Голованов В.А. Гироскопическое ориентирование: Учеб. пособие

Подождите немного. Документ загружается.

Кинетический момент H(t) изменяется в процессе разгона

ротора ГМ по закону, представленному на рис.11. Такое его

изменение достигается тем, что в начальный период разгона на

асинхронный ГМ подается пониженное напряжение питания, а через

время t

, называемого временем переключения, напряжение

повышается до номинального значения. Время переключения

выбирается таким образом, чтобы после окончания разгона ротора

ГМ главная ось ЧЭ находилась вблизи положения меридиана

(рис.12). При этом амплитуда последующих прецессионных

колебаний ЧЭ должна быть минимальной. Через время t

кинетический момент станет величиной постоянной, а амплитуда

колебаний ЧЭ – минимальной.

В асинхронных ГМ характерной особенностью режима

питания является скачкообразный переход от пониженного

напряжения на первой ступени разгона к повышенному на второй

ступени, а также постоянство частоты напряжения питания в период

разгона ротора. Применяя асинхронный привод с жесткой

программой изменения напряжения питания ГМ, нельзя не

учитывать, что даже высокая стабильность параметров источника

питания сама по себе не может обеспечить в полной мере

стабильность механической характеристики разгона Ω(t).

Рис.12. Азимутальное движение ЧЭ

при приведении в меридиан

2А

уст



При изменении

внешней температуры

изменяется момент трения в

подшипниках ГМ, что

приводит к нестабильности

характеристики Ω(t).

Температурная

нестабильность приводит к

отклонению режима разгона

от заданной программы.

Следствием этого является

понижение точности

приведения ЧЭ гирокомпаса

в меридиан (точность

приведения ЧЭ в меридиан

оценивается по амплитуде

уст

установившихся после

окончания разгона ГМ

прецессионных колебаний).

Для малых ГМ, у которых момент трения в подшипниках

является преобладающим в общем моменте сопротивления, при

номинальном режиме питания снижение температуры внешней

среды приводит к уменьшению скорости разгона ротора. В

практике применения гирокомпасов МВТ2 известны случаи, когда

при низких температурах и пониженном напряжении питания

ротор ГМ не разгонялся.

Точность и время приведения ЧЭ в меридиан зависят от

широты φ места установки прибора. Чтобы уменьшить влияние

изменения широты на точность приведения, необходимо с

изменением широты откорректировать время переключения t

блока

питания ГМ с режима «Пуск» на режим «Работа» (рис.13).

Корректировка t

должна обеспечить минимальное для данной

широты значение А

уст

. Поскольку А

уст

зависит также от качества

балансировки ЧЭ, при изменении широты наряду с корректировкой

следует изменить и балансировку ЧЭ.

5. СИСТЕМА МАГНИТНОЙ ЗАЩИТЫ

Рис.13. Зависимость времени переключения t

от широты места работы для различных

гироприборов

0 20 40 60 

, c

МВБ4

МВТ2

МВТ4

И ВЛИЯНИЕ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ

НА ПОЛОЖЕНИЕ ЧЭ

Гиротеодолиты, работающие как на земной поверхности, так

и в горных выработках, подвергаются воздействию магнитного поля

Земли, магнитных аномалий, электромагнитных волн вокруг

силовых кабелей и линий. Влияние магнитного поля на показания

гиротеодолита объясняется намагничиванием ферромагнитных

деталей ЧЭ, гироблока, а также электромагнитной индукцией.

Чувствительный элемент и гироблок прибора содержат

некоторые детали, изготовленные из ферромагнитных материалов.

Большинство из них сосредоточено в гиромоторе. Детали из

магнитожестких материалов, например из легированных сталей,

попадая первый раз в магнитное поле, намагничиваются, после чего

в дальнейшем сохраняют свои магнитные свойства, обладая

постоянным по величине и направлению магнитным моментом.

Детали же, изготовленные из мягких в магнитном отношении

материалов (железо, железоникелевые и железокремниевые сплавы),

не обладают постоянной намагниченностью. Но каждый раз,

попадая в магнитное поле, они намагничиваются, приобретая

магнитный момент, значение которого пропорционально

напряженности этого поля.

Таким образом, ось гирокомпаса отклоняется от направления

меридиана, т.е. возникает погрешность. Причем в переменном

магнитном поле она меньше, чем в постоянном.

К магнитным моментам, обусловленным намагничиванием

ферромагнитных деталей ЧЭ, добавляется момент, возникающий в

теле вращающегося ротора ГМ из-за электромагнитной индукции. В

результате взаимодействия указанных магнитных полей с

остаточным внешним магнитным полем под экраном гироблока

возникает результирующий магнитный момент, приложенный к ЧЭ.

Под воздействием этого момента будет определяться положение

равновесия свободных колебаний ЧЭ, зависящее от степени

намагниченности деталей гироблока и гиромотора. В связи с тем,

что намагниченность зависит от ряда случайных факторов,

положение равновесия ЧЭ (ноль подвеса) меняется от пуска к пуску.

При прецессионных колебаниях магнитные воздействия на

ЧЭ будут несколько иными, чем при свободных колебаниях,

поскольку будут иными значения и направления магнитных полей, а

также намагниченность отдельных деталей гироблока.

Результирующий магнитный момент, возникающий при

прецессионных колебаниях ЧЭ, складывается из моментов,

обусловленных остаточной намагниченностью ЧЭ и деталей

гироблока. Он искажает как свободные, так и прецессионные

колебания ЧЭ, а момент, создаваемый индуктивным магнитным

полем, – лишь прецессионные колебания.

Наиболее просто и надежно влияние внешнего магнитного

поля на показания гиротеодолита ослабляется до значения,

практически не отражающегося на точности измеряемых азимутов,

защитой ЧЭ магнитным экраномL13 (см. рис.8).

Под магнитным экранированием какой-либо области

пространства понимается ослабление магнитного поля внутри этой

области экраном, изготовленным из магнитомягких материалов.

Экранирующее действие такой оболочки объясняется тем, что

магнитный поток внешнего поля, стремясь пройти по пути с

наименьшим магнитным сопротивлением, концентрируется внутри

стенок экрана, почти не проникая во внутреннюю область.

Защитные качества экрана зависят от магнитной

проницаемости материала, из которого изготовлен экран, от его

формы и размеров, от числа экранирующих слоев. В качестве

материала для изготовления магнитных экранов используются

железоникелевые сплавы – пермаллой марок 79НМ и 80НХС, который

обладает высокими защитными качествами. К недостаткам

пермаллоевых экранов следует отнести их особую чувствительность к

ударам. Кроме того, с течением времени возможна потеря защитных

качеств пермаллоевого экрана в результате постепенной потери

проницаемости при структурных изменениях, которые наблюдаются в

железоникелевых сплавах.

Основной характеристикой защитных качеств магнитного

экрана является коэффициент экранирования, под которым

понимается отношение напряженности внешнего поля к

напряженности магнитного поля под экраном. Расчет магнитных

экранов обычно ведется исходя из условия, что максимально

возможные в процессе эксплуатации гиротеодолита изменения

внешнего магнитного поля не оказывают практически заметного

влияния на точность измерения азимутов. В качестве исходной для

расчета служит зависимость между изменением напряженности

внешнего поля и показаниями гиротеодолита с неэкранированным

чувствительным элементом.

Такую зависимость получают из специальных исследований

макетного образца прибора на установке, которая по конструкции

аналогична кольцам Гельмгольца. Так, для гиротеодолитов типа Gi-B1

(НL=L0,4L(кгм

)/с) было установлено, что изменение напряженности

внешнего горизонтального магнитного потока на 0,1LЭ искажает

азимут положения динамического равновесия неэкранированного

чувствительного элемента до 5'. Таким образом, если погрешности

этого рода ограничить 3-5 и вести расчет только на ослабление

влияний аномалий земного магнитного поля, то магнитные экраны в

приборах этого типа должны обладать коэффициентами

экранирования, равными 2000-1200.

При уменьшении массы и габаритов гирокомпасов влияние

магнитного поля становится более существенным. Это объясняется

главным образом тем, что совершенствование маркшейдерских

гирокомпасов неизбежно требует уменьшение кинетического

момента гиромотора, что ведет к увеличению магнитных

погрешностей до 20 и более (табл.4).

Таблица 4

Магнитные погрешности неэкранированных маркшейдерских гирокомпасов

Показатель М-3 МВ1 МВ2М МВТ2 МВТ4 МВБ4

КинетическийLмомент,

кгм

/с 11 2,5 1,1 0,11 0,2 0,027

Максимальная магнитная

погрешность при

напряженности

магнитного поля 240LА/м,

град. 2,3 8,0 9,1 21,9 12,4 21,0

Напряженность магнитного поля Земли в районе магнитных

аномалий может составлять 120LА/м и более. Еще большие значения

на шахтах имеют аномальные магнитные поля, вызванные

технологическим процессом добычи полезного ископаемого. Здесь

могут быть зафиксированы значения 240-320LА/м.

6. ТОРСИОННЫЙ ПОДВЕС

Основой торсионных гирокомпасов является торсионный

подвес ЧЭ 6 (см. рис.8), состоящий из ленточек сплава К40НХМВТ

или 40КНХМВ, сложенных широкой гранью. Толщина ленты

составляет 0,01Lмм, ширина – 0,1Lмм. Концы лент закреплены в двух

зажимах – верхнем и нижнем. Нижний зажим стопорным винтом

жестко крепится в верхней части ЧЭ, а верхний зажим закреплен в

регулировочном устройстве подвесаL7 (рис.8), расположенном в

верхней части корпуса гироблока.

Торсионный подвес состоит обычно из трех ленточек и

обладает двухкратным запасом прочности (сопротивление на разрыв

приблизительно 3,3LГПа). Тем не менее, он очень чувствителен к

резким динамическим ударам. Его обрыв происходит в

дезарретированном состоянии при любом движении корпуса

гиротеодолита. Это является, пожалуй, единственным недостатком

торсионных гироприборов. При работе с ними нужно проявлять

большую осторожность и внимание. В нерабочем положении прибор

должен быть всегда арретирован.

7. ГИРОСКОПИЧЕСКОЕ ОРИЕНТИРОВАНИЕ.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГИРОСКОПИЧЕСКОГО АЗИМУТА

ГИРОКОМПАСОМ МВТ2

Определение гироскопического азимута состоит из трех

основных операций:

Lподготовка гирокомпаса к работе;

Lопределение гироскопического азимута исходной или

ориентируемой стороны;

Lподготовка гирокомпаса к транспортировке на новое

место работы.

Для подготовки гирокомпаса МВТ2 к измерению необходимо:

1.LУстановить штатив для гирокомпаса на требуемую

высоту, центрировать головку штатива нитяным отвесом

относительно точки, где выполняется центрирование. Вдавить

ножки штатива и отрегулировать высоту ножек так, чтобы

плоскость головки штатива расположилась горизонтально. Эту

операция необходимо выполнять с особой тщательностью, так как

гирокомпас на штативе имеет небольшой диапазон перемещений.

2.LУстановить подставку гирокомпаса с угломерной частью

на штатив, закрепив его тремя накидными гайками.

3.LВынуть из футляра гироблок, вставить его в гнездо

подставки так, чтобы защитное стекло гироблока находилось против

призмы на подставке, ввести выступы на гироблоке в байонетный

паз подставки, развернуть гироблок против хода часовой стрелки

(смотря сверху) и, дослав его вверх, закрепить гайкой

соединительного устройства, повернув ее против хода часовой

стрелки.

4.LОтпустив закрепительный винт подставки, развернуть

гироблок рукояткой ручного приводаL4 (см. рис.5) так, чтобы

призмаL5 была направлена на запад с точностью 20°.

5.LПодключить гироблок к блоку электропитания, вставив

вилку соединительного кабеля в розетку блока электропитания.

Переключатель режима работы установить в положение «Ток фаз».

6.LГоризонтировать прибор и произвести окончательное

центрирование гирокомпаса при помощи подвижного кольца

штатива, которое затем следует зафиксировать закрепительными

винтами.

Определение гироскопического азимута состоит из

следующих последовательно выполняемых операций:

1)Lопределение нулевого положения торсионного подвеса;

2)Lприведение оси гиромотора в плоскость меридиана;

3)Lопределение положения равновесия ЧЭ и измерение

примычного и ориентирного направлений;

4)Lвычисление гироскопического азимута ориентируемой

стороны.

Определение нуля торсионного подвеса производится из

наблюдений свободных колебаний ЧЭ (при невращающемся

гиромоторе) следующим образом:

1.LНаблюдая в окулярL6 автоколлимационной системы (рис.5)

и вращая угломерную часть гирокомпаса, найти в поле зрения

шкалы автоколлимационной трубки подвижный и неподвижный

биссекторы (см. рис.7). Наводящим винтом угломерной части

совместить неподвижный биссектор с положением шкалы «40».

2.LОсвободить арретир чувствительного элемента поворотом

рукоятки арретираL2 (рис.5) по часовой стрелке таким образом,

чтобы подвижный биссектор не выходил за пределы шкалы. Если

подвижный биссектор выходит за пределы шкалы, необходимо в

момент реверсии (остановки) ЧЭ совместить вращением рукоятки

ручного привода подвижный и неподвижный биссекторы.

3.LОпределить нулевое положение торсионного подвеса n

Для этого еще раз уточняют положение шкалы «40» в неподвижном

биссекторе и наблюдают при помощи автоколлимационной системы

четыре последовательные точки реверсии колебаний движущегося

биссектора. Отсчет определяется с точность 0,1 деления шкалы. При

движении подвижного биссектора вправо отсчет в точке реверсии

берется по правому штриху (на рис.7 отсчет n равен 5,4), при

движении влево – по левому. Отсчеты записываются в журнал

наблюдений гироскопического ориентирования (табл.5).

Подсчитывают промежуточные значения отсчетов и, если

расхождение между ними не превышает 1, вычисляют среднее:

4/)2(

3210

nnnn 



;

4/)2(

4320

nnnn 



;

2/)(

000

nnn











где n

-n

– отсчеты по шкале в точках реверсии.

Для приведения оси гиромотора в плоскость меридиана

необходимо:

1.LСнять по лимбуL9 (рис.5) подставки начальный отсчет и

записать его значение в журнал.

2.LВключить блок электропитания, повернув ключ,

вставленный в переключатель режима работы, в положение «Пуск».

Запустить одновременно секундомер. Под стеклом

электроизмерительного прибора должна загореться лампочка (в

блоках питания первого выпуска). Если лампочка гаснет,

необходимо заменить аккумуляторную батарею в блоке питания.

ВНИМАНИЕ! При включении запрещается, минуя

положение «Пуск», ставить ключ в положение «Работа».

3.LПоворачивая рукоятку ручного приводаL4 (рис.5), непрерывно

отслеживать движущийся биссектор таким образом, чтобы его

положение на шкале не отличалось от нуля торсиона более чем на 10

делений.

Таблица 5

ПУСК № 4

Гирокомпас № 056

Точка установки: 21

Точка визирования: 22

Дата: 9 июля 2004 г.

Наблюдал: Павлов С.П.

Вычислял: Хлебников А.В.

Начальный отсчет: 124

Конечный отсчет: 130

Номер

точки

реверсии

Время

Положение равновесия ЧЭ Место нуля подвеса

Отсчеты

, N

Промежуточн

ые средние

, N



Отсчеты

, n

Промежуточные

средние





1 0 мин 00 с 863100 62,5

2 3 31 84 47 12 853857 3,1 32,5

3 7 00 86 30 24 85 38 46 61,2 32,4

4 10 30 84 47 06 4,1

= 85 38 52 n

= 32,4



48 40 30



48 40 54

Примычное

направление

N = 484046

40 42 41 00

48 40 36 48 40 57

6

Поправка за закручивание

Гироскопический

азимут

32,4 N

 854212 

–0736 N 484046

40 N

 85 42 12 

+03 20 N

85 38 52

– n

–7,6 N

85 42 12 

+ 

–04 16 N – N

323 01 54

t 1 N

85 38 52 D 16,8



–00 00 15



= – 0736 

+03 20



–00 15 Г 323 01 39

4.LНе прекращая отслеживания движущегося биссектора, по

истечении времени замедленного разгона t

переключить ключ

блока электропитания в положение «Работа». Время переключения

указано в паспорте прибора. Паспортное значение t

необходимо

откорректировать в зависимости от широты места работы (см.

рис.13).

5.LОбщее время наблюдения движущегося биссектора

мин. По истечении этого времени прекратить отслеживание и

закрепить винт подставки.

6. Снять по лимбу подставки конечный отсчет и записать его

значение в журнал. Вычислить угол приведения как разность

начального и конечного отсчетов. Если значение угла приведения

превышает по абсолютной величине 20, арретировать ЧЭ и

уточнить ориентирование гирокомпаса.

Если значение угла приведения в норме, положение

равновесия ЧЭ определяют из наблюдений колебаний ЧЭ (с

включенным гиромотором). Эта операция совмещается по времени с

измерением примычного и ориентирного направлений и выполняется

в следующем порядке:

1.LВращая алидаду угломерной части от руки, а перед точкой

реверсии – наводящим винтом, следят за движением ЧЭ, вводя

средний штрих шкалы «40» в движущийся биссектор.

2.LВ момент реверсии ЧЭ, когда движущейся биссектор

останавливается, наводящим винтом угломерной части

устанавливают штрих шкалы «40» точно в середину биссектора. По

секундомеру фиксируют момент реверсии ЧЭ и берут отсчет по

горизонтальному кругу.