Голованов В.А. Гироскопическое ориентирование: Учеб. пособие

Подождите немного. Документ загружается.

Резервуар был изготовлен из легкого немагнитного сплава. По

внутренней поверхности резервуара, покрытой изолирующим слоем,

расположен магнитный экран. Между экраном и ЧЭ расположены

токоподводящие электроды, жестко связанные с резервуаром.

Расстояние между электродами ЧЭ и резервуаром 3-4Lмм.

На внутренней стороне крышки резервуара был закреплен

сапфировый подпятник. Погруженный в жидкость ЧЭ имел

небольшую положительную плавучесть, поэтому прижимался

шпилем к подпятнику. Давление шпиля на подпятник, от которой

зависит трение, имело важное значение для нормальной работы

прибора и лежало в пределах от 0,01 до 0,15LН, что соответствует

изменению температуры жидкости от +5 до +40LС.

Угломерная часть гирокомпаса представляла собой

оптический теодолит ТБ1, с алидадой которого была жестко

связана автоколлимационная труба, предназначенная для

наблюдения за движением ЧЭ.

Жидкостные гирокомпасы с центрированием на шпиле нашли

в свое время широкое распространение. Однако возможности

уменьшения габаритов и массы жидкостных гирокомпасов с

центрированием ЧЭ на шпиле на том этапе были исчерпаны. Задача

создания малогабаритных и взрывобезопасных гирокомпасов

высокой точности могла быть решена только при торсионной

подвеске ЧЭ.

3.3. ГИРОКОМПАСЫ С ТОРСИОННЫМ ЦЕНТРИРОВАНИЕМ ЧЭ

Как уже отмечалось, гирокомпасы с торсионным подвесом ЧЭ

являются самыми распространенными геодезическими приборами. В

лаборатории гироскопического ориентирования ВНИМИ были

созданы следующие приборы с данным типом подвеса ЧЭ: МТ1,

МВТ2, МВТ4, МВТ8, МВБ4, МВЦ4, «Меридиан-1», МВГ1 и МГП.

Технические характеристики некоторых из них представлены в

табл.2.

Таблица 2

Технические характеристики торсионных гироскопических приборов

Показатель МВТ2 МВТ4 МВБ4

Среднеквадратическая погрешность

определения гироазимута, с 30 30 90

Кинетический момент, кгм

/с 0,11 0,2 0,027

Добротность 15 15 5

Продолжительность определения гироазимута

стороны, мин 20 20 15

Энергетический ресурс, пусков 14 8 12

Комплектность, мест 3 2 1

Масса комплекта, кг 33 28 19

В том числе:

гирокомпаса 9,5 12 8

блока питания 10 – –

футляра и штатива 13,5 16 11

______________________

Примечание. Исполнение РВ.

Несмотря на то, что по различным объективным и

субъективным причинам к разработке торсионных гирокомпасов в

нашей стране приступили позже, чем в Германии, к середине 60-х

годов ХХLв. у нас был создан прекрасный образец гирокомпаса этого

типа. Это гирокомпас МВТ2 (маркшейдерский, взрывобезопасный,

торсионный), который является самым распространенным прибором

в нашей стране.

3.4. ГИРОКОМПАС МВТ2

Гирокомпас МВТ2 был разработан в 1965-1967Lгодах.

Конструкция торсионных гирокомпасов оказалась более сложной по

сравнению с жидкостными. Разработчикам нового гирокомпаса

пришлось преодолеть много трудностей. В результате была создана

удачная конструкция нового торсионного гирокомпаса, который

выпускался на протяжении двух десятков лет. МВТ2 представляет

собой маятниковый гирокомпас с подвесом и центрированием

чувствительного элемента на торсионном подвесе. Устройство

торсионных гирокомпасов будет рассмотрено на примере

гирокомпасов МВТ2 и МВГ1.

Комплект МВТ2 состоит из основного прибора – гирокомпаса

в футляре, блока электропитания и штатива. Основной прибор

состоит из подставкиL8 (рис.5), установленной на ней угломерной

частиL7 и вставляемой снизу гироприставкиL12. Отличительной

особенностью гирокомпаса МВТ2 является расположение

Рис.5. Гирокомпас МВТ2

1 – штатив; 2 – рукоятка арретирного устройства;

3 – подъемные винты подставки; 4 – рукоятка

ручного привода; 5 – призма автоколлимационной

системы; 6 – окуляр автоколлимационной системы;

7 – угломерная часть; 8 – подставка; 9 – шкала

подставки; 10 – закрепительный винт подставки;

11 – кабель питания; 12 – гироприставка

гироприставки под теодолитом, что позволило повысить

устойчивость прибора.

Подставка предназначена для установки и

горизонтирования МВТ2 на штативе. С ее помощью осуществляется

и соединение гироприставки с угломерной частью.

Подставка гиротеодолита МВТ2 состоит из двух частей:

Lповоротного корпуса;

Lнеподвижного основания.

Поворотный корпус подставки представляет собой полый

цилиндр, вращающийся вокруг вертикальной оси. Вращение

корпуса производится наблюдателем с помощью рукояток ручного

приводаL4. Сверху корпус имеет гнездо для крепления хвостовика

теодолита (угломерной части) и отверстие для фиксирующего

штифта. В средней части корпуса размещены три коллекторных

кольца (по одному кольцу на каждую фазу), соединенные проводами

с колодкой штепсельного разъема. Такой способ передачи

электропитания позволяет поворачивать гироприставку на 360.

Снаружи жестко с корпусом соединена призмаL5,

обеспечивающая возможность наблюдения за движением ЧЭ с

помощью угломерной части. При вращении поворотного корпуса с

помощью рукояток ручного привода вместе с ним поворачивается

угломерная часть и гироприставка. Поворотный корпус может быть

закреплен неподвижно относительно основания подставки с

помощью закрепительного винта 9.

Неподвижный корпус подставки устанавливается на

подвижном кольце головки штатива, предназначенном для

центрирования гиротеодолита на точке, горизонтируется

подъемными винтами и крепится к штативу накидными гайками.

Внутри неподвижного корпуса расположен червяк ручного привода

и щетки коллектора, а снаружи – ввод кабеляL11 и шкалаL9 с ценой

деления 2, используемая во время приведения оси гиромотора в

меридиан и при регламентных работах.

Угломерная часть гирокомпаса предназначена для

наблюдения точек реверсии свободных и прецессионных колебаний

ЧЭ, привязки к исходным и ориентируемым сторонам. Угломерная

часть МВТ2 состоит из теодолита и автоколлимационной трубы,

жестко связанной с алидадой и размещенной в стойке теодолита.

Оптическая схема автоколлимационной системы (рис.6)

позволяет с помощью угломерной части производить необходимые

наблюдения. Она состоит из автоколлимационной трубы, зеркала на

ЧЭ 11, взрывозащитного стекла с зеркальным покрытиемL1 и

ромбической призмыL2 на подставке.

Автоколлимационная труба состоит из окуляраL5, стеклянной

пластинки с сеткой нитей и шкалойL4, двух прямоугольных призмL3

и объектива. Подсветка лимба теодолита и поля зрения

автоколлимационной трубы производится при помощи лампочкиL6

или зеркала. Лампочка прикрыта взрывозащитными стеклами.

Пучок лучей от лампочки освещает лимб теодолита и

одновременно попадает на стеклянную пластинку с сеткой нитей и

шкалой. Лучи проходят верхнюю часть пластинки (через

бифилярный штрих), две прямоугольные призмы и объектив. Затем

с помощью ромбической призмы через защитное стекло

параллельный пучок лучей попадает на зеркала на корпусе и на ЧЭ

гироблока. Отражаясь от них, пучок лучей проходит через

нижнюю часть пластинки, где нанесена шкала, и поступает в

окуляр.

Важной особенностью

автоколлиматора гирокомпаса

МВТ2 является наличие

второго отражающего

зеркалаL1, роль которого

играет верхняя посеребренная

половина защитного стекла на

корпусе гироприставки. Таким

образом, изображение

бифилярных штрихов

отражается одновременно от

зеркала на ЧЭ и зеркала

корпуса. Наблюдатель в поле

зрения автоколлимационной

трубы видит шкалу (рис.7) и

два бифилярных штриха –

движущийсяL2, отраженный от

зеркала на ЧЭ, и

неподвижныйL1, отраженный от

зеркала на корпусе гироблока.

Наличие зеркала на корпусе гироприставки позволяет

фиксировать («привязывать») положение гироприставки в пуске

относительно лимба угломерной части. Для этого достаточно

Рис.6. Схема автоколлимационной

системы МВТ2

1 – зеркало на защитном стекле; 2 – призма;

3 – призмы; 4 – стеклянная пластинка с

бифилярным штрихом и шкалой; 5 – окуляр; 6

–

лампочка подсветки; 7 – хвостовик угломерной

части; 8 – подвижная часть подставки; 9 –

верхний зажим торсионного подвеса; 10 –

торсионный подвес; 11 – зеркало на ЧЭ

Рис.7. Поле зрения автоколлимационной системы

1 – неподвижный штрих; 2 – подвижный штрих

70 60 50

20 10 0

поворотом алидады ввести центральный штрих шкалы в

неподвижный бифилярный штрих (это положение показано на

рис.7) и взять отсчет по лимбу N

. Перемещения штрихов в поле

зрения автоколлимационной трубы происходят независимо друг от

друга и определяются изменением взаимного положения оси

автоколлиматора и соответствующего зеркала. Поэтому при

наблюдении колебаний ЧЭ через неподвижный автоколлиматор в

поле зрения виден движущийся штрих чувствительного элемента и

неподвижный – корпуса. Перемещение последнего наблюдается при

вращении алидады, что приводит к изменению взаимного

положения оси автоколлиматора и зеркала корпуса.

Визирные оси зрительной трубы (ЗТ) теодолита и

автоколлимационной трубы (АТ) составляют между собой

некоторый горизонтальный угол, называемый конструктивной

постоянной угломерной части. Угол τ – наименьший

горизонтальный угол, отсчитываемый от положительного

направления визирной оси АТ до положительного направления

визирной оси ЗТ, при этом окуляр ЗТ должен находиться справа от

окуляра АТ. В гирокомпасах МВТ2 угол τ отрицательный, близкий к

90. Точное значение угла приводится в паспорте каждого прибора и

его постоянство должно периодически контролироваться.

Гироблок (рис.8) служит для определения направления

меридиана и состоит из следующих основных узлов:

корпусаL11,L12,L14, ЧЭ, арретирного устройства, магнитного

экранаL13, торсионного подвеса 6 и трех токоподводов 5.

Корпус гироприставки служит для размещения всех узлов

гироблока и для его защиты от пыли и механических повреждений.

В верхней части корпуса размещены регулировочное устройство

торсионного подвесаL7 и вилка штепсельного разъемаL8. С помощью

вилки обеспечивается электрическая связь гироприставки с

поворотным корпусом подставки. Соединение штырей вилки с

контактными колодками внутри гироприставки выполнено обычной

мягкой проводкой.

При установке прибора

гироприставка вставляется снизу в

поворотный корпус и

закрепляется затвором. Через

взрывозащитное

плоскопараллельное стекло

ведутся наблюдения за

колебаниями ЧЭ.

Рис.8. Гироблок МВТ2

1 – балансировочные винты; 2 – гиромотор;

3 – фиксатор арретирного устройства; 4 –

рукоятка арретира; 5 – токоподводы; 6 –

торсионный подвес; 7 – регулирующее

устройство торсионного подвеса; 8 –

штепсельный разъем; 9 – зеркало ЧЭ;

10 – ловитель ЧЭ; 11 – верхняя крышка

корпуса; 12 – корпус; 13 – магнитный

экран; 14 – нижняя крышка корпуса

В средней части корпуса размещены контактные колодки

токоподводов, связанные с вилкой штепсельного разъема

проводами. Токоподводы выполнены из специальных сплавов,

выдерживающих высокую плотность тока, и обеспечивают

непосредственный подвод питания к гиромотору без потерь, но с

увеличением общего момента кручения подвеса. Момент кручения

токоподвода, как и подвеса, зависит от площади поперечного

сечения и длины проводников, а также от их расположения и

закрепления относительно подвеса. Каждая фаза тока подводится к

ЧЭ раздельно с помощью двух токоподводов.

Поперечное сечение проводника определяется допустимой

плотностью тока. Из-за нагрева и деформации проводников при

прохождении тока момент кручения токоподвода изменяется и

является наиболее нестабильной частью общего момента кручения

подвеса. Для повышения стабильности момента кручения

токоподвода необходимо на заводе до постановки его в прибор

произвести отжиг проводников при силе тока, близкой к

предельной.

В маркшейдерских гирокомпасах токоподвод состоит из

трех-шести ленточных растяжек из магниевой бронзы (по одной-две

в каждой фазе) длиной 35-40Lмм. Ленточные растяжки расположены

горизонтально (на различной высоте) в виде полуокружностей таким

образом, чтобы момент кручения токоподвода одной фазы по

возможности компенсировал момент кручения другой. Внешний

конец растяжки закреплен на корпусе прибора, внутренний – на ЧЭ,

как можно ближе к торсиону (для снижения момента кручения).

В нижней части корпуса расположены арретирное

устройство и магнитный экранL13, а снаружи – скоба для

закрепления отвеса при центрировании гирокомпаса над точкой.

Чувствительный элемент представляет собой полую штангу,

в нижней части которой закреплен гиромоторL2, а в верхней –

плоское зеркалоL9 для наблюдений за колебаниями ЧЭ. Гиромотор

прикрывается крышкой, имеющей четыре балансировочных винтаL1.

Зеркало закреплено параллельно оси гиромотора, т.е. повернуто на

90 на запад относительно оси гиромотора. Это сделано для того,

чтобы уменьшить колебания отраженного штриха в поле зрения

автоколлиматора.

Гиромотор, несомненно, является основным узлом любого

ЧЭ. Он представляет собой специальный электрический двигатель,

предназначенный для использования в качестве носителя

кинетического момента.

Наибольшее распространение в маркшейдерских

гирокомпасах получили трехфазные асинхронные электродвигатели

обращенного типа (статор внутри ротора). Такое расположение

статора относительно ротора позволяет получить достаточно

большой кинетический момент при малых габаритах.

Особенностями рабочего процесса асинхронного двигателя

являются:

Lиспользование в нем вращающегося магнитного поля,

создаваемого обмоткой статора, присоединенного к источнику

переменного тока;

Lотсутствие механического и электрического соединения

между неподвижной обмоткой статора и подвижной обмоткой

ротора.

Статорную обмотку асинхронного ГМ упрощенно можно

представить в виде трех плоских катушек, расположенных под углом

120° друг к другу и соединенных «звездой». По катушкам пропускают

переменный электрический ток, значение силы тока которого

поочередно возрастает и уменьшается в каждой катушке. В

результате напряженность магнитного поля, создаваемого каждой

катушкой, также поочередно возрастает и уменьшается. Создается

иллюзия вращения волны магнитного поля, которое пересекает

короткозамкнутую обмотку, размещенную на роторе. В результате в

обмотке ротора возникают электродвижущие силы и электрический

ток.

Итак, статор создает вращающееся магнитное поле. Оно

пересекает короткозамкнутую обмотку, размещенную на роторе. В

результате в обмотке ротора возникают электродвижущие силы и

электрический ток. Последний, взаимодействуя с магнитным полем

статора, создает момент, приводящий ротор во вращение.

Следовательно, необходимым условием возникновения вращающего