CC BY
54
9. Proskuriakov N.E., Lopa I.V., Trapeznikov E.V. Control of influence of a thread on a bending of screws // Journal of Physics: Conference Series. V. 858. I. 1, 2017. № 012028.
Проскуряков Николай Евгеньевич, д-р, техн. наук, проф., vippne@,mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Лопа Игорь Васильевич, д-р, техн. наук, проф., pmdm@,tsu. tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
LONGITUDINAL-TRANSVERSE BENDING OF THE SHUTOFF VALVES SPINDLES
N.E. Proskuriakov, I. V. Lopa
Results of modeling of a longitudinal-transverse bending of shutoff valves spindles are analyzed.The model considering influence of a transverse load on loss of longitudinal stability of shutoff valves spindlesis offered.It is shown that not accounting of lateral force significantly distortedof results.
Key words: valves, modeling, longitudinal-transverse bending, longitudinal stability,
spindle.
Proskuriakov Nikolai Evgenievich, doctor of technical sciences, professor, vippne@,mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Lopa Igor Vasilyevich, doctor of technical sciences, professor, pmdm@,tsu. tula. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 681.5
ПРОБЛЕМЫ ОСНАЩЕНИЯ ОТЕЧЕСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ СИСТЕМАМИ НИВЕЛИРОВАНИЯ
К.Г. Пугин, У.А. Пираматов
В статье рассматриваются существующие виды систем нивелирования, произведен обзор существующих систем нивелирования и их производителей. Рассмотрены слабые места отечественной техники в связи с которыми внедрение систем нивелирования нецелесообразно. Рассмотрены все преимущества системы и обоснована ее эффективность и необходимость развития отечественной техники в направлении интеллектуализации. Описана история развития систем нивелирования, описаны особенности систем нивелирования каждого поколения. Выявлены конкретные проблемы внедрения систем нивелирования на конкретном примере автогрейдера ДЗ-98.
Ключевые слова:системы нивелирования, автогрейдер, гидросистема, автоматизация техники, GPS, ГНСС, позиционирование.
Сфера дорожного строительства в последние годы стала бурно развиваться, повышаются требования к точности строительства, очень остро стоит вопрос повышения производительности техники и понижения затрат
282
Наличия систем нивелирования требуют не спроста, данные системы позволяют увеличить производительность техники (бульдозеры, асфальтоукладчики, автогрейдеры, экскаваторы), повышают точность обработки дорожных оснований(автогрейдер оснащенный системой способен обрабатывать дорожные основания с точностью до 1 сантиметра). На сегодняшний день одними из самых современных систем нивелирования являются системы расчет местоположения и высоты в которых производится относительно спутников (ГЛОНАСС/GPS), но тут же появляется вопрос относительно точности расчетов системы так как, системы чья работа основана на спутниках максимально способны обеспечить точность в 2 метра, в случае же систем нивелирования вводится дополнительная точка для расчета, это базовая станция, установленная на точке с известными координатами [3], в частности на рис. 1 представлена схема работы систем нивелирования, данная схема включает в себя спутники GPS и ГЛОНАСС, базовую станцию, технику оснащенную системой нивелирования, а также работника производящего контроль точности обработки оснований с использованием геодезического комплекта.Также необходимо отметить, что одна базовая станция способна обеспечить работу всей строительно-дорожной техники на одном объекте, вне зависимости от назначения и количества одновременно работающих машин.Работающая техника, оснащенная системой нивелирования связывается со спутниками (в среднем 810) и базовой станцией, в таком случае система способна обеспечить точность до 1 сантиметра.
История автоматизации рабочих органов строительно-дорожных машин берет свое начало еще в эпоху СССР, позиционирование рабочего органа производилось относительно натянутой металлической (копирной) струны [4]. Следующей стадией развития систем нивелирования сталила-зерные и ультразвуковые системы, данные системы имели существенное преимущество за счет того, что не было нужды в установке копирной струны и постоянной проверке ее точности. Лазерная система нивелирования работает за счет привязки машины к роботизированному тахеометру (тахеометр является источником лазерного луча, а на строительно-дорожной машине установлен отражатель), данная система отличается высокой точностью, но имеет ограничения по скорости и не может работать при наличии преград между тахеометром и машиной.Также существует разновидность лазерных систем нивелирования в которой лазером сканируется основание на небольшом расстоянии от техники (применяется на асфальтоукладчиках). Ультразвуковая система нивелирования работает на основе данных получаемых от ультразвуковых датчиков [5], определяющих расстояние до дорожного основания. Последним поколением являются спутниковые системы нивелирования, преимуществом данных систем является то, что работа системы возможна при наличии препятствий между техникой и базовой станцией.
Суть систем нивелирования заключается в автоматизации работы рабочего органа, за счет установки датчиков перемещения и ГНСС антенны производится определение местоположения техники и рабочего органа [6], в последствии рабочий орган позиционируется относительно электронного плана загруженного в компьютер системы [7]. Данные системы позволяют не только повысить производительно и точность, но также повышается экономия строительных и горюче-смазочных материалов и что не маловажно понижаются требования к мастерству оператора.
Основными производителями систем нивелирования являются компании Topcon, Sokkia, Trimble, Leicaи Moba. Topconи Sokkiaс 2008 года являются одной компанией, базируются в Японии, выпускают геодезическое оборудование и системы нивелирования для широко спектра строительно-дорожных машин. Компания Trimbleбазируется в США, специализируется на производстве оборудования для определения местоположения, также выпускает системы нивелирования для широкого спектра строительно-дорожных машин.Leicaнемецкая компания начинавшая свою работу с выпуска фотоаппаратов, на сегодняшний день специализируется на геодезическом оборудовании и системах нивелирования [8]. Британская компания Moba выпускает системы нивелирования в основном для асфальтоукладчиков и экскаваторов [9].
В таблице 1 приведена исполнительная съемка участка (200 метров) строящейся дороги Кунгур-Соликамск. Приведены результаты проведенных исследований точности при помощи спутникового геодезического комплекта (ГНСС приемник и полевой контроллер), также приведены проектные значения высоты слоя песка относительно уровня моря, из исполнительной съемки следует, что система нивелирования на автогрейдере способна обеспечить точность обработки дорожных оснований в 1 сантиметр. Также необходимо отметить, что перед началом работы автогрейдера с системой нивелирования необходимо учесть уплотнение основания в результате прохода катков, поэтому обработка песчаного основания производилась на 3 сантиметра выше планового значения.
На сегодняшний день системами нивелирования крайне редко оснащают отечественные строительно-дорожные машины, хоть они и имеют преимущество в цене.К примеру, на конец 2017 года в России компания Topcon оснастила системами нивелирования более 300 автогрейдеров JohnDeer, автогрейдеров ДЗ-98 оснащенных системами нивелирования всего несколько единиц. Это связанно с серьезными недостатками отечественной техники, разберем сложившуюся ситуацию на примере автогрейдеров. Одной из первых проблем с которой сталкиваются компании при установке систем это устаревшая гидросистема и электрика отечественной техники, вся гидравлика на отечественном автогрейдере ДЗ-98 является механической, что в свою очередь не позволяют автоматизировать рабочий орган [11], для установки системы предварительно необходимо оснастить
автогрейдер электронным гидрораспределителемрекомендованным компанией установщиком систем нивелирования, распределитель же в свою очередь иностранный (Vickers).Еще одной немаловажной проблемой отечественных автогрейдеров являются люфты, которые не позволят достичь точности обработки поверхностей в 1 сантиметр. ДЗ-98 был разработан в 1972 году и выпускается по сей день, за последнее время в него были внесены исключительно косметические изменения, компания производитель самостоятельно производит некоторые комплектующие гидросистемы автогрейдера, в том числе гидрораспределителиДЗ-98В.43.09.010 и РС-25.20 (рис. 2).
Результат обработки песчаного основания автогрейдером HBMTG 190TA-4 оборудованным системой нивелирования 3D ГНСС, исследование проводилось ГНСС приемником SokkiaGRX1 и полевым контроллером SokkiaSHC336
Пк+ Проект Факт отклонение
лево ось Право лево ось Право лево ось Право
4000 - 160,53 160,17 - 160,53 160,16 - 0,00 0,01
4020 - 161,32 160,95 - 161,31 160,95 - 0,01 0,00
4040 - 162,08 161,71 - 162,09 161,70 - -0,01 0,01
4060 - 162,81 162,45 - 162,82 162,44 - -0,01 0,01
4080 - 163,52 163,18 - 163,51 163,18 - 0,01 0,00
4100 - 164,20 163,87 - 164,20 163,86 - 0,00 0,01
4120 - 164,86 164,54 - 164,85 164,53 - 0,00 0,01
4140 - 165,48 165,18 - 165,47 165,19 - 0,01 -0,01
4160 - 166,08 165,78 - 166,07 165,77 - 0,01 0,01
4180 - 166,66 166,35 - 166,66 166,34 - 0,00 0,01
4200 - 167,20 166,90 - 167,19 166,90 - 0,01 0,00
Рис. 1. Работа 3D системы нивелирования на основе спутниковых сигналов
285
Рис. 2. Распределитель грейдера ДЗ-98 [12]
Несовершенство конструкции отечественных автогрейдеров приводит к ухудшению точности обработки оснований примерно на сантиметр, что в сумме с погрешностью системы нивелирования довольно сильно сказывается на экономии материалов (системы нивелирования как правило применяются при высоких объемах работ), также удаление от базовой станции ухудшает точность, на удалении автогрейдера в 5 километров от базовой станции возможно ухудшение точности обработки оснований в несколько сантиметров (при наличии большого количества помех возможно ухудшение точности).В данном случае потребителя интересуют наивысшие показатели точности обработки оснований, отечественная техника в этом показателе проигрывает своим иностранным конкурентам, именно из-за показателей эффективности и низкой надежности отечественная техника очень редко оснащается системами нивелирования. С недавних пор в тендерах на большие объемы строительства дорог указывают в требованиях наличие систем нивелирования, в этом случае компания получившая объект строительства делает ставку на надежность, технологичность и эффективность иностранной техники, стоит отметить, что чаще всего системы нивелирования устанавливаются на новую технику.
Если рассматривать пример установки систем нивелирования на автогрейдеры серии ГС рекомендуется заменить всю гидросистему на импортную, так как отечественные гидросистемы имеют ряд серьезных проблем, такие как протечки, низкая надежность элементов гидросистемы и морально устаревшие элементы гидросистемы, в том числе механический гидрораспределитель РС-25.20 приведённый на рис. 2.Также серьезной проблемой является то, что предприятия производящие автогрейдеры самостоятельно производят сборку гидропривода, допуская при этом ряд нарушений, такие как неэффективная очистка элементов. Предприятие самостоятельно осуществляет сварку металлических элементов трубопровода
На сегодняшний день в стране сложилась экономическая обстановка в которой у отечественных производителей есть преимущество, отечественная техника выигрывает у иностранных конкурентов в цене, но компании производители отечественных автогрейдеров решили сделать упор на визуальной составляющей делая автогрейдеры приятными с виду, но в то же время отставание в качестве и технологичности все нарастает [14]. Выходом из сложившейся ситуации могло бы стать сотрудничество производителей отечественной техники с компаниями, производящими элементы гидросистем (в том числе распределители) и доверить им сборку гидросистем. Также серьезным недостатком отечественной техники является отсутствие CAN-шин, что тоже является одним из препятствий для установки систем нивелирования на техникуи влияет на интеллектуализацию техники [15], а для обхода этого препятствие необходима установка дополнительных электромагнитных клапанов, что в свою очередь несет для покупателя дополнительные траты. Необходимо развивать электронную начинку отечественной техники для повышения ее приспособленности к внедрению современных систем автоматизации и развития техники в направлении интеллектуального управления [16]. Наилучшим решением стало бы привлечение отечественных компаний к работе над гидравликой и электронной составляющей отечественной техники. На сегодняшний день можно констатировать факт серьезного отставания отечественной техники от иностранной, из-за ряда проблем. Решение основных проблем отечественной техники стало бы толчком для развития не только сферы производства строительно-дорожных машин, но и некоторых смежных отраслей промышленности.
Список литературы
1. Дмитриев В. А., Скопцов М.В. Анализ систем нивелирования автогрейдеров с целью повышения производительности // Научная дискуссия: инновации в современном мире. М.: Интернаука, 2017. С. 65-70.
2. Pavana K.R. Vennapusa, David J. White, Charles T. Jahren. Impacts of Automated Machine Guidance on Earthwork Operations // Proceedings of the 2015 Conference on Autonomous and Robotic Construction of Infrastructure.-Iowa, 2015. P. 207-216.
3. Системы 3D ГНСС для автогрейдеров // Системы нивелирования Topcon. URL: http://topcon.pro/stroitelstvo/systems3d grader gnss/ (дата обращения 10.06.2017).
4. Баталина С.А., Илемкова Н.Р. Системы управления землеройной техникой третьего поколения // Материалы международной научно-практической конференции студентов НТИ УрФУ. Нижний Тагил.: Молодежь и наука, 2013. С. 61-65.
5. Машукова А.П., Прокопьева А.П., Иванчура В.И. Интеллектуальная система нивелирования для асфальтоукладчиков // Математические методы в технике и технологиях. 2016. №5. С. 132-135.
6. Kuhlmann H., Heister H. Steering problems and solutions during construction of roads // 12th FIG Symposium.- Baden, 2006. URL: http://www.fig. net/ resources/proceedings/2006/baden_2006_comm6/PDF/NCP/Kuhlmann.pdf (дата обращения: 12.06.2017).
7. Stempfhuber W. 1d and 3d systems in machine automation // 12th FIG Symposium.- Baden, 2006. URL: http://www.fig.net/resources/proceedings/ 2006/baden_2006_comm6/PDF/NCP/Stempfhuber.pdf (дата обращения: 12.06.2017).
8. Корнеев А. А., Павлов В.П. Сравнительный анализ компонентной базы систем нивелирования дорожно-строительных машин // Проблемы и инновации в области механизации и технологий в строительных и дорожных машинах. 2016. №3. С. 58-61.
9. Речмедин М. Точность-вежливость королей // Строительная техника и технологии. 2016. №3. С. 28-36.
10. Новейшие технологии нивелирования в строительстве // Oil&Gasjournal. URL: http://ogjrussia.com/news/view/partnernews-60 (дата обращения: 20.09.2017).
11.Знобишев С.В., Мостиков И.А. Системы нивелирования для автогрейдеров // Строительные и дорожные машины. 2008. № 5. С. 13-18.
12. Руководство по эксплуатации Автогрейдеры ДЗ98В. Челябинск, 2010. 289 с.
13. Гидропривод - слабое звено отечественной техники // Инженерно-производственная компания RESA. URL: http://www.resamgn.ru/ articles.php?id=53 (дата обращения: 10.06.2017).
14. Евстафьев О.В. Тенденции и проблемы развития спутниковых СТП в России. Электронный журнал по геодезии, картографии и навигации «Geoprofi.ru», 2012. №3. С. 9-13.
15. Баловнев В.И. Интеллектуализация строительной техники -важный фактор повышения качества и сокращения криминализации работ // Механизация строительства. 2012. №11. С. 8-10.
16. Баловнев В.И. Задача создания систем интеллектуальной дорожно-строительной техники // Наука и техника в дорожной отрасли. 2012. №4. С. 1-3.
Пугин Константин Георгиевич, д-р техн. наук, доц., [email protected], Россия, Пермь, Пермский национальный исследовательский политехнический университет,
Пираматов Уллубий Арсланбекович, магистрант, [email protected], Россия, Пермь, Пермский национальный исследовательский политехнический университет
288
PROBLEMS OF EQUIPMENT OF DOMESTIC ENGINEERING SYSTEMS BY
POSITIONING SYSTEMS
K.G. Pugin, U.A. Piramatov
In the article the existing types of leveling systems are considered, the review of systems and their manufacturers is made. Weak points of domestic equipment are considered in connection with which the introduction of leveling systems is inexpedient. The history of development of leveling systems is described. Specific problems of introduction of leveling systems on a concrete example are revealed. The main problems are revealed, the reasons for which these problems have arisen and ways of getting out of the current situation are proposed.
Key words:leveling systems, grader, hydraulic system, automatisation of technology, GPS, GNSS, positioning.
Pugin Konstantin Georgievich, doctor of technical sciences, docent, 123zzz@rambier. ru, Russia, Perm, Perm National Research Polytechnic University,
Piramatov Ullubiy Arslanbekovich, master, ullub95@,mail. ru, Russia, Perm, Perm National Research Polytechnic University
