книги / Совершенствование метода вибродиагностики технического состояния элементов дорожных конструкций и кольцевых стендов

Мнение экспертов

u1 u2 … un l1

l2

…

lm

Введем следующие обозначения: K – количество экспер-

мента u i свойств нечеткого множества l j . По результатам опроса экспертов степени принадлежности нечеткому множеству

K ____

k=1,K

Чтобы построить функции принадлежности термов «плохое», «среднее», «хорошее», используемых для лингвистической оценки переменной «техническое состояние дороги» по одному параметру – интегральному диагностическому признаку ∆, опрошено пять экспертов.

Результаты опроса пяти экспертов приведены в табл. 3.1. Результаты обработки экспертных мнений представлены

в табл. 3.2.

121

Таблица 3.2 Результаты обработки мнений экспертов

Числа в верхнем части строки – это количество голосов, отданных экспертами за принадлежность нечеткому множеству соответствующего элемента универсального множества. Числа внизу строки – степени принадлежности. Графики функций принадлежностей показаны на рис. 3.3.

Рис. 3.3. График функций принадлежности нечетких множеств

123

Анализируя полученные графики, получаем определение лингвистической переменной «техническое состояние дороги» по принятому диагностическому признаку в соответствии с экспертными оценками. Если значение диагностического признака среднеквадратичного значения виброскорости составляет 0…3,5 мм/с, то состояние автомобильной дороги «плохое», если значение диагностического признака составляет 0…10,5 мм/с, то состояние «среднее», если диагностический признак 10,5 мм/с и выше, то состояние «хорошее».

Выводы по гл. 3

Диагностика дорожных одежд с применением расчета разницы площадей спектров виброскорости в сочетании с методом нечеткой логики и использованием экспертных оценок дает возможность создать перспективную рабочую технологию для контроля технического состояния транспортного сооружения.

Получено определение лингвистической переменной «техническое состояние дороги» с точки зрения теории нечетких множеств по принятому диагностическому признаку в соответствии с экспертными оценками. Если значение диагностического признака составляет 0…3,5 мм/с, то состояние автомобильной дороги «плохое», если значение диагностического признака составляет 0…10,5 мм/с, то состояние «среднее», если диагностический признак 10,5 мм/с и выше, то состояние «хорошее».

124

Глава 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕТОДА ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ДОРОЖНЫХ КОНСТРУКЦИЙ И КОЛЬЦЕВЫХ СТЕНДОВ НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ СИСТЕМ ВИБРОДИАГНОСТИКИ

4.1. Цели и задачи эксперимента

Для реализации и подтверждения разработанных теоретических основ экспресс-диагностики дорожной одежды была поставлена серия экспериментальных исследований [8–11].

Основные задачи проведения экспериментальных исследований сформулированы следующим образом:

1)убедиться в формировании необходимого и достаточного уровня вибрации при отклике покрытия на проезд автомобильного транспорта;

2)выбрать условия (тип, масса и скорость движения эталонного транспортного средства) проведения измерения спектров виброскорости для создания методики определения технического состояния дорожной конструкции;

3)показать зависимость изменения спектров виброскорости от технического состояния дороги;

4)сравнить результаты эксперимента с данными отчетов Дорожного комитета Пермского края на исследуемых участках.

4.2. Подбор условий проведения эксперимента

Для решения указанных задач была поставлена серия экспериментальных исследований на нескольких участках автомобильной дороги, соответствующих и не соответствующих требованиям действующих нормативов (согласно отчетам Дорожного комитета).

Всего проведено двенадцать замеров. Шесть замеров проводилось с использованием легкового автомобиля Toyota массой 1450 кг с разными скоростями: 30, 60 и 90 км/ч – на пло-

125

хом и хорошем участках. Шесть замеров выполнено с использованием грузового автомобиля КамА3 5511, массой 9150 кг на тех же скоростях и участках, что и исследования с легковым автомобилем. Разные типы и скорость движения автомобилей предназначены для установления наиболее адекватных условий определения технического состояния дорог.

4.3.Аппаратное обеспечение

Вкачестве аппаратного обеспечения измерений был выбран мобильный комплекс, состоящий из портативного виброанализатора «Вибран-2» регистрационный номер 069, производства Челябинского научно-производственного предприятия «Карат», специализирующегося на разработке и изготовлении приборов неразрушающего контроля и измерительной техники, а также подключенного к нему ноутбука (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Аппаратное обеспечение эксперимента

Связь виброанализатора с компьютером осуществляется по шине USB. Питание прибора – от встроенных аккумуляторных батарей.

126

Прибор «Вибран-2» предназначен для вибродиагностики конструкций, фундаментов, оснований, мостовых сооружений, строительных изделий, абразивов, вибрационного оборудования, двигателей, турбин, вентиляторов и т.п., а также для анализа реакции конструкций на ударное воздействие. Прибор позволяет выполнять анализ виброколебаний по одной пространственной координате, а также:

–производить запись виброколебаний (в задаваемых временных рамках с автоматическим запуском по выбранному пороговому уровню) и получать их разложение по 200 линиям спектра;

–просматривать на дисплее форму сигналов и их спектр;

–сохранять до 160 выборок виброколебаний и их спектральный состав;

–производить пересылку через USB-порт и дополнительную компьютерную обработку записанных реализаций процессов виброколебаний, осуществлять октавный и третьоктавный анализ;

–выполнять усреднение спектров;

–получать результаты измерений по виброскорости, виброперемещению и виброускорению в виде среднеквадратических и амплитудных значений.

«Вибран-2» представляет собой компактный электронный блок в пластмассовом корпусе со встроенным монохромным ЖК-дисплеем с подсветкой и влагонепроницаемой клавиатурой. Виброанализатор оснащен малогабаритным пьезокерамическим датчиком виброскорости ВД-2.0, имеющим магнитное основание и съемный щуп. Принцип работы пьезокерамических вибродатчиков заключается в генерации электрических импульсов пьезоэлементом под воздействием инерционных сил сердечника, возникающих при воздействии внешних сил на металлический корпус датчика. Пьезоэлемент жестко закреплен по краям с опорным стаканом, и в результате воздействия сердечника пластины пьезоэлемента изгибаются, создавая при

127

этом электрический сигнал, пропорциональный внешнему воздействию.

Прибор поставляется с программным обеспечением «Виб- ран-2», которое устанавливается на персональный компьютер и позволяет загружать данные измерений в компьютер, обрабатывать их и экспортировать во внешние программы (например, Excel) для дальнейшей обработки и представления в удобном виде (табл. 4.1).

Для приведения мобильного виброизмерительного комплекса в рабочее состояние достаточно подключить вибродатчик, соединив разъем с электронным блоком, подключить прибор к ноутбуку через кабель USB и включить питание. После запуска соответствующего программного обеспечения и установки вибродатчика комплекс полностью готов к работе. Заряда аккумуляторных батарей хватает примерно на 3 ч интенсивной работы, но при использовании внешнего источника питания, например от автомобильного аккумулятора через прикуриватель, время работы виброизмерительного комплекса не ограничено.

Таблица 4.1 Технические характеристики виброанализатора «Вибран-2»

128

К основным преимуществам мобильного виброизмерительного комплекса можно отнести:

–точность измерения;

–широкий диапазон амплитуд и частот измеряемых коле-

баний;

–компактность оборудования;

–автономное питание обеспечивает достаточную мобиль-

ность;

–простота соединения блоков и датчика, что позволяет быстро привести оборудование в рабочее состояние;

–широкий диапазон климатических условий для использования оборудования;

–полностью цифровой вид получаемой информации дает возможность быстро обработать, проанализировать и сохранить данные;

–относительно невысокая стоимость оборудования;

–возможность мгновенной компьютерной обработки получаемых данных.

4.4.Исследование состояния участка автомобильной дороги методом разницы площадей спектров виброскорости

Для проведения исследований была выбрана автомобильная дорога Кукуштан – Чайковский, соответствующая II категории. Использовался отчет по техническому состоянию данной автомобильной дороги, подготовленный Дорожным комитетом Пермского края. На указанном участке были выбраны две контрольные точки. Одна из точек – 5-й км дороги – не соответствует требованиям по дефектам покрытия (балл < 2,5 по ОДН-218). Участок содержит поперечные трещины покрытия по всей ширине проезжей части. Ровность участка соответствует требованиям. По результатам контроля состояния этой точки Дорожным комитетом назначена вторая очередь ремонта на протяжении 800 м, в которые попадает выбранная точка (рис. 4.2–4.5).

129