Обоснование необходимости проведения диагностики

Обоснование необходимости проведения диагностики

Сеть современных автомобильных дорог любого развитого государства создавалась в течение многих десятков лет. Ав­томобильные дороги являются важнейшим элементом транс­портной системы государства, непосредственно влияют на его экономическое, социальное и культурное развитие, акти­визируют международный обмен и торговлю.

Страна	На 1000 жителей	На 1000 км^2 территории
Беларусь	7,6
Германия	7,8
Казахстан	11,4

В настоящее время в большинстве стран дорожная сеть сформирована и имеет значительную протяженность. Для сравнения сети дорог в различных странах принято исполь­зовать такие показатели, как протяженность дорог на 1000 жителей и протяженность дорог на 1000 км²

Одной из отличительных особенностей дороги как инже­нерного сооружения является постоянное, не прекращающее­ся с момента начала строительства агрессивное воздействие окружающей среды и автомобильного транспорта, которое иногда может превышать расчетные значения как по длитель­ности, так и по интенсивности. Все это приводит к различ­ным видам повреждений дорог, в первую очередь дорожного покрытия.

Любые повреждения ухудшают потребительские свойства дорог — их ровность, сцепные свойства, светотехнические ха­рактеристики. По плохим дорогам некомфортно ездить, на них ускоренными темпами изнашивается подвижной состав, сни­жается средняя скорость передвижения. Это ведет к росту за­трат пользователей дорог, потерям времени на доставку грузов и пассажиров, т.е. оборачивается экономическими потерями, составляющими в масштабах страны значительные суммы.

Единственный способ противостоять потерям — ремонт до­рог. Здесь мы сталкиваемся с другой особенностью дорог — высокой материалоемкостью и, следовательно, высокой стои­мостью ремонтов. Так, для того чтобы отремонтировать 1 км дороги IV категории, потребуется в среднем 150 ООО долла­ров США, а стоимость ремонта 1 км дороги I категории выше в несколько раз. Для ремонта даже трети дорог потребуется сумма, превышающая все золотовалютные запасы страны.

В этих условиях возникает ряд сложных вопросов. Какие дороги следует ремонтировать? Если ремонтировать, то какой вид ремонта выполнять? Где проводить ремонт в первую очередь, а где его можно отложить на более поздний срок?

Традиционно основой инженерной деятельности в дорож­ном секторе являются проектирование и строительство но­вых автомобильных дорог. Строительная деятель­ность обычно включает в себя проекты с определенным нача­лом и окончанием работ; ремонт и содержание, наоборот, про­цесс постоянный. В то время как при проектировании и строи­тельстве основными являются инженерные проблемы, ремонт и содержание — преимущественно управленческая проблема.

. По результатам существую­щих исследований известно, что каждый рубль, вложенный в дорожное хозяйство, приносит народному хозяйству при­близительно 170 рублей прибыли за счет сокращения экс­плуатационных затрат транспортных средств; увеличения срока службы; улучшения транспортных услуг населению (повышение его жизненного и культурного уровня); сокра­щения числа погибших и раненых в дорожно-транспортных происшествиях; развития сельского хозяйства благодаря обес­печению сельских населенных пунктов дорогами с твердым покрытием.

Существенной проблемой является несоответствие факти­ческой несущей способности сети дорог реальным транспорт­ным нагрузкам. В соответствии с Европейскими стандартами магистральные дороги должны обеспечивать пропуск транс­портных средств с нагрузкой 11,5 тонны на одиночную ось. Фактически же многие дороги не отвечают этим требовани­ям.

Эту задачу помогает решить диагностика дорог, результа­ты которой позволяют оценить состояние сети дорог, опреде­лить потребность средств на ремонты, оптимально распреде­лить средства

Взаимодействие дороги и автомобиля

При движении автомобиля вдоль дороги происходит его пространственное перемещение как поступательное, так и вращательное. При этом возникают вертикальные силы, вызывающие деформацию дорожного покрытия, и касательные усилия, наиболее значительные при разгоне и торможении автомобиля в зоне контакта шины колеса с дорожным покрытием, вызывающие относительное смещение верхних слоев дорожного покрытия.

Особенно сложным является движение автомобиля на подходах к кривым в плане и на самих кривых, в пределах которых автомобиль совершает вращательное движение вокруг вертикальной оси.

На таких участках возникают боковые силы, действующие как на автомобиль, так и на верхний слой дорожного покрытия и оказывающие большое влияние на устойчивость автомобиля. В связи с этим кривые в плане и подходы к ним проектируют в первую очередь из условия обеспечения устойчивого движения автомобиля, предупреждения его опрокидывания и заноса. Таким образом, при движении автомобиля по дороге действует система сил, разных по направлению и величине.

Для предупреждения появления больших вертикальных усилий, оказывающих отрицательное воздействие на подвеску автомобиля и на дорожную одежду, вертикальные вогнутые кривые проектируют по возможности больших радиусов.

Траектория и скоростной режим автомобиля во многом зависят от того, насколько детально учтены при проектировании элементов автомобильных дорог психофизиологические характеристики водителя.

Если водитель не имеет затруднений в оценке направления дороги, он правильно выбирает траекторию движения автомобиля на проезжей части и скоростной режим.

Ошибки в действиях водителя, особенно при узкой проезжей части, приводят к тому, что автомобиль заезжает на обочину, тем самым разрушая кромку проезжей части, обочину и само дорожное покрытие.

Большое значение имеет поддержание высокой ровности дорожного покрытия, позволяющей снизить отрицательное воздействие автомобиля на покрытие. Наличие неровностей вызывает колебания автомобиля, вредные для человека, дорожного покрытия и самого автомобиля. Неожиданный наезд автомобиля на большой скорости на неровность может привести к разрушению дорожного покрытия и поломке конструктивных элементов автомобиля.

Особенно ухудшается взаимодействие колеса с дорогой при наличии водяной пленки на поверхности дорожного покрытия. Ухудшается сцепление шины колеса с дорожным покрытием, а при высоких скоростях (более 80 км/ч) возникает так называемое явление аквапланирования, заключающееся в образовании водяного клина между передними колесами автомобиля и поверхностью дорожного покрытия; при этом передние колеса автомобиля приподнимаются и автомобиль теряет управляемость.

Появление большегрузных и скоростных грузовых автомобилей привело к неприятному для водителей легковых автомобилей явлению при движении по влажному покрытию - возникновению водяного облака.

Для предупреждения появления вокруг грузового автомобиля водяного облака устраивают покрытие из дренирующего асфальтобетона - покрытие, в которое уходит часть воды из зоны контакта шины колеса с дорожным покрытием.

Несомненно, что воздействия автомобиля на дорожные сооружения усиливаются при неблагоприятных погодных условиях и плохом обеспечении отвода воды от дороги и ее сооружений, при этом существенно увеличивается износ дорожного покрытия и дорожной одежды в целом.

Измерение упругого прогиба нежестких дорожных одежд.

Различают два метода измерения упругих прогибов: статический и динамический.

Статический метод.

При статическом методе определяют величину упругого прогиба от действия статической нагрузки, передаваемой на покрытие через гибкий штамп.

Для проведения измерений применяют установку, включающую:

□ гибкий штамп с нагрузкой Q - 50 ± 0,5 кН, эквивалентным диаметром отпечатка на покрытии дорожной одежды 33 ± 3 см и давлением в колесе 0,6 ± 0,05 мПа;
прогибомер длиннобазовый типа ПД, с диапазоном измерения прогибов 20 мм, погрешностью измерения 0,02 мм;

□ индикатор часового типа, с диапазоном измерения до 10 мм, ценой деления 0,01 мм;

□ термометр ртутный стеклянный, с диапазоном измерения 55 °С, ценой деления 1 °С;

□ рулетку измерительную металлическую;

□ манометр шинный ручного пользования, с диапазоном измерения 1,0 МПа, ценой деления 0,01 мПа;

□ глицерин;

□ воду.

□

□

Рис. ЗЛ. Схема проведения испытаний по измерениюупругого прогиба: 1 — гибкий штамп; 2 — термометр; 3 — прогибомер; 4 — индикатор часо­вого типа; 5 — опорная подкладка; 6 — смесь глицерина с водой; 7 — опора прогибомера; — длина грузового плеча; п₂ — длина измерительного плеча

Измерения следует проводить на полосе наката (от 1 до 1,5 м от края проезжей части). Глубина оттаивания грунтов земляного полотна в весенний период должна составлять более 40 см. Температура покрытия при измерениях — от 0 до 50 °С.

Подготовка к проведению измерений.

1. Определить границы характерных участков — длины характерных участков следует принимать протяженностью от 0,5 до 3 км.

2. Определить с помощью рулетки местоположение точек измерения упругого прогиба на характерном участке — расстояние между испытываемыми точками должно быть не бо­лее 50 м.

3. Установить гибкий штамп на точку измерения упругого прогиба.

4. Сделать отверстие в покрытии глубиной 3...4 см на рас­стоянии не более 1 м от точки измерения, заполнить его сме­сью воды и глицерина 3:1, вставить термометр, снять пока­зания температуры и занести в таблицу (табл. 3.5).

Проведение измерений.

1. Установить опору прогибомера по центру между спа­ренными колесами гибкого штампа.

2. Установить опорную подкладку под стержень индикатора часового типа таким образом, чтобы показания на шкале были в пределах 0,2...0,7 мм.

3. Выдержать автомобиль на точке до тех пор, пока отсчет по индикатору (i₀) не будет изменяться.

4. Значение отсчета зафиксировать с точностью до 0,01 мм и занести показания в таблицу (табл. 3.5).

5. Продвинуть автомобиль вперед на расстояние не менее 5 м.

6. Дождаться, пока отсчет по индикатору (ij) после съезда автомобиля с точки не будет изменяться, значение его зафик­сировать и занести показания в таблицу (табл. 3.5).

Аналогично выполняют измерения на следующих точках характерного участка. Количество измерений на характерном участке должно быть не менее 10.

При обработке результаты измерений следует сгруппиро­вать по каждому характерному участку. При длине харак­терного участка более 1 км результаты измерений группиру­ют по каждому километровому участку отдельно.

Обработка результатов.

Производится по формулам.

 

ДИНАМИЧЕСКИЙ МЕТОД.

При динамическом методе определяется величина упруго­го прогиба от действия динамической нагрузки, передавае­мой на покрытие через гибкий или жесткий штамп.

Для проведения измерений применяют установку, вклю­чающую:

□ гибкий штамп с эквивалентным диаметром отпечатка в ди­намике 37 ± 1 см и давлением в колесе 0,6 ± 0,05 МПа или же­сткий штамп с диаметром 33 ± 1 см с нагрузкой 50 ± 0,5 кН;

□ устройство управления процессом, регистрации резуль­татов измерений и их записи;

□ устройство создания и измерения величины нагрузки;

□ устройство измерения упругих прогибов с диапазоном измерения 2 мм и точностью 0,02 мм;

□ рабочее программное обеспечение;

□ устройство измерения расстояния с точностью до 2 %;

□ устройство измерения температуры покрытия с диапа­зоном измерения 55 °С и точностью 1 °С;

□ манометр шинный ручного пользования (для гибкого штам­па) с диапазоном измерения 1 МПа, ценой деления 0,01 МПа;

□ глицерин;

□ воду.

Схема проведения испытаний приведена на рис. 3.2.

Условия проведения измерений аналогичны приведенным выше для статического метода.

Перед проведением измерений необходимо выполнить те же подготовительные работы, что и при использовании статиче­ского метода. Дополнительно следует активизировать рабо­чую программу для проведения измерений. Расстояние меж­ду точками измерения упругого прогиба определяются с по­мощью устройства измерения расстояния. Показания темпе­ратуры покрытия фиксируются автоматически.

Проведение измерений.

1. Опустить штамп на испытываемую точку.

Настроить оборудование на требуемую величину на­грузки путем пробного сбрасывания груза на штамп.

 

Рис. 3.2. Схема проведения испытания динамическим методом:

а — жесткий штамп; б — гибкий штамп; 1 — груз; 2- амортизатор; 3 — штамп; 4 — траверса; 5 — устройство для регистрации величины упругого прогиба; 6 — устройство для регистрации нагрузки; 7 — устройство управления процессом, регистрации результа­тов измерений и их записи; 8 — устройство регистрации температуры по­крытия

2. Выполнить три измерения упругого прогиба в одной точке.

3. Проконтролировать результаты записанных измерений.

Результаты измерений записываются и сохраняются авто­матически с помощью программного обеспечения.

Обработку измерений выполняют по формулам. Величину прогиба на каждой точке определяют как среднее арифметическое значение из трех измерений.

 

Метод торможения автомобиля

При отсутствии динамометрических прицепов степень скольз­кости оценивается методом торможения автомобиля на мокрых покрытиях. Тормозной путь определяют на прямых горизон­тальных участках дороги при отсутствии сильного ветра и за­крытом движении на участке измерений. Непосредственно пе­ред каждым измерением коэффициента сцепления дорожное покрытие должно быть искусственно увлажнено так, чтобы обеспечить на покрытии расчетную пленку толщиной I мм.

Метод отрицательного ускорения.

Автомобиль разгоняют до скорости 50 км/ч, отключают трансмиссию и производят торможение. Значение возникающего при этом отрицательного ускорения считывают с показаний деселерометра.

Вычисляют среднее значение отрицательных ускорений в каждом направлении движения:

а_ср= ,

где п-число замеров, а_i –ускорение при i-м замере

Затем определяют расчетное значение отрицательного ус­корения. Оно принимается как среднее арифметическое из­мерений по ходу и против хода километража:

а= ,

Коэффициент сцепления вычисляют по формуле

φ=a/g ±i

где i — уклон участка, доли единицы.

 

Отказы и их виды

Отказом называется событие, при котором нарушается работо­способное состояние объекта вследствие недопустимого изменения его параметров или свойств под влиянием внутренних физико-химических процессов или внешних механических, климатических или иных воздействий. Критерии отказа зависят от особенностей и характера рассматриваемого объекта, однако во всех случаях под ними следует понимать признаки или совокупность признаков на­рушения работоспособного состояния объекта, установленные в нормативно-технической (проектной) документации.

Причинами отказа являются явления, процессы, события и со­стояния, вызвавшие возникновение отказа. Последствия отказа мо­гут быть самые различные в зависимости от объекта и значимости отказа. Отказы классифицируются по ряду признаков - уровню прямых и косвенных потерь, трудоемкости восстановления работо­способности и т.п. Критичность отказа - это совокупность призна­ков, характеризующих последствия отказа.

Для определения отказов используются следующие термины (рис. 9.28):

Критический отказ – отказ, при котором дальнейшая эксплуа­тация объекта может привести к опасным последствиям.

Ресурсный отказ - отказ, в результате которого объект достига­ет предельного состояния.

Независимый отказ - отказ, не обусловленный другими отказами. Зависимый отказ - отказ, обусловленный другими отказами. Внезапный отказ - отказ, характеризующийся скачкообразным изменением одного или нескольких параметров.

Постепенный отказ — отказ, возникающий в результате посте­пенного изменения значений одного или нескольких параметров объекта.

Промежающий отказ - многократно возникающий, самоустра­няющийся отказ одного и того же характера.

Явный отказ - отказ, обнаруживаемый визуально или штатны­ми методами и средствами контроля и диагностирования при под­готовке объекта к приемке в эксплуатацию.

Скрытый отказ - отказ, не обнаруживаемый визуально, штат­ными методами и средствами контроля, диагностированием, но вы­явленный при проведении технического обслуживания или с помо­щью специальных методов исследования.

Конструктивный отказ - отказ, возникающий по причине, свя­занной с несовершенством или нарушением установленных правил и норм проектирования и конструирования.

Производственный отказ - отказ, возникающий по причине, связанной с несовершенством или нарушением установленного про­цесса строительства или ремонта объекта.

Эксплуатационный отказ - отказ, возникающий по причине, связанной с нарушением установленных правил и условий эксплуа­тации.

Деградационный отказ - отказ, обусловленный естественными процессами старения, изнашивания, коррозии и усталости при со­блюдении всех установленных правил и норм проектирования, строительства и эксплуатации.

Отказы автомобильных дорог и отдельных их сооружений име­ют решающее значение при определении надежности и долговечно­сти покрытий. Специфика эксплуатации дорог требует особого под­хода как в установлении отказов, так и в определении надежности. В этом направлении необходимо продолжить исследования.

 

Исходные данные системы управления и принципы ее построения

Сбор исходных данных — процесс достаточно сложный, отличающийся большими затратами трудовых и материальных ресурсов. По этой причине важно, чтобы исходные данные не собирались ради сбора, а способствовали достижению целей, стоящих перед системой управления.

данные должны иметь отношение к решениям, которые принимаются на их основе, т.е. они должны способствовать достижению целей системы управления;

данные должны быть надежными, поскольку их надежность данных определяет надежность принимаемых решений; данные должны соответствовать имеющимся средствам. Не следует собирать данные, сбор которых невозможно оплатить. Кроме того, необходимо соотносить стоимость данных со стоимостью тех решений, которые принимаются на их основе

данные должны соответствовать существующим и прогнозируемым потребностям и имеющимся ресурсам.

Не все данные равнозначны для системы управления.

На первый взгляд может показаться необоснованным то, что коэффициент сцепления имеет такой низкий приоритет использования. Этот факт, однако, можно объяснить, если учесть, что данный показатель имеет очень небольшую скорость изменения с течением времени. Кроме того, участки с необеспеченным коэффициентом сцепления в подавляющем большинстве случаев перекрываются ремонтами, назначенными по более значимым показателям, например по ровности или дефектности покрытия.

Задачи диагностики ТЭС

Задачами диагностирования являются проверки работоспособности и правильности функционирования рассматриваемого объекта и поиск дефектов, нарушающих их. Диагностирование состояния дороги осуществляется различными средствами, которые могут быть аппаратными или программными; в качестве средств при диагностировании могут также выступать человек-оператор, контролер- эксперт и т.п.

Средства и дорожный объект образуют систему диагностирования. Различают системы тестового и функционального диагностирования.

Задачи диагностики транспортно-эксплуатационного состояния:

• сбор объективной информации о транспортно-эксплуа- тационном состоянии и технико-эксплуатационном качестве автомобильных дорог;

• оценка транспортно-эксплуатационного состояния дорог с определением участков, подлежащих ремонту, и выявление причин этого несоответствия требованиям;

• прогнозирование изменения состояния автомобильных дорог и разработка рекомендаций по повышению их транс- портно-эксплуатационного состояния с определением видов и объемов работ;

• планирование дорожных работ с учетом полного и ограниченного финансирования;

• формирование автоматизированного банка дорожных данных, включающего обработку, хранение и выдачу информации о транспортно-эксплуатационном состоянии сети автомобильных дорог.

Основные диагностические характеристики дорог:

• прочность дорожной одежды;

• индекс неровности покрытия;

• шероховатость поверхности покрытия;

• сцепные качества покрытия;

• цветовая однородность;

• инженерная обустроенность;

• снеговая защищенность;

• дефектность покрытия.

Обоснование необходимости проведения диагностики

Сеть современных автомобильных дорог любого развитого государства создавалась в течение многих десятков лет. Ав­томобильные дороги являются важнейшим элементом транс­портной системы государства, непосредственно влияют на его экономическое, социальное и культурное развитие, акти­визируют международный обмен и торговлю.

Страна	На 1000 жителей	На 1000 км^2 территории
Беларусь	7,6
Германия	7,8
Казахстан	11,4

В настоящее время в большинстве стран дорожная сеть сформирована и имеет значительную протяженность. Для сравнения сети дорог в различных странах принято исполь­зовать такие показатели, как протяженность дорог на 1000 жителей и протяженность дорог на 1000 км²

Одной из отличительных особенностей дороги как инже­нерного сооружения является постоянное, не прекращающее­ся с момента начала строительства агрессивное воздействие окружающей среды и автомобильного транспорта, которое иногда может превышать расчетные значения как по длитель­ности, так и по интенсивности. Все это приводит к различ­ным видам повреждений дорог, в первую очередь дорожного покрытия.

Любые повреждения ухудшают потребительские свойства дорог — их ровность, сцепные свойства, светотехнические ха­рактеристики. По плохим дорогам некомфортно ездить, на них ускоренными темпами изнашивается подвижной состав, сни­жается средняя скорость передвижения. Это ведет к росту за­трат пользователей дорог, потерям времени на доставку грузов и пассажиров, т.е. оборачивается экономическими потерями, составляющими в масштабах страны значительные суммы.

Единственный способ противостоять потерям — ремонт до­рог. Здесь мы сталкиваемся с другой особенностью дорог — высокой материалоемкостью и, следовательно, высокой стои­мостью ремонтов. Так, для того чтобы отремонтировать 1 км дороги IV категории, потребуется в среднем 150 ООО долла­ров США, а стоимость ремонта 1 км дороги I категории выше в несколько раз. Для ремонта даже трети дорог потребуется сумма, превышающая все золотовалютные запасы страны.

В этих условиях возникает ряд сложных вопросов. Какие дороги следует ремонтировать? Если ремонтировать, то какой вид ремонта выполнять? Где проводить ремонт в первую очередь, а где его можно отложить на более поздний срок?

Традиционно основой инженерной деятельности в дорож­ном секторе являются проектирование и строительство но­вых автомобильных дорог. Строительная деятель­ность обычно включает в себя проекты с определенным нача­лом и окончанием работ; ремонт и содержание, наоборот, про­цесс постоянный. В то время как при проектировании и строи­тельстве основными являются инженерные проблемы, ремонт и содержание — преимущественно управленческая проблема.

. По результатам существую­щих исследований известно, что каждый рубль, вложенный в дорожное хозяйство, приносит народному хозяйству при­близительно 170 рублей прибыли за счет сокращения экс­плуатационных затрат транспортных средств; увеличения срока службы; улучшения транспортных услуг населению (повышение его жизненного и культурного уровня); сокра­щения числа погибших и раненых в дорожно-транспортных происшествиях; развития сельского хозяйства благодаря обес­печению сельских населенных пунктов дорогами с твердым покрытием.

Существенной проблемой является несоответствие факти­ческой несущей способности сети дорог реальным транспорт­ным нагрузкам. В соответствии с Европейскими стандартами магистральные дороги должны обеспечивать пропуск транс­портных средств с нагрузкой 11,5 тонны на одиночную ось. Фактически же многие дороги не отвечают этим требовани­ям.

Эту задачу помогает решить диагностика дорог, результа­ты которой позволяют оценить состояние сети дорог, опреде­лить потребность средств на ремонты, оптимально распреде­лить средства