Техническое задание на разработку номограммного кипрегеля

Техническое задание на разработку номограммного кипрегеля

Выполнил студент II курса КГС Романовский С. И.

МосГУГК, кафедра геодезии

1. 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. [1] стр 27 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 минимум удобно расположенных рукояток управления, содержащие элементы автоматизации и сохраняющие длительное время надлежащий внешний вид. [4] стр 11 

2 Цель и стадия разработки.

В процессе разработки прибор проходит определенные этапы, длительность которых зависит от степени новизны и сложности разработки.

В общем случае разработка нового прибора достаточно продолжительный по времени комплекс научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ; в отдельных случаях их постановке может предшествовать научный поиск.

При проведении научно-исследовательских работ подготавливается обоснование исходных данных для разработки технического задания, выявляются наиболее эффективные конструктивные решения прибора, осуществляется всесторонняя проверка технических решений, применяемых материалов и элементов. На этом этапе проводятся теоретические и экспериментальные исследования принципов, заложенных в конструкцию прибора. На этапе выполнения научно-исследовательских работ изготавливаются макеты и экспериментальные образцы разрабатываемого прибора. [2] стр 19 Первая стадия опытно-конструкторских работ согласно ГОСТ 2.103-68 есть разработка технического задания.

Целью настоящей работы является cоставление технического задания на изготовление опытно-производственного образца оптико-механического номограммного кипрегеля, соответствующего современным стандартам, а также требованиям, перечисленным в параграфе #1, на стадии технического проекта.

3 Назначение изделия, область его применения, общая характеристика.

К номограммным оптико-механическим приборам, предназначенным для наземных съемочных работ, относятся тахеометры и кипрегели.

Современные оптико-механические приборы снабжены преобразователями, которые позволяют определить горизонтальное проложение и превышение по рейке без вспомогательных редукционных вычислений. Такие преобразователи выполняются в виде оптического компенсатора в системе с двойным изображением или в виде номограмм, изображение которых введено в поле зрения прибора.[2] стр 147 Исследования убедительно свидетельствуют о том, что тахеометры и кипрегели с полуавтоматическими преобразователями, за исключением редукционных тахеометров с дальномерами двойного изображения, не получили широкого распространения в топографо-геодезическом производстве, так как их конструкции не отвечают возросшим современным требованиям. Испытание временем выдержали инструменты с номограммами. Номограммные тахеометры и кипрегели, благодаря внедрению в геодезическое приборостроение совершенной технологии нанесения тонких номографических кривых на стеклянных кругах, малым габаритам и массе, простоте и надежности конструкции и удобству обращения с ними, среди инструментов такого типа по праву стали занимать доминирующее положение во многих производственных организациях.

Инструменты с номограммами успешно применяются при съемке ситуации и рельефа. Точность определения по номограмме превышений и расстояний до пикетных точек вполне удовлетворяет требованиям всего ряда крупномасштабных съемок от 1:5000 до 1:500. Расчеты и опыт показывают, что расстояния от инструмента до рейки при съемке пикетов в масштабах 1:500 и 1:1000 можно увеличить (с 60-80 по инструкции) до 100-150 м. [3] стр 137-138 Кипрегели в основном изготавливаются с номограммным преобразователем. В нашей стране выпускается номограммный кипрегель типа КН в соответствии с ГОСТ 20778-75.

Кипрегель номограммный КН предназначен для измерения горизонтальных проложений, превышений и вертикальных углов при одном наведении зрительной трубы на вертикальную рейку. Применяется для выполнения мензульных съемок во всех масштабах на фотопланах и чистой основе. Наиболее эффективно применение этого прибора при съемке крупномасштабных планов небольших участков и застроенных территорий, а также так называемых "мертвых пространств", которые остаются не заснятыми после аэрофотосъемки.

Кипрегель КН относится к приборам с оптико-механическим преобразователем в виде номограмм, изображение которых передается в поле зрения трубы и наблюдается по всему его полю. В поле зрения трубы наблюдается также отсчетная шкала вертикального круга. Измерения по номограммам производятся при положении зрительной трубы "круг лево".

Зрительная труба с внутренней фокусировкой дает прямое изображение предметов и снабжена ломаным вращающимся окуляром. Для установки вертикального круга по начальному индексу служит цилиндрический уровень. Исправление места нуля вертикального круга производится юстировочными винтами уровня.

Углоначертательное устройство представлено линейкой, служащей основанием прибора, и дополнительной линейкой с шарнирным параллелограммом. Рабочей мерой к кипрегелю служит топографическая рейка длиной 3 метра со шкалой делений через 1 сантиметр. Рейка имеет выдвижную пятку для установки нуля рейки на высоту прибора при работе.

Мензула к кипрегелю поставляется деревянная облегченного типа. Она имеет подъемные винты и наводящее устройство, что позволяет регулировать установку планшета по высоте и горизонту.

Кипрегель КН выпускается серийно с 1976 года. [2] стр 147-149 

4 Преимущественные условия эксплуатации.

Условия использования геодезических приборов предъявляют специфические требования к их конструкции и эксплуатационным качествам.

Геодезические приборы, как известно, предназначены для измерений на местности в разнообразных физико-географических условиях. Точность геодезических измерений характеризуется относительными погрешностями порядка 2.000 1.000.000.

Цикличность использования геодезических приборов может быть разной: для части приборов характерна сезонная эксплуатация (в периоды вторая половина весны, лето, первая половина осени), некоторые приборы используются круглогодично, некоторые только по мере необходимости.

Высокоточные геодезические приборы способны функционировать при температуре от -25 до +50 C при относительной влажности до 95%; для массовых видов геодезической техники характерен температурный диапазон от -40 до +50 C, такие приборы сохраняют свою работоспособность при относительной влажности 95-100% и пониженном атмосферном давлении 613 гПа (460 мм рт. ст.). [2] стр 5-6 Все приборы в той или иной степени подвергаются механическим воздействиям (при сборке, погрузке, транспортировке, выгрузке, установке, эксплуатации, ремонте и т. д.). Механические воздействия вызывают разрушение креплений, самовывинчивание резьбовых деталей, отслоение и осыпание покрытий, замыкание неизолированных проводов, самопроизвольное замыкание и размыкание электрических контактов, смещение оптических деталей и т. д.

Различают три основных вида механических воздействий: вибрации, линейные перегрузки и удары.

Вибрациями называют механические колебания. Возбудители вибраций вызывают колебания системы с частотой, равной частоте следования возбуждающих импульсов (вынужденные колебания). При совпадении частот собственных колебаний с частотами возбуждающих наступает явление резонанса, когда сравнительно небольшие возбуждающие силы могут вызвать колебания с большой амплитудой и создать в колеблющейся системе очень большие напряжения.

При эксплуатации частоты и интенсивность вынужденных колебаний геодезических приборов в зависимости от условий площадки, где производятся измерения, могут изменяться в широких диапазонах. При этом колебания отдельных элементов прибора приводят к искажениям их работы.

Линейные перегрузки геодезических приборов возникают при их транспортировке во время взлета, посадки и виража самолета, разгоне и торможении автомобилей и т. д. Сила, возникающая при линейных перегрузках, в отличие от вибраций сохраняет свое направление относительно корпуса прибора.

Ударные нагрузки на геодезические приборы могут возникать при погрузке и разгрузке, при транспортировке по плохим дорогам, при столкновениях транспорта и т. д. [4] стр 200-201 Все геодезические приборы могут транспортироваться любыми видами транспорта, включая воздушный и морской. Многие приборы приспособлены для переноски в укладочных футлярах на спине (в походном положении). При транспортировании или переноске прибора на него воздействуют вибрационные влияния в диапазоне частот 1-80 Гц с ускорениями 1-5 м/сс и ударные нагрузки порядка 10-30 м/сс. В некоторых случаях эти нагрузки могут быть и больше.

Поскольку изменения внешних условий в процессе полевых работ могут быть существенными, а механические воздействия (тряска, вибрации) проявляются каждый раз при перевозке и переноске прибора, в конструкции геодезического прибора необходимо предусматривать возможность полевой его юстировки (регулировки). [2] стр 5-6 Принимая во внимание все, что было сказано ранее, для номограммного кипрегеля можно сформулировать следующие условия. Как сказано выше, кипрегели применяются для крупномасштабных съемок, то есть в полевых условиях. Специфика мензульной съемки ограничивает функционирование кипрегеля в холодную или сырую погоду. Поэтому нижний предел рабочей температуры может быть несколько повышен, например, по сравнению с аналогичной характеристикой у теодолитов. Характер эксплуатации прибора сезонный, в основном в летнее время, поэтому верхний предел рабочей температуры должен приблизительно составлять +50C.

Эксплуатация кипрегеля предполагает нахождение прибора в условиях нормальных атмосферного давления и радиационного фона при относительной влажности до 95%.

В силу полевого характера эксплуатации инструмента необходимо иметь возможность его транспортировки в походном положении. Кроме того ящик должен быть приспособлен для перевозки прибора на транспорте, а также быть удобным в использовании. Отсюда следуют следующие требования к укладочному ящику: возможность транспортировки как в походном положении, так и в положении для транспортировки инструмента; жесткое закрепление прибора в ящике; наличие дополнительного пространства в укладочном ящике для графических инструментов, бленды ориентир-буссоли и центрировочной вилки.

5 Технические требования.

Общие технические требования к геодезическим приборам определены ГОСТ 23543-79. В соответствии с ГОСТ в качестве основных характеристик условий эксплуатации приборов приняты: температура среды 20+-5 C; относительная влажность воздуха 60+-20%; атмосферное давление 101,325+-3,333 КПа (760+-25 мм рт. ст.). Конструкция геодезических приборов должна быть технологичной, ремонтопригодной и должна обеспечивать возможность контроля основных параметров и технических характеристик. Отклонения параметров по нижнему пределу не должны быть более 2% от их номинальных значений. В ГОСТе установлены все другие требования к конструкции геодезических приборов, а также требования по устойчивости к внешним воздействиям и надежности приборов; требования к составным частям приборов и комплектности, упаковке, транспортировке и хранению геодезических приборов. [4] стр 11-12.

Обширные полевые экспериментальные и производственные испытания инструментов с номограммами и изучение технологии их создания промышленностью позволяют сделать следующие выводы и предложения. На стадии разработки и выпуска приборов с номограммами целесообразно: повысить точность отсчета по вертикальному кругу с 1` до 0.5` для кипрегелей; уменьшить ошибки нанесения кривых до 3 мкм и толщину линий до 2 мкм; повысить точность центрирования основной окружности номограммы до 2-3 мкм и иметь доступ к устранению децентровки круга; соблюдать допуск 0.2% на установку и юстировку номинальных значений коэффициентов кривых; создавать инструменты только с открытым полем зрения трубы, с номограммой, основная окружность которой приближена к полю зрения; иметь больший радиус основной окружности, чтобы уменьшить наклон кривых превышений с малым коэффициентом (Kh=+-10); иметь компенсатор при вертикальном круге. [3] стр 136,138; [4] стр 341 С другой стороны, ГОСТ 10812-82 объединяет требования, предъявляемые к номограммным геодезическим приборам (здесь приводится только требования к кипрегелям): увеличение зрительной трубы, x 25 угловое поле зрительной трубы, градус 1.3 диаметр входного зрачка зрительной трубы, мм 35 пределы измерения вертикальных углов, градус +-40 минимальное расстояние визирования, м 5 допустимое значение ms на расстоянии 100 м, см: Ks=100 15 Ks=200 20 допустимое значение mb из одного приема вертикального круга, с 45 допустимое значение mh на 100 м, см: Kh=10 3 Kh=20 15 [1] стр 38 Учитывая все вышесказанное, к разрабатываемому опытно-производственному образцу номограммного кипрегеля, предъявляются следующие технические требования.

1) Средняя квадратическая погрешность измерения вертикального угла не должна превышать 45 секунд, средняя квадратическая погрешность измерения расстояния на 100 метров должна находиться в пределе 15-20 сантиметров в зависимости от коэффициента кривых горизонтальных проложений номограммы и, наконец, средняя квадратическая погрешность измерения превышения на расстоянии 100 метров должна составлять 3-15 сантиметров в зависимости от коэффициентов кривых превышений номограммы (согласно ГОСТа 10812-82).

2) Разрабатываемый кипрегель входит в мензульный комплект, который должен содержать в себе: собственно кипрегель, укладочный ящик, две рабочие меры (топографические трехметровые рейки со шкалой делений 1 сантиметр и выдвижной пяткой для установки нуля на высоту прибора), штатив типа ШР-120 и мензула. Как уже отмечалось выше, комплект кипрегеля должен включать ориентир-буссоль, бленду для объектива, центрировочную вилку, отвертку или шпильку для юстировки, запасные ампулы уровней.

3) Увеличение и угол поля зрения зрительной трубы прямого изображения с внутренней фокусировкой и ломаным вращающимся окуляром инструмента должны соответствовать ГОСТу то есть составлять соответственно 25x и 1.3 градуса. Диаметр входного зрачка зрительной трубы 40 миллиметров, фокусное расстояние 251 миллиметр при длине зрительной трубы 230 миллиметров. Ближний предел визирования 5 метров (согласно полевой специфике эксплуатации и ГОСТа).

4) Диаметр вертикального круга кипрегеля 80 миллиметров при цене деления лимба равной 5 минут. Так как крупномасштабная съемка производится в основном на равнинной и среднепересеченной местности, то предел измерения вертикальных углов задается равным +-40 градусов.

Преобразователь должен сохранять работоспособность при вертикальных углах до +-35 градусов, так как склоны большей крутизны показываются специальными условными знаками.

5) Отсчетное устройство прибора штриховой микроскоп, изображение которого совмещено с изображениями кривых в поле зрения зрительной трубы. В качестве штриха используется вертикальная нить сетки нитей зрительной трубы. При цене деления лимба, равной 5 минутам, наблюдатель может отсчитать вертикальный угол до десятой доли деления, то есть до 30 секунд.

6) В настоящей конструкции кипрегеля применены 3 цилиндрических уровня: 1 менее точный на линейке прибора с ценой деления 60 секунд на 2 миллиметра, и 2 более точных на алидаде вертикального круга и на трубе оба с ценой деления в 2 раза большей, то есть 30 секунд на 2 миллиметра. Первый используется для нивелирования прибора; второй для правильной установки алидады вертикального круга в рабочее положение; последний для установки визирной оси в горизонтальное положение для работы кипрегелем в качестве нивелира при съемке ровных участков местности преимущественно в городах. Два последних уровня взаимозаменяемы.

7) В кипрегеле имеется одна горизонтальная цилиндрическая осевая система с подшипниками качения, на которой крепится зрительная труба.

8) Так как разрабатываемый прибор имеет преимущественно полевые условия эксплуатации, то его корпус должен быть изготовлен из легких алюминиевых или магниевых сплавов. Масса кипрегеля не должна превышать 3.5 килограмм.

9) В силу того, что инструмент разрабатывается для эксплуатации в средних районах страны для полевых работ, весь комплекс мер борьбы против воздействия внешней среды сводится к защите прибора от пыли.

Для этого при сборке необходимо все швы обработать герметиком. Для эксплуатации во влажном климате кроме герметика должно присутствовать резиновое уплотнение.

10) Средний срок службы геодезических приборов составляет 8-10 лет.

В течение этого времени приборы могут быть восстановлены, для них должны выпускаться запасные части. В действительности же геодезические приборы служат, как правило, значительно большее время. [5] стр 275 11) Общие требования к условиям хранения геодезических приборов установлены ГОСТ 23543-79.

При подготовке приборов к длительному хранению (на срок более одного года) геодезические приборы должны подвергаться консервации по группе "Л" по ГОСТ 15150-69. Перед укладкой на хранение ответственные детали прибора обертывают мягкой бумагой, механизмы наводящих и подъемных винтов устанавливают в среднем положении.

Геодезические приборы должны храниться в укладочных футлярах на стеллажах, в сухих отапливаемых помещениях при температуре 5-30 C и относительной влажности не более 80%. Приборы, поступившие на хранение на срок более полугода, допускается хранить в транспортной таре.

Расстояние между приборами должно быть не менее 0.1 метра.

Не реже одного раза в год следует проводить внешний осмотр приборов, находящихся на длительном хранении.

Во избежании появления деформаций приборов и расклейки оптических деталей размещать приборы на хранение вблизи источников отопления не допускается. Воздух в помещении, в котором хранятся приборы, не должен содержать агрессивных примесей, приводящих к порче приборов и нарушению их покрытий.

При внесении прибора с холода в теплое помещение (или наоборот) следует футляр оставлять закрытым в течение по крайней мере 1 часа, а затем постепенно приоткрывать футляр и давать возможность прибору принимать температуру окружающего воздуха. [2] стр 28.

6 Требования к надежности.

Эксплуатацию геодезических приборов следует отнести к числу сложных процессов, так как для поддержания надежности на должном уровне требуется вмешательство квалифицированного специалиста (наблюдателя, оператора) в процесс выполнения измерений. Это обстоятельство во многом предопределяет природу и сущность мероприятий по техническому обслуживанию приборов в период их эксплуатации и при подготовки к ней, т. е. комплекс работ, направленных на поддержание надежности приборов на заданном уровне.

Главная цель этих мероприятий предотвратить случаи появления отказов при измерениях (наблюдениях). Эта цель реализуется путем проверки через установленные интервалы времени состояния прибора, юстировки отдельных его элементов, регулировки частей и устранения выявленных неисправностей.

В рабочих условиях, видимо, следует говорить об эксплуатационной надежности прибора, понимая под этим свойство прибора безотказно работать в течение определенного интервала времени в заданных условиях (режимах) применения при соблюдении установленных нормами мер технического обслуживания.

Как показывает практика, определения надежности только по данным разброса параметров и среднему времени между отказами прибора является явно недостаточным. Более подробную и точную характеристику надежности можно получить при наличии следующей дополнительной информации: квалификация обслуживающего персонала, качество и количество работ по техническому обслуживанию, наличие запасных частей, наличие поверочной аппаратуры, наличие эксплуатационной документации и ее качество, условия транспортирования, качество укладочных футляров (амортизационных устройств).

Выяснение причин отказов в процессе эксплуатации приборов трудоемкая и достаточно кропотливая задача. Отказы по характеру возникновения принято разделять на внезапные и постепенные. Внезапные отказы приводят к скачкообразному изменению параметров. Эти отказы могут быть вызваны экстремальными факторами внешней среды, наличием в приборе дефектных элементов, конструктивными недоработками. Постепенные отказы обусловлены накапливающимися изменениями параметров.

Причиной постепенных отказов могут быть износ и старение элементов прибора, несогласованность работы отдельных частей прибора, неточная юстировка и регулировка его подвижных узлов. Отказы, возникающие при эксплуатации, с точки зрения последствий от их проявления подразделяют на функциональные и метрологические; функциональные отказы приводят к временной потере работоспособности, метрологические отказы вызывают ухудшение качества наблюдений, способствуют появлению недопустимых погрешностей в результатах измерений. Устранение отказа обеспечивается проведением юстировки или ремонта прибора. [2] стр. 24-25 

7 Регламентные работы.

После получения прибора с предприятия-изготовителя необходимо внимательно изучить эксплуатационные документы, в которых излагаются особенности конструкции, правила эксплуатации,методы поверки и юстировки, правила хранения и обслуживания прибора.

Для инструмента рекомендуются следующие виды регламентных работ: профилактические мероприятия, эксплуатационная поверка и юстировка и метрологическое обслуживание.

К профилактическим мероприятиям обычно относят: внешний осмотр прибора и комплектующих принадлежностей; опробование работоспособности подвижных частей прибора; частичную разборку, чистку, смазку (2 раза в год, кроме того следует выбирать смазочный материал в зависимости от климатических условий эксплуатации) и устранение обнаруженных неисправностей прибора; сборку, профилактическую поверку и юстировку прибора.

Внешний осмотр и проверку работоспособности подвижных частей геодезического прибора производят так, как это принято делать при проведении эксплуатационной поверки.

По результатам внешнего осмотра, апробирования и частичной разборки прибора составляют дефектную ведомость и выявляют необходимость юстировки прибора или его ремонта.

Эксплуатационная поверка геодезического прибора проводится периодически как в лабораторных помещениях так и в полевых условиях непосредственно перед производством наблюдений.

Приведем типичные операции эксплуатационной поверки: проверка устойчивости штатива (мензулы), проверка правильности установки уровней, проверка правильности положения сетки нитей зрительной трубы, проверка положения визирной оси зрительной трубы, поверка места нуля. [2] стр 25-28 В процессе эксплуатации номограммных приборов важно: до начала полевых работ тщательно определить коэффициенты кривых; установить значение места нуля равным нулю при средней температуре рабочего дня; устанавливать место нуля кривых превышений из двойного нивелирования наклонным лучом при S=60-100 м; v в пределах 3-5 градусов. [4] стр 341-342 

8 Требования по унификации и стандартизации.

Стандарт на номограммный кипрегель разработан в 1975 году по системе "опережения". Затем в 1982 году был пересмотрен общий стандарт на номограммные приборы. В то время как срок действия стандарта в геодезическом приборостроении составляет около 10 лет, уточнять уже существующий стандарт далее уже практически не имеет смысла. Поэтому в настоящее время задача унификации и стандартизации для данного типа прибора состоит в разработке стандарта на модифицированный вариант инструмента кипрегель номограммный с компенсатором. В силу специфики работы с мензулой такой кипрегель должен обладать компенсатором с повышенным диапазоном работы и невысокой точностью. В связи с этим уже к настоящей конструкции прибора предъявляются требования по обеспечению возможности установки компенсатора.

С другой стороны, в связи с дальнейшим развитием науки и техники кипрегель как прибор практически исчерпал свой ресурс. Во всех странах мира уже давно отказались от мензульной съемки. Поэтому кипрегель номограммный с компенсатором (КН-К), возможно никогда и не будет выпускаться серийно.

9 Требования к упаковке, пломбированию, по транспортировке до получателя.

Геодезические приборы разрешается перевозить в укладке любыми видами транспорта; при транспортировании укладочный (транспортировочный) ящик с прибором должен находиться в вертикальном положении, под него рекомендуется подкладывать амортизирующие материалы. [2] стр 26 Перед отправкой прибора потребителю упаковка (ящик) должна быть опломбирована. На упаковке рекомендуется поставить знаки: "Осторожно, стекло". В присутствии, как правило, трех человек организации-потребителя упаковка вскрывается. При несоответствии комплектности или наличии повреждений составляется акт.

Список литературы

[1] Ямбаев Х.К. Специальные приборы для инженерно-геодезических работ. М., "Недра", 1990 [2] Спиридонов А.И., Кулагин Ю.Н., Крюков Г.С. Справочник-каталог геодезических приборов. М., "Недра", 1984.

[3] Кузнецов П.Н. Исследование тахеометров и кипрегелей с диаграммами. М., "Недра", 1975.

[4] Кузнецов П.Н., Васютинский И.Ю., Ямбаев Х.К. Геодезическое инструментоведение. М., "Недра", 1984.

[5] Захаров А.И. Геодезические приборы. Справочник. М., "Недра", 1989.