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向家坝升船机关键部件健康状态监测系统的研究
| 论文题名： | 向家坝升船机关键部件健康状态监测系统的研究 |
| 关键词： | 升船机;监测系统;平滑;应力分析 |
| 摘要： | 金沙江是中国西南地区重要的水运通道，其航运体系与公路、铁路等其他重要交通运输方式相辅相成，能有效缓解由于地形、经济发展等原因造成的地区运输能力不足的问题。向家坝水电站是金沙江下游的最后一环，其通航建筑物向家坝升船机是该水电站唯一的通航建筑物。向家坝升船机长期高效运转，承船厢频繁往复上下运行，船厢门、通航门频繁启闭，各关键部件长期处于低速重载的工作环境，因此对向家坝升船机各关键部件运行状态进行监测，通过研究其应力、应变发生状况，实时掌控向家坝升船机关键部件的健康状态，将监测到的异常信息及时进行分析与反馈，对确保向家坝升船机长期安全稳定运行，保障金沙江航运畅通具有重要意义。 本文设计了升船机平衡重系统钢丝绳、承船厢直角焊缝与对接焊缝以及闸首液压启闭机固定用螺栓的应力监测方案，并根据所设计的各个监测方案在各部件适当位置进行光纤光栅传感器的布设，使用设计的实时监测系统采集了大量真实有效的应力应变数据，通过设计的数据中心对所采集的数据进行持久化存储与可视化管理，并对应力应变数据进行平滑处理、应力状态分析、应力变化预测，取得了一系列成果，本文主要的研究工作包括： (1)针对升船机复杂的水域条件，采用光纤光栅传感器对升船机各关键部件的应力变化进行实时监测，针对升船机平衡重系统钢丝绳、承船厢直角焊缝与对接焊缝、闸首液压启闭机固定用螺栓分别设计了相应的应力监测方案，依据各监测方案进行传感器的布设并进行了长期的应力状态监测和数据采集。 (2)设计了基于LabVIEW的实时监测系统，实现了对升船机平衡重系统钢丝绳、承船厢对接焊缝、承船厢直角焊缝以及闸首液压启闭机螺栓的实时应力应变数据的处理、显示、存储以及预警；设计了一种基于Java、Vue、MySQL的数据管理平台，具有系统登录、系统管理、系统监测、数据管理等功能，实现了对LabVIEW实时监测系统所采集的数据进行持久化存储与可视化管理。 (3)采用算术平均法、滑动平均法、Savitzky-Golay以及小波阈值法对所采集的原始应力应变数据进行平滑处理，通过对比分析各种算法的的优点和实际的处理效果，得出小波阈值法是一种较理想的数据平滑算法；结合升船机的实际工况对各关键部件的应力数据进行时域分析，总结了各部件的应力变化规律和特点，评估了各监测方案的监测效果，验证了各部件监测方案的可行性；应用LSTM递归神经网络对各关键部件的应力数据进行预测模型训练，并利用各模型对相应部件的应力变化进行预测，使用多个性能指标评估各模型的实际预测效果，实现了对各部件应力变化进行实时预测的目的。 |
| 作者： | 张玉 |
| 专业： | 电子与通信工程 |
| 导师： | 乌旭 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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