3.2. Инструменты для нивелирования
В комплект инструментов для нивелирования входят: нивелир, нивелирные рейки, штатив.
По способу установки визирной оси в горизонтальное положение различают нивелиры двух типов:
с уровнем при трубе (первый тип);
с самоустанавливающейся линией визирования (второй тип).
Нивелир с уровнем при трубе (рис. 12) состоит из зрительной трубы, закрепленной на алидадной части нивелира, цилиндрического уровня с юстировочными винтами, элевационного винта, предназначенного для изменения угла наклона зрительной трубы относительно оси вращения нивелира (или подставки), подставки с тремя подъемными винтами на которой закреплен круглый уровень, предназначенный для установки оси вращения нивелира в вертикальное положение.
Для нивелирования горизонтальным лучом необходимо: чтобы в конструкции нивелира ось цилиндрического уровня UU1 и визирная ось VV1 зрительной трубы были между собой параллельны. Если это условие соблюдено, то, вращая элевационный винт до приведения пузырька уровня в нуль - пункт, тем самым устанавливаем ось уровня и визирную ось трубы в горизонтальное положение.
Рис. 12. Устройство нивелира с уровнем при трубе. Основные оси нивелира: VV1 – визирная ось зрительной трубы, UU1 - ось цилиндрического уровня, Uk Uk - ось круглого уровня, JJ1 - ось вращения нивелира. |
Рис. 13. Поле зрения зрительной трубы нивелира с контактным уровнем |
Зрительные трубы нивелиров имеют прямое или обратное изображение и внутреннее фокусирование. Изображение пузырька уровня передается с помощью специальной оптической системы в поле зрения трубы (рис. 13). Это позволяет контролировать положение визирной оси в процессе нивелирования (при взятии отсчета по рейке).
На рис. 14. изображены нивелиры отечественного производства.
В практике инженерно-геодезических работ широко применяются нивелиры с самоустанавливающейся линией визирования (НС). Отличительной особенностью этого типа нивелиров является наличие в конструкции специального устройства - компенсатора, с помощью которого визирная ось устанавливается горизонтально автоматически (после предварительной установки оси вращения нивелира в отвесное положение c помощью круглого уровня). Компенсаторы, работая в пределах нескольких минут, автоматически, с погрешностью порядка нескольких секунд, исключают незначительные отклонения визирного луча от горизонтального положения.
Нивелир 3Н – 3КЛ с самоустанавливающейся линией визирования (с компенсатором) |
Нивелир 3Н – 5Л с уровнем при трубе |
Рис.14. Нивелиры отечественного производства. 1 – подставка, 2 – подъемные винты, 3 – горизонтальный круг, 4 – винт «бесконечной» наводки, 5 – установочный круглый уровень, 6 – объектив зрительной трубы с прямым изображением, 7 – визир оптический и механический, 8 - окуляр зрительной трубы, 9 – зеркало для наблюдения за цилиндрическим уровнем и его подсветки, 10 – юстировочные винты цилиндрического уровня, 11 – элевационный винт
В качестве компенсаторов в нивелирах НС применяются элементы, положение которых связано с направлением силы тяжести. Компенсаторы бывают трех типов: жидкостиые, уровенные и маятниковые. Последние получили наибольшее распространение.
Для предварительной установки оси вращения инструмента в отвесное положение у нивелиров имеется круглый уровень с ценой деления порядка 10 - 20'.
Точная установка визирной оси в горизонтальное положение осуществляется:
у нивелиров первого типа - по цилиндрическому уровню путем совмещения концов пузырька, видимых в поле зрения трубы (такие нивелиры называются еще нивелирами с контактным уровнем см. рис. 13);
у нивелиров второго типа - автоматически с помощью компенсатора.
Составной частью комплекта для нивелирования является нивелирная рейка. Обычно в комплект входят две рейки (пара реек – рейки одинаково оцифрованные и имеющие одинаковую разность пяток). Рейки бывают цельные, складные и телескопические (рис. 15). Складные рейки состоят из двух одинаковых частей, соединенных шарнирно. Для удерживания рейки в рабочем положении имеются специальные фиксаторы. Обычно цельные рейки бывают длиной 3 м, складные 3 - 4 м.
Складная многосекционная рейка |
Складная двухсекционная рейка |
Телескопическая шашечная рейка |
Инварная штриховая рейка |
Складная рейка в транспортном положении |
|||
Рис. 15. Рейки нивелирные
Телескопические рейки изготавливаются из легких металлических сплавов и имеют длину от 3х до 5ти метров. Основание деревянной рейки заключено в металлическую оправу и называется пяткой. Установка рейки в отвесное положение производится с помощью круглого уровня или на глаз. Для того чтобы деревянная рейка не деформировалась при изменении температуры и влажности, сечение ее делается двутавровым. Если зрительные трубы нивелиров с обратным изображением, то цифры на рейке вычерчивают перевернутыми (чтобы в поле зрения видно было их прямое изображение). В последнее время широкое применение находят нивелиры и рейки прямого изображения. Начало счета делений рейки совпадает с пяткой. На одной стороне рейки (односторонние рейки) или на обеих (двусторонние рейки) нанесены деления. По виду нанесенных делений нивелирные рейки бывают штриховые, штрих - кодовые и шашечные. Дециметровые деления шашечной рейки обозначены цифрами. Двусторонние рейки имеют на одной стороне чередующиеся черные и белые шашки (черная сторона), а на другой стороне - красные и белые шашки (красная сторона). Цена наименьшего деления шкалы рейки 1 или 2 см. На черной стороне рейки нуль шкалы делений совпадает с пяткой, а на красной стороне с пяткой совпадает отсчет, больший 4000 мм (например, 4687 мм или 4788 мм). Это делается для контроля работы: отсчеты по черной и красной сторонам рейки разные, а их разность постоянная, называемая разностью пяток. Отечественные нивелирные рейки РН-З применяют для нивелирования III и IV классов. Их выпускают длиной 3000, 1500 и 1000 мм. Это деревянные шашечные рейки шириной 80 - 100 мм, толщиной 20 - 30 мм, их изготавливают из специально обработанных еловых или сосновых брусков.
Штрих – кодовые рейки входят в комплект нивелиров – автоматов (цифровых нивелиров).
Штативы для нивелиров такие же, как и для теодолитов, бывают раздвижные (ШР) из дерева или антимагнитных сплавов и нераздвижные (ШН) из дерева. Головки и башмаки (наконечники) ножек деревянных штативов изготовляются из металла.
Штатив со сферической головкой |
Штатив с плоской головкой |
Штатив с изменяемым горизонтом инструмента |
Рис. 16. Штативы
В зависимости от конструкции головок штативы для нивелирования бывают: со сферическими и плоскими головками а также с приспособлениями (т.н. элевационная головка), устанавливаемыми на головку штатива и позволяющими изменять горизонт инструмента (рис. 16). В зависимости от конструкции штативы бывают высотой от 120 до 200 см.
Штативы со сферическими головками упрощают и ускоряют процесс установки нивелира в рабочее положение, т.е. приведение в нуль – пункт пузырька установочного круглого уровня.
Штативы с изменяемой высотой инструмента позволяют ограничиваться при нивелировании проложением хода в одном направлении при двух горизонтах (находят применение при маркшейдерских работах).