Лабораторная работа № 6

Назначение, общее устройство и технические данные гиротеодолита

Назначение гиротеодолита, основные узлы, блоки и системы.

Гиротеодолит применяется для автономного определения азимутов сторон геодезических сетей различного назначения.

Гиротеодолит включает пять основных узлов: штатив, угломерную часть, гироблок, блок питания, и источник электроэнергии.

Гиротеодолит имеет:

- системы подвеса и центрирования предназначенные для обеспечения
безмоментности движения чувствительного элемента по азимуту и высоте, для
совмещения точки подвеса с вертикальной осью вращения алидады угломерной
части;

- система токоподвода - ей осуществляется электрическая и механическая связь чувствительного элемента с корпусом гироблока, которая должна быть безмоментной, Т.е. создаваемые указанными связями неучитываемые моменты возмущающих сил относительно осей прецессии и чувствительности гироскопа не должны отражаться на показаниях прибора. Конструкция токоподвода во многом зависит от типа подвеса чувствительного элемента;

- следящая система - предназначенная для наблюдения за движением чувствительного элемента и фиксации точек реверсий, а также для согласования движения верхнего зажима торсионной ленты и токоподводящей стойки блока токоподводов с азимутальным движением чувствительного элемента;

- система магнитной защиты защищает чувствительный элемент от воздействия магнитных полей.

- система арретирования включает 2 арретира: транспортный и управляемый.

Устройство гироблока гиротеодолита ГИБ - 2

Гироблок выполнен в виде цилиндра. Он объединяет ЧЭ с системами подвеса, центрирования, токоподвода, слежения, магнитной защиты, арретирования.

Основной деталью гироблока является чувствительный элемент. Он реагирует на суточное вращение Земли и выдает информацию о положении азимута в виде вынужденных колебаний (прецессии).Чувствительный элемент выполнен из диамагнитного материала и представляет собой два физических тела: гироскоп и маятник, причем гироскоп расположен внутри маятника. Гироскопом является гиромотор, он размещен в массивном маятнике, подвешенном на торсионе. Гиромотор представляет собой асинхронный двигатель трехфазного тока, выполненный по обращенной схеме: статор помещен внутри ротора. Такая компоновка электродвигателя позволяет получить максимально возможный кинетический момент гироскопа. Скорость вращения ротора в установившемся режиме работы -23000 о6/мин., для достижения которой необходимо питание переменным током высокой частоты. Трехфазная система питания двигателя обеспечивает более плавное его вращение. Особенностью гиромотора является то, что в установившемся режиме, у него отсутствует полезная нагрузка, и гиромотор работает на холостом ходу. Момент на валу двигателя идет лишь на преодоление трения подшипниках.

Питание гиромотора осуществляется во время разгона через систему прижимных контактов. Торсионом служит тонкая плоская лента, с обоих сторон которой приклеены токоподводы. По ним во время прецессии осуществляется питание гиромотора.

Для уменьшения ошибок, связанных с температурной разбалансировкой ротора гиромотора и всего чувствительного элемента, а также с целью ослабления влияния трения ротора с воздухом в камере, в которой установлен гиромотор, создан вакуум. Верх гирокамеры заканчивается полуосью, несущей штангу ЧЭ, которая, в свою очередь, несет два зеркала: основное - для фиксации точек реверсий, и дополнительное, входящее в оптическую систему автоматической следящей системы прибора.

Гироблок крепится к угломерной части с помощью, винтов. В комплект прибора входят два гироблока, которые являются взаимозаменяемыми.

Вертикальная плоскость симметрии свободных колебаний чувствительного элемента определяет положение статического равновесия - положение, при котором сумма внешних сил, накладываемых на чувствительный элемент относительно его вертикальной оси системами подвеса, токоподвода и магнитной защиты, равна нулю.

Назначение следящей системы и особенности её устройства

Следящая система, предназначенная для наблюдения за движением чувствительного элемента и фиксации точек реверсий следящая система в гиротеодолитах, имеющих торсионный подвес, используется также для согласования движения верхнего зажима торсионной ленты и токоподводящей стойки блока токоподводов с азимутальным движением чувствительного элемента. Конструктивно она разделена на функционально независимые системы: систему наблюдения и систему сопровождения. Первая из них предназначена для визуального наблюдения и фиксаций точек реверсий ЧЭ; вторая - для согласования движения систем подвеса и токоподвода с движением ЧЭ, Т.е. для предотвращения их закручивания.

Визуальное наблюдение за положением ЧЭ, через жестко связанное с ним основное зеркало, осуществляется с помощью автоколлиматора. Визирная ось автоколлиматора перпендикулярна плоскости основного зеркала, если центральные штрихи шкалы совмещены, что достигается действием наводящих винтов алидады. Основное назначение шкалы автоколлиматора - наблюдение свободных колебаний ЧЭ для определения нульпункта. Отсчеты берутся по отсчетному индексу нижней или верхней части шкалы. Цена одного деления в угловой мере составляет 15".

Если в гиротеодолитах, оборудованных так называемой ручной системой слежения, элементы обеих систем в основном сосредоточены в угломерной части при бора, то в гиротеодолитах с автоматической следящей системой элементы сопровождения размещены главным образом в гироблоке и частично в блоке питания.

Для слежения за движением чувствительного элемента в гироблоке этого прибора используется автоколлимационный фотоэлектрический датчик угла рассогласования между следящим корпусом и чувствительным элементом. Отработку угла рассогласования выполняет исполнительный двигатель (на рисунке он не показан), который, вращая через передаточный механизм редуктор червячного привода, поворачивает следящий корпус с установленной на нем подъемной платой, несущей верхний зажим торсионной ленты и токоподводящую стойку блока токоподводов.

Оптико-механическая схема (рис. 1) фотоэлектрического датчика рассогласования, детали которого размещены в следящем корпусе, включает дополнительное зеркало 2 чувствительного элемента, укрепленное в центральной части его штанги 11. Свет от лампы 10 датчика, установленной в следящем корпусе, пройдя диафрагму 9 узким пучком лучей, поступает на грани призм 8 и 4 датчика и, отразившись от них, попадает через объектив 3 на дополнительное зеркало 2 чувствительного элемента. Этим зеркалом пучок лучей снова направляется в датчик, где, отразившись от призм, поступает через диафрагму 7 на два фотосопротивления 6. Эти фотосопротивления установлены во входных цепях балансного усилителя постоянного тока, управляющего работой исполнительного двигателя, который через передаточный механизм вращает редуктор 5 червячного привода следящего корпуса.

Чтобы предотвратить закручивание торсионной ленты и мало-моментных токоподводов во время колебаний чувствительного элемента, все современные модели гиротеодолитов высокой точности имеют систему автоматического слежения за азимутальным движением чувствительного элемента (следящую систему).

Система питания гиротеоделита

Первичным источником энергии в гиротеодолите, служат аккумуляторные батареи. Для преобразования постоянного тока батареи в трехфазный переменный ток, который необходим для нормальной работы гиромотора, гиротеодолит имеет блок питания. Кроме этой основной задачи в блоке питания решается ряд дополнительных задач, связанных со стабилизацией частоты и напряжения трехфазного тока, с быстрой остановкой гиромотора после окончания измерений, с автоматическим слежением за колебаниями чувствительного элемента и др. Совершенство блока питания в значительной степени определяет точность гиротеодолита и его эксплуатационную надежность.

Блок питания выполняет следующие функции:

- подготовку энергетической части гиротеодолита к работе, подсоединение и прогрев;

-освещение узлов теодолита;

-пуск гиромотора и обеспечение его работы;

-торможение и остановку гиромотора.

Блок питания включает в себя: полупроводниковый преобразователь постоянного тока в переменный, системы терморегулирования и торможения гиромотора, элементы питания и управления следящей системой схемы измерения и контроля.

Преобразователь напряжения является статическим, Т.е. в нем отсутствуют подвижные и вращающиеся детали. Преобразователь собран на полупроводниковых элементах, что определило его компактность и экономичность в работе. С помощью преобразователя постоянный ток преобразуется в переменный трехфазный ток синусоидальной формы, который питает обмотки статора гиромотора. Точность работы гиротеодолита в значительной мере определяется стабильностью кинетического момента гироскопа, которая в свою очередь зависит от стабильности частоты и напряжения трехфазного тока. В ГИ-Б2 применены кварцевая стабилизация частоты задающих генераторов, автоматическое регулирование выходного трехфазного напряжения и термостатирование блока кварцевых генераторов. Система терморегулирования поддерживает в термостате постоянную температуру +50 С с точностью 1°С.

После усиления в регулировочном усилителе, двухкаскадном промежуточном усилителе и предварительном усилителе мощности однофазное напряжение с частотой 416,7 Гц в фазоращепителе преобразуется в трехфазное. Мощность трехфазного тока трех однотипных усилителей мощности доводится до требуемой величины, необходимой для питания гиромотора.

Для поддержания величины выходного трехфазного напряжения преобразователя на заданном уровне служит регулятор напряжения. Часть выходного напряжения преобразователя после его выпрямления в трехфазном выпрямителе поступает в регулятор напряжения, где его величина сравнивается с постоянным стабилизированным напряжением.

Если величина напряжения отличается от заданного значения, в регуляторе напряжения вырабатывается сигнал рассогласования, который воздействует на регулировочный усилитель и изменяет его коэффициент усиления в требуемую сторону. В результате обеспечивается постоянство амплитуды выходного напряжения преобразователя, передаваемого на статорные обмотки гиромотора.

Система торможения и автоматического выключения тормозного тока обеспечивает остановку гиромотора за 2 минуты. Для торможения, посте отключения питания гиромотора, нажатием кнопки "тормоз" через обмотки статора пропускается постоянный ток, создающий в гиромоторе постоянное магнитное поле. При вращении в постоянном магнитном поле, в роторе индуцируется электрический ток, поле которого направлено против магнитного поля тормозного тока. В результате взаимодействия двух магнитных полей в гиромоторе возникает тормозной ток, под действием которого гиромотор быстро останавливается.

Устройство угломерной части гиротеодолита ГИБ - 2

Угломерная часть служит для измерения горизонтальных направлений на ОРП и на точки реверсии.

Угломерная часть несъемная, отличается наличием в монтированной автоколлимационной системы, дополнительного окуляра, увеличенными размерами горизонтального круга и измененной системой вертикальной оси. Автоколлиматор необходим для наблюдения положения зеркала чувствительного элемента (ЧЭ).

Дополнительный окуляр облегчает снятие отсчетов по горизонтальному кругу при наблюдениях точек реверсий. Он полностью дублирует поле зрения основного окуляра микроскоп - микрометра.

Вертикальная осевая система выполнена с широко разнесенной опорой на шариках, что необходимо для большей устойчивости прибора в связи со значительным увеличением его массы и габаритов. Алидадная часть имеет двухступенчатый наводящий винт с бесконечной подачей, что необходимо для слежения за прецессирующим ЧЭ.

Установка угломерной части и всего гиротеодолита на штативе производится с помощью трех сферических опор. Наличие "красной точки" на подставке и алидаде обеспечивает однообразность посадки.

Назначение системы арретирования и её устройство

Конструкция системы арретирования гиротеодолита наряду с надежным закреплением чувствительного элемента внутри гироблока должна исключать случаи самопроизвольного разарретирования чувствительного элемента под воздействием транспортной тряски, а также случаи неумышленного снятия со штатива и свертывания прибора с неарретированным чувствительным элементом. Поэтому, кроме арретирующего механизма, конструкция этой системы обычно включает устройства само запора и блокировки.

Работа арретирующего устройства отличается плавностью, отсутствием толчков, наклонов и разворотов, сообщаемых чувствительному элементу в момент его полного освобождения. В гиротеодолитах с торсионным подвесом чувствительного элемента действие системы арретирования не должно влиять на положение нуль-пункта прибора и отражаться на механических и упругих качествах торсиона и токоподводов. В некоторых моделях гиротеодолитов с механизмом арретирования связывают орган управления автоматикой системы слежения. Так, например, в гиротеодолите Ги-Б2 переключатель лампы подсветки фотоэлектрического датчика следящего корпуса смонтирован на маховике основного_арретира.

Система сопровождения автоматическая. Для слежения за движением ЧЭ используется автоколлимационный фотоэлектрический датчик угла рассогласования между следящим корпусом и ЧЭ. Оптикоэлектронная система отъюстирована таким образом, что сигнал с фотоприемника равен нулю тогда, когда следящий корпус относительно ЧЭ находится в положении равновесия свободных колебаний торсиона. Это положение следящего корпуса восстанавливается вслед за перемещением ЧЭ исполнительным двигателем (сервомотором) через редуктор червячного привода. Маховик основного арретира одновременно является переключателем фотоэлектрической следящей системы. На маховике основного-арретира имеется пять фиксированных положений: А, 2, 3, 4,5.

Положение А соответствует полному арретированию ЧЭ. При переводе маховика в положение 2 ЧЭ немного опускается вниз, выходит из соприкосновения со следящим корпусом, но все еще остается в арретирном состоянии. Происходит включение лампы подсветки фотоэлектрического датчика следящей системы. Повороты следящего корпуса происходят без увлекания ЧЭ, так как между ними нет механического контакта. В положении 3 маховика арретира происходит включение лампы фотоэлектрической следящей системы. ЧЭ продолжает оставаться в арретированном состоянии. Полное освобождение ЧЭ наступает при переводе маховика арретира в положение 4. При этом ЧЭ повисает на торсионе и совершает свободные колебания. В положении 5 происходит включение лампы следящей системы, и азимутальные перемещения ЧЭ начинают сопровождаться синхронными поворотами следящего корпуса с помощью серводвигателя.

Для исключения гистерезиса торсиона он постоянно нагружен: при свободно висящем гиромоторе - весом двигателя; при арретированном гиромоторе -давлением пружин.

Во время работы гиромотор питается через две токоподводящие спирали и торсион. При запуске требуется относительно высокая сила тока /500 мА/, которая могла бы сжечь эти детали, имеющие очень тонкое сечение. Поэтому для запуска и торможения гиромотора ЧЭ всегда следует арретировать, так как при этом включаются дополнительные контакты арретира, по которым протекает ток запуска или торможения.

Пермалоевый магнитный экран защищает гиромотор от действия внешних магнитных и электрических полей.

Порядок подготовки гиротеодолита к работе

1.После прибытия на пункт наблюдений выполнить разметку ножек штатива относительно центра, причем одна из ножек должна быть направлена на север. Если грунт недостаточно плотный, то в места установки забить металлические колья. Жесткость основания способствует выполнению точных наблюдений.

2. Установить штатив. На головке штатива установить подставку красной меткой на север. Закрепительные винты полностью не завинчивать.

З.На подъемные винты подставки, совмещая красные метки, установить установочное приспособление (буссоль), произвести центрирование и горизонтирование, после чего завинтить до отказа закрепительные винты подставки и ножек штатива.

4.Совместить риску на подвижной части установочного приспособления с красной меткой на ее основании. Разарретировать буссоль и снять отсчет А магнитного азимута с точностью до 1 °.

5.Опознать на топографической карте точку стояния гиротеодолита. Определить по карте значение магнитного склонения, координат X,Y, записать данные в журнал наблюдений.

6.Арретировать буссоль. Снять установочное приспособление и на сферические подпятники подставки установить гиротеодолит таким образом, чтобы красная метка на выступе основания угломерной части совпала с красной меткой подставки. Проверить горизонтирование. Снять крышку стопора на панели управления.

7.Подготовить блок питания к работе:

-нижние тумблеры установить в положение "Выкл."; -подключить кабель к разъему "Питание^и, второй конец кабеля, соблюдая полярность, подключить к клеммам аккумулятора;

- проверить напряжение источника тока, показываемое контрольным прибором. оно должно составлять не менее 12 В;

-для подключения гироблока вторым кабелем необходимо отогнуть с розетки гироблока внизу защитный колпачок, повернуть маховик дополнительного арретира до отказа вправо, преодолев сопротивление пружины арретира, и, удерживая его в таком положении, другой рукой вставить штепсельный разъем в розетку, после чего

маховик арретира отвинтить влево до отказа. При правильном соединении штепсельный разъем оказывается замкнутым и штепсельная вилка не вынимается, а гиромотор удерживается в арретирном состоянии только основным арретиром. Второй конец кабеля подключить к разъему "Выход" блока питания;

-тумблер включения блока питания установить в положение "Выкл.", тумблер включения освещения - в положение" Освещ.".

8.У становить алидаду угломерной части на отсчет снятый по буссоли;

9.Ослабить закрепительные винты замков гироблока и развернуть гироблок до положения, при котором панель его управления будет находиться под окуляром автоколлиматора

10. Надежно зажать закрепительные винты гироблока.

11.Открепить закрепительный винт алидады и, вращая ее определить в каком направлении находится изображение шкалы авто коллиматора, вернуть алидаду в прежнее положение.

12.пользуясь нужной кнопкой разворота следящего корпуса ввести в поле зрения автоколлиматора изображение шкалы.

Скорость разворота регулируется ручкой потенциометра, что позволяет совместить центральные штрихи верхней и нижней частей шкалы.

В результате выполненных операций Окуляр автоколлиматора и панель управления на гироблоке должны располагаться с южной стороны, маховик основного арретира справа, Т.е. с восточной стороны. В окуляре автоколлиматора должна наблюдаться шкала с совмещенными штрихами.

Наиболее важные показатели гиротеодолита

Средняя квадратическая ошибка определения азимута:

- из I пуска по точкам реверсии, сек …………………………………………………….15

- из 2 пусков по 4 точкам реверсий, сек...................................................................... …10

Продолжительность наблюдений в одном пуске, минут.........................................35-40

Время разгона гиромотора, минут......................................................................................2

Время торможения, минут..................................................................................................2

Период свободных колебаний ЧЭ, минут......................................................................1,5

Потребляемая мощность, Вт............................................................................................. 30

Вопросы к лабораторной работе № 1

1. Назначение гиротеодолита. основные узлы блоки и системы.

2. Устройство гироблока гиротеодолита ГИБ-2

3. Особенности устройства чувствительного элемента.

4. Наиболее важные показатели гиротеодолита.

5. Порядок подготовки гиротеодолита к работе.

6. Назначение следящей системы и особенности ее устройства.

7. Система питания гиротеодолита.

8. Устройство угломерной части гиротеодолита ГИБ-2.

9. Назначение системы арретирования и ее устройство.

Вопросы к лабораторной работе №2

1. Порядок наблюдения свободных колебаний гиротеодолита ГИБ-2.

2. Статическое равновесие. Нуль пункт, его влияние на положение азимута.

3. Широтный коэффициент, его физический смысл.

4. Табличный и экспериментальный способы определения широтного коэффициента. Их точность.

5. Порядок регулировки нуль пункта.

6. Источники погрешностей азимутального положения динамического равновесия колебаний чувст­вительного элемента.

7. Поправка за нуль пункт, ее вычисление.

Вопросы к лабораторной работе №3

1. Вычисление направлений на местный предмет при гиротеодолитном ориентировании. Сущность азимутов получаемых по результатам гиротеодолитных наблюдений.

2. Порядок вычисления азимута по способу точек реверсии.

3. Сущность способов прохождений.и амплитудных способов.

4. Комплекс наблюдений в полном сокращенном пуске, его последовательность.

5. Допуски и контроли при гироскопическом ориентировании.

6. Приборная поправка гиротеодолитаГИБ-2 и ее составляющие.

7. Гироскопический момент и свойства гироскопа.

8. Составляющие суточного вращения Земли.

Вопросы к лабораторной работе №4

1. Технический осмотр гиротеодолита.

2. Поверка угломерной части.

3. Поверка установочного приспособления (буссоли).

4. Поверка механизмов арретирования.

5. Поверка стабильности нуль пункта.

6. Поверка качества магнитной защиты.

7. Поверка функционирования следящей системы гиротеодолита.

8. Поверка функционирования электрического компенсатора нуль пункта гиротеодолита ГИБ-2.

9. Поверка системы торможения гиротеодолита ГИБ-2.

10. Поверка правильности вычисления азимутов.

Вопросы к лабораторной работе №5

1. Определение азимутов одиночным прибором.

2. Схема ориентирования при створном расположении гиротеодолитов.

3. Схема ориентирования в обратных направлениях.

4. Схема ориентирования в прямых и обратных направлениях.

5. Схема ориентирования по сторонам треугольника.

6. Схема ориентирования комбинацией угловых и гиротеодолитных измерений.

7. Порядок полевой обработки результатов гиротеодолитных наблюдений.

8. Определение астрономических азимутов направлений с требуемой точностью. -3",5^W,10M5",30",60"

Дата добавления: 2015-10-21