水稳和沥青搅拌站机械故障的诊断与维修方法研究

摘要：简述了研究搅拌站故障诊断和维修的重要性，分析水稳和沥青搅拌站功能、搅拌站机械故障诊断方法，提取机械故障多维特征，对搅拌站机械故障全过程维修等进行论述，以某高速公路工程所用沥青搅拌站为例，通过对比方法验证了本文所述搅拌站机械故障诊断与维修方法的有效性。

关键词：水稳和沥青；搅拌站；机械故障；诊断与维修

0 引言

水稳和沥青搅拌站主要用于高等级公路，城市道路、广场、机场的基层和施工，可连续搅拌和生产不同级配的路基路面材料，在公路建设和维修中发挥了重要的作用[1-2]。水稳和沥青搅拌站在高强度使用下，会产生某些机械故障或隐患。这些机械故障或隐患若得不到及时的维修控制，会降低搅拌站运行的质量与效率，影响高速公路工程建设的工期、经济效益及质量[3]。现阶段，传统的搅拌站机械故障诊断和维修方法在实际应用过程中仍然不够完善，主要体现在机械故障平均修复时间较长，不能在第一时间内检测出潜在的故障隐患，导致搅拌站搅拌的均匀性较差[4]。

为了改善这一问题，本文在研究传统的搅拌站机械故障维修方法的基础上，作出了优化设计，提出了一种全新的水稳和沥青搅拌站机械故障诊断与维修方法，为促进高速公路工程的可持续化建设作出贡献。

1 水稳和沥青搅拌站机械故障诊断维修方法

1.1  水稳和沥青搅拌站功能

水稳和沥青搅拌站是水稳搅拌站和沥青搅拌站的总称，可属于同一个搅拌站，但是划分为水稳搅拌区域和沥青搅拌区域，每个搅拌区域设有各自的搅拌设备和材料存放场地。水稳搅拌站生产出的水泥稳定碎石（水稳）、级配碎石，分别用于公路的基层和底基层；沥青搅拌站生产出的细粒式沥青混凝土、中粒式沥青混凝土、粗粒式沥青混凝土，分别用于公路的上面层、中面层和下面层。

1.2 搅拌站机械故障诊断

1.2.1 机械故障类型

水稳和沥青搅拌站机械故障类型较多，包括转动部位卡阻、传动链条偏摆、传动三角带偏摆、减速机故障、干燥滚筒内部构件松动、提升机内料斗链条松动及磨损、振动筛螺栓脱落、气缸密封圈漏气等[5]。

1.2.2 建立机械故障诊断模型

为了能够有针对性地进行机械故障维修，首先对水稳和沥青搅拌站机械故障进行全方位诊断，以判断故障发生的可能性。可采用神经网络方法建立水稳和沥青搅拌站机械故障诊断模型。在建模时，根据搅拌站机械故障预测值与实际值之间的残差。当二者之间的残差大于故障阈值时，即可判定水稳和沥青搅拌站存在机械故障[6]。在建立的故障诊断模型中，引入残差分布的异常判定方法，实现搅拌站机械故障诊断的可靠性和准确性。机械故障诊断模型表达式如下：

st=∣xt-s^t∣ （1）

式（1）中：st表示t时刻搅拌站运行状态的真实值与估计值的残差，xt表示t时刻搅拌站运行状态的真实值，s^t表示t时刻搅拌站运行状态的估计值。通过设备运行状态真实值与估计值的差值结果，结合残差正态分布，可判断搅拌站发生机械故障的可能性，其表达式如下：

（2）

式（2）中：L表示搅拌站发生机械故障的可能性，Q表示残差分布目标函数，μ—t 表示搅拌站故障样本均值，μt表示搅拌站故障样本值，δ表示搅拌站机械故障诊断模型的故障阈值。通过计算可得出搅拌站机械故障发生的可能性，当L≥1-δ时，则判定水稳和沥青搅拌站发生了机械故障，反之，则判定水稳和沥青搅拌站未发生机械故障[7]。

1.3 提取机械故障多维特征

在上述水稳和沥青搅拌站机械故障诊断完毕后，获取到搅拌站机械故障发生的可能性。根据判定结果，为发生机械故障的水稳和沥青搅拌站选择提取机械故障多维特征，为后续的机械故障维修提供支持。

提取搅拌站振动信号特征，并对振动信号子频段能量特征进行归一化处理，可获取振动信号特征向量如下：

FV=（v1，v2，…，v2N）T （3）

式（3）中：FV表示搅拌站振动信号特征向量，2N表示归一化处理后能量特征长度，v2N表示任意子频段归一化处理后的能量特征值，T表示小波包层数。

通过计算，得出搅拌站机械故障振动信号特征向量，该特征向量中包含了搅拌站的主要机械故障信息，能够为机械故障维修提供诊断依据。

1.4 搅拌站机械故障全过程维修

基于上述高速公路水稳和沥青搅拌站机械故障多维特征选择提取完毕后，在此基础上，通过事后维修、预防维修和安全维修模式，对机械故障进行全过程维修。

1.4.1 事后维修

此种维修方式主要应用于水稳和沥青搅拌站机械故障发生之后，根据机械故障类型及特征，采取相应的维修工具，有针对性地对故障所在位置作出维修。事后维修能够有效地利用搅拌站零部件寿命，规避了维修过剩、维修材料及人力资源浪费问题的发生[8]。

1.4.2 预防维修

采用周期性的检查与维修模式，根据搅拌站的运行工况及特征，预测搅拌站发生机械故障的时间，通过预防性维修，消除机械故障隐患，降低搅拌站机械故障对生产运行的影响。

1.4.3 安全维修模式

安全维修模式，就是以水稳和沥青搅拌站综合效率为核心目标，以搅拌站全寿命周期为对象，进行全方位、全系统预防维修。本文设计的搅拌站机械故障安全维修模式流程如下：

首先，拔出搅拌站控制柜主钥匙，切断主供电电源。确认电源切断后，维修人员打开安全门，进入搅拌站机械故障现场，监测安全门的状态变化。其次，结合上述提取到的机械故障多维特征，有针对性地对搅拌站各个部位的元件进行维修与修正。再次，检测维修后元件的运行工况，判断是否维修完工，若维修完工则发出完工确认信号。最后，插入搅拌站控制柜主钥匙，恢复电源供电，使水稳和沥青搅拌站投入生产；若维修结果合格，则重复维修与修正步骤，直至发出完工确认信号为止。

2 实验与分析

在将该机械故障诊断与维修方法应用于水稳和沥青搅拌站之前，需对该方法的可行性及诊断维修效果作出验证，确认该方法可达到预期效果后，方可投入搅拌站机械故障诊断与维修使用。为此开展了实验与分析。

2.1 工程概况

某高速公路工程全长为16.8km，双向4车道。其路面结构如下：上面层为细粒式沥青混凝土，中面层为中粒式沥青混凝土，下面层为粗粒式沥青混凝土；基层为水泥稳定碎石；底基层为级配碎石。

该高速公路工程的水稳搅拌站配套设备主要由配料供给、水泥供给、供水、搅拌、物料输送、成品储料、控制等系统组成。沥青搅拌站配套设备主要由冷料供给、干燥、燃烧、热料提升、筛分、热料储存、称量、搅拌、除尘、沥青储存供给、操作控制等系统组成。分别生产出符合高速公路质量标准的的路基或路面材料。

以沥青搅拌站为例，该搅拌站cb8636e4805047c12190f0f27c81a8c9在运行过程中，存在一定的故障隐患。为此按照本文所述搅拌站机械故障诊断与维修方法，对该搅拌站故障进行诊断和维修，通过检验维修结果，判定本文提维修方法的可行性。

2.2 实验方法

为了验证本文所述搅拌站机械故障诊断与维修方法的有效性，引入对比分析方法。将本文所述搅拌站机械故障维修方法设置为实验组，将文献[1]、文献[5]提出的故障维修方法，分别设置为对照组1与对照组2。选取该高速公路所用沥青搅拌站机械故障平均修复时间，作为此次实验的性能评价指标，计算公式如下：

T=Tm/Q （4）

式（4）中：T表示沥青搅拌站机械故障平均修复时

间；Tm表示沥青搅拌站机械总的故障时间；Q表示沥青搅拌站机械故障次数。通过计算得出机械故障平均修复时间，T值越小，说明该沥青搅拌站故障恢复性越好、维修性能越高，反之同理。

2.3 实验结果与分析

为了避免该沥青搅拌站机械故障维修实验结果存在偶然性，进行了多组实验。并利用MATLAB模拟软件，模拟3种维修方法的故障维修全过程，测定并计算3种维修方法的故障平均修复时间，绘制出故障平均修复时间对比结果，如图1所示。

通过图1所示的实验性能评价指标对比结果可知，在6组搅拌站故障维修实验中，本文提出的故障诊断维修方法均表现出了良好的性能优势，均能够在较短时间内完成故障维修，故障平均修复时间始终小于对照组1与对照组2提出的维修方法，平均修复时间最长不超过4s。由对比结果不难看出，本文所述高速公路水稳和沥青搅拌站机械故障维修方法的可行性更高，能够快速完成故障修复工作，提高高速公路工程建设施工的效率。

3 结束语

综上所述，为了提高高速公路水稳和沥青搅拌站运行的质量与效率，本文对机械故障的原因进行了分析，提出了搅拌站机械故障的诊断和维修方法。采用本文的诊断和维修方法，能够及时检测出搅拌站运行中潜在的机械故障隐患，有针对性地作出维修，在较短时间内完成搅拌站机械故障的修复工作，对保证搅拌站运行的效率、促进高速公路建设施工的顺利进行具有重要研究意义。

参考文献

[1] 王广齐.沥青混凝土路面施工机械设备的应用与维护管理研究[J].中国设备工程，2023（11）：251-253.

[2] 王广齐.沥青混合料搅拌设备除尘装置故障及处理方案研究[J].机械管理开发，2023，38（3）：226-228.

[3] 程军，范明洋，杨吉春，等.搅拌叶片表面原位合成TiC颗粒增强高锰钢复合层的制备及性能[J].机械工程材料， 2023，47（3）：37-41+47.

[4] 马登峰，孙家乐，宋娟娟.市政工程水泥混凝土道路沥青改造施工及设备探讨[J].中国设备工程，2023（5）： 242-244.

[5] 杨克斌.沥青拌合站机械设备的维护与保养探究[J].中国设备工程，2023（4）：72-74.

[6] 宋汉乾，李守贤，崔连庆.加强公路工程施工机械设备管理方法分析[J].运输经理世界，2022（30）：38-40.

[7] 姚鹏超，王浩然.沥青拌合站设备安装调试的质量控制措施分析[J].建筑机械，2022（4）：24-26.

[8] 张会传.沥青拌和站设备的安装与调试方法分析[J]. 中国设备工程，2021（6）：264-265.