Методическое пособие по выполнению лабораторных работ
Хабаровск
Издательство ДВГУПС
2015
УКД 528.48.02:681.2(075.8)
ББК Д14я73
А 674
Рецензенты:
Кандидат технических наук, доцент кафедры
«Железнодорожный путь и проектирование железных дорог»
А.Р.Едигарян
| А 674 | Анисимов, Вл.А. Изучение устройства и выполнение поверок геодезических приборов: Методическое пособие по выполнению лабораторных работ / Вл.А. Анисимов, С.В. Макарова, П.С. Ревва, Ю.А. Ткаченко – Хабаровск : Изд-во ДВГУПС, 2015. – 67 с. |
Методическое пособие соответствует ФГОС ВПО направлений бакалаврской подготовки 08.03.01 - «Строительство», 21.03.01 - «Нефтегазовое дело», специальностей 08.05.01 - «Строительство уникальных зданий и сооружений», 23.05.06 - «Строительство железных дорог, мостов и транспортных тоннелей».
Работа содержит необходимые сведения о наиболее распространенных в настоящее время геодезических приборах – теодолитах и нивелирах. В ней рассматривается устройство, классификация и поверки приборов, а также методика геодезических измерений. Изложены порядок и методика выполнения лабораторных работ. В приложении даны формы отчетов, которые студент может использовать для выполнения работ.
Пособие предназначено для студентов всех форм обучения, изучающих дисциплины «Инженерная геодезия и геоинформатика», «Инженерная геодезия».
УКД 528.48.02:681.2(075.8)
ББК Д14я73
© ДВГУПС, 2015
Введение
Методическое пособие предназначено для самостоятельного изучения геодезических приборов студентами строительных направлений и специальностей всех форм обучения. В пособии рассматриваются устройство, классификация и поверки теодолитов и нивелиров, которые применяются в инженерно-геодезических работах. Описываются способы измерения горизонтальных углов (способ приемов, способ круговых приемов, способ повторений), методы и способы нивелирования. Подробно приведен порядок выполнения лабораторных работ.
Устройство приборов в пособии дается в таком объеме, чтобы студент мог изучить названия основных частей прибора, освоить их взаимодействие и научиться производить отсчеты.
Методика выполнения поверок приборов рассматривается в соответствии с Инструкцией по проведению технологической поверки геодезических приборов ГКИНП (ГНТА)-17-195-99, которая была издана в 1999 г. и является составной частью системы общеобязательных нормативно-технических актов.
Используя настоящее пособие, студент должен приобрести навыки выполнения поверок и юстировок геодезических приборов, освоить методику измерения горизонтальных углов и превышений.
ТЕОДОЛИТЫ, ИХ УСТРОЙСТВО И ПОВЕРКИ
Теодолит, его устройство
Теодолит - это геодезический прибор, предназначенный для измерения горизонтальных и вертикальных углов. Происхождение слова "теодолит", по-видимому, связано с греческими словами theomai смотрю, вижу и dolichos - длинный, далеко.
Рис.1. Теодолит 4Т30П (слева) и электронный теодолит CST/berger (справа)
Рис. 2. Принцип измерения
горизонтального угла
|
При геодезических работах измеряют не угол между сторонами, а его ортогональную (горизонтальную) проекцию, называемую горизонтальным углом. Так, для измерения угла АВС (рис. 2) нужно предварительно спроектировать на горизонтальную плоскость точки А, В, и С и измерить горизонтальный угол abc = β.
Рассмотрим двугранный угол между вертикальными плоскостями V1 и V2 , проходящими через стороны угла АВС. Угол β для данного двугранного угла является линейным. Следовательно, углу β равен всякий другой линейный угол, вершина которого находится в любой точке на отвесном ребре ВВ1 двугранного угла, а стороны его лежат в плоскости, параллельной плоскости М. Итак, для измерения величины угла β можно в любой точке, лежащей на ребре ВВ1 двугранного угла, допустим в точке b1, установить горизонтальный круг с градусными делениями и измерить на нем дугу a1c1, заключенную между сторонами двугранного угла, которая и будет градусной мерой угла a1b1c1, равной β , т. е. угол abc = β.
Для измерения горизонтальных проекций углов между линиями местности в теодолите используется горизонтальный угломерный круг с градусными делениями, называемый лимбом. Стороны угла проектируют на лимб с использованием подвижной визирной плоскости зрительной трубы. Она образуется визирной осью[1] трубы при её вращении вокруг горизонтальной оси. Данную плоскость поочередно совмещают со сторонами угла ВА и ВС, последовательно направляя визирную ось зрительной трубы на точки А и С. При помощи специального отсчетного приспособления алидады, которая находится над лимбом соосно с ним и перемещается вместе с визирной плоскостью, на лимбе фиксируют начало и конец дуги a1c1 (см. рис. 2), беря отсчеты по градусным делениям. Разность взятых отсчетов является значением измеряемого угла β.
Лимб и алидада, используемые для измерения горизонтальных углов, составляют в теодолите горизонтальный круг 23 (см. рис. 3). Ось вращения алидады горизонтального круга – основная ось, её называют вертикальной осью вращения теодолита.
Перед измерением углов центр лимба горизонтального круга с помощью отвеса или оптического центрира устанавливают на отвесной линии, проходящей через вершину измеряемого угла, а плоскость лимба приводят в горизонтальное положение, используя с этой целью три подъемных винта 3 и цилиндрический уровень 12 (рис. 3). В результате данных действий основная ось теодолита должна совпасть с отвесной линией, проходящей через вершину измеряемого угла.
В теодолите также имеется вертикальный круг 19 (рис. 3) с лимбом и алидадой, служащий для измерения вертикальных проекций углов – углов наклона. Принято считать углы наклона выше горизонта положительными, а ниже горизонта – отрицательными. Лимб вертикального круга обычно наглухо скреплён со зрительной трубой и вращается вместе с ней вокруг горизонтальной оси теодолита.
| Рис.3. Сетка нитей |
Для установки, настройки и наведения теодолита на цели в нем имеется система винтов (рис. 3): становой винт, подъемные винты 3, закрепительные (зажимные – 5, 10, 14) и наводящие (микрометренные – 4, 6) винты, исправительные (юстировочные – 22) винты.
Становым винтом теодолит крепят к головке штатива 1, подъемными винтами – горизонтируют.
Рис. 3. Устройство теодолита 4Т30П: 1 – головка штатива; 2 – основание; 3 – подъемный винт; 4 – наводящий винт алидады; 5 – закрепительный винт алидады; 6 – наводящий винт зрительной трубы; 7 – окуляр зрительной трубы; 8 – предохранительный колпачок сетки нитей зрительной трубы; 9 – кремальера; 10 – закрепительный винт зрительной трубы; 11 – объектив зрительной трубы; 12 – цилиндрический уровень; 13 – винт поворота лимба; 14 – закрепительный винт; 15 – окуляр отсчетного микроскопа с диоптрийным кольцом; 16 – зеркальце для подсветки штрихов отсчетного микроскопа; 17 – колонка; 18 – ориентир-буссоль; 19 – вертикальный круг; 20 – визир; 21 – диоптрийное кольцо окуляра зрительной трубы; 22 – исправительные винты цилиндрического уровня; 23 – горизонтальный круг; 24 – подставка
Закрепительными винтами скрепляют подвижные части теодолита (лимб, алидаду, зрительную трубу) с неподвижными. Наводящими винтами сообщают малое и плавное вращение закрепленным частям.
Зрительные трубы теодолитов чаще всего бывают астрономические, дающие обратное (перевернутое) изображение. Но в последнее время применяются трубы, которые дают прямое изображение.
Рис 4. Сетка нитей
|
К оптическим характеристикам зрительной трубы относятся: увеличение, поле зрения, относительная яркость и разрешающая способность, которую принимают за точность визирования трубой.
Увеличение зрительной трубы показывает во сколько раз увеличивается размер предмета, рассматриваемого в зрительную трубу, по сравнению с размером этого же предмета, видимого невооруженным глазом.
Полем зрения трубы называется то пространство, которое видно в трубу при ее неподвижном положении.
Яркость изображения определяется количеством света, которое падает на глаз в секунду времени на квадратный миллиметр изображения. Такая яркость называется абсолютной, ее нельзя выразить определенным числом. Поэтому пользуются относительной яркостью, представляющей собой отношение абсолютной яркости вооруженного зрительной трубой глаза и невооруженного глаза.
Для приведения осей и плоскостей прибора в отвесное или горизонтальное положение служат уровни, они бывают двух типов: круглые - для предварительной, грубой установки приборов и цилиндрические - для окончательной, точной установки. Цилиндрический уровень представляет собой стеклянную трубку, внутренняя поверхность которой отшлифована в виде бочкообразного сосуда, в продольном сечении представляющего дугу окружности некоторого радиуса.
Стеклянные сосуды уровней заполняют эфиром или смесью эфира со спиртом в подогретом состоянии. Когда наполнитель остынет и сожмется в объеме, образуется пространство, заполненное парами наполнителя, то есть пузырек. При изменении температуры пары наполнителя легко переходят из парообразного состояния в жидкое и наоборот, отчего размеры пузырька изменяются. В цилиндрических уровнях добиваются, чтобы длина пузырька составляла примерно 1/3 длины трубки при температуре +20°С. Чтобы можно было судить о перемещении пузырька, на наружной поверхности уровня наносятся штрихи (рис. 5). Расстояние между штрихами обычно равно 2 мм. Середина трубки уровня называется нуль-пунктом. На цилиндрическом уровне нуль-пункт обычно не обозначается, а относительно него штрихи наносятся симметрично. Касательная к внутренней поверхности трубки, проходящая через нуль-пункт вдоль длины цилиндрического уровня, называется осью уровня. Когда середина пузырька уровня совпадает с нуль-пунктом, ось уровня занимает горизонтальное положение. При смещении пузырька уровня на одно деление ось уровня наклоняется на некоторый угол t, который называется ценой деления уровня. Цена деления цилиндрического уровня при аллидаде горизонтального круга в в 4Т30П равна 45″, CST/berger – 30″. Чем меньше цена деления уровня, тем чувствительнее, точнее уровень.
Рис. 5. Цилиндрический уровень – продольный разрез
В качестве отсчетных устройств в теодолитах применяются шкаловой микроскоп (рис. 6, а, б), микроскоп-микрометр и оптический микрометр, электронная кодовая система считывания с дисплем (рис. 6, в).
а) б)
в)
Рис.6. Отсчетные устройства: шкаловой микроскоп теодолита 4Т30П с отсчетами: а – по вертикальному кругу 1°11,5ў, по горизонтальному 18°22ў; б – -0°46,5ў и 95°47ў; в – дисплей теодолита CST/berger с отчетами: по вертикальному кругу 14°22ў05ўў, по горизонтальному 24°31ў17ўў
Изображение штрихов и цифр горизонтального и вертикального кругов передаются в поле зрения микроскопа. Поворотом и наклоном зеркала 16 (см. рис. 3) достигают оптимального освещения поля зрения микроскопа и вращением диоптрийного кольца его окуляра 15 устанавливают по глазу четкое изображение отсчетного устройства.
В верхней части поля зрения отсчётного микроскопа, обозначенной буквой В, видны штрихи вертикального круга; в нижней части, обозначенной буквой Г – штрихи горизонтального круга.
В шкаловом микроскопе в поле зрения видна шкала, размер которой соответствует цене деления лимба (рис.6, а, б). Для теодолита технической точности размер шкалы и цена деления лимба равны 60'. Шкала разделена на двенадцать частей и цена ее деления составляет 5 угловых минут. Если перед числом градусов знака минус нет, отсчет производится по шкале, где перед цифрами от 0 до 6 знака минус нет, в направлении слева направо (рис.6, а). Если перед числом градусов стоит знак минус, в этом случае минуты отсчитываются по шкале вертикального круга, где перед цифрами от 0 до 6 стоит знак минус в направлении справа налево (рис.6, б). Десятые доли минуты берутся на глаз с точностью до 30''.
Типы теодолитов
В настоящее время российскими заводами в соответствии с действующими ГОСТ 23543-88 [1] и ГОСТ 10529–96 [2] изготавливаются теодолиты четырех типов: Т05, Т1, Т2, Т5 и Т30.
Для обозначения модели теодолита используется буква Т и цифры, указывающие угловые секунды средней квадратической ошибки однократного измерения горизонтального угла.
Теодолиты классифицируются по точности, конструкции, назначению и способу отсчитывания.
По точности теодолиты подразделяются на три группы:
– технические Т30, предназначенные для измерения углов со средними квадратическими ошибками до ±30";
– точные Т2 и Т5 – до ±2" и ±5";
– высокоточные Т05 и Т1 – до ±1".
ГОСТом 10529 – 96 предусмотрена модификация точных и технических теодолитов. Так, например, теодолит Т5 должен изготовляться в двух вариантах: с цилиндрическим уровнем при алидаде вертикального круга и с компенсатором, заменяющим этот уровень. Теодолит с компенсатором при вертикальном круге обозначается Т5К.
Технические и эксплуатационные характеристики теодолитов постоянно улучшаются. Шифр обновленных моделей начинается с цифры, указывающей на соответствующее поколение теодолитов: 2Т2, 2Т5К, 3Т5КП, 3Т30, 3Т2, 4Т30П и т. д.
В зависимости от конструктивных особенностей следует различать теодолиты следующих исполнений [2]:
– с уровнем при вертикальном круге (традиционные, обозначение не применяется);
– К - с компенсатором углов наклона;
– А - с автоколлимационным окуляром (автоколлимационные);
– М - маркшейдерские;
– Э - электронные.
Допускается сочетание указанных исполнений в одном приборе.
Кроме этого теодолиты делятся на повторительные и неповторительные.
У повторительных теодолитов лимб имеет закрепительный и наводящий винты и может вращаться независимо от вращения алидады.
Неповторительная система осей предусмотрена у высокоточных теодолитов.
По назначению теодолиты можно разделить на:
– проектировочные – для геодезических работ на поверхности Земли;
– маркшейдерские, предназначенные для подземных работ и оснащенные устройствами для ориентирования и визирования в туннелях и шахтах;
– фото- или кинотеодолиты, объединённые с фото- или видеокамерой.
По способу отсчитывания (физической природе носителей информации) – на механические, оптико-механические, электронные, оптико-электронные.
В электронных теодолитах стеклянные лимбы оптического теодолита, заменены штрих-кодовыми дисками, показания с которых считывают датчиком угла поворота – энкодером, преобразующим угол поворота в электросигнал. Сигнал обрабатывается электронной частью датчика и автоматически выводится в градусной мере на дисплей и в память прибора. Наличие электронного устройства исключает ошибки при снятии.
Теодолит может быть укомплектован ориентир-буссолью 18 (см. рис 3) и цилиндрическим уровнем, который прикрепляется к трубе для нивелирования горизонтальным визирным лучом. Обычно к зрительной трубе прикрепляют два визира. При установке уровня на трубе один из визиров должен быть снят.
Уход за теодолитами
Теодолиты относятся к сложным приборам. Для обеспечения их надежной работы необходимо бережное обращение с ними и постоянный уход. Перед использованием теодолита для наблюдений необходимо проверить общее состояние прибора, состояние оптических поверхностей и ампул уровней, наличие указанных в паспорте принадлежностей в комплекте. Далее проверяют вращение алидады и зрительной трубы, работу переключателя отсчетной системы, зажимных и отсчетных устройств, окуляров, кремальеры, плавность вращения подъемных винтов.
Разборка и чистка внутренних частей теодолита требует определенных навыков, наблюдатель же может выполнить несложные операции, особенно осторожно следует выполнять чистку просветленной оптики теодолита, которая особенно чувствительна к механическим повреждениям.
Во время производства наблюдений прибор рекомендуется защищать от нагрева солнцем и непосредственного воздействия осадков. Если теодолит попал под дождь, его необходимо обсушить и протереть мягкой салфеткой, не допуская сушку теодолита вблизи источников тепла.
При внесении теодолита с холода в теплое помещение футляр необходимо оставить закрытым в течение часа, а потом постепенно приоткрывать, обеспечивая плавный переход от холода к теплу. Перевозить и переносить теодолит нужно только в футлярах, предварительно убедившись в надежном закреплении прибора в упаковке.
Дата: 2018-12-28, просмотров: 907.
