ГЕОДЕЗИЧЕСКИЙ НИВЕЛИРНЫЙ БАШМАК

Полезная модель относится к области строительства, к измерительной технике, а именно к производству нивелирных работ при монтаже и эксплуатации инженерных сооружений, в частности для высокоточного нивелирования III и IV классов и технического нивелирования, при монтаже и наблюдении за осадками крупных промышленных сооружений.
Из исследованного уровня техники выявлены различные устройства, предназначенные для повышения точности при использовании нивелирной рейки.
Известно устройство для вертикальной установки нивелирной рейки, описанное в изобретении к авторскому свидетельству № SU 1048317 «Устройство для вертикальной установки нивелирной рейки» авторов Д.В. Цвелиховского, И.А. Ландо (МПК G01C 15/08; МПК G01C 15/06). Устройство содержит несущую конструкцию в форме прямоугольника, вертикальное катетное плечо которого оборудовано приспособлениями для закрепления рейки, а с целью обеспечения установки рейки все головки нивелируемого рельса на фиксированной высоте относительно него, вертикальное плечо несущей конструкции выполнено в виде раздвижной стойки с приспособлениями для закрепления рейки на ее неподвижной части. Для обеспечения удобства транспортировки и хранения плечи несущей конструкции соединены шарнирно, а гипотенузное плечо выполнено разъемным.
Недостатками известного устройства являются большие габариты, при которых затрудняются работы оператора по произведению замеров и перемещению по объекту обследования, сложность предлагаемой конструкции и низкая надежность элементов, которая снижает общую надежность устройства.
Известно устройство для установки нивелирной рейки на высотных объектах, описанное в изобретении к авторскому свидетельству № SU 110958 «Устройство для установки нивелирной рейки на высотных объектах» автора Е.Н. Зиновьева (МПК G01C 15/06; G01C 15/02). Устройство содержит подвес с механическим соединительным узлом, соединенным верхним концом с подвесом, а нижним - с рейкой, где с целью снижения трудоемкости работ при нивелировании путем улучшения эксплуатационных качеств устройства механический соединительный узел выполнен в виде вилки, в верхней части которой расположена двухподвижная цилиндрическая кинематическая пара, связанная с подвесом, выполненным с возможностью поступательного и вращательного движений вилки относительно подвеса, а в нижней - трехподвижная сферическая кинематическая пара, связанная с рейкой. Устройство содержит вилку, оголовок которой соединен с подвесом посредством пальца, входящего в сквозной продольный паз подвеса и пружины вилки. Движение вилки относительно подвеса сводится к одному поступательному движению вдоль продольного паза подвеса и одному вращательному движению вокруг пальца. Серьга нижней своей частью жестко соединена с нивелирной рейкой, а в верхней части содержит палец с шаровой головкой. В торцевой части основания вилки выполнено коническое отверстие. Движение серьги с нивелирной рейкой относительно вилки сводится к трем вращательным движениям вокруг трех взаимно перпендикулярных осей, пересекающихся в центре шаровой головки. Подвес выполнен в виде уголка, в верхней части снабженного стопором в виде, например, снабжена фиксатором, выполненным в виде скобы, жестко соединенной с подвижной магнитной скобы, предназначенной для повышения устойчивого положения подвеса на поверхности контролируемого объекта. Нивелирная рейка рейкой. Фиксатор служит для исключения колебательных движений рейки относительно подвеса в процессе установки устройства на объект.
Недостатком описанного устройства является сложность изготовления составных частей, невозможность применения устройства с различными нивелирными рейками за счет наличия жесткой фиксации, низкая стойкость к механическим износам, возможность применения преимущественно на высотных объектах.
Известно устройство для установки нивелирной рейки, описанное в изобретении к авторскому свидетельству № SU 395711 «Устройство для установки нивелирной рейки» автора В.Ф. Нестеренок (МПК G01C 5/00, G01С 9/02). Устройство содержит подставку с подъемными винтами, корпус с цилиндрической направляющей с Г-образным вертикальным вырезом. На подставке укреплен круглый уровень. В корпусе расположен цилиндрической формы стакан, упоры которого входят в Г-образный вырез направляющей. В нижней части стакана имеется опора (дно стакана), выполненная в виде полусферы в верхней части и плоской площадки с кольцевым выступом - в нижней. Внутри цилиндрического стакана размещен стержень, оканчивающийся шаровой опорой. С верхним концом стержня жестко связан подпятник-опора из магнитного материала с опорными выступами. На стержень надет центрировочный шар (со срезанным основанием и вершиной), который можно перемещать вдоль продольной оси стержня на заданную величину. Шар имеет радиус, соответствующий радиусу внутренней поверхности цилиндра. В нижней части стержня установлено ограничительное кольцо. С помощью подпятника обеспечивается сцепление его со стальной пяткой рейки, а при больших наклонах ее подпятник отделяется от пятки рейки, что позволяет избежать сдвигов устройства с места установки. При измерениях устройство устанавливают в рабочее положение по уровню. Если нивелируется плитная марка, то устройство центрируют над ней, выводят упоры из гнезда Г-образного выреза цилиндрической направляющей и отпускают цилиндр вместе со стержнем до соприкосновения площадки с головкой марки. В остальных случаях цилиндр фиксируют в поднятом положении в гнездах Г-образного выреза.
Основным недостатком известного устройства являются большие габариты, что является существенным, в случае обследования нагруженных перекрытий при диагностике конструкций укрытий, устройство имеет множество деталей, усложняющих конструкцию и снижающих надежность работы устройства в целом.
Известно устройство для удерживания нивелирной рейки, описанное в изобретении к авторскому свидетельству № SU 408148 «Держатель для нивелирной штанги-рейки» автора В.Г. Иванова (МПК G01C 15/06). В держателе для нивелирной штанги-рейки, с целью установки рейки на наклонные головки реперов, втулка держателя снабжена сферическими щечками и охватываемым шаровым телом с двумя соосными отверстиями, одно из которых предназначено для установки держателя на головку репера, а через другое отверстие большего диаметра проходит штанга рейки. В шаровом теле выполнены отверстия: внизу - диаметром, равным диаметру марки, и вверху - больше диаметра на 7-8 мм. На указанное тело надевают верхнюю часть, состоящую из трубки, с внутренним диаметром, соответствующим диаметру хвостовика реечки и других щек. Щеки прижимаются двумя пластинами с помощью винта. В сферическом теле выполнены прорези для наблюдения за постановкой хвостовика на марку. Основания осадочных марок имеют резьбу для навинчивания предохранительных колпачков, на которую навинчивают весь держатель. В нижней части держателя имеется поясок для закрепления приспособления подсветки реечек. При этом питание (батарейки) с выключателем монтируют отдельно. Шаровое тело надевают на головку марки (накручивают на нее). Хвостовик реечки с плоской пяткой вставляют во втулку и по уровню добиваются вертикальной установки рейки. В этом положении зажимают винтом щеки. Затем винтами добиваются освещения нужной части шкалы. При переходе с нивелиром на следующую станцию передняя реечка или передние реечки (если их две) поворачиваются шкалой в противоположную сторону, а задняя или задние реечки вместе с держателями переносятся на следующие марки.
Недостатком известного устройства является сложность изготовления, а также наличие мелких элементов, незащищенных от грязи и пыли при работе в полевых условиях, что сказывается на надежности работы устройства.
Наиболее близким устройством к заявляемому техническому решению по совокупности существенных признаков является устройство, описанное в Руководстве по топографическим съемкам в масштабах 1:5000, 1:2000, 1:1000 и 1:500 высотные сети (Главное управление геодезии и картографии при Совете Министров СССР, рекомендовано Главным управлением геодезии и картографии при Совете Министров СССР для всех ведомств и учреждений СССР, Москва, издательство «Недра», 1976 г.), которое и выбрано в качестве прототипа. Известное техническое решение, описанное в прототипе (металлический башмак), состоит из пластины цилиндрической формы, к одному из оснований которой крепятся три опоры, которые углубляются в грунт, в центральной части пластины жестко прикреплена головка, имеющая форму сферы, на которую и устанавливается нивелирная рейка, таким образом обеспечивается единственная точка касания, а как следствие, и точность геодезического измерения.
Недостатками данного технического решения является то, что устройство, описанное в прототипе, имеет три шипа, вследствие эксплуатации шипы изнашиваются неравномерно, и в случае проведения измерений не на мягкой сыпучей поверхности (асфальт, бетон и прочее) устройство теряет устойчивость. Головка сферической формы, жестко закрепленная на основании пластины цилиндрической формы для обеспечения единственной точки соприкосновения с нивелирной рейкой, вследствие эксплуатации теряет форму и в самой верхней точке становится неровной (несферической), в результате не обеспечивается условие единственной точки соприкосновения нивелирной рейки. В результате рейка не будет занимать оптимальное положение в самой верхней точке, что повлияет на точность проведения измерений. Как правило, в этих случаях нивелирный башмак заменяется на новый.
Технической задачей заявленного технического решения по устройству «геодезический нивелирный башмак» является повышение точности измерений, проводимых с помощью предлагаемого устройства, за счет повышения функциональности опор и головки и, как следствие, увеличение срока полезной службы.
Поставленная техническая задача в устройстве «геодезический нивелирный башмак», содержащий пластину цилиндрической формы, к одному из оснований которой крепятся три опоры и головка, достигается тем, что пластина цилиндрической формы на одном основании имеет три глухих отверстия с резьбой для крепления трех опор, каждая из опор является сменной и выполнена единым телом вращения и состоит из верхней цилиндрической части, на которую нанесена резьба, и нижней конической части, второе основание пластины цилиндрической формы в центре имеет жестко закрепленный выступ в виде усеченного конуса, большее основание которого прилегает к основанию пластины, а меньшее основание имеет соосное глухое цилиндрическое отверстие с резьбой для крепления сменной головки, имеющей коническую форму с полусферической вершиной, к нижнему основанию сменной головки жестко закреплен цилиндрический стержень с резьбой для крепления с меньшим основанием усеченного конуса в центре основания цилиндрической пластины, радиус основания сменной головки совпадает с радиусом меньшего основания усеченного конуса.
Анализ известных технических решений, проведенный по научно-технической и патентной документации, показал, что совокупность существенных признаков заявляемого технического решения неизвестна из уровня техники, следовательно, оно соответствует критериям патентоспособности.
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами:
на фиг. 1 изображен геодезический нивелирный башмак (вид сбоку и вид сверху);
на фиг. 2 изображен съемный конический элемент головки (общий вид и вид сверху);
на фиг. 3 изображена съемная опора (вид общий и вид сверху).
Геодезический нивелирный башмак, изображенный на фиг. 1, содержит металлическую пластину цилиндрической формы 1 (например, радиусом 60 мм и толщиной 15 мм), на одном основании цилиндрической пластины имеется три глухих отверстия 4 с резьбой (например, радиусом 5 мм), расположенных под углом 120 градусов друг относительно друга, для крепления трех опор 3 (стоек) с осями, удаленными от центра цилиндрической пластины на расстояние, равное 2/3 радиуса цилиндрической пластины. Глубина глухих отверстий 4 составляет половину толщины цилиндрической пластины. Каждая из опор 3 является сменной и выполнена единым телом вращения из металла и состоит из верхней цилиндрической части 3, на которую нанесена резьба, и нижней конической части 7, служащей для непосредственного контакта с поверхностью (земли, асфальта, бетона и др.). Длина цилиндрической части опоры 3 больше глубины глухого отверстия. Опоры 3 крепятся резьбовым соединением с пластиной цилиндрической формы 1 и регулируются по высоте, при этом коническая часть 7 способствует надежному креплению устройства на различных поверхностях (асфальт, бетон, сухой и влажный грунт, глина и т.п.). Второе основание пластины цилиндрической формы 1 в центре имеет жестко закрепленный выступ в виде усеченного металлического конуса 2 (с высотой, например, 15 мм, радиусом большего основания, например, 20 мм, радиусом меньшего основания, например, 15 мм), большее основание которого прилегает к основанию пластины 1, а меньшее основание имеет соосное глухое цилиндрическое отверстие (например, радиусом 5 мм и глубиной 10 мм) с резьбой для крепления сменной головки 5, имеющей коническую форму (с высотой, например, 10 мм) с полусферической вершиной (радиусом кривизны, например, 5 мм), к нижнему основанию сменной головки 5 жестко закреплен цилиндрический стержень с резьбой для скрепления с меньшим основанием усеченного конуса 6 в центре основания цилиндрической пластины 1, радиус основания сменной головки 5 совпадает с радиусом меньшего основания усеченного конуса 2.
Рассмотрим работу устройства «геодезический нивелирный башмак» в действии.
При выполнении работ по техническому диагностированию строительных конструкций укрытий необходимо достоверно снимать результаты по нивелировке, что в свою очередь зависит от точности установки нивелирной рейки. Установку нивелирной рейки осуществляют на нивелирный башмак. От того в каком состоянии находится нивелирный башмак, его головка, его опоры, зависит точность снятых показаний с нивелирной рейки.
На металлическую пластину цилиндрической формы 1 (например, радиусом 60 мм и толщиной 15 мм), в каждое из трех глухих отверстий 4 с резьбой (например, радиусом 5 мм), расположенных под углом 120 градусов друг относительно друга, крепятся (ввинчиваются) три опоры 3 (стойки) таким образом, чтобы обеспечить горизонтальное расположение оснований цилиндрической формы 1 над нулевой отметкой, с учетом окружающих условий (сложный грунт, камни, галька, ПГС и прочее). При этом в результате длительной эксплуатации стойки зачастую приходят в негодность, сменность стоек позволяет оператору своевременно производить их замену на новые, что не приводит к замене устройства, повышает функциональность опор (нет необходимости искать новый нивелирный башмак с исправными опорами) и ведет к достижению единого технического результата, а именно повышению точности измерений, а как следствие и надежности эксплуатации и увеличению срока полезной службы устройства в целом. Регулировка опор по высоте позволяет также увеличить функциональность за счет возможности использования нивелирного башмака на сложных поверхностях, имеющих неоднородную структуру (камни, трещины, складки и др.), а коническая форма нижней части 7 опоры 3 позволяет надежно закреплять устройство «геодезический нивелирный башмак» на любых поверхностях, тем самым также обеспечивается единый заявленный технический результат. Выполнение опор 3 в виде тел вращения упрощает процесс их изготовления и эксплуатации.
После установки пластины цилиндрической формы 1 с опорами 3 на местности на меньшее основание усеченного конуса 2 (жестко скрепленного выступа в виде усеченного конуса) навинчивается сменная головка 5, имеющая коническую форму (с высотой, например, 10 мм) с полусферической вершиной (радиусом кривизны, например, 5 мм), при этом закрепление происходит за счет наличия в нижнем основании сменной головки 5 жестко закрепленного цилиндрического стержня с резьбой 1. Коническая форма позволяет облегчить процесс навинчивания и вывинчивания головки, по сравнению с полусферой, при этом сама головка, являясь телом вращения, легко может быть изготовлена, например, на токарном станке.
При эксплуатации нивелирных башмаков вследствие механического воздействия на поверхность сферического элемента происходит ее деформация, оказывающая влияние на точность проводимых измерений, поскольку нарушается условие единичного касания нивелирной рейки. Деформации и разрушения шарообразной поверхности головки могут происходить в результате транспортировки или установки нивелирных башмаков, вследствие ударных механических воздействий. В полевых условиях оператору приходится менять нивелирный башмак на новый, с недеформированной сферической головкой, либо производить заведомо ложные измерения.
За счет того, что сменная головка 5 устанавливается лишь после размещения на местности пластины цилиндрической формы 1 с опорами 3, предупреждаются механические повреждения сферической части сменной головки 5, ее функциональность, благодаря съемной конструкции, позволяет в любой момент произвести замену, не меняя остальные элементы нивелирного башмака. Тем самым достигается единый технический результат повышения точности измерения за счет увеличения функциональности сменной головки 5, а как следствие, и надежности устройства, и срока полезной службы всего устройства в целом.
Технический результат - повышение точности измерений, проводимых с помощью предлагаемого устройства, достигается только при совместном использовании в устройстве геодезического нивелирного башмака съемных опор 3 и съемной головки 5, так как выход из строя в полевых условиях одного из этих стационарных элементов, применяемых, например, в прототипе или аналогах, приведет к искажению полученных результатов измерений, что снизит надежность самих измерений, что в конечном итоге приведет к замене вышедшего из строя устройства.