對鐵路工程機械設(shè)備故障診斷技術(shù)的探討

顧德明（中交三航局有限公司交建工程分公司，上海 寶山區(qū) 200940）

?

對鐵路工程機械設(shè)備故障診斷技術(shù)的探討

顧德明（中交三航局有限公司交建工程分公司，上海 寶山區(qū) 200940）

在鐵路工程的建設(shè)過程中，機械設(shè)備的使用是必要的，在鐵路工程建設(shè)中更是發(fā)揮著舉足輕重的作用。但是，在有效提高機械設(shè)備能力與效率的同時，機械設(shè)備的故障問題是不可避免的。本文探討了鐵路工程機械設(shè)備可能出現(xiàn)的故障及其診斷技術(shù)，并提出有效的診斷方法，以供參考。

鐵路；機械設(shè)備；故障；診斷技術(shù)

1　引言

我國當(dāng)前的鐵路項目，在保障鐵路施工建設(shè)的過程中，機械設(shè)備發(fā)揮著不可替代的作用，而機械設(shè)備的長期使用，必然會導(dǎo)致磨損等多種故障問題，我們必須采取相應(yīng)的診斷措施加以監(jiān)督管理，以便及時進行維修和維護。實際的機械設(shè)備故障診斷中，其技術(shù)方法有多種，因此需要明確了解診斷技術(shù)的實施辦法，從而及時對機械故障采取合理的維修措施。

2　鐵路施工專業(yè)機械設(shè)備診斷技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1狀態(tài)監(jiān)測功能

計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，為機械設(shè)備帶來了新的運行模式，對于鐵路施工專業(yè)機械設(shè)備的故障診斷技術(shù)，也引入了計算機技術(shù)，用于對機械設(shè)備的處理、狀態(tài)監(jiān)測及維修。為了開發(fā)全面的故障診斷技術(shù)，通過大量研究和探討，開發(fā)了很多高技術(shù)的儀器設(shè)備，其檢測的方式主要分為離線檢測與在線監(jiān)測兩種，其中的離線檢測，越來越傾向于小型化筆記本與便攜機的使用，而一些以便攜為優(yōu)勢的數(shù)據(jù)采集器檢測系統(tǒng)，也逐漸發(fā)展起來，例如國產(chǎn)的YE5938，2115以及IRD890等系統(tǒng)；對于在線監(jiān)測方面，則大多以個人計算機作為基礎(chǔ)，開發(fā)相應(yīng)的在線監(jiān)測系統(tǒng)，開發(fā)周期短、性價比高且柔韌性好，日益受到行業(yè)的重視。

2.2故障診斷功能

鐵路施工專業(yè)機械設(shè)備的診斷技術(shù)仍然在不斷的豐富與發(fā)展過程中，從FFT譜分析、AR譜分析、軸心軌跡分析以及時域波形分析，發(fā)展到了軸心軌跡計算機模擬分析、全息譜理論分析和主分量分析等方法，在很大程度上體現(xiàn)出鐵路施工專業(yè)機械設(shè)備故障診斷方法的進步。當(dāng)前的鐵路施工專業(yè)機械設(shè)備故障診斷方法，已經(jīng)開啟了智能化的診斷新模式，大大提高了鐵路機械設(shè)備診斷工作的質(zhì)量與實際效果，從而更好地確保施工專業(yè)機械設(shè)備順利運行，保證鐵路的機械設(shè)備能夠維持正常運轉(zhuǎn)，提高施工建設(shè)質(zhì)量。

2.3狀態(tài)預(yù)報

狀態(tài)預(yù)報功能與監(jiān)測診斷技術(shù)存在一定差別，該項功能更加強調(diào)的是對于鐵路機械設(shè)備運行現(xiàn)場運行態(tài)勢的診斷，是識別設(shè)備潛在風(fēng)險的重要功能，能夠更好地幫助工作人員及時了解機械設(shè)備當(dāng)前的實際運行狀況，以及未來的運行期限，能否繼續(xù)持續(xù)運行等基本情況，從而讓工作人員能夠在生產(chǎn)指導(dǎo)的過程中，有依循的證據(jù)以指導(dǎo)生產(chǎn)。該項功能的相關(guān)技術(shù)還不完善，尚不能完全滿足設(shè)備運行的需要，但卻是今后鐵路施工專業(yè)機械設(shè)備故障診斷技術(shù)研究中的重點所在。

3　鐵路施工專業(yè)設(shè)備故障診斷分析法

3.1圖像識別算法

在鐵路施工設(shè)備系統(tǒng)中設(shè)備故障的出現(xiàn)也是多種多樣，所以對設(shè)備故障的分析要從機電有機結(jié)合、轉(zhuǎn)變思維方式的角度進行診斷，熟悉機電各個功能模塊框圖，然后根據(jù)各組成部分的功能和組合形式以及工作環(huán)境等斷面進行全面分析、層層分解，綜合分析故障的癥狀、影響等，找到故障根源，其過程如圖1所示。圖像識別技術(shù)屬于人工智能，其診斷的過程中往往需要對很多技術(shù)進行識別、測量、提取、分類和處理。

圖1　圖像識別過程示意圖

3.1.1系統(tǒng)軟件/硬件的合理選擇

該系統(tǒng)通常包括了硬件與軟件兩個部分，其硬件設(shè)備包括臺式機、線陣相機等實體設(shè)備；軟件系統(tǒng)一般包括語言操作系統(tǒng)、開發(fā)平臺系統(tǒng)以及其他必要的系統(tǒng)軟件。這兩部分相互協(xié)調(diào)完成整個系統(tǒng)的監(jiān)測、識別、診斷等。

3.1.2技術(shù)分析過程

鐵路機械設(shè)備故障檢測系統(tǒng)中，首先安裝機械設(shè)備，如果處于正常運行狀態(tài)，所采集的設(shè)備無故障原始圖像（如圖2所示），為完整的設(shè)備運行圖，然后將該圖像保存至計算機軟件中，以便在設(shè)備出現(xiàn)故障的情況（如圖3所示），將其與運行圖進行對比。在系統(tǒng)進入正常的運行工作后，首先應(yīng)當(dāng)對所采集到的設(shè)備運行圖像實施預(yù)處理，提取出圖像運行特征點，并與正常情況下的運行狀況進行對比分析。

圖2　設(shè)備正常運行狀態(tài)圖

圖3　設(shè)備診斷故障且標(biāo)識區(qū)域

等到設(shè)備故障的信息確定后，系統(tǒng)將自動將結(jié)果傳輸至設(shè)備控制臺，控制臺的界面可自動發(fā)出報警信號，從而提醒工作人員進行檢查、維修，這種診斷技術(shù)根據(jù)設(shè)備運輸組織的變化，有針對性地對機械設(shè)備進行區(qū)別、處理監(jiān)測等，逐步實現(xiàn)檢修分離，通過人、機結(jié)合的工作模式，大大提高了鐵路設(shè)備故障檢測的效率和質(zhì)量。

3.2模糊邏輯方法

由于我們對事物的定義沒有根本的把握便產(chǎn)生了模糊性，在質(zhì)上沒有明確的涵義，在數(shù)量上沒有規(guī)定。模糊邏輯之所以被越來越廣泛地采用，是因為它具有很多在故障排查當(dāng)中所具有的獨特優(yōu)勢。模糊邏輯方法比較適合表達模糊的知識，所以它進入故障診斷領(lǐng)域是一種必然的發(fā)展趨勢，在普及的時候比較接近人的邏輯思維。我們應(yīng)該在具體的故障排查操作過程中，按照比較正規(guī)的操作規(guī)范和正確的流程對一系列的故障進行檢查，這樣才能避免檢查完畢之后出現(xiàn)沒有必要的麻煩。基于事例的推理和規(guī)則的推理可以迅速判斷故障的原因，快速確定故障點，得到診斷結(jié)果。

3.3解析模型法

解析模型法的建立，需要以診斷對象的精確數(shù)學(xué)模型作為基礎(chǔ)，運用數(shù)理統(tǒng)計、解析函數(shù)等數(shù)學(xué)方法，實現(xiàn)對于機械設(shè)備運行信息的處理。在系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下，運用該技術(shù)，能夠有效改變系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系，然后依據(jù)數(shù)學(xué)模型，發(fā)現(xiàn)其中存在的問題，通過對數(shù)學(xué)模型的檢查，即可再行判斷其中是否存在故障，進而采取有效的措施加以解決。該方法的應(yīng)用優(yōu)勢即在于能夠詳細了解系統(tǒng)內(nèi)部的具體問題，從而采取合理的預(yù)測和解決措施。這種方法通過充分到位地運用高科技，有效解決機械設(shè)備運行故障，從而解決并處理突發(fā)的事故，使數(shù)學(xué)運算方法在其中得到了淋漓盡致的運用，人類的智慧表現(xiàn)了人類對于解決現(xiàn)實問題的超然物外的優(yōu)越性。

3.4人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析法

該方法通常適用于鐵路施工設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的故障診斷，在故障解決方面具有自身的獨特性，是通過形成人腦神經(jīng)處理系統(tǒng)的方式，模擬人腦的思維方式來處理故障問題，為機器賦予人性的處理思維，來尋找故障問題所在。該方法在的應(yīng)用不必要建立知識信息庫，其運算推理過程也不會由于處理對象復(fù)雜，導(dǎo)致處理問題，因而能夠有效提高處理效率。但是其資金投入較大，研發(fā)周期也較長。

4　鐵路機械設(shè)備故障診斷技術(shù)的發(fā)展

4.1改進監(jiān)測儀器與傳感器，提高準(zhǔn)確度

在發(fā)展鐵路機械設(shè)備故障診斷技術(shù)的過程中，應(yīng)當(dāng)尤其注意對于監(jiān)測儀器和傳感器相關(guān)技術(shù)的改進與提升，從而更好地提高設(shè)備的故障診斷精確度。為了使傳統(tǒng)檢測儀器能夠與傳感技術(shù)有機結(jié)合起來，需要運用最新的技術(shù)手段，綜合運用多種不同的分析數(shù)據(jù)功能，改進檢測設(shè)備，最終提高監(jiān)測準(zhǔn)確性。

4.2結(jié)合新型小波分析處理技術(shù)

我國當(dāng)前對于鐵路施工機械設(shè)備的故障診斷技術(shù)，仍然處于研究的過程中，從未間斷過，但取得的實際進展卻很小，正是因為研究始終處于傳統(tǒng)的理論和實踐層面，未能拓展眼光，結(jié)合最新的科技發(fā)展?fàn)顩r，忽視了與時俱進。因此，應(yīng)當(dāng)積極運用最新的技術(shù)方法，例如結(jié)合小波分析法，不僅能夠增強并提高故障診斷技術(shù)對于該方法的適應(yīng)能力，還可以在故障發(fā)生時，及時發(fā)現(xiàn)并采取排除措施。

4.3融合現(xiàn)代智能化手段

現(xiàn)代化的智能方法，包括的是進化計算、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、專家系統(tǒng)等多種方法，這些方法均體現(xiàn)出了高水平的現(xiàn)代智能發(fā)展現(xiàn)狀，通過將這些現(xiàn)代科技方法融入鐵路施工機械設(shè)備診斷中的方式，將能夠有效達到最終的鐵路施工機械設(shè)備診斷職能監(jiān)測與診斷故障效果。

4.4實現(xiàn)故障診斷技術(shù)遠程化、網(wǎng)絡(luò)化

當(dāng)前的鐵路施工機械設(shè)備故障診斷技術(shù)中，仍然存在設(shè)備開發(fā)利用率低、信息技術(shù)不易共享、開發(fā)維護費用較高等弊端，且對于診斷規(guī)則的收集也不夠全面，導(dǎo)致系統(tǒng)實際診斷能力較低，無法徹底排除故障，如果能夠與遠程化、網(wǎng)絡(luò)化的技術(shù)設(shè)備相結(jié)合進行改進，就能夠在鐵路施工設(shè)備出現(xiàn)問題時，及時、準(zhǔn)確的進行排除，并能夠?qū)崿F(xiàn)診斷規(guī)則和相關(guān)知識的共享，形成一個真正完善的鐵路施工機械設(shè)備故障管理體系。

5　結(jié)語

科學(xué)技術(shù)不斷進步，我國的鐵路運輸業(yè)也隨之發(fā)展，用于鐵路施工設(shè)備故障的診斷技術(shù)也小斷進步，鐵路施工設(shè)備故障診斷技術(shù)的類型比較多，利用現(xiàn)代化技術(shù)發(fā)展設(shè)備診斷技術(shù)，能夠促進設(shè)備診斷技術(shù)現(xiàn)代化，以適應(yīng)不斷變化中的鐵路施工建設(shè)，保證鐵路施工建設(shè)的安全與高效。

［1］羅遠族.關(guān)于鐵路機械設(shè)備安全管理的思考［J］.科技致富向?qū)В?015 （11）：45～46.

［2］張雪峰.鐵路隧道施工機械設(shè)備的選型及配套方法研究［J］.房地產(chǎn)導(dǎo)刊，2015（5）：36～37.

［3］李建升.淺析鐵路機械設(shè)備管理的模式與策略［J］.中小企業(yè)管理與科技旬刊，2014（4）：63.

顧德明（1965-），男，工程師，大專，任副總工程師及設(shè)備物資租賃中心主任。

U215.6

A

2095-2066（2016）09-0183-02

2016-3-8