[发明专利]一种船闸蘑菇头病态状况监测系统及其监测方法

摘要

本发明公开了一种船闸蘑菇头病态状况监测系统及其监测方法，所述的监测系统包括振动检测子系统、角度检测子系统、水文信息采集子系统、解调子系统、无线数据传输模块、终端数据库、损伤识别与评定子系统；所述的损伤识别与评定子系统通过访问终端数据库，结合历史数据，综合考虑船闸的实际工作情况来判断船闸蘑菇头的病态状况。本发明通过在门体蘑菇头处布设的传感器，快速实时获取船闸运行过程中的振动、角度和水文信息，通过蘑菇头与蘑菇头帽径向磨损位移量来准确判断人字门蘑菇头病态状况，从而实现对水下底枢蘑菇头隐形故障的检测与诊断，进而对其磨损趋势和使用寿命进行预测，及时排除安全隐患，保障船闸的长期健康稳定工作。

主权项

1.一种船闸蘑菇头病态状况监测系统的监测方法，所述的船闸蘑菇头病态状况监测系统，包括振动检测子系统(1)、角度检测子系统(2)、水文信息采集子系统(3)、解调子系统(4)、无线数据传输模块(5)、终端数据库(6)、损伤识别与评定子系统(7)；所述的振动检测子系统(1)、角度检测子系统(2)和水文信息采集子系统(3)均分别与解调子系统(4)连接，所述的解调子系统(4)与无线数据传输模块(5)连接，所述的无线数据传输模块(5)通过无线方式与终端数据库(6)连接，所述的终端数据库(6)与损伤识别与评定子系统(7)连接；所述的振动检测子系统(1)由振动传感器阵列组成；所述的角度检测子系统(2)由角度传感器阵列组成；所述的水文信息采集子系统(3)由水位传感器和温度传感器组成；所述的振动检测子系统(1)、角度检测子系统(2)和水文信息采集子系统(3)将振动、角度和水文信息送至解调子系统(4)，并通过无线数据传输模块(5)上传至终端数据库(6)中，损伤识别与评定子系统(7)通过访问终端数据库(6)，结合历史数据，综合考虑船闸的实际工作情况来判断船闸蘑菇头的病态状况；其特征在于：所述的监测方法，包括以下步骤：A、安装传感器在人字门顶枢和底枢位置采用分布式的监测方式安装振动传感器阵列和角度传感器阵列，在门体底枢和蘑菇头外表面分别安装水位传感器和温度传感器；B、提取振动信息人字门正常启闭过程中，会引起门体较大的低频水平方向振动和较小的垂直方向振动，当蘑菇头与蘑菇头帽出现非正常磨损时，门体会出现不规则振动，振动检测子系统(1)实时监测人字门门体振动信息，对异常振动信息予以记录和保存；C、获取角度信息标定船闸正常检修之后处于完全关闭状态为零度基准面，角度检测子系统(2)检测船闸在启闭运行过程中，门体与零度基准面之间的夹角θ；D、采集水文信息水文信息采集子系统(3)中的水位传感器和温度传感器实时获取船闸运行过程中的水位和温度信息，并加以记录保存；E、处理与上传数据振动监测子系统(1)将提取的振动信息通过解调子系统(4)实时解调成振动位移信息，并在示波器上显示出来；根据角度传感器检测到的夹角θ，得到蘑菇头与蘑菇头帽之间的接触压力为：F＝mgsinθ          (1)式中：F为蘑菇头与蘑菇头帽之间的接触压力；m为门体质量；g为重力加速度；θ为门体与零度基准面之间的夹角；由赫兹公式得出蘑菇头与蘑菇头帽之间的最大接触应力为：式中：σmax为最大接触应力；E为钢材弹性模量，取2.1×105MPa；R为蘑菇头与蘑菇头帽之间这一对摩擦副的综合曲率半径，其计算公式如下：R＝R1×R2/(R2‑R1)       (3)式中：R1和R2分别为蘑菇头和蘑菇头帽的球面半径；根据式(1)‑(3)同时结合闸室水位值求得蘑菇头与蘑菇头帽两者的接触位移，即最大径向磨损量为：式中：Lmax为最大径向磨损量；Δ为水位值；P为蘑菇头与蘑菇头帽这一对摩擦副的摩擦阻力矩，通过查阅相关手册获得；解调子系统(4)对振动、角度和水文信息进行处理、汇总后，通过无线数据传输模块(5)上传至终端数据库(6)中；F、损伤评估与病态故障诊断损伤识别与评定子系统(7)通过访问终端数据库(6)，并调用历史数据，结合蘑菇头自身设计要求、考虑不同水温条件下船闸的实际工作情况设定预警值和极限阈值；根据步骤E得到的蘑菇头与蘑菇头帽两者的最大径向磨损量Lmax来判断蘑菇头的病态状况：若Lmax＜0.2mm，认为蘑菇头处于正常工作状态；若0.2mm＜Lmax＜2mm，认为蘑菇头处于非正常磨损状态，给出预警提醒，通知工作人员及时添加润滑油脂对轴承进行润滑、调整旋转精度、提高船闸运转稳定性、设置浮箱以减小底枢蘑菇头的挤压应力；若Lmax＞2mm，认为蘑菇头已经处于严重磨损状态，已超过极限阈值，为避免蘑菇头与帽咬死而导致不能相对运动，应及时通知巡检人员对船闸进行抽水停航检修；同时，如果人字门在启闭、充放水过程中，门体振动位移过大，超过设定阈值的10％且持续出现多次，建议对门体底枢蘑菇头润滑状况及其结构谨慎排查。