Техническое задание на разработку нивелира с компенсатором наклона mh = 0,5мм для работы в городских условиях

Московский государственный университет геодезии и картографии

МИИГАиК

Кафедра геодезии

Техническое задание на разработку «Нивелира с компенсатором наклона m_h = 0,5мм для работы в городских условиях (г. Москва)»

Работу выполнил

студент ГФ2-2

__________ Фриман Д.Д.

Работу проверил

профессор __________ Ямбаев Х.К.

Москва 2010 г.

Содержание

Введение

Цель и стадии разработки

Назначение прибора и область его применения

Преимущественные условия эксплуатации

Технические требования

Типовая методика измерений (порядок работы на станции)

Аттестация и поверки

Требования к надежности

Требования по технике безопасности

Дополнительные требования

Заключение

Литература

Приложение

Введение

В условиях разработки и внедрения нового поколения методов и средств измерений возрастает роль геодезического инструментоведения - прикладной технической дисциплины, изучающей теорию, устройство, методы исследований и юстировки геодезических приборов, а также правила их технического обслуживания, эксплуатации и метрологического обслуживания.

Современный инженер-геодезист должен хорошо знать устройство геодезических приборов, чтобы правильно их выбирать, успешно применять и устранять в случае необходимости их неисправности, а также участвовать в разработке новых высокопроизводительных геодезических приборов.

Требования к современным геодезическим приборам определяются:

- интенсивностью развития экономики и необходимостью повышения производительности труда геодезических измерений;

- актуальностью автоматизации геодезических работ и крупномасштабных

съемок;

- условиями эксплуатации, транспортировки и хранения приборов;

- техническими и технологическими возможностями заводов-изготовителей;

- запросами потребителей.

Современные массовые геодезические приборы должны обеспечивать

высокую производительность труда, достаточную точность измерений,

высокую надежность при эксплуатации и транспортировке в полевых условиях и на строительных площадках, простоту и удобство измерительных операций.

Поставленным требованиям могут удовлетворить только приборы, имеющие малые габариты и массу, жесткие по конструкции, надежно сохраняющие юстировку, противостоящие коррозии и другим воздействиям внешней среды, имеющие удобное расположение рукояток управления, содержащие элементы автоматизации и сохраняющие длительное время надлежащий внешний вид.

С развитием строительства инженерных сооружений повышенной сложности, подземных коммуникаций и метро достаточно часто возникает задача выполнения нивелирных работ 1 и 2 классов, например, при наблюдении за осадками зданий, при строительстве метрополитена, определении взаимного положения точек фундаментов объектов большой площади и др. Кроме того, работы приходится выполнять в неблагоприятных (для прибора) условиях. На строительных площадках геодезические приборы испытывают критические воздействия окружающей среды (влаги, ветра, солнечного нагрева, вибраций и др.). Зачастую приходится нарушать установленную методику измерений (например, увеличивать предельно допустимое неравенство плеч при нивелировании из-за отсутствия прямой видимости).

Указанные факторы снижают точность получаемых результатов измерений.

Поэтому уже на стадии проектирования прибора необходимо решить следующие задачи: изучить и проанализировать влияние дестабилизирующих факторов на нивелир, рейку и точность отсчитывания, усовершенствовать конструкции прибора, штатива и рейки, вводя виброизоляторы и амортизаторы, использовать новые материалы при изготовлении как прибора, так и принадлежностей к нему.

Цель и стадии разработки.

Целью данного Технического задания является разработка нивелира с компенсатором со средней квадратической ошибкой 0,5 мм на 1 км двойного хода для работы в условиях повышенной вибрации (составление актуальной системы нивелир-штатив-рейка и способа снятия отсчета для проведения высокоточного нивелирования в городских условиях (с учетом вибраций)).

Стадия разработки - создание опытного образца прибора.

Назначение прибора и источники информации

Рассматриваемый прибор должен быть высокоточным. Его предполагается использовать для нивелирования 1 и 2 классов при инженерных и изыскательских работах на строительных площадках, в городских условиях (в непосредственной близости от источников вибрации), при строительстве метрополитена и автомагистралей.

Преимущественные условия эксплуатации

Температура воздуха 2

Давление 4

Влажность 5

Амплитуда вибраций 6

Частота вибраций 8

Освещенность 9

Технические требования

1) Средняя квадратическая ошибка измерения превышений - не более 0,5 мм на 1 км двойного хода;

2) Средняя квадратическая ошибка измерения превышений на станции:

-при расстоянии от нивелира до реек 30м - не более 0,10 мм;

-при расстоянии от нивелира до реек 50м - не более 0,15 мм.

3) Увеличение зрительной трубы

4) Диаметр объектива

5) Угол поля зрения по вертикали

6) Коэффициент нитяного дальномера

7) Наименьшее расстояние визирования

8) Цена деления установочного круглого уровня

9) Цена деления барабанчика оптического микрометра

10) Количество делений шкалы оптического микрометра

11) Масса прибора

12) Рейки должны быть на инварной полосе, штриховыми, оснащены круглыми уровнями с ценой деления 10', расстояние между серединами штрихов равно 5 мм.

Методика измерений

При измерениях необходимо соблюдать правила, установленные инструкцией по нивелированию I и II классов.

1) Вращением подъемных винтов по установочному уровню тщательно привести в отвесное положение ось вращения нивелира;

2) Ориентировочно навести зрительную трубу на рейку и зафиксировать закрепительный винт;

3) Вращением диоптрийного кольца окуляра добиться резкого изображения сетки нитей;

4) Наблюдая в окуляр наводящим винтом навести зрительную трубу на основную шкалу рейки;

5) Барабанчиком оптического микрометра установить отсчет по микрометру равный 50;

6) Произвести дальномерные отсчеты по трем нитям сетки, для вычисления расстояния до рейки необходимо полученную в полудециметрах разность отсчетов умножить на коэффициент нитяного дальномера 100;

7) Барабанчиком оптического микрометра навести биссектор сетки нитей на ближайший штрих основной шкалы рейки и проверить работу компенсатора (например, постучав по крышке нивелира);

8) Отсчитать по рейке и по шкале оптического микрометра;

9) Наводящим винтом навести зрительную трубу на дополнительную шкалу, установить барабанчиком отсчет 50, повернуть подъемный винт на четверть оборота (как при исследовании работы компенсатора теодолита 3Т2КП) и вернуть его в исходное положение;

10) Барабанчиком оптического микрометра навести биссектор сетки нитей на ближайший штрих дополнительной шкалы и отсчитать по рейке и по шкале оптического микрометра;

11) Навести зрительную трубу на вторую рейку и повторить пункты 2 - 10.

Аттестация и поверки прибора

Аттестация и поверки комплекта необходимо выполнить согласно инструкции, при этом полные лабораторные исследования необходимо выполнять при получении прибора с завода, после ремонта, а также по мере необходимости.

Перед выездом на полевые работы необходимо выполнить следующие поверки: внешний осмотр прибора и реек, поверку установочного уровня и диапазона работы компенсатора, исследовать цену деления барабанчика оптического микрометра для разных расстояний до рейки.

В течении полевого сезона необходимо: поверку установочного уровня выполнять ежедневно, исследование угла i первые семь дней производить ежедневно. Если значение его постоянно, то далее исследование осуществлять не реже одного раза в 15 дней. Исследование цены деления барабанчика оптического микрометра выполнять один раз в два месяца.

Исследование реек следует выполнять, к примеру, на компораторе МК-1 или при помощи контрольных («женевских») линеек.

Требования к надежности

Прибор должен обеспечивать работу с заданной точностью измерений в течении всего полевого сезона.

Требования по технике безопасности

После окончания работы зимой внесенный в помещение прибор нельзя сразу вынимать из укладочного ящика, так как могут запотеть поверхности оптических деталей. После окончания работы летом в сырых условиях укладочный ящик необходимо сразу открыть, чтобы не создавать парниковый эффект. Не допускать хранения прибора в сырых, непроветриваемых помещениях и при значительных колебаниях температуры.

Дополнительные требования

В каждом конкретном случае при составлении Технического задания могут быть установлены дополнительные требования, улучшающие качество работы прибора и расширяющие его функциональные возможности.

Заключение

При создании прибора отступление от характеристик, указанных в пунктах 4, 5.1 и 5.2, недопустимо, остальные пункты могут быть дополнительно согласованы с разработчиком Технического задания.

Список используемой литературы

нивелир компенсатор наклона аттестация

1) «Нивелиры с компенсаторами» М.С. Черемесин, В.Д. Ардасенов, В.П. Кольцов

«Недра» Москва 1978г

2) «Геодезическое инструментоведение» Х.К. Ямбаев, Н.Х. Голыгин, «ЮКИС» Москва 2005г

3) «Специальные приборы для инженерно-геодезических работ» Х.К. Ямбаев, «НЕДРА» Москва 1990г

4) «Автоматизация высокоточных инженерно-геодезических измерений» А.В. Зацаринный, «НЕДРА» Москва 1986г

5) «Нивелиры: конструкция, сервис, ремонт, эксплуатация» А.И. Захаров, А.И. Спиридонов, «Академический Проект» Москва 2010г

Приложение

В данной работе мы рассматриваем высокоточное нивелирование, число источников ошибок которого очень велико. А с учетом того, что работать предстоит в условиях сильных вибраций будем выбирать прибор, значение ошибок которого минимальны по сравнению с его аналогами, а так же устойчивого к воздействию внешней среды. Этим прибором стал высокоточный нивелир с компенсатором Ni-002 предприятия Carl Zeiss: (приложение см. рис. 1 оптическая схема нивелира)

Нивелир имеет закрытый герметизированный корпус,форма которого существенно отличается от традиционной формы нивелиров с уровнями. Зрительная труба этого нивелира имеет защитное клиновидное стекло 1;двухкомпонентный объектив 3; подвесное двустороннее плоское зеркало 4 компенсатора, при помощи которого проихводятся фокусировка трубы,блок сетки нитей 2,рассматриваемых при помощи микроскопа- окуляра 19,в оптическую схему которого входят ряд его компонентов 10, 17,18, 20 и телескопическая система 8. В поле зрения окуляра одновременно с сеткой нитей передаются изображения пузырька уровня 15,шкалы микрометра 10 и его отсчетного индекса на шкале 13. Как и в высокоточном нивелире Ni-A3, главная задняя и фокальная плоскости зрительной трубы нивелира Ni-002 совмещены, но фокусировка осуществляется перемещением двустороннего зеркала 4 компенсатора,подвешенного на простом маятнике. Этим как и в нивелирах НС2 и Ni-A3, достигается постоянство отношения S=1/2f , S_ii=1/2li, чем исключается ошибка,обусловленная изменением расстояния от объектива до сетки нитей при визировании на различно удаленные цели.Зеркало 4 компенсатора вместе с поворотным его устройством 5 позволяет определять превышение при двух положениях зеркала. Прибор снабжен воздушным демпфером 6.

Технические характеристики нивелира NI 002 Carl Zeiss (Германия): Изображение Прямое и обратное



Увеличение зрительной трубы	40x
Световое отверстие объектива	55мм
Масса нивелира	6,5 кг
Масса футляра	5,1 кг
Ошибка автоматической установки визирной линии	0,05''
Точность на 1км двойного хода	±0.5мм
Ошибка превышения на 1 км двойного хода	0.2-0.3 мм
Коэффициент дальномера	100
Цена деления круглго уровня	8'
Наименьшее расстояние визирования	1,5 м

Особенности этого прибора: двустороннее зеркало компенсатора, обеспечивающее его работу при двух положениях; поворотный окуляр, а так же устройство микрометра для точного отсчитывания по рейке с автоматическим введением поправки за переменный горизонт при взгляде вперед и назад. Действие микрометра основано на перемещениях по вертикали объектива 3, осуществляемых при помощи эксцентричного устройства 7, вращаемого барабаном микрометра, и системы рычагов 9. вместе с объективом 3 перемещается и связанная с ним шкала 10', отсчитывание по которой выполняется штрихом, нанесенным на пластине, жестко скрепленной с корпусом нивелира. Световой поток канала 12, пройдя пластину со штрихом 13, при помощи объектива 14 и зеркала 16 строит изображение штриха 13 на шкале 10', которую рассматривают в малом окне поля зрения окуляра. Подобное построение отсчетного индекса на шкале микрометра обеспечивает компенсацию ошибки, обусловленной наклоном оптической оси объектива и смещением его главных плоскостей относительно оси вращения прибора. Нивелирование при двух положениях зеркала 4 компенсатора, тщательно отъюстированного при его сборке, исключает возможность появления ошибки в превышении, обусловленной нарушением горизонтальности линии визирования. Таким образом созданный на Народном предприятии «К.Цейсс» высокоточный нивелир NI 002 содержит ряд новых конструктивных решений, направленных на уменьшение действия ошибок, свойственных нивелирам с компенсаторами.

Методы и средства виброзащиты геодезических приборов.

При выполнении инженерно-геодезических работ, строительстве и эксплуатации современных сооружений измерения ведутся зачастую в условиях неустойчивости геодезических приборов вследствие вибраций, которые подразделяются:

-на транспортные, возникающие в результате движения машин на промышленных площадках, интенсивность которых может ослабляться изменением скорости и интенсивности движения (и если мы собираемся проводить геодезические работы вблизи магистралей, то на время проведения работ нужно серьезно ограничить скорость потока машин);

-технологические, вызываемые движением узлов, механизмов и систем стационарных машин, интенсивность действия которых регламентирована технологией и поэтому не может ослабляться на момент проведения работ (причины: действующие электромеханические устройства с возвратно-поступательными массами или неуравновешенными вращающимися роторами).

Исключение и уменьшение влияния вибраций на точность геодезических работ, разработка эффективных способов виброзащиты геодезических приборов и средств геодезических измерений, малочувствительных к действию вибраций, - актуальная научно-техническая задача

К геодезическим приборам необходимо предъявлять требования не только к вибропрочности, но и к виброустойчивости.

Согласно ГОСТ 23543-88 в качестве нормальных условий эксплуатации геодезических приборов приняты следующие: частота возмущающих вибраций не более 30 Гц при амплитудах виброускорений не более 0,2 м/с² или 0,02g (если больше, то необходимы методы и средства виброзащиты); вибропрочность геодезических приборов должна обеспечиваться при воздействии вибраций с частотой от 1 до 80 Гц с амплитудами виброускорений от 1 до 5g в течение часа.

При геодезическом нивелировании вибрация вызывает:

-колебания маятниковых компенсаторов наклона приборов, в том числе и резонансные (можно ослаблять это влияния уменьшая расстояние от прибора до рейки - как показано на рисунке, при наведении визирной оси на рейку влияние вибрации тем больше, чем дальше расположена рейка);

-колебания линии визирования и пузырька уровня (при сильных вибрациях без использования виброзащиты привести пузырек в нуль-пункт не представляется возможным);

-смаз изображения рейки (усовершенствовав башмак (например, вставив виброизоляторы между плоскостью основания и верхней его частью) можно ослабить или полностью исключить смаз изображения рейки). При величине смаза x, равной или кратной расстоянию между штрихами рейки (x = 5, 10, 15 мм и т.д.), условия наведения на штрих значительно улучшаются, так как в поле зрения наблюдается четкое изображение штрихов рейки. Однако из-за наложения разноименных штрихов друг на друга, это изображение является мнимым и в таких случаях возможны появления грубых ошибок в результатах измерений. Для исключения грубых ошибок перед наблюдениями необходимо определить величину смаза изображения штрихов рейки, для чего можно использовать вибромарку. В зависимости от величины x следует корректировать программу наблюдений на станции, выполняя правильное наведение на штрих, или изменять положение нивелира, выбирая те точки стояния, на которых величина x минимальна.

Для повышения точности измерений в условиях вибрации целесообразно использовать рейки с утолщенными и клиновидными штрихами. Например, инварные рейки Народного предприятия «Карл Цейсс Йена» (ГДР), которые имею толщину штрихов 1,6 и 3 мм.

Ножки штатива следует устанавливать на специальную подставку, позволяющую осуществить отстройку частоты собственных колебаний системы «штатив-прибор» от частоты вибрации и избегать резонанса (совпадение частоты собственных колебаний с частотой динамического воздействия).

Виброустойчивость нивелиров в значительной степени зависит от динамических свойств штатива. Из исследований амплитудно-частотных характеристик штатива ШН-160 при разных значениях угла раздвига ножек штатива следует необходимость отстройки от возможного резонансного влияния штатива, так как в этом случае последний передает на нивелир вибрации основания с увеличением амплитуд в 5-10 раз. На частотах менее 10 Гц штатив передает вибрации основания без изменений; от 10 до 60 Гц (в зависимости от угла раздвига ножек) - с увеличенной амплитудой, а свыше 60 Гц - уменьшает вибрацию почти до нуля.

Стоит отметить, что использовать необходимо штатив с нераздвижными ножками, т.к. такая конструкция штатива более виброустойчива.

Из вышеперечисленного следует, что вибрация существенно влияет на точность геодезических измерений. Она вызывает колебания линии визирования оптических приборов, резонансные колебания маятниковых компенсаторов наклона, смещение пузырька уровня и т.п. Для проведения геодезических работ в этих условиях необходимы специальные методы и средства виброзащиты измерительных приборов, позволяющие с высокой точностью выполнять геодезические измерения.

Анализ существующих способов, приемов и средств защиты геодезических приборов от вибрационного воздействия для повышения точности измерений позволяет классифицировать их по трем основным группам:

1) Пассивные (они в свою очередь подразделяются на: а) виброизоляционные прокладки - в нашем случае удобнее использовать их между штативом и треггером, т.к. установка их на ножки штатива значительно ухудшает устойчивость последнего; б) виброизоляционные покрытия; в) выбор способа и места установки штатива с прибором (можно использовать приборы для измерения вибрации, определяя тем самым более выгодное место установки штатива с прибором);

2) Активные - способы и средства виброзащиты, требующие создание дополнительных устройств и специальных приспособлений для защиты приборов от воздействия вибрации. Из-за сложности их конструкций они встречаются довольно нечасто, но при этом нельзя обойти стороной амортизаторы с регулируемой жесткостью или датчики стабилизации изображения, т.е. встроены в прибор специальные сенсоры, работающие по принципу гироскопов или акселерометров. Эти сенсоры постоянно определяют углы поворота и скорости перемещения визирной оси в пространстве и выдают команды электрическим приводам, которые отклоняют стабилизирующий элемент объектива. При электронной стабилизации изображения углы и скорости перемещения фотоаппарата пересчитываются процессором, который устраняет сдвиг.

Однако наличие дополнительного оптического элемента немного снижает светосилу объектива.

3) Безамортизационные средства и методы повышения точности измерений в условиях вибраций, основанные на использовании эффективных на использовании эффективных приемов измерений, способов наведения и отсчитывания по «размытому» или колеблющемуся изображению визирной цели. Одним из наиболее перспективных методов безамортизационных средств защиты является стробоскопический эффект, который можно получить двумя основными способами - перекрытием поля зрения геодезического прибора и освещением визирной цели короткими световыми вспышками.

Один из наиболее распространенных (эффективных, простых и широко применяемых) способов защиты геодезических приборов - виброизоляция. Однако использование этого метода без предварительного расчета упругих элементов или специальных исследований не всегда может привести к положительному результату.

Показатель эффективности виброизоляции - коэффициент передачи м. Величина коэффициента определяется отношением частоты f_в возмущающего воздействия к частоте f_о собственных колебаний системы, установленной на виброизоляторы:

м = 1/((f_в/f_ои)² - 1) = 1/(ш² - 1)

В зависимости от соотношения частот ш различна и степень снижения виброизоляторами колебаний системы.

Из анализа виброизоляционного метода следует:

1) Если частота возбуждения f_в близка к частоте собственных колебаний f_ои изолированной системы или меньше ее, то с помощью виброизоляции принципиально невозможно бороться с возмущающим воздействием вибрации.

2) Когда отношение частот ш приближается к единице - наступает резонанс, а амплитуда вынужденных колебаний системы принимает большие значения. Для избежания резонансных явлений следует применять (метод отстройки колебаний системы…).

3) Виброизоляционные прокладки уменьшают амплитуду вынужденных колебаний системы только при соотношении частот ш = fв/fои > v2.

4) С увеличением ш значении коэффициента м приближается к нулю, т.е. эффективность виброизоляции возрастает. В большинстве случаев для защиты оборудования от вибрационного воздействия достаточно, чтобы отношение частот ш находилось в пределах 2,5-5. Уже при ш = 2,5 виброизоляторы поглощают 81% энергии вибрации, при ш = 3; 4; 5, соответственно 88, 93 и 96%.

5) В рабочем диапозоне частот (ш > v2) эффективность виброизоляторов тем больше, чем меньше жесткость упругих прокладок. Однако при малой жесткости виброизоляторов, свободные колебания изолированной системы «штатив-прибор», выведенной из положения равновесия толчком или под действием ветровой нагрузки, долго не затухают и, в свою очередь, становятся источником нежелательной вибрации (т.е. при работе в мягкими прокладками нужно быть крайне аккуратным и осторожным и учитывать влияние внешней среды на прибор).

В качестве материала виброизоляторов для защиты системы «штатив-геодезический прибор» наиболее подходит рещина. Приведем исходные формулы для расчета резиновых виброизоляторов. Методика следующая:

1. Исходя из требования практики,назначают частоту fои собственных колебаний виброизолированной системы,с тем условием,чтобы отношение частот ш=fв/fои?3, т.е м?1/8

2. Под влиянием массы системы виброизоляторы получают статистическую осадку Х_ст (в см), связанную с частотой f_ои собственных колебаний зависимостью X_cт=25/fІ_ои

3. Величина X_cт характеризует жесткость упругих элементов,т.е. изменение высоты под влиянием нагрузки. Поэтому жетскость упругих элементов находится по формуле k=Q/ X_cт, где Q -масса вибоизолирующей системы. А жесткость одного элемента как k?=k/n, где n-число виброизоляторов

4. Высота виброихолятора Н определяется из соотнощения Н=Е_g Xcт/у , где Е_g и у - динамический модуль упругости и расчетное статическое напряжение, выбираются из таблиц,исходя из материала виброизоляторов.

5. Размер попчереного сечения А назначается под услвоием Н?А?8Н

6. Контролирут частоту f_ои собственных колебаний системы,установленной на виброизоляторы: f_ои=(1/2р)vk/m , где m=Q/g , g=981 см/сІ. Если частота собственных колебаний f_ои не удовлетворяет принятому в п.1 условию, то её следует понизить, осуществляя для этого одно из следующих мероприятий:

· уменьшить жесткость виброизоляторов;

· Увеличить момент инерции системы добавлением допольнительных масс;

· Уменьшить расстояние по высоте между центром тяжести системы и центром жесткости виброизоляторов.

7. Находится значение граничной частоты,с которой начинается рабочий частотный диапазон виброизоляции f_гр=f_оиv2

8. В зависимости от частоты f_ои и коэффициента передачи определяется амплитуда s₀ вынужденных колебаний системы s₀=s_a м , где s_a -амплитуда вибрационного воздействия.

Размещено на Allbest.ru