基于動態(tài)信號檢測的裝配式鋼桁架橋動力系統故障診斷

徐 磊，何曉暉，王 強，陳華明，張 濤

(陸軍工程大學 野戰(zhàn)工程學院， 南京 210007)

裝配式鋼桁架橋是一種能快速架設、撤收，且靈活機動的橋梁，具有結構簡單、能夠承受的最大載荷級別高、互換性好以及地形適應能力強[1-3]。裝配式鋼桁架橋不僅在軍事運輸、搶險救災等方面具有重要作用，在平時的交通工程建設保障中也發(fā)揮著重要作用。而動力系統作為裝配式鋼桁架橋的重要組成部分，其工作狀況直接影響橋梁是否正常工作[4-5]。隨著計算機技術的普及，對動力系統故障診斷越來越多與數字技術相結合。李清川基于小波包和最小二乘法支持的向量對異步電機進行了故障診斷，能夠很好地消除噪聲[6-7]。程思嘉,張昌宏針對數/?；旌想娐饭收系奶攸c，采用將粒子群算法與最小二乘支持向量機相結合的故障診斷方法，在保證診斷過程準確率的基礎上，實現多類故障的快速診斷。在診斷過程中，支持向量機的參數尋優(yōu)過程存在隨意性、盲目性和效率低等問題，采用改進的粒子群算法優(yōu)化支持向量機的參數，建立基于支持向量機的故障分類模型。實驗結果表明，與其他方法相比，該方法提高了故障診斷的精度，具有明顯的實用價值[8]。

神經網絡的應用使得故障診斷結果更為精確，司景萍等在進行發(fā)動機故障診斷時運用模糊神經網絡的智能診斷專家系統，給出了一種較為精確和快速的診斷方法[9]。

本文基于動態(tài)信號檢測技術對裝配式鋼桁架橋動力系統進行故障診斷，先采用加速度傳感器對動力系統在不同的工作狀態(tài)下進行數據采集，再對通過加速度傳感器采集的數據進行時域分析，然后運用測試信號分析原理進一步分析，最終得到故障診斷結果。

1 動態(tài)信號檢測技術

動態(tài)信號檢測的基本流程如圖1所示，首先確定診斷對象為裝配式鋼桁架橋的動力系統，然后確定傳感器的類型和位置，通過其信號輸出線輸入到數據分析采集系統里，之后把試驗數據以文件的形式存儲于硬盤中，等采集結束后對數據進行分析處理，運用動態(tài)信號分析方法得到診斷結果[10-12]。

布置好傳感器收集到數據后，進行數據分析，從而判斷發(fā)動機故障情況。如圖2所示，為了大大提高診斷效率，對所測發(fā)動機機體振動信號與氣缸振動信號進行相關分析，確定氣缸疑似故障；然后對疑似故障氣缸信號進行時域分析、頻域分析和小波分析，提取出振動信號故障特征參量，最后依據這些故障特征對發(fā)動機進行故障診斷。

裝配式鋼桁架橋的動力系統是一個多層系統，由配氣機構、曲柄連桿機構、燃氣系統、啟動系統、增壓系統、冷卻系統、潤滑系統等組成，具有子系統級、系統級、零件級及部(組、件)級四個層次。由于傳遞路徑復雜，激振源多等因素，所以測點選擇要盡量接近需要檢測的診斷部件，這樣才能充分反映部件的狀態(tài)信息，而所測的信號應具有對故障敏感、信噪比高等特點，而且還要有利于傳感器的安裝，盡量不干擾機器運行狀態(tài)，這樣便能在生產實際中應用[13-15]。

根據機器不同待測點的部位檢測分析，可知最為敏感的振動地方為機身上靠近缸的待測點和各缸的缸蓋，而且缸蓋上緊固的螺釘離氣閥較近且利于傳感器安裝，所以振動診斷待測點選為缸蓋上的緊固螺釘和機身上靠近缸頭的地方。傳感器布置如圖3所示。

正常與故障的幅值比對的時域波形區(qū)別不明顯，故障不易分辨。因此，應該對所測得的振動信號時域特征進行時域分析，得到正常情況下的時域特征圖，然后用故障情況下的時域特征參量與其對比，判斷發(fā)動機的故障所在的位置。

2 實裝試驗研究

對某型裝配式鋼桁架橋的動力系統進行實裝試驗研究。傳感器實裝布置如圖4所示。

布置好傳感器收集到數據后，對采集到的數據進行時域分析，判斷發(fā)動機故障情況。圖5～圖7為發(fā)動機正常工作時4個測點分別在600、1 000、1 500、2 000和2 300 r/min時振動加速度的總趨勢信號圖的一部分。

3 數據結果分析

通過進一步對四個測點的數據進行分析整理得到的結果如表1所示。

將表中數據作進一步分析繪成圖像如圖8和圖9所示。

由圖8可知，各測點最大加速度、最小加速度和平均加速度的數值大小均隨轉速的提高而增加，其增加趨勢滿足一定的線性規(guī)律，可以作為故障發(fā)動機振動信號進行比較的標準。發(fā)動機工作正常時，各個測點的平均加速度可上下浮動20%，如超過此值，即認為發(fā)動機有故障。對圖中的數據進行計算可得各測點最大浮動值為15.51%，故無故障。另一方面，由圖9可知，四個測點的平均加速度值也隨發(fā)動機轉速的增大而增大，其實測值均低于發(fā)動機的下限閾值，表明此次對發(fā)動機的故障診斷的結果為：該發(fā)動機工作狀況良好，無故障[16-18]。

表1 發(fā)動機各測點在不同轉速下的振動幅值

測點轉速/(r·min-1)最大加速度/g最小加速度/g平均值/g最大浮動/%測點360011.12-10.6710.902.111 00016.82-12.3514.5915.351 50020.87-16.3718.6212.082 00028.51-38.1733.3413.892 30030.90-41.2036.0514.01測點460011.90-8.9710.4414.081 00012.66-10.8711.777.651 50013.04-15.0514.057.122 00018.73-21.8820.317.732 30028.98-24.1626.569.04

4 結論

對采用動態(tài)信號檢測結果進行時域分析可以有效反應動力系統當前的運行狀態(tài)，通過對各個測點的數據進一步分析可得出當前測點位置上系統運行狀況，得出裝配式鋼桁架橋動力系統診斷的最終結果，為裝配式鋼桁架橋的動力系統的故障診斷提供了一個有效且應用性強的方法。