Плотников В.С. Геодезические приборы

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. 29. Устройство с центральным радиальным закреплением

1 Z 3 4 S В

Рис. 30. Дифференциальный винт

закреплением, в которой скрепление верхней части прибора с нижней

осуществляется при помощи закрепительного винта 1 и вкладыша 2,

закрепляющих кольцо 3 на втулке нижней части прибора.

Очевидно, что для осуществления высокоточного наведения требу-

ется винт с весьма малым шагом. Минимальный шаг винта, который

можно осуществить в производстве, составляет 0,25 мм. Однако в связи

с быстрым износом резьбы практически его значение составляет 0,35 мм.

Для осуществления меньших перемещений применяют сложные механиз-

мы

—

дифференциальный винт и различные шарнирно-рычажные устрой-

ства.

Конструкция дифференциального винта показана на рис. 30. Дей-

ствие винта основано на работе двух гаек 3, 5 с шагами S\ и S

соот-

Рис. 31. Кинематические схемы и конструкции совмещенных закрепительного

и наводящего устройств

ветственно, находящихся на противоположных концах стержня-винта 6

причем гайка 3 имеет штифт 2, который заставляет ее перемещаться

поступательно при повороте винта 6 в направлении, противоположном

направлению движения винта. Поэтому за полный оборот винта стер-

жень 1 переместится относительно корпуса на разность шагов S =

Si — S

Другим видом механизмов для осуществления малых подач являют-

ся разнообразные шарнирно-рычажные устройства, например механизм

точного наведения алидады горизонтального круга теодолита, изобра-

женный на рис. 29. Наводящий винт б действует на стойку 5, соединен-

ную с алидадой, посредством рычага 4, в связи с чем перемещение кон-

ца винта на величину Л5 вызовет меньшее смещение стойки, опре-

деляемое формулой (см. рис. 29)

A5j

а + Ъ

Имеются также приспособления, при помощи которых можно без

дополнительных действий переходить с большой подачи на малую. Они

основаны на преодолении сил трения фрикционного соединения \Ь\

В некоторых новых конструкциях приборов закрепительный и на-

водящий винты делают соосными. Это вызывает усложнение конструк-

ции, однако такое усложнение оправдано, так как наблюдатель не тра-

тит время на поиски головок винтов при переходе от одного винта к

другому, что сокращает время наблюдений.

Существуют две основные кинематические схемы совмещенных

закрепительного и наводящего устройств [1], которые отличаются

взаимным расположением головок закрепительного и наводящего вин-

тов относительно прибора. На рис. 31, а, б представлены варианты этих

схем: в схеме а закрепительный винт находится внутри и действует

непосредственно (головка закрепления 3 находится дальше от корпу-

са 1 прибора перед головкой наведения 2, а в схеме б закрепительный

винт 2 размещен снаружи и связан с головкой зубчатой передачей (го-

ловка закрепления размещена ближе к прибору-за головкой наведе-

ния 3), Преимущественное распространение получили совмещенные уст-

ройства, построенные по схеме б.

В системе наводящего винта для преобразования его перемещения

во вращение алидады применяют различные рычажные устройства. Кон-

струкция устройства закрепления 3 и наведения, построенного по схе-

ме я, представлена на рис. 31, в, которая использована в теодолите ТЕ-В1

венгерской фирмы MOM. В этом теодолите в системе наводящего винта 2

используется клин 7. Недостатком является возможный износ поверх-

ности клина. В системе наводящего винта широко используют шарнир-

но-рычажные устройства. Конструкция совмещенного устройства закреп-

ления 2 и наведения 3, построенного по схеме б

с применением шарнир-

но-рычажной передачи 1 в системе наведения показана на рис. 31, г. Она

использована в теодолите немецкой фирмы "Брейтгаупт", отечествен-

ном теодолите Т1 и других приборах. При этом чувствительность наведе-

ния в теодолите Т1 при шаге наводящего винта 0,25 мм и диаметре его

головки 45 мм при соотношении плеч рычага 11:45 составляет 0,35"

(чувствительность поворота головки от руки принята 1:800 оборота).

§ 29. Виды уровней, основные конструктивные параметры

Уровни в геодезических приборах служат для установки частей прибора

в горизонтальное или вертикальное положение или для измерения углов

отклонения элементов прибора от горизонтального или вертикального

положения.

Уровни могут быть съемными или жестко связанными с прибором.

К съемным уровням относятся: накладные уровни, устанавливаемые на

какой-либо плоскости или поверхности, наклон которой контролиру-

ется; накладные и подвесные уровни, устанавливаемые на цапфах гори-

зонтальной оси.

К жестко связанным с прибором уровням относятся:

1) уровни, размещаемые на алидадной части прибора, для установ-

ки вертикальной оси прибора в отвесное положение;

2) уровни вертикального круга для контроля положения индекса

алидады вертикального круга относительно горизонтального положения;

3) уровни, жестко связанные со зрительной трубой, служащие для

приведения визирной оси в горизонтальное положение, а также для ниве-

лирования при помощи теодолита;

4) нивелирные уровни, устанавливаемые параллельно визирной ли-

нии зрительной трубы и предназначенные для приведения этой линии

в горизонтальное положение.

Рис. 32. Жидкостные уровни:

а - круглый; б

—

цилиндрический

В зависимости от принципа действия уровни подразделяют на жидко-

стные (рис. 32, а, б)

на чувствительный элемент которых воздействует

гравитационное поле Земли, и электромеханические (рис. 33), принцип

действия которых основан на изменении электрических параметров его

элементов при изменении наклона детали, на которой он установлен.

Применяются также "упругие уровни", маятниковые уровни [7].

Основными элементами жидкостного уровня являются его чувствитель-

ный элемент (ампула с жидкостью) и оправа для крепления.

Жидкостные уровни бывают круглыми и цилиндрическими. В круг-

лом уровне (см. рис. 32, а) в качестве ампулы используется цилиндри-

ческий стеклянный сосуд 7, верхняя часть которого отшлифована по

сферической поверхности. Сосуд заполнен легкоподвижной жидкостью

и содержит свободное от жидкости пространство (пузырек уровня).

В цилиндрическом уровне (см. рис. 32, б) ампула представляет

собой стеклянную трубку 7, внутренняя поверхность которой отшлифо-

вана в виде бочкообразного тела вращения. Трубка заполнена легкопод-

вижной жидкостью и содержит свободное пространство для пузырька

уровня.

Ампулы заключены в оправы 2,

имеющие регулировочные винты 3.

Для установки пузырька уровня

на крышке круглого уровня нано-

сят деления в виде концентричес-

ких окружностей, диаметры кото-

рых различаются на 4 мм, а на на-

ружной поверхности трубки цилинд-

рического уровня наносят деления

перпендикулярно к продольной оси

трубки, причем расстояние между

делениями составляет 2 мм.

По типу ампул цилиндрические

уровни подразделяют на простые,

компенсированные, конструкция ам-

пул которых позволяет уменьшить

влияние изменения температуры на

длину пузырька, камерные, ампулы

которых обеспечивают возможность

регулировать длину пузырька.

Рис. 33.

уровень

Электромеханический

По использованию и назначению различают цилиндрические обычные

(односторонние) уровни; реверсивные уровни (со шкалами на двух

противоположных сторонах ампулы); контактные (цилиндрический

уровень с системой призм, позволяющих получить совмещенное изобра-

жение концов его пузырька); накладные уровни — съемные уровни,

оправа которых имеет рабочие поверхности для установки на деталь

прибора; уровень Талькотта

—

цилиндрический уровень с элевационным

винтом, предназначенный для учета малых изменений наклона зритель-

ной трубы астрономического теодолита.

Основные параметры ампул уровней (цена деления, размеры, вид и

расположение шкал и т.д.) регламентированы ГОСТ

2386—73.

Принцип работы электромеханического уровня с индуктивным дат-

чиком (см. рис. 33) сводится к следующему. При наклоне основания 1

меняются воздушные зазоры 2 магнитопроводов и, следовательно, зна-

чения индуктивностей L

и L

в катушках индуктивностей К

и К

жестко связанных с основанием 1 и включенных в мостовую схему.

Когда наклон основания отсутствует, индуктивности обеих обмоток

равны и ток в диагонали моста равен нулю. Погрешность установки

уровня с индуктивным датчиком составляет величину около 0,1".

Рассмотренный электромеханический уровень и другие уровни с откло-

нением чувствительного элемента под влиянием гравитационного поля

Земли являются уровнями маятникового типа.

По принципу работы к ним примыкают компенсаторы, рассмотрен-

ные в § 77.

Пользование уровнями и их исследование рассмотрены в литературе

по геодезии и геодезическому инструментоведению и в данной книге

не излагаются.

§ 30. Расчет цены деления уровней различного назначения

Уровень на алидаде горизонтального круга теодолита. Для определе-

ния требований к точности уровня на алидаде горизонтального круга

продифференцируем формулу (3.7) по (v ) и v и, заменив дифференци-

алы ошибками, получим:

A(v ) = Av

•

sin A

•

tga.

Примем самый невыгодный случай, когда А

= 90°, т.е. когда плоскость

наклона вертикальной оси совпадает с горизонтальной осью. Учитывая,

что ошибка установки по каждому из двух уровней или по каждому из

двух взаимно перпендикулярных положений равна А/З

, т.е. ошибка

наклона оси Av = А/З

\/2, а также принимая, что ошибка установки

по уровню 0,15 т, где

- цена деления уровня, получим:

A(v) = 0,15 N/2 Т tga, а =

tga.

Если принять,

что

ошибка

А (и)

должна быть пренебрегаемо мала

и положить,

что m

— 0,15 т

получим:

= у/Ъ m

V2tga.

(6.4)

Следует заметить,

что чем

точнее прибор,

тем

больше вероятная

длина сторон,

следовательно, меньше возможные

среднем углы

на-

клона визирной линии. Можно рекомендовать следующие расчетные

значения углов

а*: для

теодолитов типа Т1,

Т2, Т5 а

= 8-- 15°; для

теодолитов типа

Т15, ТЗО а = 30°, для

теодолитов типа

Т60 а

= 45°.

В табл.

приведены значения цены деления уровня

на

алидаде гори-

зонтального круга теодолитов, полученные

но

формуле

(6.4) с

рекомен-

дованными значениями углов

сопоставлены

ценой деления

по

ГОСТ

10529-79.

Таблица

Тип теодо-

лита

«Р

Цена деления

расчетная

Цена делении,

заданная ГОСТом

Т1

10°

10"

Т2

Т5 5

10 35

Т15

30 32

ТЗО

Т60

2. Накладные

подвесные уровни. Накладные

подвесные уровни

служат

для

определения наклона горизонтальной

оси с

целью введения

поправок

за

этот наклон

соответствии

формулой

(3.5).

Как было показано

в § 19,

пренебрегаемо малая ошибка

направ-

лении из-за неточного отсчета

по

накладному уровню должна составлять

nip

< 0,1 т

Ну

предельная ошибка отсчета

но

уровню может быть при-

нята

0,15 7

. При

этих условиях

и при

расчетном максимальном значе-

нии угла наклона визирной линии

получим

0,15 т

0,1 т

< — tga

откуда

V5"

>/з

0,1

0,15 tga

Для теодолита

Т2 при т

= 2" и а

= 15°

имеем

(6.5)

VW21

„

т — — ^ 9 .

0,15

0,26795

Округляем до ближайшего значения, регламентированного ГОСТ

2386-73,

и окончательно получаем т

= 10".

Накладные и подвесные уровни астрономических приборов должны

иметь наивысшую точность (г

= Г'), так как углы наклона визирной

линии при наблюдении небесных объектов весьма велики. Например, для

прибора, имеющего m

= Г' при а

= 72°

(tga

^ 3,0), цена деления

уровня должна быть т

= 0,2".

В таких случаях устанавливают накладной уровень с т

= 1" и умень-

шают насколько возможно ошибку введения поправки соответствующей

методикой измерений или стремятся к измерению наклона горизонталь-

ной оси более точными средствами. Для измерения наклона визирной оси

зрительной трубы используются уровни с ценой деления r

= 1,..., 2".

Полученное значение цены деления уровня можно проверить по из-

вестной формуле Рейнгерца. Случайная ошибка наклона оси уровня по

отсчетам концов его пузырька равна т

= 0,20" у/г. При двукратных

отсчетах положения пузырька уровня с ценой деления г = 2" ошибка

определения наклона его оси составляет пг

= 0,30" [32].

3. Круглый уровень. Круглый уровень используют для грубой уста-

новки вертикальной оси прибора, например нивелира с компенсатором,

или рейки в отвесное положение. Для нивелиров с самоустанавливаю-

щейся линией визирования исходным для расчета параметром является

предельный диапазон работы компенсатора ±ф. Если принять предель-

ную допустимую ошибку наклона из-за неточной установки уровня

Аф = +ф/2, а предельную ошибку отсчета Ау = т

, то получим

т%

ф/2.

Так, при ф = ±8' величина

т%

= 8/2 = 4'. Ближайшее значение

по ГОСТ

2386-73

т%

= 5'. Если по расчету г* < 4', то следует выбрать

цилиндрический уровень с соответствующей ценой деления.

Для установки реек в отвесное положение для расчета цены деле-

ния круглого уровня служит допустимый наклон рейки, приводящий

к изменению отсчета по ней. Отсчет по наклонной рейке будет больше на

величину /cosа, где / — длина рейки, а a - угол наклона рейки, т.е.

ошибка отсчета Д/ = / (1 - cos a) = 2 /

sin

a/2.

Так как наклон а мал,

2/sin2

= /

._£

= д/>

откуда

/ 2 Alp

, ГАГ

а = V * 1,4р V—• (6.6)

При предельной ошибке отсчета за наклон рейки Л/ = 0,02 мм и

1=3 м получим а ^ 10'. Принимая ошибку установки Ау = г, выбе-

рем г = а' = 10'.

4. Уровень цилиндрический технического нивелира. Средняя квад-

ратическая ошибка наклона уровня

приведет

ошибке

отсчете

но

0,15 г

рейке

Л/.

Угол наклона визирной линии

А<р = ш

= —~ .

Вели-

чина ошибки отсчета

Д/ = -^7- 5, где S -

расстояние

до

рейки.

Та-

ким образом, величина

д/

0П5

г S

отсюда

0,15 5

где

увеличение лупы.

Учитывая,

что

допустимое значение

Д/

^ (1/3) "?д

, где

ггг^

ошибка взгляда (средняя квадратическая ошибка превышения

на

стан-

ции),

получим:

»'Д//-23-Ю

(6.7)

При

Аи

= 5 мм, S = 100 м и Г

= 1, т « 38". По

ГОСТ

2386-73

для технического нивелира

г = 45".

Уровень высокоточного нивелира.

Для

расчета цены деления

высокоточного уровня

в [7]

приведена следующая формула:

4 г

t t

Т=

240"-250

'"У'?'

(68)

где

—

увеличение оптической системы (лупы) уровня;

ошибка

установки уровня.

Для высокоточных нивелиров обычно принимают

^ 0,2", так

как ошибка взгляда составляет

не

более

/ид# =0,15 мм при S = 30 м,

а линейная величина

^ (1/3) мд

Цену деления высокоточного нивелира можно рассчитать

и по

фор-

муле

(6.7).

Так,

если положить

соответствии

ГОСТ

2386-73 мд# =

0,2 мм, S = 50 м, Г

= 2,5

, то

получим т

^ 8",

что также соответ-

ствует ГОСТ

2386- 73 (т = 10").

Указанные исходные данные хорошо согласуются

рекомендация-

ми,

приведенными

в [13] на

основе формулы проф.

А.С.

Чеботарева,

w'y

= 0,14" + 0,012

т/Г

;

при

= 10" и Г

= 2,5

0,2".

Величи-

на

для

любого случая рекомендуется

^ 0,25 т.

B.C. Плотников

Уровень

на

алидаде вертикального круга.

Как

было отмечено

гл. 3,

уровень

на

алидаде вертикального круга предназначен

для

приве-

дения

горизонтальное положение отсчетных индексов

целью компен-

сации наклона вертикальной

оси

прибора.

В гл. 3

показано,

что на

отсчет

по вертикальному кругу

все

другие ошибки осей практически

не

оказы-

вают влияния, следовательно,

по

сравнению

расчетом ошибок горизон-

тального направления

(см. § 19)

комплексная ошибка осевых систем

Таким образом, влияние этой ошибки может быть приписано ошиб-

ке уровня.

учетом того,

что

средняя квадратическая ошибка верти-

кального направления

нв

задана

не

более

3', а не 2", как для

горизон-

тального направления (теодолит

Т2), то

общее перераспределение оши-

бок

учетом большего значения ошибки диаметров лимба

(3,0")

позво-

ляет отнести

на

ошибку уровня

= 0,25 w

Кроме того,

для

повы-

шения точности

удобства установки пузырька уровня применяется

призменная система

для

совмещения изображений противоположных

концов пузырька

рассматривания

их в

лупу небольшого увеличения.

Ошибка установки

для

этого случая будет

0,15

х/7-

У/2-Г

где

увеличение лупы,

у/2 -

коэффициент, учитывающий установку

по двум сторонам пузырька способом совмещения.

С учетом отмеченного выражения

для

цены деления уровня будет:

НВ

УГ-У1-

г„

4-0,15

7^77

в =

4 т

"в

л- (

Так,

для

теодолита

Т2 при т

нв

= 3" и Г

= 1,5

^ 18" (по

ГОСТ

10529-70

значение

= 20", по

ГОСТ

10529-79 т

= 15").

Глава

ЗРИТЕЛЬНЫЕ

ТРУБЫ

НЕВИЗУАЛЬНЫЕ

УСТРОЙСТВА

ОРИЕНТАЦИИ

НАВЕДЕНИЯ

НА

ОБЪЕКТЫ

31.

Виды устройств ориентации

наведения

иа

объекты.

Типы зрительных труб

При угловых

или

линейных измерениях соответствующие части прибо-

ра должны быть ориентированы относительно точек объекта.

каче-

стве устройств ориентации

наведения

геодезических приборах приме-

няют различные визирные приспособления.

Эти

приспособления

и соответствующие

им

визирные системы могут быть визуальными,

а 1 г J 5 Ь

Рис. 34. Схемы зрительных труб:

—

прямая; б

—

ломаная; в - с телеобъективом; г

—

трехкомпоиентнля

т.е.

включающими глаз наблюдателя, и невизуальными, работающи-

ми без участия глаза наблюдателя. К последним можно отнести фотогра-

фические, фотоэлектрические, телевизионные системы, системы с лазе-

рами и другие системы ориентации и наведения.

К визуальным визирным устройствам относятся зрительные тру-

бы,

автоколлимационные ориентирующие устройства и т.п. Основой

визуальных визирных устройств является зрительная труба.

Зрительная труба, используемая не только для обзора и наблюдения,

а и для точного наведения на наблюдаемый объект, должна иметь визир-

ную линию (визирную ось), что возможно, если труба построена по типу

астрономических труб (система Кеплера) и имеет сетку нитей.

Зрительная труба системы Кеплера (рис. 34, а) состоит из объекти-

ва /, окуляра 3 и сетки нитей 2. Объектив и окуляр представляют собой

центрированные оптические системы, и их оптические оси при соедине-

нии в общем корпусе трубы должны совпадать. В реальной системе, как

правило, оптическая ось из-за ошибок изготовления деталей и сборки не