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）

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對(duì)鐵路工程機(jī)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(jī)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(jī)械設(shè)備能力與效率的同時(shí)，機(jī)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(jī)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(jī)械設(shè)備；故障；診斷技術(shù)

1　引言

我國(guó)當(dāng)前的鐵路項(xiàng)目，在保障鐵路施工建設(shè)的過程中，機(jī)械設(shè)備發(fā)揮著不可替代的作用，而機(jī)械設(shè)備的長(zhǎng)期使用，必然會(huì)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(shí)進(jìn)行維修和維護(hù)。實(shí)際的機(jī)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(shí)施辦法，從而及時(shí)對(duì)機(jī)械故障采取合理的維修措施。

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

2.1狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，為機(jī)械設(shè)備帶來了新的運(yùn)行模式，對(duì)于鐵路施工專業(yè)機(jī)械設(shè)備的故障診斷技術(shù)，也引入了計(jì)算機(jī)技術(shù)，用于對(duì)機(jī)械設(shè)備的處理、狀態(tài)監(jiān)測(cè)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(cè)的方式主要分為離線檢測(cè)與在線監(jiān)測(cè)兩種，其中的離線檢測(cè)，越來越傾向于小型化筆記本與便攜機(jī)的使用，而一些以便攜為優(yōu)勢(shì)的數(shù)據(jù)采集器檢測(cè)系統(tǒng)，也逐漸發(fā)展起來，例如國(guó)產(chǎn)的YE5938，2115以及IRD890等系統(tǒng)；對(duì)于在線監(jiān)測(cè)方面，則大多以個(gè)人計(jì)算機(jī)作為基礎(chǔ)，開發(fā)相應(yīng)的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，開發(fā)周期短、性價(jià)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(jī)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(shí)域波形分析，發(fā)展到了軸心軌跡計(jì)算機(jī)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(jī)械設(shè)備故障診斷方法的進(jìn)步。當(dāng)前的鐵路施工專業(yè)機(jī)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(jī)械設(shè)備診斷工作的質(zhì)量與實(shí)際效果，從而更好地確保施工專業(yè)機(jī)械設(shè)備順利運(yùn)行，保證鐵路的機(jī)械設(shè)備能夠維持正常運(yùn)轉(zhuǎn)，提高施工建設(shè)質(zhì)量。

2.3狀態(tài)預(yù)報(bào)

狀態(tài)預(yù)報(bào)功能與監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)存在一定差別，該項(xiàng)功能更加強(qiáng)調(diào)的是對(duì)于鐵路機(jī)械設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行態(tài)勢(shì)的診斷，是識(shí)別設(shè)備潛在風(fēng)險(xiǎn)的重要功能，能夠更好地幫助工作人員及時(shí)了解機(jī)械設(shè)備當(dāng)前的實(shí)際運(yùn)行狀況，以及未來的運(yùn)行期限，能否繼續(xù)持續(xù)運(yùn)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(xiàng)功能的相關(guān)技術(shù)還不完善，尚不能完全滿足設(shè)備運(yùn)行的需要，但卻是今后鐵路施工專業(yè)機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)研究中的重點(diǎn)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(shí)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(duì)設(shè)備故障的分析要從機(jī)電有機(jī)結(jié)合、轉(zhuǎn)變思維方式的角度進(jìn)行診斷，熟悉機(jī)電各個(gè)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(jìn)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(shí)別技術(shù)屬于人工智能，其診斷的過程中往往需要對(duì)很多技術(shù)進(jìn)行識(shí)別、測(cè)量、提取、分類和處理。

圖1　圖像識(shí)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(gè)部分，其硬件設(shè)備包括臺(tái)式機(jī)、線陣相機(jī)等實(shí)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(tái)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(gè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)、識(shí)別、診斷等。

3.1.2技術(shù)分析過程

鐵路機(jī)械設(shè)備故障檢測(cè)系統(tǒng)中，首先安裝機(jī)械設(shè)備，如果處于正常運(yùn)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(yùn)行圖，然后將該圖像保存至計(jì)算機(jī)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(yùn)行圖進(jìn)行對(duì)比。在系統(tǒng)進(jìn)入正常的運(yùn)行工作后，首先應(yīng)當(dāng)對(duì)所采集到的設(shè)備運(yùn)行圖像實(shí)施預(yù)處理，提取出圖像運(yùn)行特征點(diǎn)，并與正常情況下的運(yùn)行狀況進(jìn)行對(duì)比分析。

圖2　設(shè)備正常運(yùn)行狀態(tài)圖

圖3　設(shè)備診斷故障且標(biāo)識(shí)區(qū)域

等到設(shè)備故障的信息確定后，系統(tǒng)將自動(dòng)將結(jié)果傳輸至設(shè)備控制臺(tái)，控制臺(tái)的界面可自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，從而提醒工作人員進(jìn)行檢查、維修，這種診斷技術(shù)根據(jù)設(shè)備運(yùn)輸組織的變化，有針對(duì)性地對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行區(qū)別、處理監(jiān)測(cè)等，逐步實(shí)現(xiàn)檢修分離，通過人、機(jī)結(jié)合的工作模式，大大提高了鐵路設(shè)備故障檢測(cè)的效率和質(zhì)量。

3.2模糊邏輯方法

由于我們對(duì)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?yàn)樗哂泻芏嘣诠收吓挪楫?dāng)中所具有的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。模糊邏輯方法比較適合表達(dá)模糊的知識(shí)，所以它進(jìn)入故障診斷領(lǐng)域是一種必然的發(fā)展趨勢(shì)，在普及的時(shí)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(duì)一系列的故障進(jìn)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?；谑吕耐评砗鸵?guī)則的推理可以迅速判斷故障的原因，快速確定故障點(diǎn)，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(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型作為基礎(chǔ)，運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)、解析函數(shù)等數(shù)學(xué)方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)于機(jī)械設(shè)備運(yùn)行信息的處理。在系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下，運(yùn)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(duì)數(shù)學(xué)模型的檢查，即可再行判斷其中是否存在故障，進(jìn)而采取有效的措施加以解決。該方法的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)即在于能夠詳細(xì)了解系統(tǒng)內(nèi)部的具體問題，從而采取合理的預(yù)測(cè)和解決措施。這種方法通過充分到位地運(yùn)用高科技，有效解決機(jī)械設(shè)備運(yùn)行故障，從而解決并處理突發(fā)的事故，使數(shù)學(xué)運(yùn)算方法在其中得到了淋漓盡致的運(yùn)用，人類的智慧表現(xiàn)了人類對(duì)于解決現(xiàn)實(shí)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(dú)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(jī)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(shí)信息庫(kù)，其運(yùn)算推理過程也不會(huì)由于處理對(duì)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(zhǎng)。

4　鐵路機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)的發(fā)展

4.1改進(jìn)監(jiān)測(cè)儀器與傳感器，提高準(zhǔn)確度

在發(fā)展鐵路機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)的過程中，應(yīng)當(dāng)尤其注意對(duì)于監(jiān)測(cè)儀器和傳感器相關(guān)技術(shù)的改進(jìn)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(cè)儀器能夠與傳感技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來，需要運(yùn)用最新的技術(shù)手段，綜合運(yùn)用多種不同的分析數(shù)據(jù)功能，改進(jìn)檢測(cè)設(shè)備，最終提高監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確性。

4.2結(jié)合新型小波分析處理技術(shù)

我國(guó)當(dāng)前對(duì)于鐵路施工機(jī)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(shí)際進(jìn)展卻很小，正是因?yàn)檠芯渴冀K處于傳統(tǒng)的理論和實(shí)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(shí)俱進(jìn)。因此，應(yīng)當(dāng)積極運(yùn)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(qiáng)并提高故障診斷技術(shù)對(duì)于該方法的適應(yīng)能力，還可以在故障發(fā)生時(shí)，及時(shí)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(jìn)化計(jì)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(jī)械設(shè)備診斷中的方式，將能夠有效達(dá)到最終的鐵路施工機(jī)械設(shè)備診斷職能監(jiān)測(cè)與診斷故障效果。

4.4實(shí)現(xiàn)故障診斷技術(shù)遠(yuǎn)程化、網(wǎng)絡(luò)化

當(dāng)前的鐵路施工機(jī)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(hù)費(fèi)用較高等弊端，且對(duì)于診斷規(guī)則的收集也不夠全面，導(dǎo)致系統(tǒng)實(shí)際診斷能力較低，無法徹底排除故障，如果能夠與遠(yuǎn)程化、網(wǎng)絡(luò)化的技術(shù)設(shè)備相結(jié)合進(jìn)行改進(jìn)，就能夠在鐵路施工設(shè)備出現(xiàn)問題時(shí)，及時(shí)、準(zhǔn)確的進(jìn)行排除，并能夠?qū)崿F(xiàn)診斷規(guī)則和相關(guān)知識(shí)的共享，形成一個(gè)真正完善的鐵路施工機(jī)械設(shè)備故障管理體系。

5　結(jié)語

科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，我國(guó)的鐵路運(yùn)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(jìn)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(jìn)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。

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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。

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2016-3-8