CC BY
26
УДК 621.332.3: 621.315.66
В. Г. КУЗНЕЦОВ, О. М. ПОЛЯХ (Д11Т)
ОБГРУНТУВАННЯ ВИБОРУ Д1АГНОСТИЧНОГО ПАРАМЕТРА ДЛЯ В1БРОАКУСТИЧНОГО МЕТОДУ Д1АГНОСТУВАННЯ ЗАЛ130БЕТ0ННИХ ОПОР КОНТАКТНО? МЕРЕЖ1
Виконано наукове обгрунтування вибору д1агностичного параметра для нового методу д1агностування зал1зобетонних опор контактно! мереж! на ochobí середньо! шформацп про стан опори. Ключовi слова: контактна мережа, зал1зобетонна опора, в1броакустичне д1агностування
Проведено научное обоснование выбора диагностического параметра для нового метода диагностики железобетонных опор контактной сети на основе средней информации о состоянии опоры. Ключевые слова: контактная сеть, железобетонная опора, виброакустическая диагностика
The scientific substantiation of a selection of diagnostic parameter for a new method of diagnostics of ferroconcrete supports of an electric-traction network on the basis of the average information on a support condition is conducted.
Keywords: electric-traction network, ferro-concrete support, vibroacoustic diagnostics
Вступ
Несуч1 конструкци контактно! мереж!, до числа яких вщносяться зал1зобетонш опори, е вщповщальними нерезервованими елементами електрифшованих затзниць. Питаниям мщнос-т1 затзобетонних опор контактно! мереж! при-дшялась особлива увага як на стадп розробки I проектуванш, так 1 на стадп виготовлення 1 експлуатацп. Тому д1агностищ якосп опор прид1-ляеться велике значения.
Станом на 01.01.2009 р. в експлуатацп зна-ходиться 372 260 опор контактно! мереж!, з яких 95 554 - з1 строком служби понад 40 роюв. Наприклад, у 2008 р. замшено 2 598 опори - це всього 3 % вс1х опор, що експлуатуються понад нормативний термш 40 роюв. При такому темш обновления опор на зал1знищ !х вс1 можливо замшити тшьки через 37 роюв. Але за цей пер1-од практично ус! опори, яю е в експлуатацп, будуть перевищувати нормативний термш експлуатацп. Для того, щоб подовжити термш експлуатацп, опори необхщно визначити !! техшч-ний стан, а це можливо зробити тшьки завдяки неруйшвним методам д1агностики. Головною ланкою в реатзацп «адресно-вщновлювального ремонту» й «адресно! замши» опорних конс-трукцш займались таю вчеш: Белшов Н. В., Га-лочкш С. Г., Соболев А. В., Кондратьев П. А., Богданов Ю. В., Гунгер Ю., Тарасов А., Чернев В., Подольський В. Н.
Тому з кожним роком обсяги д1агностуван-ня опор зростають (у 2003 р. збшьшилось на 11,2 %, 2004 р. - 20,6 %, 2005 р. - 24,7 %, 2006 р. - 31 %, 2007 р. - 25,6 %,2008 р. - 30 % вщ загально! кшькосп опор) [1]. Зпдно з тех-нолопчними картами [2], встановлено норма-
thbhí витрати часу на д1агностування одше! затзобетонно! опори. Для бригади з трьох чо-лов1к нормативш термши для р1зних прилавдв обстеження наведено в табл. 1.
Таблиця 1
Нормативний термш на nepeeipKy одшеТ опори
Склад бригади Прилад
(три чоловши) АДО ДИАКОР УК-1401
Електромехашк, 1 чол. 1 1 1
Електромонтер 5 розряду, 1 чол. 1 1 1
Електромонтер 3 розряду, 1 чол. 1 1 1
Норма часу, людино-годин 3,69 3,2 3,0...3,96
3 наведених даних табл. 1 можна зробити такий висновок. Якщо робочий день роб1тника складае 8 годин, а середня норма часу на пере-в1рку одше! опори складае 3,4625 людиното-дин, то в середньому бригада д1агностуе за один робочий день 7 шт. опор, тобто, за мюяць (24 робочих дш) д1агностуе 168 шт. 3 ураху-ванням того, що за рш д1агностику опор вико-нувати можливо тшьки 6 мюящв (роботи з д1а-гностики опор не проводяться: шд час дощу та теля дощу три дш; зимою при м!нусовш температур!; в осшнш ! вес!нн!й перюди за наявно-сп сшгу), то кшьюсть обстежених опор буде складати 1008 шт. А за такого зростання кшькосп опор, що д1агностуються тими засобами, що е на затзнищ, практично д!агностувати яю-сно неможливо. Тому необх!дно розроблювати
© Кузнецов В. Г., Полях О. М., 2011
нов1 експрес-методи д1агностики, яю б змен-шили час д1агностики опори за рахунок змен-шення витрат пращ на вщкопування опори на 1 м при д1агностищ, а теля И д1агностики зако-пувати. Знайти 1 застосовувати нов1 д1агности-чш параметри д1агностування, яю б мютили таку шформатившеть про стан опори як юную-ч1 методи д1агностики, а то й вищу.
1снуюч1 методи д1агностики [3] мають ряд недолшв.
В1зуальний метод. Потребуе встановлення тимчасових розтяжок. Важко визначити дефекта, особливо на початковому перюд1 електрич-нш корозп, тому на практищ намагаються знайти яюсь шш1 ознаки корозп - наявнють глухого звуку при простукуванш, бур1 плями на повер-хш бетону. Така оцшка дуже умовна, бо не до-зволяе знайти винос металу на внутршшх час-тинах зал1зобетонних опор. Суб'ективний характер в1зуального контролю залежить тшьки вщ професшно! квал1ф1кацй експерта, що може привести до недоощнки небезпеки подальшо! експлуатацп або передчасно! замши опори. Метод не дозволяе отримати кшькюно! ощнки розвитку дефекпв, 1 е як часо-, так 1 працемют-ким.
1ндуктивний метод [4, 5]. Прилад склада-еться з трьох датчиюв, що е недолшом, кр1м того достатньо висока похибка (10 %) 1 можли-вють неправдивих показниюв у раз1 непостш-но1 товщини захисного шару бетону та змщен-ня арматурного каркаса, але найбшьший вплив здшенюе наявнють монтажних кшець та сшра-льно! арматури. Прилад 1ДА-2 стшко працюе лише при температурах вщ 0 до 30 °С.
Недолшом ультразвукового методу [6] е необхщнють безпосереднього доступу до пове-рхш бетону в шдземнш частиш. Не можна про-водити вим1рювання в дощ 1 зимову пору року, метод не поширений на випадки ощнки несучо! здатносп, коли И зниження вщбуваеться вна-слщок корозп арматури конструкцп. Необхщно враховувати вщомост1 додаткових обстежень. Результати дослщжень залежать вщ суб'ектив-них якостей, уважносп контролер1в, що ведуть пщрахунки.
Ус1 вищезгадаш методи потребують вщко-пування опор, як мш1мум на один метр нижче р1вня грунту, що значно пщвищуе трудови-трати.
Електрох1м1чний метод оцшки стану арматури без вщкопування опори е достатньо тру-домютким, на нього впливають перешкоди з1 сторони зовшшнього електричного поля вщ блукаючих струм1в. Це приводить до високого р1вня перебраковки, кр1м того, можливо пропу-
стити небезпечш опори у випадку повного руй-нування арматури та втрати електричного зв'язку з арматурою в шдземнш частиш. Струм поляризацп значний 1 джерело поляризацп мае велику масу (8...10 кг), що незручно при кори-стуванш на перегон!. Нема можливосп д1агнос-тувати опори, об'еднаш груповим заземлениям.
В1брацшний метод д1агностування мае ряд недолшв. Декремент коливань у великш м1р1 залежить вщ параметр1в грунту, способу закла-дення опори, вщхилень технолог!! виготовлен-ня опори, якост! бетону. Пом!тний вплив вияв-ляеться лише при значному прояв! процесу руйнування опори. Виникають труднощ! з д1аг-ностикою опор ¿з жорсткою 1 гнучкою поперечинами. Також, суттевим недолшом е трива-лють процесу збудження коливань у опорг
Враховуючи ус1 недолши юнуючих метод1в д1агностики, для розробки нового експрес-методу д1агностування необхщно обрати 1 об-грунтувати новий д1агностичний параметр. Для модершзацй обрано в1броакустичний метод
[9, 10].
Основна частина
Наукове обгрунтування д1агностичного параметра проведемо на основ1 поняття ентропп. В1броакустичний метод д1агностування мае ряд таких д1агностичних параметр1в: декремент згасання ампттуди; тривалють згасання звуко-вих коливань збурено! опори; частота опори теля виведення И з р1вноваги; розкид частот гармошк з максимальною ампттудою спектр1в збурено! опори. Стан опори В визначаеться спостереженням за шшим д1агностичним параметром В, який не напряму вщображае стан опори. Середню величину шформацп можливо визначити за формулою [7]:
^ (В) = Н(Я)-Н, (1)
де Н (В) - апрюрна ентрошя опори В;
Н ^В^ - ентрошя опори В теля того, як
стало вщомо про стан д1агностичного параметра В.
Обернене сп1вв1дношення також справед-ливе:
^ (В) = Н(В)-Н|||.
(2)
Зробивши припущення \ перетворення, ос-таточно отримаемо:
¿и (в ) = ££ Р( о1Б]) .1се2
¿=1 ]=\
Р(Р1Б])
Р( и) • Р(Б,)
(3)
Якщо об'екти и 1 Б незалежш, формулу можна переписати у виглядк
( в}
( в ^ Р
¿и (Б) = ЦР(А) • Р
¿=1 у=1
V и У
•^2
V и У
Р( Б,)
(4)
Отримане р1вняння служить для знаходжен-ня (Б) - середнього спод1вання значения шформацп, що мютиться в об'екп Б стосовно вс1х сташв об'екта и .
Для внбору й обгрунтування д1агностичного параметра проведено д1агностику 100 зал1зобе-тонннх опор контактно! мереж1, серед якнх бу-ло 94 справннх (Ц) та 6 несправннх (и2). Д1а-гностнчннй параметр Б умовно було подшено на два р1вш: Б1 справного та Б2 несправного сташв. Розрахункн проведемо з впщевказанимн д1агностичними параметрами. Для розв'язання ще! задач! потр1бно знайти:
- середню шформащю про стан зал1зобе-тонно1 опори за результатами д1агностич-ного параметра Б;
- величину шформацп про справний \ не-справний стани опори за результатами дослщжуваного параметра;
- величину шформацп про стан опори для кожного р1вня квантування стану д1агнос-тичного параметра.
Вихщш даш розподшу числа опор залежно вщ д1агностичного параметра подано в табл. 2 - 5.
Розрахунок виконаемо для д1агностичного параметра х, а для шших наведемо тшьки кш-цев1 результати.
1. Середня шформащя про стан опор з до-слщження д1агностичного параметра х:
Таблиця 2
Розподш числа опор залежно вщ декремента згасання амплггуди
Стан и1, Стан и2, Значения д1агностич-
шт. шт. ного параметра 5
90 2 В1 5 > 0,196
2 6 В2 5 < 0,196
Таблиця 3
Розподш числа опор залежно вщ часу згасання звукових коливань збуреноТ опори
Стан и1, шт. Стан и2, шт. Значения д1агностич-ного параметра ДГ, с
88 3 В1 ДГ > 2,1 с
3 6 В2 ДГ < 2,1 с
Таблиця 4
Розподш числа опор залежно вщ частоти збуреноТ опори
Стан и1, шт. Стан и2, шт. Значения д1агностич-ного параметра /, Гц
86 4 В1 / > 800 Гц
4 6 В2 /< 800 Гц Таблиця 5
Розподш числа опор залежно вщ розкиду частот гармошк з максимальною амплггудою спектр!в збуреноТ опори
Стан и1, шт. Стан и2, шт. Значения д1агностич-ного параметра х, Гц
92 1 В1 х < 400 Гц
1 6 В2 х > 400 Гц
2 2
( Б ) = УУ Р( и • Б,) •log2 Р (ЦБ]) = — (0,92 • и 7~! м Р(и) • Р(Бу) ^2 0,93 • 0,92
п ш , 0,01 0,01 , 0,06 „„^
+ 0,01- ^---+ 0,01- ^---+ 0,06 • ^---= 0,245.
0,93 • 0,01
0,07 • 0,92
Для х - (Б) = 0,245;/- (Б) = 0,136; Дг -(Б) = 0,164; 5 - (Б) = 0,198.
2. Величина шформацп про справний стан опори:
¿т (Б ) = ! Р
у=1
0,07 • 0,07 log2
( Б ^
V и у
Р (иБ1)
Р( Б у) • Р( Д) 0,92 0,01 0,01
1е2 ^ 0,93 0,93 • 0,92 0,93 = 0,059.
lg
0,93 • 0,07
Для х - JD1 (В) = 0,059;/ - (В) = 0,031; А( -JD1 (В) = 0,037; 5 - JD1 (В) = 0,046 .
3. Величина шформацп про несправний стан опор:
^П 2 ( В ) = £ Р
] =1
( В ^
V П2 У
Р ( П2 В )
Р( В,) • Р(П2)
0,01
1
0,01
18-
0,06
= -!-1 ^-18 182 ^ 0,07 0,07 • 0,07 0,07 0,07 • 0,07
= 2,712.
Для х - JD2 (В) = 2,712; f - 3П2 (В) = 1,083; М -3П2 (В) = 1,443 ; 5 - 3П2 (В) = 1,952 .
Результата розрахунюв шформацп JПi (В}) зведено в табл. 6.
Таблиця 6 Результата розрахуншв шформацп JП¡ (BJ)
В. )
П В В2
X / м 5 X f М 5
П 8 8 о 3 8 о 5 8 о 7 8 о ,133 ,468 ,483 0,47
,0 ,0 ,0 ,0 - - - -
П2 - 0,029 - 0,056 - 0,048 - 0,041 0,166 1,551 1,926 1,422
Анатзуючи результати розрахунюв, можна наочно оцшити шформацшну цшшсть кожного д1агностичного параметра. Як видно з розраху-нку середньо! шформацп про стан затзобетон-них опор контактно! мереж1 з дослщження д1а-гностичного параметра х (розкид частот гармо-шк з максимальною ампттудою спектр1в збу-рено! опори), JП (В) = 0,245 е бшьшим вщ
шших д1агностичних параметр1в, тому вибира-емо його як д1агностичний параметр нового методу д1агностування.
Висновок
На основ! проведених розрахунюв параметр х (розкид частот гармошк з максимальною амп-лпудою спектр1в збурено! опори) е самим ш-формативним (середня шформащя про стан
затзобетонних опор JП (В) = 0,245). Тому цей
параметр можна рекомендувати для розробле-ного експрес-методу д1агностики [8 - 10].
1.
= 2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Б1БЛ10ГРАФ1ЧНИИ СПИСОК
Анал1з роботи господарства електрифшацп та електропостачання в 2008 рощ [Текст] / Мш-трансзв'язку Украши. - К., 2009. - 182 с. Технолопчш карти на роботи по утриманню та ремонту пристро1в контактно! мереж! електри-фшованих зал1зниць [Текст]. - Кн. II. Техшчне обслуговування та поточний ремонт. ЦЕ-0003: Затв.: Наказ Укрзал!знищ № 347Ц ввд 26.06.01 / Мшстерство транспорту Украши. - К., 2001. -384 с.
Сердннов, С. М. Повышение надежности устройств электроснабжения электрифицированных железных дорог [Текст] / С. М. Сердинов. -М.: Транспорт, 1985.
Вайнштейн, А. Л. Коррозионные повреждения опор контактной сети [Текст] / А. Л. Вайнштейн, А. В. Павлов. - М.: Транспорт, 1988. Вайнштейн, А. Л. Совершенствование методов оценки коррозионного состояния железобетонных опор [Текст] / А. Л. Вайнштейн. - М., 1990. Указания по техническому обслуживанию опорных конструкций контактной сети К-146-96 [Текст]. - М.: Трансиздат, 1996. Надшшсть \ д1агностика пристро!в тягового електропостачання [Текст] : навч. поабник /
B. Г. Кузнецов [та ш] - Д.: Маковецький, 2009. - 248 с.
Пат. 33089 Украша, МПК7 В60М 1/00. Споаб визначення стану зал1зобетонно! опори контактно! мереж! [Текст] / О. М. Полях , В. Г. Кузнецов; заявник \ власник Дшпропетр. нац. ун-т зал1зн. трансп. и 2008 01473; заявл. 05.02.08; опубл. 10.06.08, Бюл. № 11. Кузнецов, В. Г. Визначення науково обгрунто-ваного значения д1агностичного параметру при в1броакустичному метод! д!агностики заль зобетонних опор [Текст] / В. Г. Кузнецов, О. М. Полях // Зал!зн. трансп. Украши. - 2008. -№ 2. - С. 46-50.
10. Кузнецов, В. Г. Визначення необхвдно! шлько-еп зам!р!в для вдосконаленого в!броакустично-го методу д!агностики зал!зобетонних опор контактно! мереж! [Текст] / В. Г. Кузнецов, О. М. Полях // Вюник Дн!пропетр. нац. ун-ту зал!зн. трансп. !м. акад. В. Лазаряна. -2008. - № 20. - Д.: Вид-во ДНУЗТ, 2008. -
C. 58-62.
Надшшла до редколегп 04.11.2010.
Прийнята до друку 10.11.2010.
