Набор учебников PDF Хороший солдат / Геодезия / Руководство к лабараторным работам
.pdf4.1.1. Нивелиры с цилиндрическим уровнем
Такие нивелиры имеют две основные части: трубу и точный цилиндрический уровень. Трубы нивелиров устроены так же, как трубы теодолитов, могут давать обратное (Н-3) и прямое (Н-5) изображение. Сетка нитей у нивелиров с цилиндрическим уровнем не имеет юстировочных винтов. Приближенное наведение трубы на рейку выполняется по визиру, а точное – с помощью наводящего винта. Закрепительного винта трубы может не быть (Н-5). В этом случае нивелир снабжается червячной передачей, т.е. бесконечным наводящим винтом, рукоятки которого выводятся с двух сторон от объектива. Резкое изображение сетки нитей устанавливается с помощью диоптрийного кольца окуляра, а наблюдаемого предмета – с помощью кремальеры.
Ось вращения прибора устанавливается в отвесное положение приближенно по круглому (установочному) уровню с помощью подъемных винтов. Перед отсчетом по рейке визирную ось точно устанавливают в горизонтальное положение по цилиндрическому уровню с помощью элевационного винта, изменяющего наклон трубы и оси связанного с ней уровня. Для удобства наблюдения за положением пузырька цилиндрического уровня в нивелире Н-5 служит зеркало. В нивелире Н-3 цилиндрический уровень снабжен системой призм, позволяющих получить совмещенное изображение концов пузырька в поле зрения окуляра (рис. 4.7,а, б). Такой уровень называется контактным. Совмещение (контакт) в поле зрения концов пузырька (рис. 4.8,а), достигаемое с помощью элевационного винта, соответствует положению пузырька уровня в нульпункте (рис. 4.8,б). При этом визирная ось должна располагаться горизонтально.
а) |
б) |
а) |
б) |
Рис. 4.7 |
|
|
Рис. 4.8 |
Цилиндрический уровень обязательно снабжается юстировочными винтами.
Нивелир типа Н-3 (рис. 4.1, 4.2) выпускался под шифром НВ-1, Н-3, 2Н-3Л. Нивелир типа Н-5 (рис. 4.3, 4.4) создан на базе теодолита 2Т30 и выпускается под шифром 3Н-5, 3Н-5Л.
Технические характеристики уровенных нивелиров
Название показателей |
Н-3 |
2Н-3Л |
3Н-5Л |
Средняя квадратическая погрешность измерения |
|
|
|
превышения на 1 км двойного хода, мм |
3 |
3 |
5 |
Увеличение трубы, крат |
30 |
32 |
20 |
Наименьшее расстояние визирования, м |
1,8 |
1,3 |
1,2 |
Цена деления цилиндрического уровня |
|
|
|
на 2 мм, секунды |
15 |
15 |
45 |
Цена деления круглого уровня, минуты |
10 |
5 |
10 |
Цена деления лимба, градусы |
- |
1 |
1 |
Точность отсчета по лимбу, минуты |
- |
6 |
6 |
4.1.2. Нивелиры с компенсатором
Такие нивелиры имеют две основные части: трубу и оптико-механичес- кий компенсатор наклона оси вращения. Компенсатор работает в небольшом диапазоне (±10...30'). Предварительная установка оси вращения в отвесное положение выполняется с помощью подъемных винтов по круглому уровню, цена деления которого должна быть меньше диапазона работы компенсатора. Принципиальная схема работы компенсатора показана на рис. 4.9.
рейка |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А |
|
А1 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С |
|
|
|
О |
|
|
О1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С1 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
a0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В |
|||||||
О1 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
О |
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 4.9
Компенсатор состоит из двух элементов: неподвижного А , скрепленного с корпусом трубы, и подвижного В, свободно подвешенного на нитях, лен-
тах или подшипниках. При отклонении оси вращения прибора О1О1 от отвесного положения ОО наклоняется труба, а с ней смещается и сетка нитей С. Точка подвеса элемента В выбирается так, чтобы при отклонении оси вращения прибора в сместившееся положение сетки нитей С1 приходил луч от от-
счета ао , соответствующего горизонтальному положению визирной оси.
Сетка нитей нивелиров с компенсатором обязательно снабжается юстировочными винтами.
Нивелир типа Н-3К (рис. 4.5) выпускался под шифром Н-3К, Н-3КЛ. Нивелир типа Н-10К (рис. 4.6) выпускался под шифром Н-10КЛ, 2Н-10КЛ.
Все эти нивелиры снабжены бесконечным наводящим винтом, а для наблюдения за положением пузырька круглого уровня в процессе работы имеют зеркало.
Нивелир 2Н-10КЛ имеет следующие важные особенности: кнопкутолкатель для проверки работоспособности компенсатора и фиксатор, позволяющий отключать компенсатор и тем самым предохранять его от поломки при транспортировке.
Технические характеристики нивелиров с компенсатором
Название показателей |
Н-3К |
Н-3КЛ |
Н-10КЛ |
2Н-10КЛ |
Средняя квадратическая погрешность измерения |
|
|
|
|
превышения на 1 км двойного хода, мм |
3 |
2 |
9 |
5 |
Увеличение трубы, крат |
30 |
30 |
22 |
22 |
Наименьшее расстояние визирования, м |
2 |
2 |
1,5 |
0,9 |
Диапазон работы компенсатора, минуты |
16 |
20 |
20 |
30 |
Цена деления круглого уровня , минуты |
10 |
20 |
10 |
20 |
Цена деления лимба, градусы |
- |
1 |
1 |
1 |
Цена деления шкалы микроскопа, минуты |
- |
10 |
- |
- |
Точность отсчета по лимбу, минуты |
- |
1 |
6 |
6 |
4.2. Нивелирные рейки
Нивелиры Н-3 и Н-5 используются в комплекте с двумя рейками типа РН-3, которые выпускаются под шифром РН-3-3000С, 2РН-3-3000СП, 3РН-3- 3000СП. Буква С в шифре означает складную рейку, буква П - цифры прямого изображения, число 3000 - длину рейки 3 м.
Рейка РН-3-3000С - деревянная двусторонняя шашечная с сантиметровыми делениями. На основной (черной) стороне нулевое деление шкалы совпадает с пяткой рейки. На дополнительной (красной) стороне оцифровка сдвинута на 4683 мм на первой и на 4783 мм на второй рейке комплекта. На обеих сторонах реек подписаны все дециметровые деления, изображение цифр обратное.
Рейка 2РН-3-3000СП аналогична предыдущей, но на дополнительной (красной) стороне оцифровка шкалы сдвинута на 3335 мм. Изображение цифр прямое.
Рейка 3РН-3-3000СП разборная металлическая односторонняя с прямым изображением цифр. Рейка состоит из метровых секций. Шкала каждой нечетной секции раскрашена в черный цвет, четной – в красный. При использовании секций второй рейки длина может быть увеличена до 5 м.
Нивелир Н-10 используется в комплекте с рейками типа РН-10, которые выпускаются под шифром РН-10-3000С (или -4000С), РН-10-3000СП (или -4000СП). Эти рейки аналогичны рейкам РН-3. С пяткой рейки на красной стороне совпадает отсчет 4700 или 4800.
4.3. Установка прибора в рабочее положение, производство отсчетов по рейкам
Установка нивелира в рабочее положение состоит в горизонтировании прибора и фокусировании трубы по глазу.
Горизонтирование осуществляется приведением оси вращения прибора в отвесное положение по круглому уровню с помощью подъемных винтов. Пузырек круглого уровня не должен выходить за пределы кольца в центре ампулы.
Фокусировка трубы по глазу - это установка резкого изображения сетки нитей с помощью диоптрийного кольца.
Трубу нивелира Н-3 наводят на рейку приближенно с помощью визира, добиваются резкости изображения рейки с помощью кремальеры, наводящим винтом трубы наводят вертикальную нить сетки на рейку. Пузырек цилиндрического уровня выводят на середину ампулы. Для этого вращением элевационного винта совмещают концы пузырька уровня, видимые в поле зрения трубы (рис. 4.8). При работе с нивелиром Н-5 пузырек цилиндрического уровня приводят в нульпункт с помощью элевационного винта, наблюдая за уровнем в зеркало.
При работе с нивелирами Н-3К и Н-10К после наведения трубы на рейку можно сразу брать отсчет. Положение пузырька круглого уровня контролируют, наблюдая в зеркало этого уровня.
Отсчет берут по средней горизонтальной нити сетки. Сначала отсчи-
тывают подписанное на рейке число дециметров, затем отсчитывают сантиметры и на глаз оценивают доли сантиметрового деления с точностью 1 мм. На рис. 4.10 отсчет составляет 13 дм 5 см и 3мм. Записывают отсчет в мил-
лиметрах: 1353 и читают: тринадцать - пятьдесят три. Аналогично берут отсчет по красной стороне рейки, например, 6036 и читают: шестьдесят -
тридцать шесть.
Рис. 4.10
4.4. Геометрическая схема нивелира, поверки нивелиров
В процессе нивелирования визирная ось трубы нивелира должна быть горизонтальна. Для выполнения этого условия оси прибора должны занимать вполне определенное положение. Схемы осей нивелиров разных типов пока-
заны на рис. 4.11, 4.12.
Нивелир с цилиндрическим уровнем |
|
Нивелир с компенсатором |
||||||||
|
O |
|
A |
|
O |
A |
||||
V |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V |
|
V |
||
|
|
|
|
V |
|
|||||
U |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
O |
A |
|
O |
A |
|||||
|
Рис. 4.11 |
|
Рис. 4.12 |
Перед выполнением поверок нивелир закрепляют на штативе становым винтом и горизонтируют.
В лабораторных условиях студенты поверяют положение круглого уровня и главное условие нивелира. Вертикальность вертикальной нити сетки гарантируется заводом-изготовителем.
4.4.1. Поверка круглого уровня Условие: ось круглого уровня АА должна быть параллельна
оси вращения прибора ОО.
Осью круглого уровня называют нормаль к внутренней поверхности крышки ампулы круглого уровня в нульпункте.
С помощью подъемных винтов приводят пузырек круглого уровня в нульпункт. Поворачивают трубу нивелира на 180°. Если пузырек уровня ос-
тался в нульпункте, то условие выполнено. Если пузырек сместился более чем на одно деление, то производят юстировку уровня. Для этого возвращают пузырек к нульпункту на половину отклонения с помощью подъемных винтов. Окончательно приводят пузырек в нульпункт, вращая юстировочные винты круглого уровня. Эти винты в нивелире Н-3 расположены под уровнем и вращаются шпилькой. В нивелирах Н-3К, Н-5 и Н-10КЛ они расположены над уровнем и вращаются отверткой.
Для контроля поверку повторяют.
4.4.2. Поверка главного условия нивелира.
Условие: визирная ось VV трубы нивелира в момент отсчета по рейке должна быть горизонтальна.
Для нивелиров с цилиндрическим уровнем и с компенсатором это условие формулируется по-разному.
Для нивелиров с цилиндрическим уровнем: визирная ось VV должна быть параллельна оси цилиндрического уровня UU.
Для нивелиров с компенсатором: визирная ось VV должна оставаться горизонтальной при наклоне оси вращения прибора в пределах расчетного угла компенсации.
Поверка главного условия может выполняться различными способами. В лабораторных условиях студенты выполняют эту поверку на специальном стенде способом двойного нивелирования одних и тех же точек, расстояние между которыми около 50 м. Первое нивелирование выполняется из середины (рис. 4.13), т.е. с равными расстояниями от нивелира до реек (плечами), второе - с неравными плечами (рис. 4.14).
В точках А и В устанавливают рейки, между ними точно в середине устанавливают нивелир, приводят его в рабочее положение и берут отсчеты по
рейкам a1 и b1 . Вычисляют правильное значение превышения
h1 = a1 - b1 .
a1 |
b1 |
B
A |
Рис. 4.13 |
Выполняют второе нивелирование тех же точек. Нивелир устанавливают перед передней точкой В на расстоянии 2...2,5 м от неё. Приводят
прибор в рабочее положение, берут отсчеты a2 и b2 и снова вычисляют превышение
|
|
h2 = a2 – b2 . |
|
|
|
|
||
a'2 |
|
|
|
|
|
|
|
b2 |
x |
|
i |
|
|
|
|
||
a2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
B
A
Рис. 4.14
По действующим инструкциям допустимая величина угла негоризонтальности визирной оси равна 10″, что соответствует 2,5 мм погрешности в отсчете по рейке при расстоянии между точками А и В 50 м. В лабораторных условиях этот допуск увеличивают примерно в два раза и полагают:
если разность полученных превышений х = h1 - h2 ≤ 4 мм, то условие считают выполненным. В противном случае производят юстировку.
Для этого вычисляют правильный отсчет a2 ' (рис. 4.14)
|
a2' = a2 + x = b2 + h1 . |
|
|
||
Например: |
a1 |
= 1578 |
b1 = 1225 |
h1 |
= + 353 |
|
a2 |
= 1420 |
b2 = 1090 |
h2 |
= + 330 |
|
|
|
x = + 23 > 4 мм |
||
|
a2' = 1420 + 23 = 1090 + 353 = 1443 . |
При юстировке нивелиров с цилиндрическим уровнем правильный отсчет a2' устанавливают на рейке с помощью элевационного винта. При этом пузырек цилиндрического уровня сойдет с нульпункта. Вращая шпилькой вертикальные юстировочные винты этого уровня, возвращают пузырек в нульпункт. Юстировочные винты расположены под крышкой слева от окуляра. В нивелире Н-3 за контактом концов пузырька в процессе юстировки наблюдают в окуляр.
При юстировке нивелиров с компенсаторами центр сетки нитей со-
вмещают с правильным отсчетом а2', вращая вертикальные юстировочные винты сетки нитей. В нивелире Н-3К эти винты вращают отверткой, в ниве-
лире Н-10К – шпилькой. При работе с юстировочными винтами следует помнить правило: сначала ослабляют один винт, затем подтягивают второй;
если юстировочных винтов четыре, т.е. два горизонтальных и два вертикальных, то сначала слегка ослабляют горизонтальные винты, а затем вращают вертикальные.
Для контроля поверку повторяют.
Например: a3 = 1444 b3= 1090 h3 = + 354 x = h1 – h3 = – 1 мм < 4 мм .
При выполнении поверки главного условия нивелира на учебной практике расстояние между точками А и В выбирают равным 50...75 м.
Удобно выполнять эту поверку на специальном стенде, где превышение между точками А и В равно нулю. В таком случае а2’ = b2 , т. е. на дальней рейке сразу устанавливают тот отсчет, который виден на ближней рейке.
4.5.Контрольные вопросы
1.Для чего предназначен нивелир?
2.Как делят нивелиры по точности, что означают цифры в шифре прибора?
3.Как делят нивелиры по способу горизонтирования визирной оси?
4.Для чего предназначен круглый уровень? Что называется его осью?
5.Как называется и для чего используется специальный винт в уровенных нивелирах?
6.Что «компенсирует» компенсатор нивелира?
7.Какие детали нивелиров снабжаются юстировочными винтами?
8.Опишите устройство рейки РН-3-3000С.
9.Нарисуйте две схемы осей нивелиров разного типа. Какое положение должны занимать оси нивелира в процессе работы?
10.Как выполняется поверка и юстировка круглого уровня?
11.Сформулируйте главное геометрическое условие нивелира.
12.Каким способом выполняется поверка главного условия нивелира?
13.В каком случае и как выполняется юстировка при поверке главного условия уровенного нивелира и нивелира с компенсатором? Приведите числовой пример.
5. ПРОИЗВОДСТВО ГЕОМЕТРИЧЕСКОГО НИВЕЛИРОВАНИЯ
Задание
1.Изучить работу на станции и порядок записей в журнале нивелирования.
2.Проложить нивелирный ход из двух-трёх станций (по указанию преподавателя). Включить в ход не менее двух промежуточных точек.
3.Выполнить вычисления в журнале нивелирования.
4.Составить отчёт о выполненной работе.
Методические указания к выполнению работы
5.1. Прокладка нивелирного хода
Нивелирный ход – это последовательное нивелирование с нескольких станций. Точки, общие для двух смежных станций, называются связующими. Для уточнения профиля местности в местах перегибов ската выбирают дополнительные точки, которые называются промежуточными.
В лабораторных условиях студенты выполняют нивелирование с двухтрёх станций способом нивелирования из середины. Нивелирный ход может быть замкнутым или разомкнутым (по указанию преподавателя) Вместо реек можно использовать их макеты.
Для выполнения задания намечают исходные (1, 4 на рис. 5.1), связующие (2, 3) и промежуточные ( С, Д ) точки.
Рис. 5.1
Работу на первой станции начинают с приведения прибора в рабочее положение: устанавливают ось вращения нивелира в отвесное положение по