基于振動(dòng)特性的鐵塔螺栓完全松動(dòng)檢測(cè)方法

劉杰，王向東，賈伯巖，賈東亮，萬(wàn)書亭*

(1.國(guó)網(wǎng)河北省電力有限公司電力科學(xué)研究院，石家莊 050021；2.華北電力大學(xué)河北省電力機(jī)械裝備健康維護(hù)與失效預(yù)防重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，保定 071003)

螺栓作為輸電鐵塔塔材上重要連接件，在保證輸電鐵塔運(yùn)行安全穩(wěn)固上發(fā)揮著十分緊要的作用。由于輸電鐵塔常年經(jīng)受強(qiáng)風(fēng)影響，導(dǎo)致螺栓逐漸松動(dòng)、輸電鐵塔剛度下降，嚴(yán)重影響輸電鐵塔正常運(yùn)行。因此對(duì)螺栓的運(yùn)行狀況作出評(píng)估，并及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的維護(hù)勢(shì)在必行。

中外學(xué)者做出了大量理論研究和實(shí)驗(yàn)來(lái)檢測(cè)螺栓連接結(jié)構(gòu)的松動(dòng)故障[1]，其中主要有扭矩法、超聲波檢測(cè)、預(yù)緊力檢測(cè)、振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)、圖像識(shí)別等離線和在線檢測(cè)技術(shù)等。在超聲波探測(cè)法的研究上，李鵬江[2]將超聲波檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用到氣體絕緣組合電氣設(shè)備(gas insulated switchgear, GIS)盆式絕緣子螺栓狀態(tài)監(jiān)測(cè)上，并成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)螺栓松動(dòng)的檢測(cè)；吳冠男等[3]將混沌超聲波激勵(lì)應(yīng)用到單肢螺栓連接結(jié)構(gòu)松動(dòng)的檢測(cè)，并得到了螺栓松動(dòng)的特征參量。雖然超聲波探測(cè)技術(shù)有無(wú)損探測(cè)和分辨率高等特點(diǎn)，但其準(zhǔn)確性有待提高。在預(yù)緊力檢測(cè)法的研究上，江文強(qiáng)等[4]通過(guò)對(duì)螺栓在橫向載荷下的預(yù)緊力的變化過(guò)程進(jìn)行仿真，來(lái)判斷螺栓松動(dòng)的過(guò)程；張鐵亮等[5]利用實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)螺栓在橫向振動(dòng)載荷作用下的防松性能進(jìn)行了定量評(píng)價(jià)。雖然預(yù)緊力檢測(cè)法可以通過(guò)測(cè)量螺栓螺桿的軸向預(yù)緊力從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)地對(duì)螺栓松動(dòng)情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，但是由于這種方法需要對(duì)螺栓預(yù)緊力進(jìn)行長(zhǎng)期地監(jiān)測(cè)，不適用于對(duì)螺栓松動(dòng)快速檢測(cè)。目前應(yīng)用最為廣泛的是根據(jù)螺栓松動(dòng)前后振動(dòng)信號(hào)的差異對(duì)螺栓松動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)和預(yù)測(cè)，何冰等[6]通過(guò)對(duì)輸電鐵塔施加外界激勵(lì)，進(jìn)而測(cè)得輸電鐵塔螺栓連接結(jié)構(gòu)的振動(dòng)信號(hào)，從振動(dòng)幅值的區(qū)別上對(duì)螺栓松動(dòng)進(jìn)行評(píng)價(jià)；陳仁祥等[7]將基于振動(dòng)敏感特征與流形學(xué)習(xí)的方法應(yīng)用于風(fēng)機(jī)基座螺栓松動(dòng)程度診斷；Todd[8]利用螺栓松動(dòng)前后振動(dòng)模態(tài)參量的變化特征判斷螺栓是否松動(dòng)；屈文忠等[9]將亞諧波共振識(shí)別方法應(yīng)用于螺栓損傷檢測(cè)。在工程實(shí)際中，外界的干擾噪聲嚴(yán)重影響了振動(dòng)信號(hào)的采集，所以需要對(duì)振動(dòng)信號(hào)做進(jìn)一步地降噪處理。伍濟(jì)鋼等[10]將螺栓連接結(jié)構(gòu)的平均振動(dòng)能量應(yīng)用于螺栓松動(dòng)檢測(cè)；閆航瑞等[11]將小波分析法應(yīng)用到螺栓松動(dòng)前后系統(tǒng)振動(dòng)信號(hào)的處理中；周文強(qiáng)等[12]將經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(empirical mode decomposition, EMD)用于螺栓松動(dòng)振動(dòng)信號(hào)處理中，但EMD算法存在效率低下、模式混疊和端點(diǎn)效應(yīng)等缺陷，因此往往會(huì)影響故障的識(shí)別，而變分模態(tài)分解(variational mode decomposition, VMD)相對(duì)于EMD可以很好地避免模態(tài)混疊與端點(diǎn)效應(yīng)。

綜上可知，針對(duì)輸電鐵塔螺栓完全松動(dòng)故障缺陷，提出基于振動(dòng)特性的鐵塔螺栓完全松動(dòng)快速檢測(cè)方法，對(duì)輸電鐵塔螺栓連接完全松動(dòng)前后在脈沖激振下相連接的兩塔材振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)分析，并利用自相關(guān)-VMD方法進(jìn)行振動(dòng)信號(hào)處理，最終通過(guò)對(duì)比螺栓完全松動(dòng)前后的頻譜圖檢測(cè)螺栓連接結(jié)構(gòu)是否完全松動(dòng)。

1 自相關(guān)-VMD降噪分解理論

1.1 自相關(guān)降噪

自相關(guān)是將信號(hào)不同時(shí)刻對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)做相關(guān)性分析的過(guò)程。利用自相關(guān)函數(shù)可以很好地找出時(shí)域信號(hào)上重復(fù)的模式，還可以識(shí)別出隱藏在信號(hào)諧波頻率中的基頻頻率。因此自相關(guān)函數(shù)廣泛應(yīng)用于信號(hào)識(shí)別、提取有用信號(hào)和剔除噪聲等信號(hào)處理上。自相關(guān)函數(shù)相關(guān)定義為

(1)

式(1)中：Rx(t)為自相關(guān)函數(shù)；T為積分周期；x(t)為信號(hào)函數(shù)；x(t+τ)為信號(hào)函數(shù)x(t)時(shí)移τ時(shí)刻后的函數(shù)。

1.2 VMD

變分模態(tài)分解是基于經(jīng)典維納濾波和Hilbert變換的一種自適應(yīng)信號(hào)分解算法。VMD假設(shè)其分解之后的每個(gè)模態(tài)分量(intrinsic mode function, IMF)都是集中在各自中心頻率附近的窄帶信號(hào)。VMD分解需要3個(gè)步驟的處理方式：①對(duì)原信號(hào)Hilbert變換求解析信號(hào)；②將信號(hào)平移到基帶；③對(duì)梯度的2范數(shù)的平方估計(jì)信號(hào)的帶寬。上述變分約束的過(guò)程可由式(2)、式(3)進(jìn)行描述。

(2)

(3)

式中：{uk(t)}={u1(t),u2(t),…,uK(t)}為各IMF分量；{ωk}={ω1,ω2,…,ωK}為各IMF分量的中心頻率；δ(t)為脈沖函數(shù)；K為分解得到的模態(tài)數(shù)量；f(t)為待分解的原信號(hào)。

為求解上面構(gòu)造的變分問(wèn)題，可以引入拉格朗日乘子λ與二次罰因子α，引入增廣拉格朗日函數(shù)，可表示為

(4)

式(4)中：α為懲罰因子；λ(t)為拉格朗日乘子；L()表示進(jìn)行拉格朗日運(yùn)算；?t()表示對(duì)t進(jìn)行求偏導(dǎo)。

通過(guò)搜索可以得到每個(gè)IMF分量uk(ω)與其中心頻率ωk的迭代方式如式(5)、式(6)所示。

(5)

(6)

拉格朗日算法的算子λ的迭代方式可表示為

(7)

不斷地按照式(5)～式(7)進(jìn)行迭代，當(dāng)拉格朗日函數(shù)出現(xiàn)極小值點(diǎn)，迭代結(jié)束，這樣原信號(hào)被最終分解為k個(gè)IMF分量uk(t)。

2 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)搭建

為獲得輸電鐵塔螺栓緊固和完全松動(dòng)時(shí)振動(dòng)產(chǎn)生的信號(hào)數(shù)據(jù)，就某電力公司的輸電鐵塔進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，該輸電鐵塔為110 kV輸電鐵塔，修建完整，尚未投入使用。現(xiàn)場(chǎng)輸電鐵塔上所選的待測(cè)螺栓和振動(dòng)測(cè)點(diǎn)如圖1所示。

探究在保證激振位置不發(fā)生改變的條件下，螺栓完全松動(dòng)故障測(cè)點(diǎn)位置對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。選擇合適的測(cè)點(diǎn)對(duì)螺栓松動(dòng)前后的振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，最終實(shí)驗(yàn)選定待測(cè)螺栓如圖1所示，并在該螺栓所固定的兩個(gè)塔材上分別選取兩個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行研究。其中各測(cè)點(diǎn)與待測(cè)螺栓之間的詳細(xì)位置如表1所示。

表1 各測(cè)點(diǎn)的詳細(xì)位置

圖1 輸電鐵塔待測(cè)螺栓和振動(dòng)測(cè)點(diǎn)

考慮到輸電鐵塔的實(shí)際檢測(cè)工況，激勵(lì)源采用脈沖激勵(lì)的方式，即利用脈沖力錘對(duì)輸電鐵塔施加脈沖激勵(lì)。所選脈沖力錘的力傳感器，靈敏度為4.44 pC/N，可以滿足鐵塔局部區(qū)域的激振和信號(hào)的采集；振動(dòng)傳感器采用壓電加速度傳感器，其軸向靈敏度分別為100.051 mV/g，利用磁吸座固定將其在輸電鐵塔的角鋼上；選擇合適的信號(hào)采集儀和PC端的信號(hào)處理儀器。最終，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況和選取的實(shí)驗(yàn)儀器完成最后的試驗(yàn)系統(tǒng)的搭建工作。最終，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況和選取的實(shí)驗(yàn)儀器完成最后的試驗(yàn)系統(tǒng)的搭建工作，如圖2所示。

圖2 輸電鐵塔螺栓檢測(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

2.2 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)流程和實(shí)驗(yàn)可靠性驗(yàn)證

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定信號(hào)采集儀5 kHz的采樣頻率，分別進(jìn)行兩組不同的實(shí)驗(yàn)。

2.2.1 實(shí)驗(yàn)一

利用扭矩扳手將待測(cè)螺栓調(diào)節(jié)為完全緊固的狀態(tài)，手持激振錘在激振點(diǎn)對(duì)輸電鐵塔塔材施加脈沖激勵(lì)，利用振動(dòng)加速度傳感器和動(dòng)態(tài)信號(hào)采集儀分別在4個(gè)測(cè)點(diǎn)對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行采集，最后利用PC端上的頻譜分析軟件對(duì)采集得到的信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理。

2.2.2 實(shí)驗(yàn)二

利用扭矩扳手將待測(cè)螺栓調(diào)節(jié)為完全松動(dòng)的狀態(tài)，重復(fù)實(shí)驗(yàn)一的操作過(guò)程。

試驗(yàn)臺(tái)的穩(wěn)定性對(duì)避免實(shí)驗(yàn)的偶然性來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。為驗(yàn)證其穩(wěn)定性，對(duì)每種狀態(tài)下的螺栓進(jìn)行10次實(shí)驗(yàn)分析，并求解了現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的10組數(shù)據(jù)之間的相關(guān)系數(shù)|r|如表2所示。

表2 數(shù)據(jù)間的相關(guān)系數(shù)

如表2所示，其統(tǒng)計(jì)的相關(guān)性數(shù)據(jù)可知，10組數(shù)據(jù)之間的相關(guān)系數(shù)|r|均在0.87以上，這表明前后10次試驗(yàn)數(shù)據(jù)重復(fù)性良好，輸電鐵塔螺栓完全松動(dòng)分析測(cè)試信號(hào)穩(wěn)定可靠。

3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和結(jié)果分析

3.1 基于自相關(guān)-VMD分解降噪法的輸電鐵塔振動(dòng)信號(hào)降噪處理

在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)輸電鐵塔螺栓連接松動(dòng)故障檢測(cè)時(shí)，由于外界各種干擾的存在，需要對(duì)采集得到的塔材振動(dòng)信號(hào)做降噪處理。選擇自相關(guān)-VMD分解降噪的方法對(duì)原始振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行降噪處理。圖3為自相關(guān)-VMD分解降噪法處理過(guò)程的流程圖。首先利用自相關(guān)函數(shù)對(duì)振動(dòng)傳感器采集的信號(hào)進(jìn)行降噪處理，以螺栓緊固時(shí)1測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)信號(hào)為例，其經(jīng)自相關(guān)處理后的時(shí)域圖如圖4所示。

圖3 自相關(guān)-VMD分解降噪法流程圖

圖4 螺栓緊固時(shí)1測(cè)點(diǎn)自相關(guān)預(yù)處理后時(shí)域信號(hào)

再依據(jù)中心頻率原則確定分解模態(tài)數(shù)K值，進(jìn)行VMD分解，具體步驟如下。

步驟1將進(jìn)行過(guò)自相關(guān)降噪處理后的信號(hào)作為初始信號(hào)，初始模態(tài)參數(shù)設(shè)置為K=2，懲罰因子α=2 500，帶寬設(shè)置為默認(rèn)值0。

步驟2利用PC端信號(hào)分析軟件運(yùn)行VMD分解程序。

步驟3觀察信號(hào)分解的中心頻率，當(dāng)?shù)趎層的中心頻率小于第n-1層的中心頻率或者中心頻率相接近時(shí)，則確定模態(tài)數(shù)K=K-1。如果不滿足上述情況，則K=K+1，繼續(xù)進(jìn)行步驟2的操作。

為驗(yàn)證自相關(guān)-VMD分解降噪法對(duì)輸電鐵塔塔材振動(dòng)信號(hào)降噪的有效性。依照自相關(guān)-VMD分解降噪法流程，對(duì)進(jìn)行過(guò)自相關(guān)預(yù)處理的1測(cè)點(diǎn)振動(dòng)數(shù)據(jù)(圖4)進(jìn)行VMD分解，得到不同模態(tài)分量下對(duì)應(yīng)的中心頻率如表3所示。

由表3可以看出，當(dāng)VMD分解層數(shù)K=7時(shí)，IMF4的中心頻率ω4=1 243.92 Hz，而IMF5的中心頻率為ω5=1 120.30 Hz第5分量中心頻率相比第4分量中心頻率較低，達(dá)到VMD分解結(jié)束的要求，因此選取K=6作為VMD分解層數(shù)。

表3 螺栓緊固時(shí)1測(cè)點(diǎn)VMD分解中心頻率

對(duì)信號(hào)進(jìn)行VMD分解后，求解各IMF分量與經(jīng)自相關(guān)預(yù)處理后的振動(dòng)信號(hào)之間相關(guān)系數(shù)(表4),對(duì)相關(guān)系數(shù)大于0.2的模態(tài)分量進(jìn)行重構(gòu)。最后分別對(duì)重構(gòu)信號(hào)和原信號(hào)進(jìn)行FFT變換，對(duì)比兩信號(hào)的頻譜圖(圖5)，驗(yàn)證降噪方法的可行性。

表4 螺栓緊固時(shí)1測(cè)點(diǎn)各IMF分量與經(jīng)自相關(guān)預(yù)處理后的振動(dòng)信號(hào)之間的相關(guān)系數(shù)

如圖5所示，將原信號(hào)(圖5中黑線)與降噪之后信號(hào)(圖5中藍(lán)線)在頻域上進(jìn)行對(duì)比。可以發(fā)現(xiàn)，降噪之后的信號(hào)將初始信號(hào)的低頻部分剔除，共振頻率對(duì)應(yīng)的峰值得到很好的保留，非共振的噪聲引起的雜波信號(hào)得到抑制。因此自相關(guān)-VMD降噪在保留原始信號(hào)的同時(shí)，能夠有效地將信號(hào)中的噪聲成分剔除，可以更好地找出螺栓完全松動(dòng)前后振動(dòng)信號(hào)的特征頻率，得出螺栓是否完全松動(dòng)。

圖5 螺栓緊固時(shí)1測(cè)點(diǎn)降噪前后頻譜對(duì)比

3.2 自相關(guān)-VMD降噪效果評(píng)價(jià)

對(duì)降噪處理方法的降噪效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，一般利用信噪比(signal noise ratio, SNR)和均方根誤差(root mean square error, RMSE)進(jìn)行衡量[13-14]，其中SNR越大而RMSE越小，表明降噪方法的處理效果越好。其中信噪比和均方根誤差的計(jì)算公式為

(8)

(9)

為評(píng)價(jià)所用降噪方法的降噪效果，分別利用小波包軟閾值降噪，EMD降噪，VMD降噪3種處理方法分別對(duì)螺栓緊固時(shí)1測(cè)點(diǎn)原始振動(dòng)加速度信號(hào)進(jìn)行處理。3種降噪處理方法的降噪指標(biāo)如表5所示。

表5 降噪效果對(duì)比

對(duì)比3種降噪算法的降噪效果發(fā)現(xiàn)，本文方法優(yōu)于VMD降噪和VMD-小波閾值兩種處理方法，可以按照上述自相關(guān)-VMD降噪法對(duì)螺栓完全松動(dòng)前后各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)數(shù)據(jù)依次進(jìn)行處理。

3.3 輸電鐵塔螺栓完全松動(dòng)前后各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)頻譜分析

按照上述自相關(guān)-VMD降噪法對(duì)螺栓完全松動(dòng)前后各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)數(shù)據(jù)依次進(jìn)行處理，分別得到螺栓完全松動(dòng)前后各測(cè)點(diǎn)降噪之后的頻譜圖，如圖6～圖9所示。

圖6 螺栓緊固及完全松動(dòng)時(shí)1號(hào)測(cè)點(diǎn)頻譜

圖7 螺栓緊固及完全松動(dòng)時(shí)2號(hào)測(cè)點(diǎn)頻譜

圖8 螺栓緊固及完全松動(dòng)時(shí)3號(hào)測(cè)點(diǎn)頻譜

圖9 螺栓緊固及完全松動(dòng)時(shí)4測(cè)點(diǎn)頻譜

如圖6所示，螺栓發(fā)生完全松動(dòng)前后，1測(cè)點(diǎn)振動(dòng)頻譜圖主峰對(duì)應(yīng)的頻率值沒(méi)有發(fā)生改變，但是在螺栓完全松動(dòng)后，原處于1 660 Hz的峰值消失，而在723.3、1 543、1 883 Hz出現(xiàn)小的峰值。完全松動(dòng)前后頻譜圖有微弱變化。

如圖7所示，螺栓發(fā)生完全松動(dòng)前后，2測(cè)點(diǎn)振動(dòng)頻譜圖主峰對(duì)應(yīng)的頻率值由1 840 Hz變?yōu)? 257 Hz，而且在螺栓完全松動(dòng)后，原處于1 840 Hz處峰值消失，并在323.3 Hz處出現(xiàn)小的峰值。完全松動(dòng)前后頻譜圖變化較大。

如圖8所示，螺栓發(fā)生完全松動(dòng)前后，3號(hào)測(cè)點(diǎn)振動(dòng)頻譜圖主峰對(duì)應(yīng)的頻率值由736.7 Hz變?yōu)? 243 Hz，而且在螺栓完全松動(dòng)后，在336.7 Hz和2 183 Hz處出現(xiàn)小的峰值。完全松動(dòng)前后頻譜圖變化較大。

如圖9所示，螺栓發(fā)生完全松動(dòng)前后，4號(hào)測(cè)點(diǎn)振動(dòng)頻譜圖主峰對(duì)應(yīng)的頻率值由733.3 Hz變?yōu)? 243 Hz，而且在螺栓完全松動(dòng)后，原處于1 760 Hz處的峰值消失，并在336.7、1 633、2 133 Hz處出現(xiàn)小的峰值。完全松動(dòng)前后頻譜圖變化較大。

4 分析及討論

綜合以上頻譜圖的對(duì)比，各個(gè)測(cè)點(diǎn)在輸電鐵塔螺栓發(fā)生完全松動(dòng)后，其頻譜圖都發(fā)生改變，因此各個(gè)測(cè)點(diǎn)振動(dòng)頻譜圖的變化都可作為螺栓完全松動(dòng)的判斷依據(jù)。通過(guò)分析，發(fā)現(xiàn)以下問(wèn)題并對(duì)其加以論述。

(1)由于1測(cè)點(diǎn)距離待測(cè)螺栓較遠(yuǎn)，所在的角鋼質(zhì)量較大，并且該角鋼通過(guò)多處螺栓共同固定，當(dāng)其中一個(gè)螺栓完全松動(dòng)，對(duì)其剛度造成的影響較小，因此當(dāng)待測(cè)螺栓發(fā)生完全松動(dòng)后，1測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)頻譜圖變化較小，因此在之后的檢測(cè)過(guò)程中，選取的振動(dòng)測(cè)點(diǎn)盡量選取類如2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)測(cè)點(diǎn)一樣的測(cè)試位置。

在螺栓緊固時(shí)，對(duì)比1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)4個(gè)測(cè)點(diǎn)之間的頻譜圖峰值對(duì)應(yīng)頻率，發(fā)現(xiàn)其有較大的差異。因此可以判定在螺栓緊固時(shí)，螺栓連接的兩個(gè)塔材相當(dāng)于統(tǒng)一整體，因此各個(gè)測(cè)點(diǎn)在激振錘的作用下，各自發(fā)生自由振動(dòng)，其振動(dòng)頻譜在各自的固有頻率處出現(xiàn)峰值。

在螺栓發(fā)生完全松動(dòng)后，互相對(duì)比1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)4個(gè)測(cè)點(diǎn)間的頻譜圖峰值對(duì)應(yīng)頻率，發(fā)現(xiàn)4個(gè)測(cè)點(diǎn)的主峰值都在1 250 Hz處[圖6(b)中的1 250 Hz、圖7(b)中的1 257 Hz、圖8(b)中的1 243 Hz、圖9(b)中的1 243 Hz]，而且峰值對(duì)應(yīng)頻率有相似之處。因此可以判定在螺栓發(fā)生完全松動(dòng)后，由于激振點(diǎn)和1號(hào)、2號(hào)測(cè)點(diǎn)同在1塔材，其振動(dòng)依然為自由振動(dòng)，其振動(dòng)頻譜在各自的固有頻率處出現(xiàn)峰值，因此由于剛度下降，其頻譜峰值對(duì)應(yīng)的頻率呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)；而3號(hào)和4號(hào)測(cè)點(diǎn)所在2塔材不再和1塔材是統(tǒng)一整體，當(dāng)用激振錘對(duì)塔材1施加脈沖沖擊信號(hào)時(shí)，塔材1發(fā)生振動(dòng)，碰撞塔材2，使得塔材2一起振動(dòng)，因此現(xiàn)在塔材2發(fā)生的振動(dòng)是由塔材1引起的受迫振動(dòng)，因此3號(hào)和4號(hào)測(cè)點(diǎn)的主峰值和1號(hào)、2號(hào)測(cè)點(diǎn)一致，除此之外，發(fā)現(xiàn)螺栓完全松動(dòng)后3號(hào)和4號(hào)測(cè)點(diǎn)仍保留松動(dòng)前的振動(dòng)成分，綜上可以得出在螺栓完全松動(dòng)后，2塔材的振動(dòng)由受迫振動(dòng)和自由振動(dòng)共同影響。

綜合1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)測(cè)點(diǎn)在待測(cè)螺栓完全松動(dòng)前后振動(dòng)信號(hào)的頻譜特征，發(fā)現(xiàn)選取距待測(cè)螺栓最近的兩測(cè)點(diǎn)(2號(hào)和3號(hào))靈敏度最高。因此在實(shí)際工況對(duì)螺栓進(jìn)行檢測(cè)時(shí)應(yīng)盡量保證傳感器靠近待測(cè)螺栓。

(3)按照同樣的方法，可檢測(cè)其他位置連接螺栓的松動(dòng)故障，為實(shí)際運(yùn)行中輸電鐵塔螺栓松動(dòng)檢測(cè)提供借鑒。受實(shí)驗(yàn)條件所限，本實(shí)驗(yàn)采用壓電加速度傳感器測(cè)試塔材振動(dòng)響應(yīng)，實(shí)際運(yùn)行的輸電鐵塔可采用激光測(cè)振儀進(jìn)行非接觸測(cè)試。

5 結(jié)論

利用激振錘人為激振輸電鐵塔，利用壓電加速度振動(dòng)傳感器測(cè)量輸電鐵塔螺栓完全松動(dòng)前后的振動(dòng)信號(hào)，通過(guò)對(duì)比頻譜圖，得出了輸電鐵塔螺栓完全松動(dòng)故障的判斷依據(jù)。得出如下主要結(jié)論。

(1)通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行自相關(guān)-VMD分解降噪處理，驗(yàn)證該方法在對(duì)輸電鐵塔塔材振動(dòng)信號(hào)降噪的有效性。

(2)在螺栓完全松動(dòng)前后，對(duì)比分析了各個(gè)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)頻譜圖，得出各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)頻譜圖的變化都可作為螺栓完全松動(dòng)的判斷依據(jù)，但相比而言，距離松動(dòng)螺栓較近的測(cè)點(diǎn)的判別效果優(yōu)于其他測(cè)點(diǎn)。

(3)在螺栓完全松動(dòng)前后，互相對(duì)比分析了各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)頻譜圖，得出在螺栓緊固時(shí)，螺栓連接的兩個(gè)塔材相當(dāng)于統(tǒng)一整體，兩塔材在脈沖激振的作用下發(fā)生自由振動(dòng)；在螺栓發(fā)生完全松動(dòng)后，在脈沖激振的作用下，激振點(diǎn)所在塔材發(fā)生自由振動(dòng)，螺栓相連的另一塔材發(fā)生受迫振動(dòng)和自由振動(dòng)。