隔膜压缩机容易发生缸盖螺栓松动的问题,通过分析螺栓松动的影响因素,搭建了隔膜压缩机缸盖螺栓松动故障诊断试验系统,掌握了螺栓松动前、后缸盖所有螺栓轴向力的差异变化、分布特征和影响规律,基于KPCA算法和故障重构贡献率构建了一种螺栓松动故障识别与定位方法。不同松动状态螺栓的训练与测试结果表明,轴向力是识别螺栓松动状态的关键特征,该方法依据缸盖螺栓轴向力载荷实时数据和变化规律,可以快速识别螺栓松动的故障行为,准确判断松动螺栓的故障位置,当轴向力衰减系数为5%和10%时,最低识别准确率分别为96%和98%。研究结果为隔膜压缩机螺栓早期松动预警和在线实时检测提供了新的方法,对确保核电厂隔膜压缩机安全稳定运行具有重要意义。

不同参数条件下双螺母螺栓连接松动过程的实验研究

针对工程中常见的双螺母螺栓连接,建立了螺栓上下螺母拧紧力矩与预紧力之间的关系,并验证了其正确性,通过横向振动实验得到了不同参数条件下双螺母螺栓连接剩余预紧力的百分比,分析了在横向载荷作用下振动幅值以及上下螺母拧紧力矩配比对双螺母螺栓连接松动的影响,给出了双螺母螺栓连接中上下螺母的最佳拧紧力矩配比,分析了双螺母螺栓连接螺纹磨损机理。

基于松动圈支护理论的缝管式锚网喷支护技术在马坑铁矿的应用

缝管式锚杆施工工艺简单、效率高,在受爆破振动影响下,具有随着围岩发生变形愈加显著,缝管式锚杆锚固力增大愈加明显的特点,在矿山巷道支护中被广泛使用。为避免缝管式锚杆与岩体一并发生垮塌,影响矿山安全,马坑铁矿基于松动圈支护理论,通过锚杆悬吊理论计算得出合理的缝管式锚杆长度、网度等,最终确定缝管式锚网喷支护技术适用范围,并在马坑铁矿井下巷道得到广泛使用。该缝管式锚网喷支护技术的应用,保证了井下矿山巷道在生产过程中的安全及稳定。

梳齿板伸缩缝螺栓防松技术探讨

以申嘉湖(S32)高速公路为研究对象,对沿线梳齿板伸缩缝的破坏情况进行了调研分析。结合其成因提出全新的修复理念,即套筒螺栓锚固构造和增设缓冲接触面的方法。并对套筒螺栓的构造设计、套筒连接设计、缓冲接触面设计、栓帽止动齿块设计等关键技术进行了深入的研究和探讨。结果表明:该技术能够有效提高梳齿板伸缩缝的修复质量。

乘用车仪表板螺栓软连接紧固衰减规律研究

以乘用车仪表板螺栓软连接为对象,对螺栓软连接发生松动的影响因素进行理论分析,确定其主要影响因素;根据实际服役环境条件(自然环境和道路载荷)设计仪表板台架试验,通过台架试验获取不同工况下螺栓软连接点的拧紧力矩和预紧力的衰减程度,验证了软连接松动的主要影响因素分析结果的正确性。基于螺栓松动主要影响因素和失效机制,建立了螺栓软连接预紧力随环境振动的反比例衰减模型和随高低温循环的指数衰减模型,提出了增加连接件强度、缩小安装孔、调整连接点安装方向等防松建议。

螺栓松动对输电塔振动特性及抗风性能的影响研究

输电塔节点螺栓松动如未能及时发现,在风荷载作用下易造成节点损伤、严重时造成倒塌事件。以11BB-ZYT角钢输电塔为研究对象,首先开展铁塔半刚性节点模型研究,通过对不同节点刚度的分析,在ANSYS有限元软件中验证非线性弹簧单元模拟螺栓节点半刚性进行建模的可行性;随后开展螺栓松动对输电塔自振频率及抗风性能影响的研究,通过ANSYS有限元软件、结合输电塔真型试验测试,分别对比不同工况下自振频率、受风荷载影响塔顶位移和杆材应力变化。研究表明,输电塔振动受变坡处主材搭接节点螺栓松动影响较为明显,弯曲和扭转振动频率降幅达6%;斜材等位置螺栓松动对结构振动和抗风能力弯曲振动影响不大;塔顶最大位移和主材最大应力受风攻角影响明显,其中90°风攻角下塔顶位移达到最大值,45°风攻角下主材应力达到最大值。因此在输电塔设计时应加强对主材搭接节点螺栓的防松动设计,日常巡检中也应重点检查主材搭接处螺栓的拧紧情况。

定冷水泵电动机异常振动原因分析及处理

【目的】某电厂#1发电机定冷水泵A和冷水泵B的电动机振幅都超过了规定的标准值,且振动不稳定,振幅有抬升趋势,对设备安全、稳定运行造成了极大的隐患。为消除设备异常振动,使设备安全稳定运行,须对设备进行振动监测和分析。【方法】经振动分析仪监测和分析,认为电动机地脚螺栓松动,电动机台板变形和基础未有效灌浆是导致电动机振幅超标的原因。【结果】对电动机地脚螺栓进行了紧固后,定冷水泵B电动机各个方向振幅均降到了标准范围内。由于机组暂时没有停机计划,无法对电动机基础进行灌浆、更换台板,因此创造性设计了紧固组件。【结论】该紧固组件可有效解决因台板变形和基础未灌浆导致的振动超标问题。

基于压电阻抗技术的螺栓松动检测试验研究

针对工程结构中螺栓松动问题,采用万能试验机对螺栓联接结构进行加载模拟螺栓预紧力的变化,在不同螺栓预紧力作用下,测量螺栓联接结构上所安装的压电材料的阻抗变化,利用压电导纳实部均方根偏差(RMSD)对螺栓的松紧程度进行识别;分析损伤指标(RMSD)随预紧力变化的规律和压电材料安装位置及联接结构接触面粗糙度对损伤指标的影响。试验结果表明:在不同频率段和不同预紧力的作用下,随着预紧力的增大,损伤指标呈减小的趋势;压电材料的安装位置和接触面粗糙度对损伤指标测量结果均有一定的影响;损伤指标可以较准确地识别螺栓预紧力的变化。

利用固有频率异常值分析法检测螺栓拧紧力

为了定量评估螺栓松动损伤程度,依据统计学中的马氏平方距离(Squared Mahalanobis Distance,MD)异常值分析法,研究了综合利用结构前5阶固有频率(称为固有频率矢量)检测螺栓拧紧力的方法。首先测试了不同拧紧力下结构的固有频率;然后计算了各拧紧力工况与紧固工况固有频率矢量间的标准欧几里德距离(Standard Euclidean Distance,SED),利用Matlab拟合了SED与拧紧力之间的关系曲线,据此提出了定量检测螺栓拧紧力的方法;最后对该方法进行了试验验证和应用举例。结果表明,固有频率矢量的SED与拧紧力呈指数关系,而且利用此关系曲线能够比较可靠地评估螺栓松动程度。

导弹支撑座连接螺栓松动故障诊断的实验研究

针对某导弹支撑座在环境激励下易引发连接螺栓松动这一具体问题,在支撑座模型结构的宽带随机振动实验的基础上,探讨了实验中的问题,根据支撑座连接螺栓在不同预紧力情况下的结构稳态响应信号,分析了信号功率谱特征的差异,提出了相应的谱矩松动故障特征的提取方法。分析结果表明,谱矩因子的降低作为该结构连接螺栓松动的诊断特征是可行的。