CC BY
34
ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ И УПРАВЛЯЮЩИЕ
СИСТЕМЫ
УДК 621.86
ВЫБОР КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ КОМПЛЕКСА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕФЕКТОВ КРАНОВЫХ ПУТЕЙ
В.Ю. Анцев, К.Ю. Крылов, П.В. Витчук, Н.А. Витчук
Рассмотрены мероприятия, выполняемые при обследовании крановых путей. Перечислено оборудование, используемое в этом процессе. Обоснована актуальность разработки специального автоматизированного комплекса для измерения дефектов крановых путей. Рассмотрены известные конструкции измерительных комплексов, отмечено, что они содержат различное по принципу работы контрольно-измерительное оборудование. Проведен выбор контрольно-измерительного оборудования для разрабатываемого измерительного комплекса с использованием методов ква-лиметрической оценки. Для обработки результатов использован критерий сигнал/шум.
Ключевые слова: дефект, измерение, крановый путь, комплекс, обследование.
Безопасность эксплуатации ряда грузоподъемных кранов (например, мостовых, козловых и башенных кранов) во многом определяется техническим состоянием крановых путей. Требования по контролю технического состояния крановых путей установлены Федеральными нормами и правилами в области промышленной безопасности «Правила безопасности опасных производственных объектов, на которых используются подъемные сооружения» [1], а также СП 12-103-2002 «Пути наземные рельсовые крановые. Проектирование, устройство и эксплуатация» [2].
Для контроля технического состояния крановых путей организациям, эксплуатирующим грузоподъемные краны, предписывается проводить комплексные обследования наземных и надземных крановых путей.
Объектами обследования крановых путей являются [1, 2]: направляющие, по которым перемещаются колеса грузоподъемного крана (металлопрокат в виде рельса, двутавра, квадрата и т. п.); стыковые и промежуточные скрепления; элементы, передающие нагрузку от направляющих и промежуточных соединений на грунтовое основание (балки, фермы, колонны, фундаменты, подрельсовые опорные элементы наземных крановых
230
путей, грунтовое основание и т. п.); путевое оборудование (тупики, ограничители передвижения, ограждения, предупредительные знаки, заземление и др.); конструкции электроподвода.
Целью проведения обследования крановых путей является установление их соответствия требованиям нормативно-технической документации. При этом выполняют [1, 2]: внешний осмотр и измерение основных геометрических размеров направляющих, по которым перемещаются ходовые колеса; внешний осмотр состояния стыковых и промежуточных соединений (скреплений) и измерение зазоров в соединениях; внешний осмотр и измерение геометрических размеров элементов, передающих нагрузку от направляющих, по которым перемещаются ходовые колеса; измерение отклонений элементов крановых путей от проектного положения в плане и профиле (планово-высотная съемка) с применением геодезических приборов и другие виды работ.
Контроль планово-высотного положения и износа головки рельсов, а также состояния стыковых и промежуточных скреплений - основные параметры для контроля технического состояния крановых путей. Эта работа сопряжена со значительными рисками, так как измерения происходят, в большинстве случаев, на большой высоте. При этом выполнение требований правил по охране труда [3] специалистами по обследованию затруднено тем, что проход по подкрановым балкам для обследования требует наличия значительного количества инструмента и измерительных приборов. Так, типовой комплект оборудования включает в себя: нивелир; нивелирную рейку; лазерный дальномер; фотоаппарат; набор для визуально-измерительного контроля; измеритель сопротивления заземления и др. Кроме того, в связи с конструкцией леерного ограждения необходима постоянная перецепка монтажных поясов, что замедляет скорость / прохода.
Поэтому, например, применительно к мостовым кранам, при соблюдении всех требований к процессу обследования, бригада, состоящая из двух специалистов за рабочую смену (8 часов) способна полноценно обследовать, в среднем, до 100 погонных метров кранового пути.
Таким образом, актуальной является задача разработки мероприятий, направленных на повышение безопасности и производительности работ, связанных с обследованием крановых путей.
Решение данной задачи позволит снизить риски при производстве работ по обследованию, повысить производительность работ по обследованию кранового пути и по камеральной обработке результатов обследования, повысить точность проведения измерений и снизить себестоимость производства работ.
Известные в настоящее время мероприятия, направленные на повышение безопасности и производительности работ по обследованию крановых путей, можно условно разделить на две группы. Это: разработка
приспособлений для адаптации существующих приборов к специфическим условиям обследования и разработка специальных автоматизированных измерительных комплексов.
Например, к первой группе можно отнести приспособления, предназначенные для подсветки шкалы приборов, а также для закрепления приборов на крановых путях [4-7 и др.]. Данные приспособления позволяют несколько улучшить условия проведения измерений, но, тем не менее, не исключают необходимости проведения измерительных работ в опасных условиях. Это обуславливает рациональность разработки комплексов, автоматизирующих процесс измерений отклонений крановых путей.
Так, в Калужском филиале МГТУ им. Н.Э. Баумана была разработана модель комплекса для измерения отклонений рельсового кранового пути от проектного положения в плане и профиле при помощи двух неприводных измерительных тележек, крепящихся к металлоконструкции крана при помощи электромагнита и шарнирно-телескопической тяги (рис. 1) [8]. Тележки имеют по два ходовые колеса, опирающиеся поверхностью катания на головку рельса, и четыре подпружиненных ролика, катящиеся по боковой стороне головки рельса. На тележках планировалось разместить светочувствительный экран, гироскоп, лазерный дальномер, а также ультразвуковые (или электромагнитные).
Предложенная модель комплекса не была изготовлена, так как обладала рядом существенных недостатков, а именно: возможность опрокидывания тележки, влияние крана на точность измерений (прогиб рельса под весом крана, перекос моста, передача вибраций на тележки и др.), а также то, что в настоящее время не существует приемлемых по стоимости достаточно точных светочувствительных экранов.
Фирмой КОКЕ (КОНЕ, Финляндия) была разработан комплекс ЯаНО, включающий в себя самоходную автоматизированную тележку, управляемую дистанционно, и измерительное оборудование (рис. 2) [9]. Для фиксации расстояния использован тахеометр. Тележка содержит зеркальную головку, положение которой определяется теодолитом.
К недостаткам конструкции комплекса ЯаИО можно отнести сравнительно высокую стоимость и невозможность контролировать зазоры в стыках, внешнее состояние и комплектность элементов кранового пути. К условным недостаткам можно также отнести вероятность опрокидывания тележки при прохождении неровностей, поскольку ее устойчивость обеспечивается только на основе расположения центра тяжести ниже уровня головки рельса.
В работе [10] авторами предложена конструкция комплекса ЛЕТ18, состоящего из самоходной автоматизированной тележки, на которой размещены (рис. 3): лазерный трекер следящей системы для контроля планово-высотного положения рельсов; два профильных лазерных сканера для
контроля износа головки рельсов; две экшн-камеры для контроля комплектности элементов пути и зазоров в стыках; уклономер для компенсации погрешности наклона пути и одометры для фиксации пройденного расстояния. Устойчивость тележки обеспечивается регулируемыми рычагами, содержащими по два боковых ролика на рабочих концах.
б
Рис. 1. Измерительные тележки [8]: а - внешний вид;
б - схема контроля
Рис. 2. Комплекс КОМЕ Яш® [9]
233
Стоимость такого комплекса неизвестна, но можно предположить, что она окажется весьма значительной, так как только стоимость используемых в комплексе лазерного трекера и лазерных сканеров по данным различных интернет-магазинов составляет от 5 до 7 млн руб. Также можно отметить отсутствие устройства для прижатия боковых роликов к рельсу и малый диаметр самих роликов, то есть существует вероятность опрокидывания тележки при прохождении неровностей и препятствий или застревания ролика в стыке с большой величиной раскрытия.
Несмотря на то, что параметры, измеряемые всеми рассмотренными автоматизированными комплексами, одинаковы, они содержат различное по принципу работы контрольно-измерительное оборудование. При разработке отечественного комплекса для измерения дефектов крановых путей необходимо осуществить обоснованный выбор контрольно-измерительного оборудования, обладающего наилучшей совокупностью таких свойств как: точность, удобство измерения, удобство камеральной обработки результатов измерений, стоимость и др.
Решение этой задачи может быть достигнуто, например, с использованием методов квалиметрической оценки. Обработку результатов ква-лиметрической оценки предлагается проводить с использованием критерия Г. Тагути сигнал/шум [11-13].
В данном случае определение значения критерия сигнал/шум опирается на результаты опроса экспертов о применимости типа оборудования для контроля различных дефектов [14]. Отклик (у1) - это оценка эксперта,
а фактором (х^), который влияет на оценку эксперта (отклик), является
оборудование для проведения обследования крановых путей.
Лазерные сканеры и экшен-камеры
Рис. 3. Комплекс АЯШ [10]
Критерий сигнал/шум определяется по формуле:
С / Ш = 101ё
У
В У
(1)
п
Где у - математическое ожидание отклика; В =-£ (уг- - у) - диспер-
п -11=1
сия; у1 - отклик (оценка эксперта); п - количество экспертов.
Чем больше отношение сигнал/шум, тем предпочтительнее тип оборудования для проведения обследования крановых путей.
Экспертную оценку применимости оборудования предлагается проводить для 3 групп измерений: планово-высотная съемка, контроль стыков и промежуточных скреплений, контроль пройденного расстояния. Для осуществления каждой группы измерений может быть определен соответствующий перечень оборудования (табл. 1). В таблице приведено несколько вариантов оборудования, которые могут быть использованы для осуществления выделенных групп измерений.
Таблица 1
Перечень оборудования для осуществления различных групп измерений параметров крановых путей
Группа измерений
Оборудование 1. Планово- 2. Контроль стыков и 3. Контроль прой-
высотная промежуточных скрепле- денного расстоя-
съемка ний ния
Лазер, экран, изме- +
ритель расстояния
Теодолит +
Тахеометр + +
Лазерный трекер + +
Нивелир, измеритель +
расстояния
Камера +
Лазерный сканер +
Набор для ВИК +
Одометр +
Лазерный дальномер +
Критериями оценки применимости типа оборудования для каждой рассматриваемой группы измерений могут быть: длительность проведения измерений, длительность камеральной обработки результатов, точность, удобство проведения измерений, удобство камеральной обработки результатов, стоимость, возможность установки на ходовой раме автоматизированного комплекса, безопасность проведения измерительных работ. Экс-
235
пертное оценивание применимости оборудования для обследования крановых путей по перечисленным критериям может базироваться на предлагаемой шкале оценки: 2 балла - полное соответствие критерию; 1 балл - частичное соответствие критерию; 0 баллов - несоответствие критерию.
Для проведения экспертной оценки были привлечены семь экспертов, компетентных в решении поставленной задачи. После проведения опроса оценки экспертной группы систематизируются в соответствующую таблицу для расчета критерия Г. Тагути сигнал/шум (табл. 2, 3, 4).
Таблица 2
Выбор оборудования для осуществления _первой группы измерений_
Оборудование Оценка эксперта № ( у, ) п £ Уг г=1 У п 2 £ ( Уг - у ) г=1 Б С/Ш
1 2 3 4 5 6 7
Лазер, экран, измеритель расстояния 11 15 12 11 10 10 11 80 11,43 17,71 2,95 16,46
Тахеометр 15 13 12 14 15 15 15 99 14,14 8,86 1,48 21,32
Теодолит 13 6 8 8 10 10 12 67 9,57 35,71 5,95 11,87
Лазерный трекер 13 10 14 13 12 12 12 86 12,29 9,43 1,57 19,83
Нивелир, измеритель расстояния 9 11 7 10 8 8 9 62 8,86 10,86 1,81 16,37
По результатам расчета критерия сигнал/шум тахеометр является наиболее предпочтительным типом оборудования для оснащения автоматизированного комплекса и для осуществления первой группы измерений «Планово-высотная съемка». Данный тип оборудования, по мнению экспертов, наиболее полно соответствует выделенным критериям оценки.
Таблица 3
Выбор оборудования для осуществления _второй группы измерений_
Оборудование Оценка эксперта № ( у, ) п £ Уг г=1 У п £ (У, - У )2 г=1 Б С/Ш
1 2 3 4 5 6 7
Камера 13 13 12 12 13 13 13 89 12,71 1,43 0,24 28,32
Лазерный сканер 11 8 12 11 11 9 11 73 10,43 11,71 1,95 17,46
Набор для ВИК 7 9 7 10 8 7 9 57 8,14 8,86 1,48 16,52
Для осуществления второй группы измерений «Контроль стыков и промежуточных скреплений» автоматизированный комплекс следует оснастить камерой.
Таблица 4
Выбор оборудования для осуществления третьей группы измерений
Оборудование Оценка эксперта № ( у, ) п I У, г=1 У п I (у, - У )2 г=1 Б С/Ш
1 2 3 4 5 6 7
Одометр 14 15 14 15 14 14 14 100 14,29 1,43 0,24 29,33
Тахеометр 15 15 14 14 15 15 15 103 14,71 1,43 0,24 29,59
Лазерный трекер 13 12 12 13 13 13 14 90 12,86 2,86 0,48 25,41
Лазерный дальномер 12 15 15 13 15 15 15 100 14,29 9,43 1,57 21,14
По результатам расчета критерия сигнал/шум однозначного прибора для осуществления третьей группы измерений «Контроль пройденного расстояния» выявлено не было, поэтому контроль этой группы дефектов может произведен любым из них в зависимости от имеющихся технологических, конструктивных, экономических и других ограничений.
Использование критерия Г. Тагути сигнал/шум упрощает процесс выбора оборудования для оснащения автоматизированного комплекса с целью проведения обследования крановых путей. На основе экспертной оценки и определения критерия Тагути сигнал/шум формируется определенный перечень оборудования, который может использоваться для контроля и измерения различных групп дефектов крановых путей.
Список литературы
1. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила безопасности опасных производственных объектов, на которых используются подъемные сооружения».
2. СП 12-103-2002 «Пути наземные рельсовые крановые. Проектирование, устройство и эксплуатация».
3. Приказ Министерства труда и социальной защиты Российской федерации от 28.03.2014 г. № 155н.
4. Ганьшин В.Н., Репалов И.М. Геодезические работы при строительстве и эксплуатации подкрановых путей. М.: Недра, 1980. 50 с.
5. Марфенко С.В. Геодезические работы при изысканиях и строительстве промышленных сооружений: учебное пособие. М.: МИИГАиК, 2004. 49 с.
6. Центрирующий штатив для установки геодезического прибора на головке рельса А.М. Рускова: пат. 2032147 Рос. Федерация: МПК G01C 15/00 / Русков А.М. № 5056742/10; заявл. 01.04.1992; опубл. 27.03.1995.
7. Шеховцов Г. А., Шеховцова Р.П. Современные геодезические методы определения деформаций инженерных сооружений. Н. Новгород: ННГАСУ, 2009. 156 с.
8. Дмитриев А. А., Кондратенко А.В. Измерительные тележки для диагностики кранового пути // Подъемно-транспортные, строительные, дорожные, путевые машины и робототехнические комплексы: Мат-лы XIII Междунар. науч.-техн. конф. М.: МАДИ (ГТУ), 2009. С. 44-45.
9. Комплекс KONE RailQ. Официальный сайт компании KONE. [Электронный ресурс]. URL: http://www.konecranes.ru/servis-i-zapchasti/konsultacionnye-uslugi/proverka-sostoyaniya-kranovyh-putey-railqtm (дата обращения 15.11.2017).
10. Dennig D., Bureick J., Link J., Diener D., Hesse C., Neumann I. Comprehensive and Highly Accurate Measurements of Crane Runways, Profiles and Fastenings // Sensors, 2017. № 17. 1118. doi:10.3390/s 17051118.
11. Taguchi G. Taguchi's Quality Engineering Handbook / G. Taguchi, S. Chowdhury, Y. Wu. New York: Wiley-Interscience, 2004. 1696 p.
12. Анцев В.Ю., Витчук Н.А. Модель выбора комбинации методов управления качеством и инструментов контроля качества для анализа и совершенствования производственный процессов // Качество в обработке материалов, 2017. №1 (7). С. 5-9.
13. Управление качеством в системах и процессах машиностроения / Аникеева О.В., Золотухина Н.П., Ивахненко А.Г., Олейник А.В., Сторублев М.Л. // Курск, 2014. 208 с.
14. Анцев В.Ю., Витчук П.В., Крылов К.Ю. Классификация дефектов и отказов грузоподъемных машин // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. Вып. 10. С. 121-128.
Анцев Виталий Юрьевич, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, An-zev@,tsu.tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Крылов Константин Юрьевич, директор, krylov@ritc-k.ru, Россия, Калуга, ООО «Региональный инженерно-технический центр»,
Витчук Павел Владимирович, канд. техн. наук, доцент, zzzVentor@yandex.ru, Россия, Калуга, Калужский филиал Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана (Национальный исследовательский университет),
Витчук Наталья Андреевна, канд. техн. наук, доцент, Vitchuk.Natalya@mail.ru, Россия, Калуга, Калужский государственный университет им. К.Э. Циолковского
238
CHOICE OF THE CONTROL AND MEASURING EQUIPMENT OF THE COMPLEX FOR INSPECTION CRANE RAILS DEFECTS
V.J. Antsev, K.J. Krylov, P.V. Vitchuk, N.A. Vitchuk
Considered the actions which are carried out at inspection of crane rails. Listed the equipment used in this process. Proved the relevance of development special automated complex for measurement crane rails defects. Considered the known designs of measuring complexes are, noted that they contain various by the principle of work control and measuring equipment. Carried out the choice of the control and measuring equipment for the developed measuring complex with use of qualimetrical assessment methods. Used criteria signal/noise for processing of results.
Key words: defect, acceptance tests, crane rail, system, inspection.
Antsev Vitaliy Jur'evich, doctor of technical science, professor, manager of department, Anzev@tsu.tula.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Krylov Konstantin Jur'evich, director, krylov@ritc-k.ru, Russia, Kaluga, LLC «Regional Engineering and Technology Center»,
Vitchuk Pavel Vladimirovich, candidate of technical science, docent, zzzVentor@yandex.ru, Russia, Kaluga, Bauman Moscow State Technical University Kaluga Branch,
Vitchuk Natalia Andreevna, candidate of technical science, docent, vitchuk.natalya@,mail.ru, Russia, Kaluga, Kaluga State University named after K.E. Tsiolk-ovski
УДК 681-26
ВЕСОИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТОПОЛОГИЯ СОВРЕМЕННОГО
АЭРОПОРТА
Хейн Тай Зар Тин, В.Е. Мельников
Рассмотрены целесообразность и возможность создания весоизмерительной инфраструктуры аэропорта, включающей как систему определения взлетного веса и исходной центровки авиалайнеров в реальном масштабе времени в момент движения по рулежной дорожке на стартовую позицию ВПП, так и вспомогательные процедуры, регламентирующие контроль загрузки борта. Сформулированы требования к структуре и составу функционально необходимых элементов метрологической зоны и представлены варианты реализации воспринимающих силы давления колес шасси поверхностей сенсорных линеек.
Ключевые слова: Взлетный вес, метрологическая зона, сенсорная линейка, единичный сенсор, контактное пятно колес шасси, метод полного взвешивания, сканирования, кварцевый тензочувствительный сенсор, кварцевый автогенететор.
Одним из факторов гарантии безопасности полетов и качества управления авиалайнерами на всем интервале от взлета в точке старта до посадки в конечной точке маршрута является достоверная информация
239
