Розробка і вдосконалення геодезичних методів контролю параметрів обертових і коливних об'єктів

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі розкрито актуальність теми дисертаційної роботи, визначені мета і основні задачі досліджень, наведено основні наукові результати роботи, наукова новизна, теоретична і практична цінність отриманих результатів.

У першому розділі "Існуючі принципи і методи оперативного геодезичного контролю великогабаритних обертових розвантажувальних агрегатів" розглянуті основні умови надійної експлуатації обертового великогабаритного промислового устаткування. Наведені основні вимоги для нормальної працездатності такого устаткування. Питанням розробки і вдосконалення геодезичних методів вимірів при монтажі і експлуатації великогабаритного обертового устаткування присвятили свої дослідження Асташенков Г.Г., Баран П.І., Большаков В.Д., Войтенко С.П., Ганьшин В.Н., Гіршберг М.А., Зацаринний А.В., Клюшин Е.Б., Кузьо І.В., Лебедєв Н.Н., Левчук Г.П., Лобов М.І., Островський А.Л., Шевченко Т.Г., Ямбаєв Х.К. і ін.

Це свідчить про актуальність даної проблеми: по-перше, це найбільші обертові агрегати, параметри яких визначаються геодезичними методами; по-друге, потрібна висока точність визначення деформацій, що відбуваються у короткий період, від величини яких і своєчасності вжитих заходів залежить надійність роботи агрегату; по-третє, такий геодезичний контроль вимагає високої точності вимірів, незважаючи на малі розміри і несприятливі умови проммайданчика, складність математичної обробки і визначеного моніторингу в міжремонтний період.

Серед великогабаритних обертових агрегатів вагоноперекидачі (рис. 1) практично до цього часу не досліджувались, відсутня оптимальна методика визначення зсувів і деформацій основних вузлів таких агрегатів, які на відміну від обертових печей, сушильних барабанів працюють у більш важких умовах і, особливо, піддаються постійно ударно-вібраційним впливам. Тому в дисертації в якості об'єкта дослідження обрані обертові вагоноперекидачі, що широко застосовуються в багатьох галузях промисловості і особливо на коксохімічних, металургійних, агломераційних, будівельних та інших підприємствах.

Рис. 1 - Поперечний переріз вагоноперекидача ВРС-93

У процесі експлуатації вагоноперекидачів повинен здійснюватися періодичний контроль їх геометричних параметрів, необхідний для забезпечення нормальної роботи агрегатів і зберігання вагонів при розвантаженні. Нормальна робота вагоноперекидача залежить від стану опорних вузлів, деформацій платформи і рами агрегату.

Нерівномірне осідання фундаментів викликає поздовжній нахил платформи, перекіс рами, що позначається на загальному положенні ротора, зазорів в опорних вузлах і роботі шестерен приводу. Підвищене зношення роликів або бандажів приводить до нерівномірного обпирання в різних перетинах вагоноперекидача і викликає підвищений перекіс і прогин рами. Відхилення ширини колії на платформі агрегату, що перевищують допуск, зсув її щодо під'їзних колій, призводить до бокових ударних впливів при подачі вагонів на розвантаження і порушення загальної роботи вагоноперекидача.

Для забезпечення експлуатаційних допусків вагоноперекидача необхідно забезпечити геометричні параметри основних механічних вузлів: розміри і форму ротора, опорних роликів, бандажів, приводів і інш.; розміри деталей, що повинні бути витримані при монтажі і дотримуватися при наступній експлуатації: співвісність ротора, приводів, опорних роликів. Допуски на їх виготовлення, монтаж, контроль при експлуатації дуже жорсткі і вимагають спеціальних вимірювальних засобів та геодезичних технологій, які дуже важко забезпечити в процесі експлуатації, особливо без зупинки агрегату.

Аналізу машинобудівних допусків і їх зв'язку з точністю геодезичних вимірів приділена значна увага Г.Г. Асташенковим, П.І. Бараном, І.В. Кузьо, М.І. Лобовим, Т.Г. Шевченко та іншими вченими. Але у більшості випадків для великогабаритних агрегатів точність геодезичних вимірів, як правило, не регламентується і вимагає визначеного вдосконалення в їх обґрунтуванні. До того ж аналіз машинобудівних допусків показав, що деякі з них встановлені без достатнього обґрунтування і вимагають доопрацювання. Тому при обґрунтуванні точності геодезичних вимірів можливі різні підходи в залежності від обґрунтованості встановлених допусків на монтаж обертових агрегатів, а саме:

1. Похибки вимірів встановлені нормативними або проектними документами. Для забезпечення необхідної точності необхідно вибрати технологію геодезичних вимірів, в залежності від конкретних умов і приладів.

2. Похибки вимірів не регламентовані в проектах, але машинобудівні допуски відомі і не викликають сумнівів. В цьому випадку геодезичні виміри повинні здійснюватися з похибкою, що не перевищує:

Обгрунтовано необхідність створення дворозрядної висотної мережі в звязку з різними вимогами щодо точності визначення висотного положення вузлів вагоноперекидача.

Для підвищення точності виміру відстаней електронною рулеткою розроблений спеціальний пристрій для її установки методом примусового центрування, що дозволяє підвищити точність вимірів.

Виконано дослідження точності виміру відстаней електронною рулеткою DІSTO Classіk та електронним тахеометром SET 530RK при високих температурах відбивної поверхні. Встановлено що, нагрів поверхні відбиття (+400, +600°С) практично не впливає на точність лінійних вимірів безконтактним способом електронними приладами.

Виконані дослідження точності виміру відстаней електронними рулетками і тахеометрами без відбивачів підтвердили можливість їх застосування в якості вимірників в автоматизованій системі. Однак застосування тахеометрів для виміру відстаней в такій автоматизованій геодезичній системі економічно не вигідно через високу їх вартість, а більш виправданим є застосування електронних рулеток в якості вимірників.

Третій розділ "Розробка методів і приладів для оперативного геодезичного контролю великих обертових агрегатів" присвячено розробці нових і вдосконаленню існуючих приладів і методів з застосуванням нових електронних засобів виміру.

Для визначення полярних координат контрольних точок досліджуваних об'єктів (вагоноперекидачі, обертові печі, циліндрічні резервуари та ін.) розроблено прилад на базі оптичного теодоліта з закріпленою на його горизонтальній осі електронною рулеткою. Така конструкція кріплення дала можливість виключити основні приладові похибки і значно підвищити точність лінійних вимірювань.

Для визначення впливу кутів нахилу відбивної поверхні по відношенню до лазерного променя електронної рулетки DІSTO Classіk (тахеометра SET 530RK) на точність виміру відстаней S до криволінійної поверхні об'єкта виконані експериментальні дослідження.

Результати експериментальних досліджень дозволили отримати наступні залежності:

, мм - (електронна рулетка), (11)

, мм - (електронний тахеометр), (12)

для кутів нахилу =10є - 60є і відстані =7м. Коефіцієнт кореляції дорівнює відповідно R1=0,98 і R2=0,99, що підтверджує високу якість апроксимації.

Для контролю висотного положення точок, розташованих у затемнених місцях, розроблено прилад, який поєднує оптичний нівелір і малогабаритний лазерний випромінювач від указки з напівпровідниковим лазером, які з'єднані між собою за допомогою розробленої універсальної насадки, яка може фіксуватися на окулярах практично всіх типів нівелірів. Прогнозна функція залежності похибок mh визначення перевищень розробленим приладом від відстані S має вигляд параболічної кривої:

, мм (13)

в межах до 80м з коефіцієнтом кореляції R=0,95, що підтверджує надійний зв'язок між досліджуваними параметрами.

Для використання рівневих нівелірів в розробленому приладі виконана його модифікація. С цією метою блок призм, що передає зображення бульбашки циліндричного рівня в зорову трубу повернуто на 180є, вмонтовано підсвітлювач і окуляр, що дозволило розширити діапазон застосування приладу без зниження точності вимірювань.

Для визначення параметрів (амплітуда, частота) коливного і обертового процесів розроблена методика із застосуванням сучасних цифрових відеокамер. Дослідження точності визначення деформацій параметрів виконувалось на спеціальному вібростенді, який дозволив моделювати динамічні зміщення і коливання з необхідними параметрами (100-150мм). Стенд закріплювався на різних відстанях в контрольних точках створу, а відеокамера - у початковій. Дослідження виконувались відеокамерами Panasonik M9000 та Soni - 235 з оптичним збільшенням відповідно 12x і 24x.

За результатами досліджень отримано прогнозні функції похибок m визначення амплітуд динамічних коливань в залежності від відстані S:

для Panasonik M9000 - , мм (14)

для Soni - 235 - , мм (15)

в межах відповідно до 50 і 200 метрів.

Коефіцієнт кореляції дорівнює відповідно R=0,96 і R=0,98, що підтверджує високу якість апроксимації.

Встановлено що, оптичне збільшення відеокамер має значно більший вплив на точність визначення деформацій ніж їх роздільна здатність.

Виконано дослідження впливу провисання механічних рулеток на точність лінійних вимірів. Встановлено, що рівняння ланцюгової лінії механічних рулеток і дротів не збігаються на відстанях більше 20м, тому при високоточних лінійних вимірах для кожного типу рулетки необхідно визначати провисання експериментальним шляхом або безпосередньо вводити фактичну поправку за прогин для різних відстаней.

За результатами досліджень отримані наступні рівняння:

- залежність фактичних поправок за прогин рулетки від відстані l:

, мм, (16)

- залежність фактичного прогину fф від відстаней l:

, мм, (17)

де l - відстань у метрах.

Для автоматизації вимірів розроблена автоматична система контролю геометричних параметрів бандажів і опорних роликів вагоноперекидача, що дозволяє більш оперативно і з достатньою точністю визначати деформації та істотно скорочувати витрати на геодезичні роботи, сприяючи своєчасному проведенню ремонтних робіт.

Досліджена можливість використання супутникових навігаційних систем для створення планово-висотної мережі при визначенні геометричних параметрів обертових агрегатів. Виконано дослідження точності визначення координат в умовах наземних перешкод. Встановлено, що на точність визначення координат і висот пунктів із застосуванням супутникових радіонавігаційних систем впливають наземні перешкоди (будинки, споруди, дерева, опори ЛЕП та інш.), і це потрібно враховувати при закладці пунктів геодезичної мережі. Подібну систему можна застосовувати для створення обгрунтування обертових агрегатів, що розташовані на відкритих майданчиках і не мають начіпних огороджувальних конструкцій, тобто в процессі монтажу.

Досліджена точність бічного нівелювання, яка показала, що навіть у стиснутих умовах, при відстанях від теодоліта до контрольної точки 2 метри і висотах до 5 метрів, максимальна середня квадратична похибка не перевищує ± 1,25 мм, що задовольняє вимогам при геодезичному контролі геометричних параметрів обертових агрегатів.

Похибка m бічного нівелювання в залежності від висоти Н апроксимується залежністю:

для S=2м, , мм; (18)

для S=5м, , мм; (19)

для S=10м, , мм. (20)

де Н - висота в метрах.

В четвертому розділі дисертації "Дослідження параметрів коливально-обертового процесів агрегатів в умовах експлуатації" приведені результати досліджень статичних і динамічних деформацій вагоноперекидача ВРС-93 Макіївського коксохімічного заводу та обертового затвора Краматорської руслової греблі.

Встановлено, що поперечні перерізи ротора вагоноперекидача мають вигляд еліпса і значні деформації (-43мм). Максимальні деформації приходяться (рис.4) на точки 4-6, тобто деформація ротора викликана значними навантаженнями в момент ударного впливу на ротор вагона, що розвантажується. Планове положення осей обертання ротора, опорних роликів і вала приводу має вигляд ломаної лінії. Аналіз висотного положення показав, що осі агрегату також зміщені щодо горизонтальної площини.

Виконано апроксимацію поперечного перерізу вагоноперекидача стандартним еліпсом і колом. Встановлено, що апроксимація еліпсом ефективніша у порівнянні з колом, тому що дозволяє краще виявити форму деформованого перерізу ротора і скоротити обсяг рихтувальних робіт.

В результаті апроксимації поперечного перерізу вагоноперекидача (рис. 4) еліпсом отримані наступні параметри: довжина великої півосі a=3506 мм; довжина малої півосі в=3483 мм; кут нахилу великої півосі б=47°; сума квадратів відхилень точок кривої Vі=4518мм2. Координати X0, Y0 центра еліпса практично не змінилися. Для порівняння виконано апроксимацію поперечного перерізу колом. Отримані наступні параметри: радіус кола склав 3489 мм, сума квадратів відхилень Vі=7680мм2.

Апроксимація за допомогою еліпса значно скорочує обсяг рихтувальних робіт, забезпечує працездатність агрегата і потребує на 20% менше витрат на ремонтні роботи, забезпечуючи технологічний процес, коли вагони йдуть безперервним потоком, а їх простій економічно невигідний підприємству.

Використовуючи розроблену методику, виконані дослідження деформацій металевих конструкцій та встановлено форму унікального обертового затвора Краматорської руслової греблі, що працює з 1908 року, а технічні документи втрачені. У процесі досліджень встановлено:

- оболонка стовбура в поперечному перерізі має вигляд класичного еліпса (рис.5), що переходить уздовж великої осі в трикутник;

- зафіксовано прогин стовбура, що дорівнює 30мм, і у відносній мірі складає 1:1130, не перевищуючи допуск 1:1000;

- максимальний поздовжній нахил стовбура в піднятому стані склав і=0,002;

- зафіксовано кут кручення стовбура, максимальна величина якого склала 2°.

Виконано апроксимацію (рис.5) поперечного перерізу Краматорської руслової греблі, внаслідок чого отримані наступні параметри: довжина великої півосі a=1920мм; довжина малої півосі в=1450мм. Виконані дослідження деформацій обертового затвору дозволили виявити форму поперечного перерізу і розробити оптимальний проект реконструкції об'єкту.

ВИСНОВКИ

Лобов М.И., Соловей П.И., Кишкин А.Г., Переварюха А.Н. Универсальное устройство для геодезического контроля геометрических параметров сооружений и оборудования // Вісник ДонДАБА. - Вип. 2001 - 3(28), Макіївка, 2001. Матеріали наукової конференції аспірантів, студентів. - С. 24.

Соловей П.И., Лобов М.И., Переварюха А.Н., Анненков А.А. Исследование точности определения параметров колебательно-вращательного процесса с применением видео- и кинокамер. - Сб. «Геоинформатика, геодезия, маркшейдерия». - Материалы международной конференции - Донецк: ДНТУ, - 2003. - С. 116-119.

Соловей П.И., Лобов М.И., Переварюха А.Н., Губанов В.В. Геодезические исследования формы объекта с неизвестными проектными параметрами. - Сб. «Строительство - 2004». - Материалы юбилейной международной научно-практической конференции. - Ростов-на-Дону: РГСУ, - 2004. - С. 90-91.

Соловей П.И., Переварюха А.Н., Опфер Н.А. и др. Совершенствование технологии измерения с использованием лазерной рулетки // Вісник ДонНАБА - Вип. 2006 - 4(60), Макіївка, 2006. Матеріали V міжнародної наукової конференції молодих вчених, аспірантів, студентів. - С. 79-81.

АНОТАЦІЯ

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.24.01-геодезія, фотограмметрія та картографія. - Київський національний університет будівництва і архітектури, Київ, 2008.

Дисертацію присвячено розробці і вдосконаленню геодезичних методів контролю параметрів обертових і коливних об'єктів, що дозволяють оперативно, з необхідною точністю одержувати об'єктивну інформацію про стан об'єкта, які сприяють своєчасному проведенню ремонтних робіт і скорочують витрати на геодезичні роботи.

Вперше розроблено метод апроксимації деформованих перерізів еліпсом, що дозволяє визначати деформації перерізів, а також геометричні параметри перерізів криволінійної форми, проектні дані яких невідомі або вимагають уточнення. Розроблена автоматизована геодезична вимірювальна система, що забезпечує безперервність і дискретність моніторингу агрегатів, в якій в якості вимірників використовуються електронні рулетки або електронні тахеометри, що виконують виміри безконтактним способом.

Виконано розробку і вдосконалення методів і приладів для контролю геометричних параметрів обертових і коливних об'єктів.

Наведені результати досліджень статичних і динамічних деформацій вагоноперекидача ВРС-93 Макіївського коксохімічного заводу і обертового затвора Краматорської руслової греблі.

Приведені комплексні дослідження точності визначення деформацій різними способами в однакових умовах підтвердили правомірність розроблених методів і приладів для визначення геометричних параметрів обертових об'єктів.

Ключові слова - деформації, обертові і коливні об'єкти, геодезичні виміри, методи, прилади.