【摘要】：近10年,中國(guó)鐵路迅速發(fā)展,鐵路運(yùn)輸?shù)膹?qiáng)度和密度不斷提升,道岔設(shè)備是鐵路信號(hào)系統(tǒng)的基本組成部分,其性能好壞與鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩托拭芮邢嚓P(guān)。鐵路現(xiàn)場(chǎng)的道岔設(shè)備的維護(hù)維修工作主要由工作人員通過查看信號(hào)集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)記錄的轉(zhuǎn)轍機(jī)電流、功率曲線完成,按照經(jīng)驗(yàn)人工處理故障,效率低下,而且該方法只在道岔故障發(fā)生后實(shí)施,沒能對(duì)其日常維護(hù)提出指導(dǎo),不能形成系統(tǒng)的維護(hù)維修規(guī)劃。針對(duì)以上問題,本文提出基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的道岔故障預(yù)測(cè)和診斷方法。以道岔的緩變故障為研究重點(diǎn),通過研究正常非故障數(shù)據(jù)構(gòu)建退化性能指標(biāo),以PSO-ELM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法為基礎(chǔ)搭建道岔緩變故障預(yù)測(cè)模型,同時(shí),通過分析各類故障數(shù)據(jù)的特征,以ELM算法為基礎(chǔ)搭建道岔故障診斷模型。實(shí)現(xiàn)道岔設(shè)備故障預(yù)測(cè)和診斷的智能化并為現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)維修工作提供理論支持,本文的研究工作如下:(1)道岔設(shè)備故障模式分析。學(xué)習(xí)道岔的工作過程和監(jiān)測(cè)原理,研究道岔功率曲線的形成機(jī)理,從道岔功率曲線角度出發(fā),通過歷史數(shù)據(jù)分析和總結(jié)道岔故障模式及其形成原因,構(gòu)建道岔故障樣本數(shù)據(jù)庫(kù)。(2)數(shù)據(jù)處理和特征處理研究。采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)道岔功率數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取,針對(duì)各類故障之間數(shù)據(jù)的不平衡性,使用SMOTE算法進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)整,組成特征數(shù)據(jù)集,引入Fisher線性判別方法和t-SNE算法進(jìn)行特征降維,得到合適維度的特征數(shù)據(jù)作為故障診斷模型的輸入。(3)道岔緩變故障預(yù)測(cè)方法研究。針對(duì)正常非故障數(shù)據(jù),利用特征處理的方法得到退化狀態(tài)和各類故障模式的聯(lián)系,確立退化性能候選指標(biāo),采用KPCA算法構(gòu)建退化性能指標(biāo)及其失效閾值,能夠明顯表征道岔設(shè)備退化狀態(tài),最后建立PSO-ELM模型預(yù)測(cè)退化性能指標(biāo)變化趨勢(shì),對(duì)比BP、ELM、SVR模型預(yù)測(cè)的結(jié)果,最終發(fā)現(xiàn)當(dāng)PSO-ELM模型的隱含層神經(jīng)元數(shù)目為30時(shí),預(yù)測(cè)性能最優(yōu)。(4)道岔故障診斷研究。針對(duì)故障數(shù)據(jù),建立t-SNE-ELM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行道岔故障診斷,對(duì)比PCA-ELM模型和t-SNE-SVM模型診斷的結(jié)果,最終發(fā)現(xiàn)當(dāng)輸入維數(shù)為5維時(shí),t-SNE-ELM方法識(shí)別準(zhǔn)確率為95.8%。本文通過對(duì)道岔正常和故障功率數(shù)據(jù)進(jìn)行研究,針對(duì)正常數(shù)據(jù)進(jìn)行緩變故障的退化性能指標(biāo)預(yù)測(cè),針對(duì)故障數(shù)據(jù)進(jìn)行故障定位和識(shí)別,從而實(shí)現(xiàn)道岔設(shè)備的健康管理,為鐵路現(xiàn)場(chǎng)的維護(hù)維修工作提供理論支持。圖52幅,表12個(gè),參考文獻(xiàn)72篇。
【圖文】：

邐道岔設(shè)備工作原理和典型故障分析邐逡逑２道岔設(shè)備工作原理和典型故障分析逡逑２．１道岔組成及工作原理逡逑鐵路道岔作為鐵路聯(lián)鎖的重要設(shè)備之一，是引導(dǎo)列車由一股道向另一股道運(yùn)逡逑行的機(jī)械裝置。道岔主要由轉(zhuǎn)轍器、連接部分、轍叉及護(hù)軌組成。其中，轉(zhuǎn)轍器逡逑則可以通過扳動(dòng)尖軌使其處于不同的位置以引導(dǎo)列車沿直線路徑或者側(cè)線路徑行逡逑駛，轉(zhuǎn)轍器由轉(zhuǎn)轍機(jī)、兩根基本軌、一對(duì)尖軌、各種聯(lián)結(jié)零件和根部結(jié)構(gòu)組成；逡逑轉(zhuǎn)轍器實(shí)現(xiàn)道岔的定位和反位，引導(dǎo)列車駛向不同方向，轉(zhuǎn)轍機(jī)則實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)轍器的逡逑執(zhí)行功能，其電動(dòng)機(jī)以驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)轍器的其他部分完成尖軌扳動(dòng)過程，是轉(zhuǎn)轍器的動(dòng)逡逑力源。轍叉由心軌、翼軌和聯(lián)結(jié)零件組成，具有不錯(cuò)的沖擊幵性和強(qiáng)度，可以保逡逑證列車安全通過，其中可動(dòng)轍叉利用翼軌密貼和心軌可動(dòng)的特點(diǎn)來減小有害空間，逡逑有效地避免了車輪的沖擊，正廣泛應(yīng)用于高速鐵路；護(hù)軌控制車輪運(yùn)動(dòng)方向，防逡逑止輪緣沖擊或爬上心軌尖端，保證行車安全。道岔基本結(jié)構(gòu)如圖２－１所示。逡逑

綜合道岔的電路控制過程和道岔動(dòng)作過程，可以將道岔工作劃分為三個(gè)階段，逡逑即：（１）啟動(dòng)解鎖階段：斷開表示電路進(jìn)行機(jī)械解鎖；（２）轉(zhuǎn)換階段：進(jìn)行道岔逡逑轉(zhuǎn)換；（３）鎖閉階段：機(jī)械鎖閉道岔，構(gòu)通表示電路。圖２－２為Ｓ７００Ｋ型轉(zhuǎn)轍機(jī)逡逑控制電路。逡逑Ｃｏｂｌｅ邋Ｂｏｘ邋ｈｚ－０４逡逑ｍ．邐＿＿：二一二：二＿＿逡逑ｃ邋辱》３邐本，」邐＾邐￣４邋＾邋Ｐｏｉｎｔ邋Ｍｏｃｈｉｎｅ逡逑ｌ－４邐４－＾＾＾－－ｈｈ逡逑ＳＫｎ邐Ａ邋ｎ邐．１逡逑１＿Ｉ邐＾＾－－ｅ——ｎ邐＿Ｊ逡逑ＢＤｌ－７邐Ｂ｜）逡逑邐？邋ｊ邐Ｊｌ邐Ｈ邐＾邋0邋ｊｌ邐Ｉｆ逡逑邐邋ｎ＊邐ｉ－ｉ邐ｎ－ｉ邋ｈ－ｉ逡逑ｍ邋ｕ邋ａｉ邐咖一ｒｒｖ邋智ｉ邋（咖逡逑邐卜N－N」＊邋——逡逑ｒＫ邐Ｕ邋山逡逑ｍｊ逡逑——ｐ——逡逑圖２－２邋Ｓ７００Ｋ轉(zhuǎn)轍機(jī)控制電路逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２－２邋Ｃｏｎｔｒｏｌ邋ｃｉｒｃｕｉｔ邋ｏｆ邋Ｓ７００Ｋ邋ｐｏｉｎｔ邋ｍａｃｈｉｎｅ逡逑２．２邋Ｓ７００Ｋ轉(zhuǎn)轍機(jī)的監(jiān)測(cè)與采集逡逑信號(hào)集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)記錄到的道岔電流曲線可以反映道岔在轉(zhuǎn)換過程中控制電逡逑路的工作狀態(tài)以及轉(zhuǎn)轍機(jī)的運(yùn)行情況，而道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)功率則可以反映道岔尖軌扳逡逑動(dòng)時(shí)的推拉力的大小，通過對(duì)道岔動(dòng)作功率曲線進(jìn)行分析，可以獲得道岔轉(zhuǎn)換過逡逑程的整體工作情況，，日常分析中道岔動(dòng)作功率曲線能整體地反映道岔在轉(zhuǎn)換過程逡逑中的受力和機(jī)械性能，對(duì)于道岔設(shè)備運(yùn)營(yíng)維護(hù)具有指導(dǎo)作用。逡逑對(duì)于Ｓ７００Ｋ型道岔轉(zhuǎn)轍機(jī)來說，其信號(hào)監(jiān)測(cè)工作是分別采集交流轉(zhuǎn)轍機(jī)的電逡逑壓和電流、１ＤＱＪ的狀態(tài)、定位和反位表示狀態(tài)。電壓采集使用高阻加光隔的方法
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP183;U216.425

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2665997