Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Геодезия

Диссертационная работа:

Измайлов Равиль Борисович. Разработка и исследование автоматического метода геодезического контроля прямолинейности подкрановых путей : ил РГБ ОД 61:85-5/3020

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Предисловие 4

Глава I. Введение 6

1.1 Анализ методов и средств автоматического контроля направляющих путей 6

1.2 Особенности производства геодезических работ в условиях рефракции атмосферы 18

1.3 Постановка основных задач научных исследований 26

Глава 2. Разработка и теоретическое исследование автоматического метода контроля прямолинейности подкрановых путей 29

2.1 Разработка и анализ точности автоматического метода контроля прямолинейности 29

2.2 Обоснование и выбор основных элементов измерительной системы 39

Глава 3. Разработка методики и анализ результатов экспериментального исследования стабильности положения лазерного луча в атмосфере в условиях значительных градиентов температуры 53

3.1 Задачи исследования и состав измерительной аппаратуры 53

3.2 Методика экспериментального исследования и обработки результатов измерений

3.2.1 Методика исследований высокоточного угломерного прибора 6о

3.2.2 Методика лабораторных и натурных исследований высокоточных термических градиентов. б2

3.2.3 Методика экспериментальных исследований стабильности положения луча в условиях значительных температурных градиентов в атмосфере б4

3.2.4 Методика обработки результатов экспериментального исследования стабильности пространственного положения лазерного луча 66

3.3 Анализ результатов экспериментального исследования 69

Глава 4. Экспериментальные исследования автоматического метода контроля прямолинейности подкрановых путей. 82

4.1 Конструктивное описание измерительных приборов 82

4.2 Методика исследования точности метода контроля

4.2.1 Методика лабораторных исследований макета лазерного автоматического прибора для контроля прямолинейности направляющих путей 89

4.2.2 Методика натурных испытаний автоматического метода контроля прямолинейности подкрановых путей 98

4.3 Анализ результатов исследований 102

Глава 5. Анализ технико-экономической эффективности внедрения автоматического метода контроля прямолинейности направляющих путей 113

5.1 Анализ результатов внедрения автоматического метода контроля. 113

5.2 Перспективы практического использования автоматического метода контроля прямолинейности направляющих путей 114

Заключение 116

Список литературы 119

Приложение  

Введение к работе:

Анализ методов и средств автоматического контроля прямолинейности направляющих путей.

Выверка прямолинейности направляющих путей - достаточно сложная инженерно-геодезическая задача. В большинстве случаев специфика выполнения производственных работ на направляющих путях, в особенности - рельсовых, предполагает знание фактического состояния направляющих в момент времени, непосредственно предшествующий этим работам. Следовательно, процесс контроля направляющих должен быть высокопроизводительным, объективным и оперативным.

Применительно к подкрановым путям определение прямолинейности направляющих в плане и по высоте в большинстве случаев должно выполняться со средней квадратической ошибкой, не превышающей 2-3 мм на всей протяженности направляющих [l5j.

В практике геодезических работ, связанных с контролем пла - 7 ново-высотного положения направляющих, в частности, подкрановых путей, в нашей стране и за рубежом широко применяются способы створных измерений для определения прямолинейности! выверяемых осей в плановой координатной плоскости, и различные методы нивелирования для определения профиля направляющих в высотной координатной плоскости.

Сущность створных измерений состоит в определении боковых смещений точек оси направляющей от прямой линии, заданной вдоль выверяемого пути. В зависимости от способа задания референтной прямой различают струнный, оптический и лучевой методы, используемые для контроля направляющей [46 , 63].

Создавая прямую линию струной, ее натягивают вдоль оси направляющей и линейкой или специальной оснасткой измеряют в намеченных точках расстояния от этой оси до струны. На створах большей протяженности струну из-за ее провисания приходится подвешивать выше уровня направляющей, в этом случае необходимо использовать специальные: приспособления для проектирования струны на горизонтальную плоскость, проходящую через ось направляющей. Основной недостаток струнного метода, ограничивающий его применение, - колебания струны под воздействием ветровых нагрузок и вибраций. Кроме этого, в условиях надземных путей она создает препятствия для перемещения персонала во время измерений, что часто оказывается небезопасным.

На сегодняшний день пока наиболее распространенным в створных измерениях является оптический метод, когда референтная прямая задается с помощью теодолита и визирной марки, устанавливаемых в начале и конце направляющей. Боковые смещения относительно заданной таким образом створной линии определяются с помощью горизонтально устанавливаемой рейки, нулевой штрих которой должен совпадать с выверяемой осью, или подвижной марки? [15]. Такие способы измерений, относящиеся к числу традиционных геодезических методов, довольно малопроизводительны, требуют длительных перерывов в работе электрокранов и связаны с повышенной опасностью на надземных путях [і7, ЗІ, 40, 43, 48, 61, 70].

В работах разных авторов предложены некоторые приборы и приспособления для одновременного определения как планового, так и высотного положения подкрановых путей. Так прибор ПРП (прибор рихтовки; путей) [l0,4l] содержит оптическую зрительную трубу и комплект специальных реек, включающий в себя визирную и измерительные рейки. При выверке на противоположных концах пролета тремя штангами закрепляют оптическую зрительную трубу и визирную рейку. Затем на заранее намеченные точки оси направляющей устанавливают измерительную рейку. Наблюдатель снимает отсчеты по вертикальной и горизонтальной шкалам и они характеризуют отклонения фактической оси рельса от проектной линии в плане и по высоте. Проведенные авторами исследования показали, что предельная ошибка выверки направляющей не превышает 3 мм при максимальной длине оптического луча 60 м. К недостаткам такого способа следует отнести то, что круглый уровень, которым снабжены рейки, не обеспечивает надлежащей точности их установки при планово-высотной выверке рельсовых осей. Кроме этого, конструкция прибора рассчитана для расстояний, не превышающих 60 м.

В работе[58] предлагается использовать для съемки подкрановых путей теодолит и устройство, представляющее собой две взаимно перпендикулярные рейки. Устройство крепится к мостовому крану, движение которого используется для перемещения реек от точки к точке. Хотя этот способ измерений и исключает хождение персонала по путям, но не обеспечивает необходимой точности из-за перекосов, возникающих при движении крана, разности высот путей и других факторов, снижающих достоверность результатов измерений.

Каретка K-I [іб], с помощью которой рекомендуется измерять уклонения оси рельса от прямой линии, сконструирована так, что нулевой штрих рейки, горизонтально установленной на каретке, автоматически совмещается с осью направляющей. Перемещение же каретки осуществляется посредством специальных тросиков. При такой методике измерений, когда теодолит и визирная марка меняются местами, точность данного способа, складывающаяся из точности фиксации оси рельса, определения положения створа и измерения уклонений определяемых точек от створа, будет характеризоваться средней квадратической ошибкой \Х1 = Г,4 мм при длине направляющей 200 м. Недостаток способа состоит в том, что выверка рельсовой оси ведется только в плановой координате.

Результаты исследования некоторых способов выверки направляющих отражены также в работе [14]. В качестве базовых способов измерения в Гі4І использовались либо параллельные створы, либо створы, расположенные под небольшим утлом вдоль рельсов по проходным галлереям. Исследовав способы прямого визирования, полигонометрии и последовательных створов, авторы делают вывод о том, что наиболее приемлем метод последовательных створов. Сущность его заключается в следующем. Создав- базисную линию с помощью теодолита и светящейся марки, устанавливаемых на концах пролета, на каждой определяемой точке фиксируют измерительную рейку. По мнению авторов, расстояния до рейки 100-150 м соответствуют хорошим условиям для взятия отсчета. Далее теодолит переносят и производят центрирование над точкой, соответствующей последнему отсчету по шкале рейки, затем снова визируют на марку и продолжают измерения. При этом в зависимости от степени изношенности граней рельса предлагается применять различные способы примыкания рейки к рельсу. Авторами дан ряд рекомендаций по ведению съемки в условиях непрерывно действующих цехов: выполнять контрольное визирование на марку перед каждым отсчетом ввиду того, что вибрация подмостей приводит к постоянному уводу лимба, а следовательно, и линии визирования со створной плоскости; ножки штативов устанавливать в заранее приготовленные углубления, чтобы предотвратить уход оси вращения инструмента с точки центрирования и др.

Необходимо заметить, что стремясь выбрать оптимальный способ геодезической съемки подкрановых путей, авторы не предложили никаких существенных мер по снижению трудоемкости работ и повышению их безопасности.

Обобщение опыта разработок последних лет показывает, что в деле повышения качества и производительности инженерно-геодезических измерений по контролю прямолинейности направляющих путей наиболее перспективны методы, основанные на применении лазерных приборов и различных автоматических устройств [і,2,3,5,9,II,18, 39,52,55,60,62,77,78,79].

Впервые лазерная технология для планово-высотной съемки подкрановых путей была применена на Луганской ГРЭС в 1967 г. [2з]. Для определения отклонений оси рельса от проектного положения были использованы лазерный визир ЛВ-І с мощностью излучения I МВТ и специальный экран-марка, представляющий собой пластину с размеченной на ней сеткой квадратов 5x5 мм. При съемке в начале и конце выверяемой направляющей закрепляются лазерный визир и визирная марка, с помощью которых задается опорное направление. Отсчеты снимаются визуально по экрану-марке, устанавливаемой последовательно в каждой определяемой точке на оси рельса и приводимой в вертикальное положение по круглому уровню. Проведение измерений в прямом и обратном направлениях и сопоставление результатов с данными, полученными с помощью теодолита, показало, что средние квадратические ошибки положения фактической оси рельса относительно проектной при длине пролета 280 м с применением ЛВ-І составили 3,4 мм. По результатам работ сделаны выводы о том, что для повышения точности измерений необходимо увеличить диаметр объектива коллиматора ЛВ-І с целью уменьшения диаметра светового пятна на экране.

Кроме того, было рекомендовано измерения производить при минимальных температурных перепадах, тогда наблюдения можно вести с одной станции на участках до 300 м.

Аналогичные работы были выполнены в ЦНИИОМТП [66]. Для определения планово-высотного положения головки рельса относительно опорного направления, заданного лучом лазера, использовали лазерный визир ЛВ-5 и экран. Причем, чтобы уменьшить ошибки в определении относительного положения оси рельса, которые прямо пропорциональны расстоянию от инструмента до экрана, лазерный визир при съемке устанавливали как на одном, так и на другом концах рельсовой нити. Точность определения положения оси направляющей, установленная по внутренней сходимости из прямых и обратных измерений, составила 2,2 мм. Работу выполняли два человека, затратившие на съемку подкранового пути протяженностью 200 м около 4-х часов. Опыт показал, что лучевой метод повышает производительность труда, не снижая точности работ. Вместе с тем отмечено, что наиболее удобно выполнять работы при малых колебаниях температуры, когда размеры и форма светового пятна на экране мало изменяются.

В Киевском инженерно-строительном институте (КИСИ) предложен метод съемки подкрановых путей, повышающий точность отсчетов по марке Г37J. Он основан на том, что перед маркой, с координатной сеткой устанавливают положительную линзу с малым радиусом кривизны поверхности (положительный мениск), подвижную в горизонтальном и вертикальном направлениях. Центр лазерного пятна на сетке определяется, по мнению авторов, особенно четко при положении линзы на расстоянии от марки, несколько большем фокусного. В случае, когда линза находится точно на оси луча, на марке видна яркая точка, вокруг которой симметрично располагаются световые полосы. При малейших отклонениях линзы от оси луча нарушается симметрия картины, при этом наблюдается веер полос, направленных в ту же сторону, в которую отклонилась линза. Перемещая линзу вправо (влево), вверх (вниз), определяют отсчет, равный отклонению луча от прямолинейности и от горизонтальности. 

Сам прибор-марка конструкции КИСИ [зб] состоит из каретки с неподвижным и подвижным упорами, блока со струной и пружиной, прижимающей друг к другу упоры, стойки с подвижной маркой и подставки с цилиндрическим уровнем. Марка имеет юстировочные винты для совмещения оси шкалы с осью каретки. Совмещение же осей головки рельса и каретки происходит автоматически. Измерения ведут на фиксированных точках, при этом через определенные промежутки, когда диаметр пятна превышает 6-8 мм, производят перефокусировку, что является источником дополнительных ошибок. Проведенные исследования показали, что на расстоянии до 120 м при использовании лазерного визира ЛВ-5М средняя квадратическая ошибка отклонения рельса от створа составила I мм.

Для определения плановых отклонений оси рельса от проектного положения разными авторами был разработан ряд приборов, в частности прибор ЛП-2 [68J, в комплект которого входят: лазерный указатель направления, отражатель и экран. Луч лазера, падающий на уголковый отражатель, возвращается параллельно самому себе и визуально регистрируется на неподвижном экране, закрепленном рядом с источником света. Такой метод измерения обладает двойной чувствительностью, но ему присущи те же недостатки, что и методам рассмотренным выше.

Все эти методы планово-высотной съемки подкрановых путей основаны на визуальной регистрации: результатов измерений, не исключают движения персонала по путям, что в условиях надземных путей крайне опасно. Кроме этого, для производства работ требуются длительные перерывы в работе кранов. В связи с этим для получения оперативного материала о состоянии подкрановых путей необходимо применение автоматизированных устройств, обеспечивающих безопасное и эффективное производство геодезических измерений.

В настоящее время уже имеются разработки в области совершенствования методов съемки направляющих путей с применением разного рода автоматических и полуавтоматических устройств [7,28,29,32, 34,51,56,59].

В.Ф.Черников и И1М.Павлов предложили использовать газовый лазер и фот©регистрирующую камеру для автоматической фиксации параметров подкрановых путей [54j. При съемке камера с размещенной на ее передней панели измерительной сеткой движется с помощью крана. Вся конструкция закреплена на балке крана, а контакт камеры с рельсом осуществляется с помощью ролика. След от луча лазера, задающего опорное направление, и измерительная сетка фотографируются на пленку, перемотка которой осуществляется автоматически. При длине пути 90 м средние квадратические ошибки уклонений оси рельса в плане и по высоте получились соответственно 2,1 мм и 1,7 мм. Чтобы изображения на пленке были достаточно четкими, авторы рассчитали оптимальную скорость крана при съемке, составившую 1,2 м/с.

Регистрация отклонений точек оси направляющей с использованием промышленной телевизионной установки ЇЇТУ-2М и лазера типа ЛГ-55 предложена Грузиным Н.Е. [20J. Метод основан на передаче изображения марки-экрана со следом лазерного луча при помощи передающего устройства на телевизионный экран, установленный в кабине крана. Перемещая краном тележку с маркой по рельсу, наблюдатель фиксирует на экране телекамеры координаты центра пятна, характеризующие смещения оси рельса в плане и по высоте. Средняя квадратическая ошибка определения отклонений составила в результате исследований 2 мм при длине пролета 78 м.

Для выверки путей А.Н.Тимофеев применил лазер типа ЛГ-56 и фоторегистрирующее устройство [67J. Коллиматором служила труба теодолита ТТ-50. Приведение устройства в горизонтальное положение осуществлялось с помощью цилиндрического уровня. Испытания такого устройства показали, что определение непрямолинейности оси направляющей в любой точке характеризуется средней квадратической ошибкой равной 2,9 мм.

Автомат конструкции НИИПГ [17J для регистрации отклонения рельсов от линии лазерного створа аналогичен прибору В.Ф.Черникова и И.М.Павлова. Автомат последней конструкции снабжен узкопленочной кинокамерой с покадровой съемкой светового пятна от луча лазера на матовом экране, содержащем подсвеченную сетку нитей. Моменты покадровой съемки определяются замыканием контактов от ролика, прокатывающегося по рельсу. Положение лазерного пятна определяются затем с помощью проектора. По результатам измерений строят кривые отклонений рельсов. Апробирование автомата дало возможность сделать следующие выводы. Средняя квадратическая ошибка измерений не превысила 2 мм при длине створа 100 м; производительность труда увеличивается в 8-Ю раз по сравнению с геодезическими методами; контроль такого типа исключает необходимость длительных остановок крана. Один из основных недостатков подобных методов состоит в довольно сложной обработке результатов измерений.

Н.Е.Ламбин также разработал метод определения планово-высотного положения подкрановых путей с использованием полуавтоматического устройства [44,45], в котором створ задается с помощью фотонивелира и марки, закрепленных на концах выверяемого рельса. В определяемые точки (против каждой колонны) устанавливается специальный экран, имеющий приспособление для крепления на головке рельса. Экран представляет собой каркас со стержнем, нижний- конец которого находится между электрическими клеммами. В случае наклона каркаса происходит наклон стержня и примыкание его к одной из клемм, происходит замыкание электрической цепи, вследствие чего приводится в движение электродвигатель, возвращающий стержень в вертикальное положение посредством скрепленного с ним винта. В момент размыкания цепи производится экспонирование. На снимках фиксируется сетка нитей и верхняя часть стержня, по которой определяются уклонения оси направляющей. Исследование точности работы устройства сводилось к многократному определению положения точек в плане и по высоте. Средняя квадратическая ошибка измерения прямолинейностей составила 1,6 мм.

Автоматическая система, позволяющая непрерывно следить за положением луча лазера и отражающая результаты измерения прямолинейности направляющих путей на бумажной ленте разработана в КИСИ [I7J. Система содержит лазер с коллиматором и гидирующую систему. Схема гидирующей системы включает в себя два фоторезистора, на которые падает луч лазера, задающий опорную прямую. Так как сопротивление фоторезистора уменьшается пропорционально засветке, то в зависимости от положения луча лазера относительно фоторезисторов изменяется ток первого и второго фоторезистора. Электрический сигнал на сопротивлении в общей цепи будет при этом изменять свою величину, принимая нулевое значение при равенстве токов и среднем положении луча. Усиленный сигнал приводит в действие мотор, перемещающий фоторезисторы и пишущее перо самописца в соответствии с перемещением каретки относительно луча лазера. На пути до 200 м погрешность измерения таким автоматом составила 2 мм.

Однако из-за неблагоприятных энергетических условий, влияния фоновых засветок дальнейшее повышение точности в таких системах затруднительно.

Для автоматического определения прямолинейности подкрановых путей В.Н.Юдиным предложена лазерная оптико-механическая система, основанная на радиоуправлении и фотосъемке [72J. Съемка производится посредством лазерного прибора и самодвижущейся, управляемой по радио тележке с маркой, устанавливаемой в определяемых точках. Проекция луча на фоне сетки квадратов снимается на фотопленку.

В [17J предложено устройство для определения положения оси рельса, также основанное на фотосъемке. Метод измерений заключается в следующем. В конце пути устанавливается неподвижный светящийся сигнал. По головке рельса с постоянной скоростью перемещается тележка с четырьмя светящимися сигналами. В процессе перемещения изображения сигналов фиксируются на фотопленке,протягиваемой электромотором в камере, ось которой ориентирована на неподвижный сигнал. При двукратных измерениях точность данного метода составила 1,2 мм на 100 м. Существенный недостаток метода состоит в том, что при таком положении, когда неподвижный и под - 17 вижный сигналы разнесены на некоторое расстояние, изображение не будет резким, хотя бы для одного из них, а это приведет к потере точности отсчетов. Кроме этого, камеральная обработка результатов съемки требует применения специальных дорогостоящих приборов (компараторов).

На основании обзора известных методов и устройств для определения планово-высотного положения подкрановых путей можно сделать следующие выводы:

1. Применение для выверки прямолинейности рельсовых осей традиционных геодезических методов трудоемко, малопроизводительно; в условиях действующих предприятий это требует длительных перерывов в работе электрокранов; результаты измерений не свободны от субъективных ошибок наблюдателя; параметры путей определяются раздельно; при съемке на надземных путях выполнение работ крайне опасно.

2. Из предлагаемых различными авторами методов съемки предпочтение следует отдать тем, которые позволяют производить выверку направляющих одновременно по двум координатам.

3. Наиболее эффективными, как следует из анализа, являются методы измерения с использованием лазерных приборов. Однако визуальный способ регистрации связан с трудностями отыскания центра лазерного пятна на марке-экране.

4. Для получения оперативной информации о состоянии подкрановых путей необходимо применение автоматизированных устройств. Методы, основанные на фотографической съемке объекта наблюдений, обременены сложной обработкой материалов, получаемых в результате измерений.

5. В условиях действующих предприятий на результаты наблюдений оказывают существенное влияние изменения параметров внешней среды, а именно, температурная турбулентность и рефракция атмосферы. В связи с этим необходимы разработки таких методов измерений, которые позволили бы учитывать и эти факторы.  

Подобные работы
Кирьянов Юрий Валентинович
Разработка и исследование методов инженерно-геодезических работ в условиях вибрации
Белявский Борис Анатольевич
Разработка и исследование методов съемки подземных коммуникаций
Таран Василий Васильевич
Исследование методов определения геодезических координат с использованием спутниковых навигационных систем
Бабаян Александр Вигенович
Исследование и разработка методов контроля качества изображения в цифровых телевизионных вещательных системах
Гильвер Сергей Геннадьевич
Исследование и разработка методов контроля качества восстановления фонограмм
Елизаров Алексей Владимирович
Разработка и исследование методов контроля замкнутых полостей
Бизюлев Александр Николаевич
Исследование электромагнитных методов контроля и разработка средств дефектоскопии с повышенной разрешающей способностью
Колобова Анна Викторовна
Исследование и разработка методов метрологического контроля промышленно выпускаемых стандартных образцов состава газовых смесей
Агзамов Сайдакбар Агзамович
Исследование и разработка методов автоматизированного контроля качества работы телефонной сети
Коваленко Вячеслав Петрович
Разработка и исследование импульсного метода контроля угла между векторами напряжений по концам электропередачи

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net