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.
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.