CC BY
57
IK
нлты
ЫКРА1НИ
BlUIÄl®
Науковий BicH и к Н/1ТУ Украши Scientific Bulletin of UNFU http://nv.nltu.edu.ua https://doi.org/10.15421/40280527 Article received 02.05.2018 р. Article accepted 41.05.2018 р.
УДК 528.48
ISSN 1994-7836 (print) Ш1 ISSN 2519-2477 (online)
@ El Correspondence author V. P. Mychailyshyn [email protected]
К. О. Бурак, В. П. Михайлишин
1вано-Франтвський нащональний технiчнийунiверситет нафти i газу, м. 1вано-Франтвськ, Украта
СПОС1Б ВИЗНАЧЕННЯ ГЕОМЕТРИЧНИХ ПАРАМЕТР1В КОЛОВИХ П1ДКРАНОВИХ КОЛ1Й
Висв^лено проблеми визначення геометричних параметрiв колових пiдкранових колiй. Розглянуто вщомш методики контролю геометрп криводушно'' mдкрановоi' коли. 1з появою нових сучасних електронних тахеометрiв постало завдання роз-роблення нового способу вимiрювання п^^аново'' коли полярного крана реакторного в^шення. Запропоновано нову методику визначення геометричних параметрiв колових тдкранових колiй за допомогою електронного тахеометра, який поля-гае у визначент координат точок, замаркованих на колп. На вiддалях 20 мм вiд краю колп з iнтервалом у 2,81 м розмiчують керном i насвердлюють 48 точок дiаметром 3 мм. Вимiри виконують з трьох станцш, на яких попередньо закршлюють вста-новлюють три штатива з поставками, на яких послiдовно встановлюють електроннi тахеометри або вiдбивачi. Вимiрювання виконують почергово в секторах 25+7, 7+37, 12+42, 25+42 i використовують мшьпризму. За результатами вимiрiв анаитич-но розраховують геометричнi параметри колп i данi для оптимального рихтування. Використання способу визначення геометричних параметрiв колових тдкранових колш зпдно з пропонованим винаходом пiдвищуе оператившсть проведення виконання геодезично'' зйомки, ефективтсть знаходження геометричних даних та зумовлюе зниження витрат часу для одер-жання результату. За допомогою ушверсального апроксимуючого алгоритму знайдено радiуси та розраховано дат для рихтування колп колового крана, що допомагае знизити затрати на виконання ремонтних робт
Кл^чов^ слова: реакторне в^шення; атомна електростанщя; вiсь колп; електронний споаб; вiртуальнi станцп; поляр-ний кран.
Вступ. Колов1 шдкранов1 колИ у РВ АЕС (реакторному вщдшент атомних електростанцш) потребують пер1одичного контролю геометричних параметр1в, як1 доцшьно виконувати геодезичними методами. 1з практики ирикладно! геодезй' ведомо, що контроль геометрп кривол1н1йно1 гадкраново' колИ е найбшьш важко вирь шувана задача. Це пояснюють тим, що ввдсуттй алгоритм аналогичного опису ф1зичних явищ, яш можуть бути основою вим1рювального процесу криволшшнос-т1. Якщо, наприклад, шд час визначення параметр1в прямолшшносп, сшвв1сност1, площинносп тощо. гру-пуються законом1рност1 прямолшшного поширення свилових промешв в оптично прозорому й однорщно-му середовищ1, то природу явищ, яш забезпечують фор-мування кривих 1з ввдомими або заданими параметрами, ще не розкрито.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Ва в1дом1 методики контролю геометрп криволшшно' п^дкраново'' колп засноваш на спещаль-них геодезичних побудовах 1 1х опрацюванню (Вигак, 1993; Ruskov, 1994; Buriak & Випак, 1995; Pymshyn & Lytvynova, 1999; Pymshyn & Lytvynova, 1997). Тобто розпланування досл1джувано1 п^дкраново'' колп на деяк штервали, закр1плення контрольованих точок безпосе-редньо на нш, виконання вим1рювань у систем1 назва-них вище точок, опрадювання результапв вим1рювань з
отриманням характеристик криво' 1 хх достов1рност1. Також на результати геодезичних вим1р1в ютотний вплив мають коливання повиря, в1бращя, перепад тем-ператури (Кгетеп, Koska & Pospísi, 2017) м1ж р1внем тдлоги 1 р1внем тдкранових колш.
Аналiз останнiх досл1джень та публiкацiй, що стосуються вир1шеммя щеТ проблеми. Ввдомий споаб визначення геометричних параметр1в колових тдкранових колш, який полягае у тому, що позначають в1сь колИ, як середину рейки, вим1рюють ввддал1 м1ж точками оа колй розташованими р1вном1рно, визначають за результатами вим1р1в оптимальний рад1ус оа колй 1 в1д-хилення в1д нього точок оа колй (Вшик, 1993).
Але цей споаб е трудом1стким внаслвдок застосу-вання 50-метрових рулеток для вим1рювання вщдалей м1ж точками колй. Вш не забезпечуе оиеративностi ви-м1рювань 1 подальшого контролю рихтування колй. Окр1м цього, для проведення вим1р1в необхщно шдш-мати або опускати мехашзми крана.
Також вщомий споаб визначення геометричних па-раметр1в колових иiдкранових колш РВ АЕС, який полягае в тому, що шукають в1сь колИ, як середину рейки, за допомогою електронного тахеометра (надал1 - ЕТ), який встановлюють на краш поблизу проекцИ "центра ваги колИ", вим1рюють вщдал1 до позначених точок 1 дал1, визначивши координати центра, перемщають ЕТ
1нформащя про aBTopiB:
Бурак Костянтин Омелянович, д-р техн. наук, професор, завщувач кафедри шженерноТ геодезй.
Email: [email protected] Михайлишин Володимир Петрович, асистент, кафедра шженерноТ геодезй'. Email: [email protected] Цитування за ДСТУ: Бурак К. О., Михайлишин В. П. Cnoci6 визначення геометричних параметрiв колових тдкранових колШ.
Науковий вкник НЛТУ Укра'ни. 2018, т. 28, № 5. С. 130-134. Citation APA: Burak, K. O., & Mychailyshyn, V. P. (2018). The method of determining the geometrical parameters of circular runway. Scientific Bulletin of UNFU, 28(5), 130-134. https://doi.org/10.15421/40280527
до сумщення його oci обертання i3 знайденою проек-цieю "центра ваги". Вдруге вимiрюють вiддалi до точок коли (Patent, 2002).
Варто зазначити, що на колових тдкранових колiях РВ АЕС Украши застосувати споаб недоцiльно з огля-ду на те, що встановити ЕТ поблизу центра ваги фпури на краш дуже важко. Окрiм цього, на краш поблизу проекци "центра ваги колil" нi з одше1 точки спостере-ження немае видимостi на ва точки коли, тому що зава-жае його конструкцiя.
Постановка завдання. Впровадження в геодезичне виробництво електронно! технiки дае можливiсть спростити технологiю контролю криволiнiйних тдкра-нових колш з пiдвищенням оперативностi та об'ектив-ностi контролю. Ця можливють базуеться на технiчних характеристиках сучасних електронних вимiрювальних систем. Отож, виникае необхщшсть створення нового способу визначення геометричних параметрiв колових пiдкранових колш реакторних вщдшень АС за допомо-гою ЕТ. Пропонують вимiрювати виконувати iз площадки, на якш розмiщена кругова колiя. Правильне розташування ЕТ забезпечить можливiсть одержання оперативних i об'ективних даних для оцшки експлуата-цшно1 надiйностi, що досягаеться тдвищенням точнос-тi вимiрiв (значения ращуав визначення з середньок-вадратичною похибкою (СКП) ±1,5 мм).
Виклад основного матерiалу досл1дження. 1з по-явою нових сучасних електронних тахеометрiв (Karolina, 2010) постало завдання розроблення нового способу вимiрювания шдкраново1 коли полярного крана РВ. Його виршують тим, що вимiрювання проводять не оп-тичними приладами, а ЕТ i не iз "центра ваги колil", а iз трьох точок ('^ртуальних" станцiй), що розмiщеннi зовнi утвореного кола на площадш обслуговування. Мюця розташування ЕТ вибирають, щоб тд час руху крана штативи були непорушними (Patent, 2015).
II
Рис. 1. Нумеращя точок на тдкрановш коли: п.1 - мостовий кран кругово'' ди; п.2 - колова тдкранова колiя; п.3 - точки на коли; п.4 - площадка обслуговування; п.5 - '^ртуальш станци"
Сиоаб визначення геометричних иараметр1в здшснюють так: на ввддалях 20 мм в1д краю коли з ш-тервалом у 2,81 м розм1чують керном 1 насвердлюють 48 точок д1аметром 3 мм (рис. 1). Нумерують точки так, щоб точки 1, 25 приблизно збпалися з наирямком будь вельно' оа I - I, а точки 37, 13 збпалися з наирямком буд1вельно" оа II - II (див. рис. 1). Для кожно' точки проводять зам1ри товщини рейки - Ь1 { в1ддал1 в1д краю
рейки до центра замарковано' точки - ai з точшстю до 0,01 мм. За цими даними тдраховують в1ддал1 в1д центру точки до оа коли
р = 0,5Ь - а . (1)
Сиочатку виставлять мостовий кран кругово' ди в иочаткове иоложення так, щоб був вщкритий сектор точок 7^25 (див. рис. 1).
На илощадт обслуговування - п.4 - встановлюють неиорушно на весь час вим1р1в три штатива з тригерами навироти точок 7, 25 1 42. Штативи иотр1бно встановлю-вати так, щоб кран - п. 1 - тд час руху за часовою стрш-кою не збив 'х (для цього 'х встановлюють на ввддалях <0,7 м в1д захисно' оболонки, але так, щоб була можли-вють зручно взяти вщики). Розмщеш тригери - п.5 -будуть вщиоввдати "в1ртуальним станщям" 25 В, 7 В 1 42 В. Заироионоване розмщення враховуе той факт, що тдкранову колш змонтовано иоза центром ввдносно ЗОРВ (захисно' оболонки реакторного ввддшення) на 200 мм, тому розм1ри илощадок обслуговування мшя-ються в1д 1тЫ = 694 на т. 22 до 1тЫ = 1250 мм на т. 3.
Визначення геометричних иараметр1в колових тдкранових колш здшснюють за нерухомого крана, який иослвдовно займае чотири иозици (рис. 2, а-г). Шд час иершого иоложення крана ЕТ знаходиться на т. 25 В. Послвдовно встановлюемо на вах видимих точках вщбивач (див. рис. 2, а) \ визначаемо иолярним сиосо-бом координати точок у сектор1 25^7 (варто зазначити, що вим1рювання ироводимо ироти годинниково' стрш-ки, 1 иерша нумератя сектора ввдловвдае розташуванню ЕТ) в умовнш систем! координат, ириймаючи координати станци ХТ25В = УТ25В = 0 дирекцшний кут лшш 25В-7В=0 У иам'яп ириладу, окр1м умовних координат, заиисують як значения ввддалей, так 1 дирекцшних купв, за якими в ироцеа камерального оирадювання результапв вираховують кути з вершиною в т. 25В м1ж иослвдовними наирямками 7-25В-8, 8-25В-9 тощо. Шсля виконаних вим1р1в, ЕТ иеремщають на точку 7В. В1дбивач иослвдовно встановлюемо на вах точках цього ж сектора 7^25 1 иовторюемо визначення координат иолярним сиособом координат. Варто зазначити, що координати точок, вим1ряних 1з станцш 25В та 7В, иовинш збйаються.
Дал1 кран иовертають за ходом годинниково' стрш-ки так, щоб звшьнити для сиостереження сектор 7^37 (див. рис. 2, б). ЕТ знаходиться на т. 7В. Аналопчно, як 1 тд час иершого иоложення крана, в умовнш систем! координат виконують вим1ри иолярним сиособом координат точок у сектор1 7^37 з1 станци 7В. Шсля чого ие-реставляють ЕТ на станцш 42В.
Дал1 иовертають кран, рухаючись за годинниковою стршкою, в иоложення, ири якому звшьняеться сектор 12^42 (див. рис. 2, в), { з1 станци 42В вим1рюють координати вах достуиних видимих точок. Шсля заюнчен-ня вим1р1в ЕТ залишають на станци 42В.
Повертаемо кран за годинниковою стршкою так, щоб звшьнити сектор 42^25 (див. рис. 2, г) 1 знаходять координати точок у цьому сектор1 сиочатку 1з станци 42В, а иопм 1з станци 25В.
Зр1внюемо мережу як лшшно-кутову, ириймаючи координати т. 25В 1 дирекцшний кут наирямку т. 25В -т. 7В фжсованими значеннями: ХТ25В = УТ25В = 0; ХТ7В = S25в-7в, УТ7В = 0, де S25в-7в - середне значення з 4 вим1ря-них довжин у ирямому й оберненому наирямах (розб1ж-ност1 б1льше 1 мм не доиускають).
Рис. 2. Розмщення полярного крана для спостереження сектора: а - 25+7, б - 7+37, в - 12+42, г - 25+42
Визначають координати точок мереж! 1+48 за вама вимiряними довжинами (окр!м 25В-7В) i вама вишря-ними кутами м!ж напрямками за р!зницями вщповвдних дирекцiйних купв. Для цього даш з ЕТ передають через USB порт у пам'ять PC, конвертують у документ формату xls, де i виконують зрiвнювания параметричним способом.
За зр!вняними координатами точок мереж! та з ура-хуванням (1) знаходять значення радiусiв i дiаметрiв шдкраново1 коли. Для цього використовують ушвер-сальний апроксимуючий алгоритм (Burak, 2009) для оцшки геометричних параметрiв споруд колово1 форми, за допомогою якого знаходять положення центру ап-роксимуючого кола - x0, y0 - та його апроксимуючого радiуса - R, яш дають змогу досягати умови мшшшци середньоквадратичних вiдхилень, обчислених з ураху-ванням координат точок коли, ращуав - R°6h - i апроксимуючого радiуса - R:
де Хц, уц - координати центру тяжшня всш системи то-чок
еоза = X"1=1 [ (Х - Х0 ) / К,064] / N , (5)
соа =Х[ (у - у0) / К,064] / N , як1 можна розглядати як середне значення косинуса й синуса кут1в, тд якими видно точки хь у 1з центру кола
x0, у0.
Враховуючи те, що иочатков1 значення К, х0, у0 нам ввдом1 з високою точшстю, то для строгого ршення запропоноваио ггерацшний метод:
(6)
Х0
(n+1)
У0
(n+1)
= 0,5x0( n ) + 0,5(хЦ -R( n )cos a) ; = 0,5y0( n) + 0,5(уЦ -R( n )sin a);
F(R,X0,y0) = £[R - R°6"f ^ mir
(2)
де:
Ri°6" =J(Xi - X0)2 + (yt - У0)2 , R = XNa Ri°64 / N, де N - юльшсть точок !з ввдомими координатами yi, xi.
x0 = хц -R cos a; y0 = Уц -R sin a; (3)
хц = /N ;уц = SN /N, (4)
де RN =\J(x - x0)2 + (у - y0)2 - наближення до R на n-ггераци, а середш косинуси й синуси обчислюють за формулами (5) з урахуванням пiдстановки замiсть координат центру кола !х наближення x0, у0.
Процес (6) можемо також представити у форм! гра-дiентного методу:
X0 (n+1) = X0( n ) + 0, 5(хц -X0( n ) -R( n )cos a);
У0
(n+1)
= У0( n ) + 0,5(уц -У0( n ) -R( n ten a)
(7)
зв!дки видно, що координатна поправка на кожнш гге-раци дор!внюе половин! вщповщного значення антиг-рад!ента.
Тому швидшсть зб1жност1 процесу (7) залежить в1д характеру розмщення точок. Якщо точки знаходяться досить близько до деякого кола й р1вном1рно за кутом, то виб1р у якост1 початкового наближення центра кола, координат центра тяжшня ф1гури, яку утворюють точки, забезпечуе хорошу зб1жшсть.
Шсля цього розв'язуемо задачу 1з використанням уах N точок у, х1. Пот1м у розв'язок не включаеться одна точка, у якш одержуемо максимальне вщхилення в1д апроксимуючого кола. I так доти, поки ва точки, що за-лишились, не будуть знаходитись в допуску.
Знайдеш значення дають змогу розв'язати задачу знаходження даних для рихтування, як1 забезпечують мшмальш затрати на його рихтування.
Висмовки. Запропонований споаб забезпечуе виз-начення геометричних параметр1в кругових колш з не-обхщною точшстю, тдвищуе ефектившсть 1 оператив-шсть одержаних результапв за рахунок виключення операцш примусового центрування приладу як у точщ, що зб1гаеться з проекщею центра ваги колИ, так 1 на трьох станщях, у яких пропонуемо вести зйомку. Забез-печуеться можлив1сть систематичних спостережень за замаркованими на колИ точками завдяки тому, що 'х розмщують не на оа колИ, а в м1сцях, де кол1я не де-формуеться тд д1ею ходових кол1с.
За допомогою ушверсального апроксимуючого алгоритму знаходимо рад1уси та розраховуемо дат для рихтування колИ колового крана, що дае змогу знизити затрати на виконання ремонтних робгт.
Використання способу визначення геометричних па-раметр1в колових тдкранових колш зпдно 1з запропо-нованою методикою тдвищуе оперативн1сть виконання геодезичнох зйомки, ефектившсть знаходження геомет-ричних даних та зумовлюе зниження витрат часу для одержання результату.
nepe^ÍK BHKopHCTaHHx g»epe.n
Burak, K. E. (1993). O kontrole za sostoianyem podkranovoho puty poliamoho krana reaktornoho otdelenyia AJES. Heodezyia y kar-tohrafyia, 5, 20-22. [In Russian].
Burak, K. O. (2009). Suchasni problemy heodezychnoho kontroliu ekspluatatsiinoi nadiinosti na AES ta metody yikh rozviazannia. Doctoral Dissertation for Technical Sciences (05.24.01). Lviv, 410 p. [In Ukrainian].
Buriak, K. E., & Buriak, U. K. (1995). Kontrol heometrycheskykh razmerov poliamukh kranov reaktornLikh otdelenyi AJES. Heodez-yia y kartohrafyia, 5, 13. [In Russian].
Karolina, S. (2010). Charakterystyka Porownawcza Tachimetrow Elektronicznych Firm: Leica, Nicon, Sokkia, Topcon, South. Retrieved from: http://docplayer.pl/20142422-Charakterystyka-porow-nawcza-tachimetrowelektronicznych-firm-107-leica-nicon-sokkia-topcon-south.html.
Patent. (2002). Ukraina UA 50117 A. MKP, G01C 3/30. Sposib vyznachennia heometrychnykh parametriv kolovykh pidkranovykh kolii. O. I. Moroz, K. R. Tretiak, P. H. Cherniaha, P. P. Shpa-kivskyi, T. H. Shevchenko; zaiavnyk i patentoutrymuvach Natsi-onalnyi universytet "Lvivska politekhnika". № 50117; zareiestr. v Derzh. reiestri patentiv Ukrainy na vynakhid 15.10.2002. 2 p. [In Ukrainian].
Patent. (2015). Ukraina, UA 109673 S2 MPK, G01C 3/30. Sposib vyznachennia heometrychnykh parametriv kolovykh pidkranovykh kolii. K. O. Burak, V. P. Mykhailyshyn, V. M. Kovtun, M.Ya Hrynishak, O. P. Shpakivskyi; zaiavnyk i patentoutrymuvach IFNTUNH. № 109673; zareiestr. v Derzh. reiestri patentiv Ukrainy na vynakhid 25.09.2015. 8 p. [In Ukrainian].
Pymshyn, Yu. Y., & Lytvynova, L. F. (1997). Razrabotka sposobov kontrolia radyalnosty obtektov. Heodezyia y fotohrammetriia, 43. [In Russian].
Pymshyn, Yu. Y., & Lytvynova, L. F. (1999). O kontrole heometryy radyalnoho podkranovoho puty. Prykladnaia heodezyia, 78. [In Russian].
Ruskov, A. M. (1994). Sposob opredelenyia radyusa kruhovoho puty poliarnoho krana reaktornoho otdelenyia AJES. Heodezyia y kar-tohrafyia, 4, 31. [In Russian].
Kiemen, Tomás, Koska, Bronislav, & Pospísil, Jiií. (2017). Checking of crane rails by terrestrial laser scanning technology. Retrieved from: http://transportation.mst.edu/media/researchtransportation/do-cuments/762 Myers.pdf.
К. Е. Бурак, В. П. Михайлишин
Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа, г. Ивано-Франковск, Украина
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ КРУГОВЫХ ПОДКРАНОВЫХ ПУТЕЙ
Освещены проблемы определения геометрических параметров круговых подкрановых путей. Рассмотрены известные методики контроля геометрии криволинейного подкранового пути. С появлением новых современных электронных тахеометров встала задача разработки нового способа измерения подкранового пути полярного крана реакторного отделения. Предложена новая методика определения геометрических параметров круговых подкрановых путей с помощью электронного тахеометра, который заключается в определении координат точек, замаркированных на пути. На расстояниях 20 мм от края пути с интервалом в 2,81 м размечают керном и сверлят 48 точек диаметром 3 мм. Измерения выполняют с трех станций, на которых предварительно неподвижно устанавливают три штатива с подставками, на которых последовательно устанавливают электронные тахеометры или отражатели. Измерение выполняют поочередно в секторах 25 + 7, 7 + 37, 12 + 42, 25 + 42 и используют минипризму. По результатам измерений аналитически рассчитывают геометрические параметры пути и данные для оптимальной рихтовки. Использование метода определения геометрических параметров круговых подкрановых путей согласно предлагаемого изобретения повышает оперативность проведения выполнения геодезической съемки, эффективность нахождения геометрических данных и приводит к снижению затрат времени для получения результата. С помощью универсального аппроксимирующего алгоритма находим радиусы и рассчитываем данные для рихтовки пути кругового крана, что позволяет снизить затраты на проведение ремонтных работ.
Ключевые слова: реакторное отделение; атомная электростанция; ось пути; электронный способ; виртуальные станции; полярный кран.
K. O. Burak, V. P. Mychailyshyn
Ivano-Frankivsk National Technical University of Oil and Gas, Ivano-Frankivsk, Ukraine
THE METHOD OF DETERMINING THE GEOMETRICAL PARAMETERS OF CIRCULAR RUNWAY
The main methods of controlling the geometry of circular runway of polar crane are reviewed. The existence of radiation in the Atomic Power Station premises offers insights into the process of geodesic works. People can access the reactor building only when the reactor is not working. Therefore the developed methods of geodesic measurements should provide the highest quality and reliability of obtained results, as well as partial or full measurements automation. The results of geodesic measurements are
influenced by the air vibration, oscillation, and temperature drops between the floor and runway rails levels. Deformations of runway rails may lead to the outage of works. With the advent of new modern electronic tacheometers, the task was to develop a new method for measuring the crane track of the polar crane of the reactor compartment. The new method of defining the geometrical parameters of circular runways by the total station is suggested. The method involves defining the coordinates of points that are marked on the runway. The distances 20 mm from the runway edge with the 2.81 m interval are marked by the kern, after which 48 points with 3 mm diameter are drilled. Measurements are taken from three virtual stations with three fixed mount pillars with triggers, on which the electronic total stations or reflectors are installed. Mount pillars should be installed in such a way to protect them from knock down by the crane. For this purpose, they are installed on the distance of more than 0.7 mm from the protection sheathe, but close enough to take measurements. The geometrical parameters of the runway are analytically calculated according to the measurements results. By using the universal approximation algorithm for estimating the geometrical parameters of circular form constructions, the values of radius, diameters, and data for optimal alignment are found. Defining the geometrical parameters of circular runways by the recommended method increases the geodetic survey efficiency and decreases the time needed to receive a result. This, in turn, will save the resources and costs of the enterprise (Atomic Power Station).
Keywords: reactor department; nuclear power plant; runway axis; electronic method; virtual stations; polar crane.
