CC BY
74
УДК 528.48
СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКОЙ (САУ^)
Владимир Васильевич Щербаков
Сибирский государственный университет путей сообщения, 630049, Россия, г. Новосибирск, ул. Д. Ковальчук, 191, кандидат технических наук, доцент, зав. кафедрой инженерной геодезии, тел. (913)912-86-91, e-mail: [email protected]
Иван Александрович Бунцев
Сибирский государственный университет путей сообщения, 630049, Россия, г. Новосибирск, ул. Д. Ковальчук, 191, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник, тел. (913)397-48-42, e-mail: [email protected]
Иван Владимирович Щербаков
Сибирский государственный университет путей сообщения, 630049, Россия, г. Новосибирск, ул. Д. Ковальчук, 191, кандидат технических наук, ведущий инженер, тел. (913)795-33-33, e-mail: [email protected]
Владимир Дмитриевич Астраханцев
Сибирский государственный университет путей сообщения, 630049, Россия, г. Новосибирск, ул. Д. Ковальчук, 191, кандидат технических наук, доцент, тел. (913)742-01-05, e-mail: [email protected]
Разработка автоматизированных средств и методов геодезического обеспечения реконструкции (ремонта) железных дорог с использованием цифровых технологий.
Ключевые слова: геоинформационные системы, ремонт путей, геометрические параметры пути.
SYSTEMS OF AUTOMATED CONTROL OF CONSTRUCTION EQUIPMENT (ACS-3D)
Vladimir V. Shcherbakov
Siberian Transport University, 191, Dusi Kovalchuk St., Novosibirsk, 630049, Russia, Ph. D., Associate Professor, Head of the Department of Engineering Geodesy, phone: (913)912-86-91, e-mail: [email protected]
Ivan A. Buncev
Siberian Transport University, 191, Dusi Kovalchuk St., Novosibirsk, 630049, Russia, Ph. D., Department of Engineering Sciences, Leading Researcher, phone: (913)397-48-42, e-mail: [email protected]
Ivan V. Shcherbakov
Siberian Transport University, 191, Dusi Kovalchuk St., Novosibirsk, 630049, Russia, Ph. D., Department of Engineering Sciences, Leading Engineer, phone: (913)795-33-33, e-mail: [email protected]
Vladimir D. Astrahancev
Siberian Transport University, 191, Dusi Kovalchuk St., Novosibirsk, 630049, Russia, Ph. D., Associate Professor, phone: (913)742-01-05, e-mail: [email protected]
Developed three fundamentally different ways and implemented of automatic control systems for the road-building machines.
Key words: geoinformation system, locationand geometries, repair of rail track.
Автоматизация строительных процессов всегда была актуальна, а в последнее время с появлением спутниковой аппаратуры, лазерной и гироскопической техники, цифровых систем управления гидро и электроприводом строительных машин получила широкое развитие. Особенно важно использование систем автоматизированного управления (САУ) при выполнении трудоемких строительных процессов, таких как планировочные земляные работы, устройство дорожных одежд, балластировка железнодорожного пути, постановка инженерных сооружений в проектное положение, контроль качества работ и многое другое. Строители десятки лет используют копир - струну для реализации проектных решений при строительстве автомобильных и железных дорог, обеспечивая высокое качество работ, включая высотные отметки, поперечный уклон, параметры вертикальных и горизонтальных кривых. Технология трудоемкая, но обеспечивающая высокое качество геодезических работ. Применяются также ультразвуковые датчики на автогрейдерах и бульдозерах для управления рабочими органами строительной техникой, спутниковая аппаратура позиционирования, комплексированные системы, включающие гироскопические датчики, инерциальные системы, спутниковые приемники позиционирования ГНСС [1].
САУ в основном применяются при строительстве автомобильных и железных дорог, а также при строительстве крупных инженерных сооружений.
В последние годы наиболее интенсивно развиваются технологии и САУ на базе ГНСС. Специфика использования САУ на строительной площадке (объекте строительства) существенна по отношению к традиционным технологиям геодезического обеспечения строительных процессов, независимо от конструктивных особенностей и принципа работы САУ. Нормативных требований регламентирующих применение САУ на строительной площадке нет, так же как и технологических требований к созданию проектной документации (электронных и цифровых проектов), включая контроль качества работ, натурные объемы контроля, оценка результатов работ по базам данных (БД) САУ. Эти системы являются новым направлением геодезического обеспечения строительства, имеют различные функциональные возможности, принцип работы, устройство, системы координат и точность измерений, при этом в нашей стране их работа не регламентирована в настоящее время строительными нормами и нормативными требованиями в геодезии.
Для систематизации САУ рассмотрим критерии, по которым их можно классифицировать. Анализируя САУ, применяющиеся в настоящее время на строительных машинах по уровню управления можно выделить САУ индикаторного типа, когда машинист по текущей информации управляет «вручную»
рабочими органами или с использованием автоматизированных устройств управлением гидро и электроприводом рабочих органов.
По количеству геометрических параметров контроля В,2В,3В, а по функциональным возможностям САУ можно разделить на несколько групп:
• планировочные (планировка земли, дорожных одежд, балластировка )
• постановка в проектное положение в плане и профиле элементов конструкции железных дорог, слоев дорожных одежд и.т.д).
• комплексные системы управления (планировочные работы и вынос инженерных объектов в проектное положение).
Рассмотрим системы автоматизированного управления (САУ), обеспечивающие контроль одного параметра.
Примером таких систем может быть САУ на базе лазерного построителя плоскости и приемника установленного на штанге жестко связанной с рабочими органами на автогрейдере, бульдозере и другой строительной технике (рис. 1).
Лазерный нивелир Приемник
Рис. 1. САУ на базе лазерного построителя плоскости
САУ, выполняющие функции контроля по одному параметру, как правило, управляется в «ручную» и является системами индикаторного типа, обеспечивающие машиниста информацией для управления строительной машиной.
Второй тип (САУ-2Б), обеспечивает реализацию проектных решений по двум параметрам - например, по высотным отметкам и поперечному уклону таких машин как автогрейдер или асфальтоукладчик [2].
Третий тип (САУ-3Б), обеспечивает реализацию проектных решений по трем параметрам, например плановое положение, высотные отметки и поперечные уклоны. На рис. 2 показан бульдозер, оборудованный САУ - 3Б с двумя спутниковыми антеннами жестко связанными с рабочими органами бульдозера.
Две антенны позволяют выполнять пространственную ориентацию и надежное обеспечение пространственными данными.
Рис. 2. САУ-3Б «Site Vision»
На рис. 3 приведена структурная схема САУ - 3Б с одной антенной и датчиками пространственного положения: инклинометрами, датчики углового вращения.
Датчик SP14
Рис. 3. САУ-3D на базе ГНСС и датчиков пространственной ориентации
Широкое применение нашли САУ - 3D на базе роботизированного электронного тахеометра и активного отражателя, например система Trimble Blade Pro 3D. Аналогичные 3D системы имеют Leica, Topcon и др.
Сибирский государственный университет путей сообщения разработал и поставляет в ОАО «РЖД» аналогичные приведенным САУ на базе ГНСС для автогрейдеров (рис. 4).
Рис. 4. САУ-3Б для автогрейдера (разработка СГУПС)
Главным отличием САУ-3Б для автогрейдера, (разработка СГУПС) является возможность работать с универсальным цифровым проектом, созданным для строительных и др. машин: электробалластер, выправочно-подбивочно-рихтовочная (ВПР) и щебнеочистительная машины [3]. Возможность использования одного цифрового проекта для всех строительных машин позволяет значительно сократить затраты на создание цифрового (электронного) проекта. САУ-3Б, при этом может использоваться как система индикаторного типа без подключения к гидро и электроприводу, так и в автоматизированном режиме. Для контроля геометрических параметров при вырезке загрязненного балласта в СГУПС для щебнеочистительных машин разработана САУ-3Б на базе ГНСС и гидростатического нивелира (рис. 5) [4].
Рис. 5. САУ-3Б ЩОМ 1200 (разработка СГУПС)
САУ-3Б позволяет контролировать глубину вырезки с проектными отметками и поперечным уклоном, а так же контроль габаритов приближения строений.
САУ-3Б щебнеочистительных машин может применяться как в индикаторном режиме, так и автоматизированном, например машины ЯМ202, оснащенные САУ - 3Б используются в индикаторном режиме, а ЩОМ 1200 в автоматизированном.
Одной из наиболее сложных и эффективных с широкими функциональными возможностями является САУ-3Б (разработка СГУПС) для электробалластеров, ВПО, ВПР (рис. 6) [5].
Рис. 6. САУ-3Б ВПО - 3000 (разработка СГУПС)
САУ-3Б ВПО - 3000 является по функциональным возможностям комплексной системой, обеспечивающей планировочные работы (балластировка) и постановку железнодорожного пути в проектное положение, при этом используется только автоматизированный режим управления с контролем габаритов приближения строений, видео регистрацией рабочих органов (ПРУ). К комплексным системам относится также САУ-3Б «Доуматик», (разработка СГУПС), которая включает оборудование ГНСС и штатную троссо - хордовую выправочную систему «Доуматик». Спутниковый приемник обеспечивает определение сдвижек и подъемок на переднем конце троссо-хордовой системы, что позволяет САУ одновременно выполнять постановку пути в проектное положение в плане и профиле, по уровню и «сглаживать» путь, устранять короткие до 20м. неровности. [6].
Таким образом, из приведенного видно, что САУ обеспечивает решение сложных и трудоемких задач при строительстве и ремонте автомобильных и
железных дорог. Учитывая наличие разнообразных функциональных возможностей системы управления, область применения, точность измерительных систем и другие характеристики САУ, а также методы их тестирования и калибровки, контроля качества работы необходимо на государственном уровне организовать работу по подготовке нормативных требований, регламента работы, включая создания цифровых проектов. В России нет структуры в настоящее время, которая могла бы обеспечивать техническую политику в области геодезии, примером может служить САУ для строительной техники, которые не подкреплены нормативной базой. Разработчики могут формировать технические требования аппаратно-программной реализации САУ, системам координат, критерии для классификации, структуре и форматам проектных данных и многое другое, но это необходимо решать в рамках технической политики в геодезии на государственном уровне.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Разработка систем автоматизированного управления выправкой пути на базе ГНСС, Транспортное строительство, 2015г, №9 стр22-25
2.Кулижников А.М., Ануфриев А.А., Колесников И.П.. Нормативная база для САУ 3Б // САПР и ГИС автомобильных дорог. - 2014. - №2. С.38-41.
3.Щербаков В.В.,Ковалева О.В., Щербаков И.В. Цифровые модели пути-основа геодезического обеспечения проектирования строительства(ремонта) и эксплуатации железных дорог, Геодезия и картография, 2016г,№3 стр12-16.
4. Щебнеочистительная машина: пат. на полезную модель 126011 Российская Федерация, МПК 51 Е01В27/10 / В.В. Щербаков [и др.]; заявитель и патентообладатель СГУПС. -№ 2012124581/11; заявл. 14.06.2012, опубл. 23.03.2013.
5. Щербаков В. В. Выправка пути при реконструкции и ремонте железнодорожных путей с использованием ГИС-технологий и ГНСС // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013. 1Х Между -нар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 3 т. (Новосибирск, 15-26 апреля 2013 г.). - Новосибирск : СГГА, 2013. Т. 3. - С. 14-20.
6. Щербаков В. В., Щербаков И. В. Анализ способов постановки железнодорожного пути в проектное положение при реконструкции (модернизации) и эксплуатационной работе // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2014. Х Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 818 апреля 2014 г.). - Новосибирск : СГГА, 2014. Т. 2. - С. 87-92.
© В. В. Щербаков, И. А. Бунцев, И. В. Щербаков, В. Д. Астраханцев, 2018
