Парамонова Е.Г., Юнусов А.Г. Геодезические работы в мелиоративном строительстве

Подождите немного. Документ загружается.

всему горизонту или в пределах некоторого сектора. Прием-

ное устройство, устанавливаемое на землеройном механизме,

определяет положение механизма относительно световой плоско-

сти. Информация, поступающая от приемного устройства, ис-

пользуется для управления механизмом «вручную» либо для

автоматического управления рабочим органом землеройного ме-

ханизма. Число землеройных механизмов с приемными уст-

ройствами, работающих с одним передатчиком, может меняться

в зависимости от объема и характера работ.

Поскольку планировочные работы на участке выполняются

сравнительно длительное время и практически непрерывно, к

лазерным приборам, контролирующим работу* этих механиз-

мов, предъявляется требование неизменности положения ре-

ферентной плоскости в течение всего рабочего времени. Этот

вопрос решается применением в передатчиках компенсато-

ров, которые компенсируют небольшие наклоны прибора, тем

Ьамым удерживая опорную плоскость в заданном положе-

нии.

В нашей стране разработана [14] и выпускается серийно

лазерная система геодезического контроля производства зем-

ляных и планировочных работ, сокращенное название СКП

(система контроля планировки). Система состоит из передат-

чика и нескольких приемных устройств, устанавливаемых на

контролируемых землеройных механизмах. Число механизмов

может изменяться в зависимости от вида и объема работ.

Передатчик (рис. 92), с помощью которого создается гори-

зонтальная опорная световая плоскость, устанавливается в

центре разрабатываемого участка и приводится в рабочее поло-

жение. Отметка опорной плоскости Н

0п

, создаваемой передат-

чиком, определяется после измерения высоты луча h над ре-

пером, отметка которого Л

рп

известна.

Приемное устройство, состоящее из фотоприемника с пятью

фотоэлементами, решающего блока и индикатора, позволяет

определять положение опорной плоскости относительно эле-

ментов фотоприемника, а следовательно, и положение меха-

низма относительно этой плоскости. Высота установки

фотоприемника U зависит от проектной отметки разраба-

тываемого участка. С одной станции передатчик может обслу-

живать несколько участков с различными проектными отмет-

ками Япрь #пр2.

Передатчик (рис. 93, а) состоит из следующих основных ча-

стей: гелий-неонового лазера ОКГ-13, который соединен с кол-

лиматором и подвешен на кардане вертикально внутри защит-

ного корпуса 1, головки с электродвигателем и пентапризмой

2. Кроме того, имеются штатив 3, блок питания 4. Луч лазера,

идущий снизу вверх, проходит коллиматор и попадает в пента-

призму, поворачивающую его на 90°. Пентапризма закреп-

лена на пустотелой оси, которая вращается с помощью элек-

128

Фотоприемник

Передатчик

-Q- ^

Фотоприемник

Репер

Рис. 92. Принципиальная схема работы системы СКП

' S

Вк.

+10

+ 2

- 2

-4

-10

п. ТО'

1 (

Ъ0>

ПР

тродвигателя. При небольших наклонах прибора луч, выходя-

щий из коллиматора, сохраняет вертикальное положение, а сле-

довательно, опорная плоскость остается горизонтальной. Коле-

бания маятника гасятся демпфирующим устройством. На время

перевозки подвеска арретируется. Предварительная установка

прибора осуществляется по круглому уровню; изменяя высо-

ту ножек штатива, приводят пузырек уровня в нульпункт. Для

проведения поверок и юстировок прибора имеется наводящий

винт бесконечной наводки. Передатчик можно поворачивать на

штативе на 360°.

Основные технические данное передатчика: диаметр луча

tfa выходе 32 мм, скорость развертки 1,5 об/с, погрешность соз-

дания горизонтальной опорной плоскости 8", источник излуче-

ния ОКГ-13 (Я=0,6328 мкм), потребляемая мощность

30 Вт.

Приемное устройство помещается на механизме, положе-

ние которого необходимо контролировать. Оно состоит

(рис. 93, б) из фотоприемника 1 с решающим блоком 2 и инди-

катора 3. Фотоприемник расположен на коробке решающего

блока, которая крепится на металлической штанге, позволяю-

129

щей устанавливать фотоприемник на необходимую высоту.

Фотоприемник имеет пять элементов со специальными объек-

тивами кругового обзора. Высота установки фотоприемника I,

измеряемая от центрального элемента до поверхности земли,

вычисляется по формуле

ои

пр

где #

ц — отметка опорной световой плоскости; Ящ, — проект-

ная отметка разрабатываемой территории.

Во время работы, в зависимости от того, какой или какие

элементы фотоприемника засвечиваются лучом лазера, на па-

нели индикатора, расположенного перед оператором землерой-

ного механизма, включается одна из семи ламп. По этой лампе

оператор может установить, где находится механизм: на про-

ектной отметке, выше или ниже нее.

В принципе для определения положения опорной световой

плоскости достаточно трех светочувствительных элементов,

расположенных посредине фотоприемника. Верхний и нижний

элементы служат для определения направления перемещения

фотоприемника относительно опорной плоскости при движе-

нии землеройной машины по поверхности со значительными

перепадами высот. Логическая схема приемного устройства по-

зволяет определять направление его смещения даже в том слу-

чае, когда это смещение превосходит вертикальные размеры

фотоприемника.

При одновременной засветке трех средних элементов фото-

приемника (второго, третьего, четвертого) на панели включа-

ется одна центральная лампа, сигнализирующая о том, что ме-

ханизм находится на проектной отметке. Когда же фотоприем-

ник смещается относительно опорной плоскости вверх и за-

свечиваются третий и четвертый элементы, на панели ниже

центральной лампы включается лампа, показывающая, что

механизм находится немного выше проектной плоскости.

В случае, когда засвечивается первый или пятый элемент,

включается соответственно самая верхняя или самая нижняя

лампа панели, показывающая, что механизм находится зна-

чительно ниже или значительно выше проектной отметки.

На лицевой панели индикатора кроме ламп имеется выклю*

чатель питания приемного устройства, предохранитель и пере-

ключатель режима работы «грубо — точно». В положении пе-

реключателя «грубо» работают лишь верхняя, средняя и ниж-

няя лампы панели индикатора. Этот режим используется при

предварительной планировке участка. При точной окончатель-

ной планировке переключатель устанавливается в положение

«точно».

Питание приемного устройства осуществляется от электро-

сети механизма, на котором оно устанавливается. Потребляе-

мая мощность 3 Вт.

130

Приемное устройство выполнено так, что оно не реагирует

в некотором диапазоне на небольшие изменения отметок, т. е.

имеется «мертвая зона». Величина этой зоны определяется кон-

структивным решением фотоприемника — размерами объекти-

вов фотоэлементов, расстоянием между элементами, а также

закономерностью изменения диаметра луча с изменением рас-

стояния между передатчиком и фотоприемником и в пределах

дальности действия системы (500 м) не превышает 25 мм.

Геодезическое обслуживание системы заключается в пред-

варительной подготовке территории и обслуживании самой си-

стемы в процессе работы.

На стадии предварительной подготовки создается совме-

щенное, планово-высотное обоснование, необходимое для ра-

боты системы. Пункты обоснования, в которых намечается

установить передатчик, должны располагаться в вершинах

квадратов со стороной S = 700 м. В этом случае диагональ

квадрата не превышает удвоенной дальности действия систе-

мы, т. е. 1000 м.

В точке, где намечается устанавливать передатчик, грунт

подсыпают или срезают до отметки

Н=Нпр.гаах + Г+Д—и,

где Ядр.шах — отметка участка с максимальной проектной от-

меткой, если одновременно разрабатываются несколько участ-

ков с различными проектными отметками; Г — габарит меха-

низма (высота механизма от земли до его верхней точки);

Д — запас, равный расстоянию от центрального элемента фо-

топриемника до нижнего края нижнего элемента; v — высота

передатчика, измеряемая от земли до центра луча в точке его

установки.

Геодезическое обслуживание в процессе работы заключа-

ется в выполнении поверок и юстировок, а также подготовке си-

стемы к работе.

Поверки и юстировки передатчика, которые необходимо

выполнять в процессе эксплуатации системы, следующие.

1. Ось круглого уровня должна быть параллельна гео-

метрической оси корпуса. Действуя подъемными винтами, при-

водят пузырек уровня в нульпункт. Поворачивают передатчик

в штативе на 180°. Если после этого пузырек остался в нуль-

пункте, то условие выполнено. В противном случае, действуя

исправительными винтами, перемещают пузырек в направле-

нии нульпункта на половину отклонения.

2. Определение диапазона работы компенсатора. Маятник

в приборе подвешен на двух взаимно перпендикулярных осях,

поэтому определять диапазон компенсации необходимо по

этим двум осям.

Вблизи прибора на расстоянии около 1 м устанавливают

одну нивелирную рейку, а на расстоянии 100 м от него — вто-

131

рую рейку. Передатчик устанавливают так, чтобы один из

подъемных винтов совпадал с линией, проходящей через рей-

ки, а одна из осей подвески была перпендикулярна к этому

направлению. Приводят круглый уровень в нульпункт, направ-

ляют луч по очереди на рейки и делают отсчеты. Вычисляют

разность отсчетов по ближней и дальней рейкам. Действуя

подъемным винтом, наклоняют передатчик вперед до положе-

ния, когда разности отсчетов по рейкам начинают изменяться.

Для оценки значения угла наклона можно руководствоваться

показаниями круглого уровня, цена деления которого

~10'. Приводят передатчик в исходное положение и накло-

няют его назад, отмечают угол наклона, когда разности отсче-

тов по рейкам снова начинают изменяться. Таким образом оп-

ределяется диапазон компенсации по одной из осей. Повора-

чивают передатчик на 90° и исследуют диапазон компенсации

по другой оси.

3. Опорная плоскость, создаваемая передатчиком, должна

быть горизонтальна. Это требование соблюдается, если лазер-

ный луч, выходящий из коллиматора, вертикален. Для выпол-

нения поверки с помощью нивелира определяют превышение h

между двумя точками А И В, расположенными на расстоянии

примерно 100 м одна от другой. На одной из точек, напри-

мер А (рис. 94), устанавливают передатчик, приводят его

90° и делают отсчет Ъ

, после поворота передатчика на 180° —

отсчет Ьз, после поворота на 270° — отсчет

&4-

Если отсчеты Ь

2у

&з, отличаются от отсчета b не более чем на 4 мм, условие вы-

полнено. В противном случае проводят юстировку. При этом

руководствуются значениями разностей Ь\—Ь, Ь

—ft, Ь

—ft,

ЬА—Ь; если первая и третья, вторая и четвертая разности по-

парно равны, но противоположны по знаку, то это значит,

что луч, выходящий из коллиматора, не вертикален. Юсти-

ровка заключается в изменении положения центра тяжести

маятника путем перемещения котировочных грузиков.

4. Угол поворота луча в пентапризме должен быть равен

90° Предыдущая поверка выполнима при условии, что угол

Рис. 94. Поверка передатчика

в рабочее положение, изме-

ряют а высоту луча над этой

точкой. В точке В устанав-

ливают нивелирную рейку,

вычисляют отсчет b = a + h

который должен получиться

при наведении луча на рей-

ку, если поставленное усло-

вие выполняется. Наводят

луч на рейку и берут отсчет

Ь\

затем, не изменяя поло-

жения штатива, поворачива-

ют корпус передатчика на

132

поворота луча в пентапризме равен 90° с погрешностью ме-

нее 8" Изготовить пентапризму с такой точностью довольно

сложно, поэтому для компенсации погрешности изготовления

пентапризмы применяется оптический клин с небольшим уг-

лом (см. § 16). Такой клин помещен у выходной грани пен-

тапризмы. Клин поворачивают до тех пор, пока не получится

правильный угол, после чего клин закрепляют. Невыполне-

ние условия приводит к тому, что при проведении поверки

2 разности между отсчетами, полученными по рейке и вычис-

ленными, будут иметь одинаковый знак и примерно равны

между собой. В полевых условиях юстировку пентапризмы

обычно не проводят, так как она выполняется на заводе-изго-

товителе.

В процессе работ выполняют следующие операции. Для

удобства определения отметки опорной плоскости вблизи ме-

ста для передатчика устанавливают временный репер и оп-

ределяют его отметку Я

рп

. Перед началом работ передатчик

устанавливают на выбранной точке и приводят его в рабочее

положение. При работе на насыпном грунте для обеспечения

устойчивости передатчика штатив следует устанавливать на

колья, забитые в грунт.

Определяют отметку опорной плоскости Ноп» Для этого на

временном репере устанавливают нивелирную рейку, по кото-

рой берут два отсчета, соответствующие верхнему и нижцему

краям луча, и вычисляют средний отсчет h, соответствующий

положению центра луча.

Затем по формуле

вычисляют отметку опорной плоскости.

Устанавливают фотоприемники землеройных механизмов

на необходимую высоту, определяемую по формуле

оп

^пр>

где #пр — проектная отметка разрабатываемого участка.

При разработке участка вначале производится срезка и

перемещение основных объемов грунта в места, где необхо-

дима подсыпка, т. е. выполняется предварительная планиров-

ка. Получив поверхность, отметки которой отличаются от

проектных не более чем на ±10 см, приступают к окончатель-

ной планировке (отделке). На стадии предварительной пла-

нировки машинист руководствуется показаниями средней и

крайних ламп панели индикатора. При окончательной плани-

ровке он пользуется показаниями всех ламп и заканчивает

работу, когда при движении механизма по участку на панели

горит одна центральная лампа.

В процессе производственных испытаний с помощью лазер-

ной системы контролировали работу скреперов, разрабатывав-

133

ших горизонтальные участки (рисовые чеки) с заданными про-

ектными отметками [23]. Максимальное удаление точек уча-

стков от передатчика составляло 500 м. Для определения

средней квадратической погрешности планировки по завер-

шении работ проводилось контрольное нивелирование участков

по вершинам квадратов со сторонами 20 м. Средняя квадра-

тическая погрешность планировочных работ, вычисленная по

600 точкам/оказалась равной 3 см. Расхождения между сред-

ней отметкой участка и проектной не превышали 1 см.

Анализ результатов контроля показал, что в точках, рас-

положенных на границе участков у подошвы откоса, отклоне-

ния отметок вершин квадратов от проектных.со знаком плюс

встречаются чаще отклонений со знаком минус. Здесь имеет

место крен механизма (рис. 95), результатом которого явля-

ется погрешность определения высотного положения механиз-

ма, вычисляемая по формуле

Z = 1(1 —cos а),

где а — угол крена; I — высота установки фотоприемника.

Если исключить эти точки из обработки, то средняя квадрати-

ческая погрешность планировки получается равной 2,5 см. Ис-

пытания, проводившиеся в пасмурную погоду с дождем, в яс-

ную солнечную погоду и в условиях сильной запыленности, по-

казали, что система может с достаточной точностью контроли-

ровать работу практически любого числа машин на участке

радиусом 500 м.

Для контроля планировки наклонных участков разрабо-

тана лазерная система автоматического управления рабочим

органом землеройной машины [2]. Принципиальным отличи-

ем передатчика данной системы от передатчика ранее рас-

смотренной является наличие в нем оптического узла раз-

вертки, позволяющего устанавливать опорную световую плос-

кость с необходимым уклоном. Передатчик (рис. 96) состоит

Рис. 95. Погрешность планировки

вследствие крена механизма

Рис. 96. Схема передатчика автомати-

ческой системы контроля земляных

планировочных работ

134

из следующих основных частей: 1 — лазера ОКГ-13, 2—

коллиматора, 3 — оптического узла развертки.

'Лазер и коллиматор соединены между собой и представля-

ют маятник, имеющий две степени свободы. При наклонах

прибора луч, выходящий из коллиматора, сохраняет верти-

кальное положение. Для гашения колебаний имеется демп-

фер. Луч лазера, идущий снизу вверх, проходит коллиматор и

попадает в оптический узел развертки, в котором и поворачи-

вается на необходимый угол.

Основные технические данные передатчика

Длина волны излучения 0,6328 мкм;

Мощность излучения не менее 0,2 мВт;

Диаметр луча на расстоянии 400 м

от излучателя не более 60 мм;

Диапазон задаваемых уклонов от 0 до 0,03;

Точность задания уклона не ниже 0,00015;

Стабильность создания опорной плоскости не ниже 10";

Скорость развертки луча не менее 3,0 об/с.

Автоматическая система предназначена для управления

работой скреперов. На каждом скрепере, помимо приемного

устройства, устанавливается устройство управления гидравли-

кой «Стабилоплан». Сигналы, вырабатываемые приемным

устройством, через «Стабилоплан» управляют высотйым поло-

жением ковша скрепера. Приемное устройство в сочетании с

гидравлической системой и рабочим органом образует сле-

дящую систему релейного типа. Оно состоит из фотоприемника,

усилителя и индикатора. Фотоприемник, имеющий четыре

фотоэлемента, расположенных вертикально один над другим,

закреплен на металлической штанге, с помощью которой его

устанавливают на необходимую высоту. В зависимости от того,

какие элементы фотоприемника засвечиваются лазерным лу-

чом, формируются сигналы, которые после усиления поступа-

ют в решающую схему индикатора. Индикатор вырабатывает

сигналы, которые после усиления поступают на электромаг-

ниты золотника гидравлической системы, управляющей высот-

ным положением рабочего органа. Возможен и йизуальный

контроль работы механизма, так как одновременно с поступ-

лением сигналов на золотник такие же сигналы поступают и

на панель индикатора,.где включается одна из ламп, по кото-

рым машинист скрепера может судить о высотном положении

механизма. Панель индикатора расположена на пульте управ-

ления перед машинистом скрепера. Разработка участка может

осуществляться как в автоматическом режиме, так и в «руч-

ном», когда оператор, пользуясь указаниями индикатора, вруч-

ную управляет скрепером.

Геодезическое обслуживание системы включает предвари-

тельную подготовку территории и обслуживание системы в про-

135

цессе работы. В ходе предварительной подготовки проводится

осмотр и восстановление плановых и высотных знаков на раз-

рабатываемой территории. С учетом дальности действия си-

стемы намечают границы участков, обслуживаемых передат-

чиком с одной постановки прибора. Место установки передат-

чика выбирают примерно в центре каждого участка. Рядом с

местом установки передатчика на расстоянии 1—2 м устанав-

ливается временный репер и определяется его отметка. Перед

началом работ на участке с помощью вехи указывается на-

правление уклона от передатчика, а также вычисляется значе-

ние этого уклона. Передатчик с помощью целика ориентиру-

ется по заданному направлению. После установки передатчика

определяют высоту луча над репером, а затем вычисляют от-

метку луча в точке установки прибора Я. Зная проектный

уклон участка и плановое положение передатчика, вычисля-

ют проектную отметку в точке установки передатчика Я

пр

С помощью установочного винта на шкале уклонов устанавли-

вают значение проектного уклона. Устанавливают фотоприем-

ники механизмов на высоту 1=Н—Я

пр

, которая измеряется от

центра фотоприемника до поверхности земли, и приступают к

планировке. Предварительную планировку машинист скре-

пера выполняет в основном вручную, пользуясь показаниями

ламп панели индикатора. Окончательная планировка выпол-

няется в автоматическом режиме.

Система надежно управляет работой скреперов на расстоя-

ниях от 10 до 400 м от передатчика, причем погрешности пла-

нировки не превышают 5 см.

За рубежом для геодезического контроля производства

земляных планировочных работ применяется система «Лазер-

план» [24]. В систему входят передатчик и приемные устрой-

ства, устанавливаемые на землеройных механизмах. С помо-

щью передатчика создается рпорная световая плоскость над

поверхностью планируемого участка, относительно которой

контролируется положение землеройных машин. Помимо пла-

нировочных работ, система используется на строительстве су-

доходных и мелиоративных каналов, разработке выемок и на-

сыпей различного назначения.

Передатчик (рис. 97) имеет гелий-неоновый лазер, распо-

ложенный вертикально, оптико-механическую систему, разво-

рачивающую лазерный луч в плоскость с помощью пента-

призмы 1, вращающейся со скоростью 2 об/с. Установка

опорной световой плоскости в необходимое положение выпол-

няется по двум взаимно перпендикулярным цилиндрическим

уровням 2 и 3. Уровень 3 используется для контроля при уста-

новке опорной световой плоскости наклонно. Наклон опорной

плоскости задается с помощью винта 4, упирающегося в рычаг

5 механизма наклона. Диапазон задания уклонов от 0 до 0,1.

Высоту опорной плоскости над точкой стояния можно уста-

136

Рис. 97. Передатчик си-

стемы «Лазерплан» для

контроля планировочных

работ

навливать от 1,2 до 2,4 м, а при исполь-

зовании специального штатива и выше

3 м. Включение лазера и системы раз-

вертки производится тумблерами 6 и 7.

Питание прибора осуществляется от

сети или от аккумуляторов 12 В. Для

контроля напряжения источника пита-

ния используют вольтметр 8.

Для контроля работы землеройной

машины на ней устанавливается теле-

скопическая штанга с приемным устрой-

ством, закрепленным на постоянной вы-

соте над режущей кромкой рабочего

органа. С помощью маятниковой под-

вески обеспечивается сохранение верти-

кального положения штанги при движе-

нии машины по неровной местности. В

случае' отклонения режущей кромки

рабочего органа от проектной отметки

приемное устройство смещается отно-

сительно опорной световой плоскости,

изменяется засветка фотоэлементов приемного устройства и

вырабатывается сигнал, поступающий на гидравлическую

систему, которая поднимает или опускает рабочий орган

на нужную величину. Одновременно на индикаторе перед ма-

шинистом землеройной машины загорается световой сигнал,

который горит до тех пор, пока отклонение не будет ликвиди-

ровано. Машинист может отключить автоматическое устройст-

во и, пользуясь указаниями индикатора, управлять подъемом

и опусканием рабочего органа, телескопической мачтой, по-

ворачивая приемник в сторону командного прибора. На маши-

нах, двигающихся с большой скоростью и непрямолинейно,

устанавливается усовершенствованный приемник,, который по-

ворачивается автоматически в сторону командного прибора.

Устройствами для работы с системой «Лазерплан» оборуду-

ются такие машины, как роторные экскаваторы, разрабаты-

вающие крупные каналы, бетоноукладчики, дреноукладчики,

скреперы, бульдозеры, грейдеры.

С целью повышения точности планировки, устранения по-

грешностей, возникающих вследствие крена механизма, на пла-

нировочной машине устанавливают два приемных устройства.

Так, например, при контроле работы грейдеров используются

два приемных устройства, которые устанавливаются на проти-

воположных концах ножа грейдера [40]. Опорная плоскость

создается передатчиком вращением лазерного луча со скоро-

стью 10 об/с. Луч лазера имеет диаметр менее 25 мм на рас-

стоянии 300 м. Фотоприемники приемных устройств ориентиру-

ются на лазер автоматически, независимо от направления двй-

137