Введение к работе
Актуальность исследования. Железнодорожный транспорт – одна из крупнейших отраслей народного хозяйства. На долю железных дорог приходится 84% от общего объема грузоперевозок на территории страны. Кроме этого, большая часть железнодорожного пути является стратегически важной для экономического развития всех регионов, так как обеспечивает необходимый грузопоток из европейской части России к предприятиям Зауралья и дальневосточным портам. Падение одной опоры на такой ветке пути приводит к крупным экономическим затратам. Вследствие этого в соответствии со «Стратегией развития железнодорожного транспорта России до 2030 года» повышение надежности инфраструктуры, куда входят также и железобетонные опоры как важнейший элемент тяговой сети, признано приоритетным и актуальным направлением научных и технических разработок.
Аварийные ситуации возникают при утере несущей способности опоры, основной причиной которой является коррозионное разрушение арматуры в подземной части, в зоне переменной смачиваемости и максимального приложенного механического момента.
Для определения коррозионного состояния опор контактной сети применяется множество методов, отличающихся друг от друга точностью получаемых результатов и трудоемкостью проведения исследований. Однако существующие решения не позволяют достоверно определить степень износа опоры.
Сложившаяся ситуация вынуждает проводить целый комплекс измерений и обследований для своевременного выявления дефектных опор контактной сети. В условиях существования опасности коррозионного разрушения эффективность коррозионных обследований становится одним из основных факторов поддержания надежности контактной сети. Поэтому совершенствование метода и программно-аппаратных средств определения коррозионного состояния подземной части железобетонных опор без откопки является актуальной задачей, направленной на повышение надежности, снижение затрат на содержание контактной сети и обеспечение безопасности движения поездов.
Цель диссертационной работы – повышение достоверности оценки коррозионного состояния железобетонных опор контактной сети путем совершенствования методики его определения за счет использования разработанных программно-аппаратных средств.
Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи:
1) определить параметры бетона и границы раздела «арматура – электролит» в щелочных средах, соответствующих реальным условиям в эксплуатации опор контактной сети;
2) усовершенствовать математическую модель и схему замещения границы раздела «арматура-электролит»; определить информативность ее параметров, из них выделить наиболее значимые;
3) разработать и обосновать математические алгоритмы кластеризации опор по категориям дефектности, методику определения оптимального пути следования ремонтной бригады для диагностирования и замены опор в условиях существования многовариантности;
4) разработать программно-аппаратный комплекс определения коррозионного состояния железобетонных опор контактной сети.
Методы исследования. При исследовании применялись как теоретические, так и экспериментальные методы. Теоретические исследования выполнены с применением алгоритмов кластеризации и таксономии и математического моделирования на персональгом компьютере (ПК) с использованием математических пакетов NumPy и SciPy языка Python. Разработка клиентской части программного обеспечения комплекса производилась с помощью графической библиотеки Qt 4.7.1 языка С++, прототипа серверной части – с помощью фреймворка Django языка Python.
Научная новизна работы состоит в следующем:
усовершенствована схема замещения границы раздела «арматура – электролит» с учетом нелинейности ее элементов;
разработаны методы обработки и кластеризации результатов измерений электрохимических параметров железобетонных опор контактной сети на основе математических алгоритмов многомерной кластеризации;
выявлены наиболее информативные параметры с точки зрения определения коррозионного состояния опоры с применением методов теории информации.
Достоверность научных положений и результатов, полученных в работе, обоснована теоретически и подтверждена экспериментальными исследованиями. Расхождение результатов теоретических и экспериментальных исследований не превышает 7 %.
Практическая ценность диссертации заключается в следующем:
усовершенствованная схема замещения границы раздела «арматура – электролит» позволяет повысить точность определения коррозионного состояния железобетонных опор контактной сети;
разработанная методика обработки результатов измерений предоставляет возможность автоматизировать процесс принятия решения об определении степени коррозионного износа железобетонной опоры;
выявленный набор информативных параметров позволяет реализовать программно-аппаратный комплекс для определения коррозионного состояния железобетонных опор контактной сети.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и были одобрены на III международной научно-практической конференции «Современные информационные технологии и IT-образование»(Ростов, 2009); на научно-практической конференции «Инновационные проекты и новые технологии на железнодорожном транспорте»(Омск, 2009); на региональной молодежной научно-технической конференции «Омское время – взгляд в будущее»(Омск, 2010); на международной научно-практической конференции «Инновации для транспорта»(Омск, 2010); на научно-практической конференции «Ресурсосберегающие технологии на Западно-Сибирской железной дороге» (Омск, 2010); на всероссийском форуме молодых ученых и инноваторов «Селигер-2010»(Тверская область, 2010); на региональном форуме молодых ученых и инноваторов «Ритм-2010»(Омская область, 2010); на региональной молодежной научно-технической конференции «Омский регион – месторождение возможностей»(Омск, 2011); на технических семинарах кафедр ОмГУПСа.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ – девять научных статей, две из которых – в изданиях, входящих в перечень, утвержденный ВАК Минобрнауки РФ, и два свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, списка литературы из 94 наименований и одного приложения. Общий объем диссертации – 134 страницы, в том числе 38 рисунков, 23 таблицы.
