Шевченко Т.Г., Мороз О.І., Тревого І.С. Геодезичні прилади

Подождите немного. Документ загружается.

180

Рівні. Компенсатори нахилу 180

На рис. 4.28 подано принципову схему дії компенсатора

вертикального круга теодолітів ЗТ2КП, ЗТ2КА і ЗТ5КП (всі

УОМЗ, РФ).

Головним елементом компенсатора є призма П з дахом

АкР-90°. Така призма зміщує зображення у бік, протилежний до

напрямку її руху на величину, удвічі більшу від зміщення самої

призми. Цю властивість призми використовують для компенсації

відхилення вертикальної осі теодоліта від прямовисного поло-

ження. Для теодолітів з одностороннім відрахуванням (ЗТ5КП)

умова компенсації виражається співвідношенням

/= / . , (4.40)

2(1-*)

а з двосторонім відрахуванням (ЗТ2КП, ЗТ2КА)

1=—. (4.41)

1-А;

У залежностях (4.40) і (4.41) / -довжина деталей підвішу-

вання (віддаль від точки підвішування до місця заломлення

променів призмою); к

%/у, де у- кут нахилу вертикальної осі

приладу; кут відхилення маятника від прямовисного поло-

ження внаслідок пружності гнучкого елемента підвішування. Для

малих кутів х

/величина к є сталою.

Похибка компенсації обох описаних типів компенсаторів

не перевищує 2...1" (у компенсаторів сучасних електронних

теодолітів ця похибка не перевищує 0,5"). Гнучкий елемент

підвішування є бронзовою платівкою завтовшки 0,07 мм. Вільна

довжина його між точками закріплення не більше за 2 мм. У

компенсаторі теодоліта 2Т5К маятником є платівковий важіль. У

компенсаторі теодолітів типу ЗТ використано маятник рамкового

типу. В обох випадках застосовують демпфери повітряного

способу дії (у теодолітах ЗТ подвійний). Час гасіння коливань не

більший від 2 секунд.

5. ОСЬОВІ СИСТЕМИ

ТА ІНШІ МЕХАНІЧНІ ПРИСТРОЇ

Механічні пристрої геодезичних приладів конструктивно та

технологічно виконують такими, щоб досягти необхідної точ-

ності вимірювань впродовж тривалого часу і за різноманітних

географо-кліматичних умов. Точність, надійність та довговічність

приладів, а надто кутомірних, б"'

-дто

в чому залежить від якості

та стану їхньої механічної частини. До механічних пристроїв

загалом зараховують вертикальні та горизонтальні осьові сис-

теми, закріпні та навідні пристрої, підставки, елеваційні та

випраіні пристрої.

5.1. Осьові системи

Осьові пристрої є визначальними для взаємного розта-

шування оптично-механічних вузлів приладу. Вони забезпечують

збереження необхідних спряжень його геометричних осей під час

вимірківань. За формою осьові системи можуть бути конічними і

циліндричними, а за призначенням і розташуванням - вертикаль-

ними і горизонтальними.

Деталі вертикальної і горизонтальної осьових систем

геодезгчних приладів, а, зокрема, кутомірних приладів, є дуже

відповідальними і виготовляють їх із найвищою точністю. Від

зазору в осьових парах (вісь - втулка), матеріалу виготовлення,

якості леханічної та термічної обробки значною мірою залежить

точність та довговічність приладу.

Радіальний зазор між спряженими деталями вісь - втулка

вертикальної осьової системи становить 0,0005...0,001 мм,

182 Осьові системи та інші механічні пристрої

незбіжність осей обертання алідади і горизонтального круга не

перевищує 0,002 мм. Граничні відхилення від правильної форми

мають бути не більшими, ніж 0,0005 мм. Зазор в осьовій системі є

мінімальним, але таким, щоб втримувати шар мастила завтовшки

0,0005 мм. Щоб забезпечити легкість ходу та стабільність

системи, осі мають бути достатньої довжини. їхня довжина І,

зазвичай, у 3-4 рази більша від діаметра і, загалом І = 2г, де г -

радіус горизонтального круга.

У сучасних кутомірних приладах, зокрема теодолітах,

застосовують повторювальні вертикальні системи осей та з

поворотним кругом. На рис. 5.1, а подано схему повторювальної

системи осей із рухомою втулкою алідади. Вісь круга 2

обертається у втулці 3 підставки і одночасно є втулкою осі

алідади 1. Недоліком системи є ймовірність захоплення та

ведення круга алідадою під час обертання її. Таку систему осей

використовують звичайно у технічних теодолітах, наприклад,

типу ТЗО (2ТЗО, 4ТЗО), ТНео 080 (Сагі 2еІ8§ Іепа) та інших (її

називають системою осей Рейхенбаха).

Рис. 5.1. Схеми вертикальних осьових систем: а - повторювальна

система осей з рухомою втулкою алідади (система осей Рейхенбаха);

б - осьова система з нерухомою втулкою алідади (система осей

Борда); в - осьова система, в якої круг і алідада обертаються довкола

однієї і тієї самої поверхні нерухомої втулки (система осей Репсольда);

1 - алідада, 2 - круг, 3 - втулка, 4 - розвантажувальні кульки

На рис. 5.1, б зображено схему вертикальної осьової сис-

теми з нерухомою втулкою алідади (система осей Борда). У

183 Осьові системи та інші механічні пристрої

отворі нерухомої втулки 3 обертається вісь алідади 1. Круг 2

обертається довкола зовнішньої поверхні втулки 3. Внутрішня і

зовнішня поверхні втулки концентричні. Круг та алідада не

дотикаються один до одної, що виключає ймовірність захоплення

круга алідадою. Проте система осей з нерухомою втулкою аліда-

ди потребує досконалої технології виготовлення, щоб досягти

точної концентричності внутрішньої і зовнішньої поверхонь

втулки і виключити ексцентриситет алідади і круга. Така система

може бути повторювальною і з поворотним кругом і застосо-

вується у точних теодолітах, наприклад, типу Т5 (2Т5, ЗТ5); Т2

(2Т2, ЗТ2) (всі СРСР, УОМЗ, РФ); ТЬео 010 (ТЬео 10 А, ТЬео 10

В) (Сагі 2еІ88 Іепа), а також у високоточних ОТ-02 (ОТ-02М), ТІ,

ТО 5 (всі СРСР, УОМЗ, РФ); ДКМ-3 (Кегп) та інших.

Схема вертикальної осьової системи, що має спрощене

центрування осей лімба і алідади, наведена на рис. 5.1, в (система

осей Репсольда). Алідада 1 і круг 2 обертаються довкола однієї і

тієї самої поверхні втулки 3. Тиск від алідадної частини приладу

передається периферійно через розвантажувальні кульки 4.

Стабільність осьової системи підвищується. Зазвичай, цю сис-

тему з поворотним кругом застосовують у високоточних теодо-

літах, наприклад, типу АУ та ТТ2/6 (всі СРСР).

Очевидно, що застосування тієї чи іншої осьової системи

зумовлено способом вимірювання кутів. Наприклад, коли значен-

ня вимірюваного кута обчислюють як різницю відліків круга, у

такому приладі досить нерухомо закріпити круг на втулці осьової

системи. Під час вимірювання кутів способом повторень кут, що

вимірюють, багаторазово послідовно відкладають на крузі. Для

цього використовують осьову систему, що дає змогу обертати

алідаду як самостійно, так і разом з кругом. Для цього осьова

система містить спеціальний так званий повторювальний прист-

рій, який дає змогу легко скріпити круг з алідадою.

Теодоліти, в яких передбачена можливість переставляти

круг, обладнані пристроєм у вигляді системи зубчастих коліща-

ток, за допомогою якого можна повертати круг незалежно від

інших частин приладу. Це дає можливість виконувати вимірю-

184

Осьові системи та інші механічні пристрої

вання способом прийомів, кругових прийомів, а також в усіх

комбінаціях, використовуючи щоразу різні ділянки шкали круга,

наприклад, як у точних теодолітах типу ЗТ2, ТІ (Ьеіса) та інші.

Окрім описаного конструктивного поділу вертикальні осьові

системи сучасних кутомірних приладів можна поділити за ознака-

ми видів тертя у парах на ті, що мають тертя ковзання, кочення та

комбіновані. Звичайно, досконалішими є два останні типи систем.

Конусні осьові системи конструкції "конусом донизу", що

випускалися раніше, мали здебільшого пари тертя ковзання.

Конусні осьові системи конструкції "конусом догори" застосо-

вують подекуди в сучасному приладобудуванні, але вони мають

підшипники кочення, розвантажувальні пристрої, і бокові

поверхні їхніх осей не мають навантаження.

Із появою оптичних теодолітів в них почали використо-

вувати циліндричні осі, які сьогодні стали найпоширенішими.

Перед конусними вони мають істотні переваги, а саме: відсутнє

навантаження на бокові поверхні осей; не потрібне трудомістке

регулювання ходу і часте змащення; осі стабільно працюють

впродовж тривалого часу без спеціального догляду. В циліндрич-

них осях бокова поверхня втулки слугує лише напрямною, а

навантаження алідадної частини приладу сприймають упори,

заплічики, підп'ятники, підшипники кочення тощо. Схеми деяких

різновидів конструкції циліндричних осей подано на рис. 5.2,

зокрема у конструктивному розв'язку рис. 5.2, а навантаження

сприймають заплічики, рис. 5.2, б - сферичний торцевий упор, а

рис. 5.2, в - підшипник кочення.

Схеми конкретних конструктивних розв'язків вертикальних

осьових систем теодолітів наведено на рис. 5.3. На рис. 5.3, а

подано схему вертикальної осьової системи теодолітів типу ТЗО

(2ТЗО, 4ТЗО). Це повторювальна системи осей з рухомою втулкою

алідади. На рис. 5.3, б зображено схему вертикальної осьової

системи з нерухомою втулкою алідади теодолітів 2Т2, 2Т2А, 2Т5К.

Алідадна частина приладу спирається торцем осі алідади на

високоточний шарикопідшипник. Натомість у теодолітах ЗТ2КП,

ЗТ2КА, ЗТ5КП (рис. 5.3, в) у такій самій системі осей застосовано

схему розвантаження через кульки у верхній частині осі алідади.

Таку схему можна вважати досить досконалою.

185 Осьові системи та інші механічні пристрої

втулка

«Гт

Рис. 5.2. Циліндричні осьові системи: а - обладнані заплічиками;

б -із сферично-торцевим упором; в- на підшипниках кочення

Рис. 5.3. Конструкції вертикальних

осей теодолітів: а - типу ТЗО;

б - типу 2Т2; в - типу ЗТ2;

1 - алідада, 2 - круг, 3 - втулка;

4 - підшипники кочення

186 Осьові системи та інші механічні пристрої

її називають саморегульованою, а одним із перших при-

ладів, у якому вона була використана, був ОТ-02.

Рівномірність і плавність обертового руху вертикальних

осьових систем є необхідною умовою точності вимірювань.

Конструкції вертикальних осей сучасних приладів та застосу-

вання відповідного змащування достатньою мірою забезпечують

цю умову. Разом з цим, щоб зменшити площу контакту пари

вісь - втулка, зазвичай вдаються до проточування внутрішньої

поверхні втулки завглибшки 0,3...0,5 мм. У результаті вісь та

втулка дотикаються одна до одної тільки вузькими поясками.

Наявність необхідного радіального зазору між спряженими

деталями вісь - втулка в осьових системах навіть якісного виго-

товлення спричиняє коливання осей до 2"...4" від середнього

положення. Застосування осьової системи саморегульованої

конструкції викликане необхідністю підвищення точності вимі-

рювань. Опорою алідадної частини у саморегульованій (само-

центрованій) осьовій системі є сталеві кульки, які встановлені на

поверхні, що розташована під кутом до осі обертання алідади.

Під дією ваги алідадної частини і власної ваги кульки,

намагаючись скочуватися похилою поверхнею донизу, з усіх

боків охоплюють вісь, перешкоджаючи її коливанням під час

обертання алідади. Внизу вісь дотикається втулки лише вузьким

пояском, який керує її рухом у нижній частині. Щоб забезпечити

належну стійкість осі під час обертання алідади, різниця

діаметрів кульок не повинна перевищувати 0,0005 мм. У такій

осьовій системі коливання не перевищують 1".

Зменшенню коливання осей слугує система із віднесеною

опорою на кульки, в якій розширено площу спирання алідади

(рис. 5.4). Власне на вісь полишені функції напрямної руху

алідади і центрування приладу, проте різниця діаметрів кульок не

повинна перебільшувати 0,0002 мм. Переваги такої осьової сис-

теми, що використовується, зокрема, у теодолітах ДКМ-3, доволі

істотні: зменшена висота приладу, отже, підвищена його стій-

кість, забезпечене вільне обертання алідади, зменшена чутливість

осьової системи до коливань температури.

187 Осьові системи та інші механічні пристрої

З 2

Рис. 5.4. Вертикальна вісь теодоліта ДКМ-3:

1 - алідада, 2 - круг, 3 - втулка; 4 - підшипники кочення

Однією із досконалих вертикальних осьових систем вва-

жають конструкцію осей астрономічних теодолітів фірми

"Асканія" (Швейцарія), в якій два радіально-упорні підшипники

рознесено по висоті і встановлено протилежно один до одного.

Рис. 5.5. Принципова схема вертикальної осьової системи електронних

тахеометрів:

- вимірювальний растр; 2 - втулка; 3 - циліндрична

вісь; 4 - сепаратор; 5 - кульки; 6 - упорний підшипник

Подібною до згаданої є вертикальна осьова система, прин-

ципова схема якої подана на рис. 5.5 Її застосовують у сучасних

електронних тахеометрах і теодолітах. Між втулкою 2 і цилін-

188 Осьові системи та інші механічні пристрої

дричною віссю 3 встановлено сепаратор 4 з кульками 5. Кульки у

сепараторі розміщено одна відносно одної рівномірно по гвин-

товій лінії. У точках дотику з втулкою та віссю кульки пружно

деформуються. Це спричинено тим, що зазор між втулкою та

віссю на 3 мкм менший від діаметра кульок. У поздовжньому

осьовому напрямку вісь утримують два упорні підшипники 6.

На відміну від конструкції інших вертикальних осей, на

якість обертання і забезпечення точності описуваної вертикальної

осьової системи не впливають зміни температури. Крім того,

деталі її практично не зношуються, вона не чутлива до зміни

в'язкості мастила і динамічного впливу, наприклад, ударного. І,

зрештою, вона порівняно дешевша, оскільки у ній викорис-

товують стандартні кульки нульового класу точності замість

кульок другого класу точності.

Необхідно відзначити, що вертикальні осьові системи

кутомірних приладів, і, передовсім, - теодолітів, є найсклад-

нішими за конструкцією. Вертикальні осі нівелірів, мензул та

інших таких самих приладів значно простішої конструкції. Вони

мають, зазвичай, нерухому вісь або втулку, хоча деякі з них

можуть бути обладнані підшипниками кочення.

Дослідження вертикальних осьових систем дають змогу

визначити коливання осі обертання, визначити нахил осі і зазор

між спряженими елементами осьової системи. Вимірювання

виконують за допомогою рівня, який має ціну поділки не більше

від 5" або на автолімаційній установці, що має оптичний помно-

жувач. Рівень закріплюють на алідаді, встановлюють вертикальну

вісь приладу прямовисно, а неперпендикулярність осі рівня до осі

обертання алідади не повинна перебільшувати 0,5 поділки рівня.

Алідаду переставляють через 30° і фіксують відліки кінців

бульбашки рівня у межах двох обертів алідади за напрямком руху

годинникової стрілки, а двох у зворотному напрямку.

Обчислюють зміну нахилу осі рівня, будують графік відхилень, а

за ним визначають величини коливань осі.

Так само, переставляючи алідаду через 30°, визначають

коливання вертикальної осі електронних теодолітів, що обладнані

189 Осьові системи та інші механічні пристрої

вмонтованим електронним рівнем. Коливання осі визначають як

різницю її найбільшого і найменшого нахилів. Відхилення елект-

ронного рівня висвітлюються на дисплеї приладу. Виконують два

оберти, наприклад, за напрямком руху стрілки годинника і два у

зворотному напрямку. Остаточно відхилення визначають як

середнє арифметичне з усіх вимірювань. Для точних електронних

теодолітів воно не повинно перевищувати 10".

Горизонтальна осьова система не тільки за назвою і

призначенням, а й за конструкцією відрізняється від вертикаль-

ної. Горизонтальна осьова система зазвичай слугує для обертання

зорової труби. У кутомірних приладах горизонтальна осьова

система (рис. 5.6, а) складається звичайно з двох циліндричних

півосей - цапф, що обертаються у лагерах, які встановлені на

вертикальних колонках приладу. Із цапфами жорстко скріплені

зорова труба і вертикальний круг. У сучасних кутомірних при-

ладах стійкості горизонтальної осі досягають за рахунок особли-

востей конструкції лагерів і навідного пристрою. Лагери

виконують циліндричними (рис. 5.6, а) або У-подібними (рис. 5.6,

в), конструкція яких містить виправні гвинти. Віддаль між

центрами лагерів приблизно дорівнює діаметру вертикального

круга. Конструкція циліндричного лагера дає можливість робити

доволі великим (0,01...0,03 мм) зазор між цапфою і лагером. Для

того, щоб положення осі було стійким, у нижній частині лагерів

роблять заглиблення 0,1...0,15 мм, яке обмежене центральним

кутом 90° (рис. 5.6, б). Вісь отвору лагера зміщена щодо

зовнішнього діаметра на величину А. Це дає змогу, повертаючи

лагери, встановлювати вісь обертання зорової труби перпенди-

кулярно до вертикальної осі приладу.

Конструкція У-подібного лагера (рис. 5.6, в) дає змогу

змінювати висоту поверхонь спирання цапф за допомогою

виправних гвинтів. Навідний пристрій зорової труби конст-

руюють так, щоб вплив на вісь сил, які можуть змінити її

азимутальне або висотне положення, був мінімальним.