О нас   |    Контакты   |    Новости   |    Услуги   |    Форум ГМ
Поиск:       
О нас
О журнале
 
  •  
  • Архив номеров
     
  •  
  • № 1
  •  
  • № 2
  •  
  • № 3
  •  
  • № 4
  •  
  • № 5
  •  
  • № 6
  •  
  • Спецвыпуск № 1
  •  
  • Спецвыпуск № 2
  •  
  • Спецвыпуск № 3
     
  •  
  • От организаторов
  •  
  • А.В. Звегинцев
  •  
  • Л.Л. Сушенцева
  •  
  • Д. Носов, С. Яковлев
  •  
  • В.Г. Артюх
  •  
  • А.А. Шоломицкий
  •  
  • С.Г. Могильный
  •  
  • Т.П. Сыркина
  •  
  • С.М. Меринов
  •  
  • Спецвыпуск № 4
  •  
  • Спецвыпуск № 5
  •  
  • Наши читатели
  •  
  • Карта покрытия
    О Форуме
    Новости
    Мероприятия
    Литература
    Наши авторы
    Наши партнеры
    Фотоальбом







    Форум Главных Механиков

    Украина
    г. Киев



    Геодезическое обеспечение высокоточного монтажа и выверки оборудования



    Развитие промышленного производства накладывает повышенные требования к монтажу и выверке технологического оборудования металлургической и горнодобывающей промышленности. Чем выше точность изготовления и установки такого оборудования, тем более надежной будет их эксплуатация и выше качество выпускаемой продукции. В настоящее время точность установки узлов для оборудования составляет 0,1..0,4 мм, а относительные ошибки - до 1:1 000 000 при размерах объектов от нескольких метров до 5..6 километров. Обеспечить такую точность традиционными геодезическими методами [1, 2] невозможно, к тому же эти методы достаточно трудоемкие и требуют больших затрат времени, что приводит к продолжительным простоям оборудования.

    Для каждого из таких уникальных объектов требуется выполнить исследования для проектирования геодезических работ и определения оптимальной конфигурации сети.

    Появление и широкое распространение электронных тахеометров для геодезических съемок стимулировало их применение для высокоточных инженерно-геодезических работ [3,4]. Однако только недавно появились электронные тахеометры, которые позволяют измерять длины с точностью 0,5 мм [5] и даже 0,2 [6]. Эти тахеометры используются в традиционном для топографической съемки оффлайн-режиме, т.е. выполняется комплекс измерений объекта, затем данные передаются в компьютер, и выполняется их обработка, по результатам которой  производится выработка управляющих воздействий. Такое использование электронных тахеометров неэффективно при выверке технологического оборудования, т.к. их установка в проектное положение выполняется методом последовательных приближений. Иногда приходится выполнять до 12 итераций, прежде чем объект займет проектное положение.  Такое число итераций связано с тем, что объекты имеют большие размеры и вес, а установка выполняется оборудованием, которое не позволяет контролировать перемещение с точностью до десятых долей миллиметра. Поэтому для геодезического обслуживания таких работ нужен программно-аппаратный измерительный комплекс, который работает в онлайн-режиме (режиме реального времени). Такими критериям отвечает только программное обеспечение 3-DIM Observer фирмы GLM Lasermesstechnik GmbH [7], которое работает на специализированном контроллере, в связке с электронными тахеометрами фирмы Sokkia. Однако этот комплекс имеет высокую стоимость и не контролирует полностью процесс онлайновых измерений.

    В Украине имеется большая потребность в выполнении высокоточных монтажных и выверочных работ для крупногабаритного технологического оборудования, поэтому на кафедре геоинформатики и геодезии Донецкого национального технического  университета создан и испытан в производственных условиях программно-аппаратный измерительный комплекс «Визир 3D» [12, 13].

    Технические характеристики комплекса

    Программный комплекс Визир 3D является развитием программы «Маркшейдерские геодезические сети и съемки» (МГСети) [8] и предназначен для высокоточной выверки геометрических параметров технологического оборудования и установки его в проектное положение. Особенностью данного комплекса является возможность его работы в онлайн-режиме совместно с высокоточными электронными тахеометрами. При этом комплекс обладает всеми возможностями программы МГСети, предназначенной для построения, уравнивания и предрасчета точности планово-высотных сетей произвольной конфигурации и обработки тахеометрических съемок.

    Логической единицей обработки служит проект измерения объекта. Проект может включать любое число отдельных измерений элементов конструкции, в том числе и не связанных между собой. В проект может включаться теоретическая модель изделия (проектные чертежи) – в этом случае программный комплекс может выполнить анализ соответствия фактического положения изделия его проектному положению.

    Использование онлайн-режима измерений и обработки позволяет очень оперативно, непосредственно после выполнения измерений, получить результаты и выполнить корректировку положения или формы объекта.

    Измерительный  комплекс является совокупностью двух устройств – измерительного прибора и портативного компьютера. Эти  устройства взаимодействуют между собой, используя  для этого  каналы радиосвязи, реализуемые технологией Bluetooth. Электронный тахеометр получает от компьютера управляющие команды и выполняет измерения, а компьютер регистрирует и обрабатывает выполненные измерения. В измерительном  комплексе реализована связь между его компонентами, которая известна как связь «клиент – сервер» в ее модификации «point – to point».

    Технология измерений в программном комплексе Визир 3D отличается от традиционно принятой при производстве геодезических работ – это обусловлено использованием онлайн-измерений. Для того чтобы получить наиболее качественные измерения, на каждую точку выполняется визирование при круге лево и круге право и выполняется серия из 5 измерений (рис. 1), число измерений в серии устанавливается программно. В результате в режиме реального времени мы получаем усредненный результат и можем по отклонениям от среднего оценить качество измерений на данную точку. Отклонения от среднего контролируются программно, и некачественные измерения можно исключить из дальнейших вычислений.

    Рис. 1. Форма онлайновых измерений

    Если на объекте можно измерить точки, для которых на чертеже имеются базовые размеры, то можно выполнить переход от геодезической системы координат в систему координат объекта. Для этого необходимо измерить не менее трех базовых точек, которые не лежат на одной прямой, для которых известны координаты в системе координат изделия.


    Рис. 2. Измеренные точки объекта

    С помощью коэффициента температурного расширения можно привести измерения к заданной температуре изделия.

    Определение геометрических параметров объекта

    Проверка соответствия изделия чертежу или модели может выполняться как в геодезической системе координат, так и в системе координат объекта. При использовании геодезической системы координат очень важным моментом, является выбор точек, определяющих начало и направление координатных осей.

    Сама проверка заключается в определении геометрических параметров отдельных элементов и правильности расположения одних элементов относительно других.

    После перевычисления координат точек в систему координат объекта (или приведения к заданной размерности) на закладке  Измеренные точки объекта становится доступным инструментальная панель (рис. 3), с помощью которой выполняются операции определения правильности отдельных геометрических элементов изделия и их взаимного положения.


    Рис. 3. Инструментальная панель

    С помощью этих инструментов можно проверить прямолинейность объекта, параллельность прямых, плоскостность, параллельность плоскостей, перпендикулярность плоскостей, расположение точек на окружности и цилиндре. Возможна передача измеренных точек в САПР (AutoCAD или Компас), для совмещения с чертежом детали и графического определения отклонений.

    При использовании этих инструментов из таблицы Измеренные точки объекта выбираются точки, которые относятся к одному или двум объектам.

    При измерении параллельных прямых, или плоскостей, точки желательно набирать симметрично для обоих объектов, в этом случае можно будет определить расстояния между соответствующими точками прямых или плоскостей.

    На практике возникает необходимость анализа расположения различных объектов друг относительно друга: прямой и плоскости, двух произвольных плоскостей, соосности валов, параллельности и перпендикулярности нескольких валов или цилиндров и т.д. Комбинаций может быть множество. Кроме того, на изделии не всегда можно измерить базовые точки для перехода в систему координат данного изделия. В этом случае необходимо анализировать положение прямых и/или нормалей 2–х или более объектов. Скалярное произведение векторов нормалей (или прямых) двух объектов даст действительные углы между этими объектами. Последовательное применение этой операции к группе объектов позволит охарактеризовать их расположение относительно какого-то начального объекта или друг относительно друга.

    В общем случае для измерения крупногабаритного объекта необходимо создавать временную геодезическую сеть, которая сохраняет свое положение во время измерения данного изделия. Сеть состоит из 4-х или более точек, которые закрепляются вокруг изделия на расстоянии 5–10 метров. Кроме этого, на самом изделии располагаются 3–4 измерительных марки, которые не меняют своего положения во время измерений.

    Использование  комплекса

    Производственная эксплуатация комплекса началась в 2007 г. на ОАО «Новокраматорский машиностроительный завод», где он используется для контроля сборки крупногабаритного оборудования, и ОАО "ММК им. Ильича" для выверки машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) (рис. 4). Большинство из описанных ниже работ были выполнены при техническом содействии ООО «Геоинжиниринг».

    Фактическое положение узлов и механизмов оборудования МНЛЗ отличается от теоретического, заданного проектно-конструкторской документацией на машину. Причины отклонения – неизбежные ошибки действительных размеров, допущенные в ходе изготовления, сборки и монтажа узлов и механизмов. В процессе эксплуатации МНЛЗ происходят естественные процессы износа и деформирования узлов и элементов машины. Оборудование участка формирования непрерывно литого слитка подвержено интенсивному тепловому нагружению, действию ферростатического давления столба жидкого металла и нагрузок со стороны слитка, работает в условиях повышенной влажности и запыленности [10].

    С целью предупреждения отклонений положения оборудования МНЛЗ геодезической службой проектно-конструкторского отдела ОАО "ММК им. Ильича" выполняется комплекс работ по выставке и настройке узлов и механизмов оборудования во время ремонтных работ. Оборудование проверяется на соответствие проекту высотных  отметок и расстояний между узлами и элементами МНЛЗ.

    До настоящего времени на комбинате для определения линейных размеров между осями контролируемых роликов зоны вторичного охлаждения МНЛЗ, опускались и центрировались отвесы, и рулеткой измерялось расстояние между отвесами. Высотные отметки роликов определялись по методике нивелирования II класса, нивелиром Н 05 с использованием инварных реек. Один цикл измерений геометрических параметров МНЛЗ составляет 6…8 часов.

    МНЛЗ была построена в 1992 г., и на момент выполнения работ не сохранилось никаких опорных точек для выноски осей узлов и механизмов машины. Поэтому привязка геодезических измерений выполнялась к наиболее стабильным конструктивным элементам машины – посадочным гнездам подшипников механизма качания кристаллизатора (рис. 5 слева).

    Для выполнения измерений использовалась специальная методика измерений и приспособления. Для нахождения верхней образующей роликов и нижней образующей посадочного гнезда подшипника механизма качания использовалась призменная подставка с подвижной измерительной штангой (рис. 5 и рис. 7 слева).

    Рис. 4. Общий вид МНЛЗ с установленными шаблонами


    Рис. 5. Измерение призменной подставкой посадочного гнезда подшипника (слева) и ролика (справа)

    На измерительной штанге располагается поворотная отражающая пластина с визирной целью и уровень. Штанги использовались 3 размеров: 180, 300 и 500 мм. Уровень для каждой штанги подбирался с такой ценой деления, чтобы обеспечить точность центрирования 0,1 мм.

    В процессе измерений контролировались: посадочное гнездо подшипника механизма качания и ролики №1, 6, 15, 27, 35, 37 и 45 (рис. 6). Визирование на каждую точку выполнялось дважды при круге лево и круге право, серия состояла из 5 измерений. Для контроля положение всех контрольных точек определялось дважды с различных станций. Для этого, после измерений с первой станции, инструмент смещался, и измерения повторялись. Чтобы обеспечить связь между станциями, на опорных конструкциях камеры охлаждения закреплялись 4 магнитные марки, которые не меняли своего положения в процессе измерений.


    Рис.6. Схема геодезических измерений слябовой МНЛЗ

    Параллельно с этими измерениями геодезической службой проектно-конструкторского отдела комбината на ту же дату были выполнены контрольные измерения геометрических параметров МНЛЗ по традиционной технологии.

    Анализ результатов измерений показал, что расхождение координат контрольных точек, определенных с двух точек стояния, не превышали 0,2 мм. Расхождения в высотных отметках контрольных точек, определенных электронным тахеометром и из нивелирования II класса не превышали 0,1 мм. Линейные измерения расстояний электронным тахеометром оказались на порядок точнее, чем измерения рулеткой расстояния между отвесами. По времени весь комплекс измерений геометрических параметров МНЛЗ с двух станций занял 1 ч. 30 мин. За время ремонта такой комплекс измерений выполняется дважды – после установки шаблонов и после подкладки платиков, для контроля. Так что общее время простоя машины сократилось на 10–13 часов.

    На Донецком металлургическом заводе (мини-металлургический завод «Istil») комплекс применялся для контроля и выставки сортовой машины непрерывного литья заготовок. Т.к. механизмы сортовой МНЛЗ располагаются в отдельных изолированных помещениях, то для выполнения работ по выставке МНЛЗ в проектное положение потребовалось создание высокоточной внутрицеховой опорной сети (точность определения координат точек сети 0,3 мм), от которой впоследствии производились измерения и выставка узлов МНЛЗ (рис. 7).

      
    Рис. 7. Измерение роликов (слева) и столов качания (в центре и справа) сортовой  МНЛЗ

    Комплексом Визир 3D были выполнены безотражательные  измерения  главной фермы (длина 307 м) транспортно-отвального моста на разрезе Морозовский ОАО «Александрияуголь» [11] и определены  вертикальные и горизонтальные деформации, а также скручивание.


    Рис. 8. Схема геодезических измерений транспортно-отвального моста

    По методике [14,11] была выполнена оценка технического состояния узлов транспортно-отвального моста и определены узлы, которые требуют дополнительного обследования  с целью увеличения их сопротивления вертикальному прогибу и скручиванию.

    Еще одним из уникальных объектов является магистральный канатно-ленточный конвейер (КЛК), который строится по проекту фирмы METSO Minerals [15] между стволом шахты Красноармейская–Западня № 1 и обогатительной фабрикой. Конвейер имеет три поворотных участка с малым радиусом поворота для таких объектов (440 м), поэтому к точности выставки фундаментных блоков конвейера предъявляются очень высокие требования. Ошибка определения координат центра фундамента не должна превышать 6 мм на всем протяжении конвейера, длина которого составляет 5200 м (660 опор фундаментов, два мостовых перехода) (рис. 9).

    Рис. 9. Участок канатно-ленточного конвейера с мостовым переходом

    Для геодезического обеспечения монтажа конвейера была выполнена исследовательская работа по моделированию и предрасчету точности геодезической сети, начальный вариант (рис. 10) дал ошибку определения координат пунктов 345 мм.


    Рис. 10. Диаграмма распределения плановых ошибок сети (начальный вариант, m = 345 мм)

    Только 7-й вариант (рис. 11), включающий векторы спутниковых измерений, позволил обеспечить необходимую точность геодезической сети. Проект этой сети был измерен с помощью измерительного комплекса Визир 3D.


    Рис. 11. Диаграмма распределения плановых ошибок сети (окончательный вариант, m = 6 мм)

    Кроме таких крупных объектов с помощью комплекса Визир 3D было измерено множество более простых объектов: подушек прокатных станов, шаблонов, затравок, штоков гидроцилиндров и направляющих.

    Выводы

    Работа с уникальными по точности объектами показала, что для каждого из объектов необходимо разрабатывать проект геодезического обеспечения, который бы учитывал тип и точность измерительного оборудования, и геометрию геодезической сети. Обязательным условием является выполнение строгого предрасчета точности для проектируемой сети и технологии измерений.

    С помощью программного обеспечения Визир 3D можно определять геометрические параметры технологического оборудования, сравнивать их с проектными значениями и выдавать корректурные данные для исправления положения сразу же в цехе, по окончании измерений.

    Использование комплекса Визир 3D в производственных условиях показало его высокую эффективность. Онлайн-режим измерений позволяет сократить время простоя оборудования в 3-10 раз по сравнению с традиционными геодезическими методами и при этом обеспечить значительно более высокую точность. При онлайновых измерениях полностью контролируется процесс измерений, выявляются и отбраковываются ошибочные измерения.


    Список источников

    1. Микольский Ю.Н., Кравченко В.М. Выверка и центровка промышленного оборудования. – К.: Будівельник, 1979. – 188 с.

    2. Баран П.И. Геодезические работы при монтаже и эксплуатации оборудования. – М.: Недра, 1990. – 234 с.

    3. Петров В.В., Тюрин С.В. Контроль геометрических характеристик вращающихся печей / Целлюлоза.Бумага.Картон. – 2005. –№ 7. – С. 66-70.

    4. Шоломицкий А.А., Сотников А.Л., Адаменко В.И. Контроль геометрических параметров машины непрерывного литья заготовок / Металлургические процессы и оборудование. – 2007. – №3(9). – С. 27–30.

    5. www.demetra5.kiev.ua

    6. www.gfk-leica.ru/ims/industry.htm

    7. www.glm-laser.com

    8.  www.gis.dgtu.donetsk.ua

    9.  www.brownandsharpe.com 

    10. Сотников А.Л. Контроль соосности оборудования МНЛЗ / Металлургические процессы и оборудование. – 2006. – №1(3). – С. 24-27.

    11. Николаева Т.Г., Шоломицкий А.А.,Фролов И.С., Стеценко Н.М. Наблюдения за деформациями металлоконструкций транспортно-отвального моста на Морозовском разрезе ОАО «Александрияуголь» / Науковий вісник національного гірничого університету. –2008. – № 9. – С. 55–59.

    12. Могильный С.Г., Шоломицкий А.А., Ревуцкий В.Н., Пригаров В.А. Измерительный комплекс «Визир 3D» на предприятиях Украины: Геодезический контроль и выверка технологического оборудования / Геопрофиль. – 2009. – №3 (6). – С.12–19

    13. Могильный С.Г., Шоломицький А.А., Шморгун Є.І. Трьохкоординатний вимірювальний комплекс «Визир 3D» / Наукові праці ДонНТУ: Серія гірничо-геологічна. Вип. 9(143). – Донецьк: ДонНТУ, 2009. – С.13–25.

    14. Красножон Г.Н., Нагорный В.М. Прогнозирование ресурса метало-конструкций на основе аналитических зависимостей, отражающих физику разрушения металла / Подъемные сооружения и специальная техника. – 2007. – №10. – С. 36-37.

    15. www.metso.com.

    Могильный С.Г., Шоломицкий А.А.,
    Донецкий национальный технический университет




    - города
    - предприятия