Методы и средства измерений при установке конструкций в плановом положении

ЛЕКЦИЯ 6

Маркирование конструкций и оборудования. Для установки на фундамент строительных конструкций в проектное положение каждую металлическую или железобетонную колоннунумеруют в соответствии с названием осей и в ее основании и вершине наносят тонкой вертикальной чертой по оси симметрии продолные и поперечные осевые метки.

На опорных кольцах агрегатов, деталях машин и установок проверяют наличие монтажных рисок.

Для прецизионного оборудования при проектировании и изготовлении предусматриваются специальные установочные геодезические знаки и базовые площадки, строго связанные в плане и по высоте с технологическими осями и имеющие точные проектные координаты и отметки.

Очень часто в качестве базовых выверяемых точек используют горизонтальные или вертикальные поверхности самой конструкции в ее характерных местах – начале, середине, конце. Эти точки помечают краской, мелом, керном и т.п. Например – рельсы кранов, направляющие расточных станков, опоры конвейеров и т.п.

Приборы и оборудование для высокоточных угловых измерений. Основные источники ошибок и пути их уменьшения (лекция +[2]-стр. 321-328, [4], [8]- стр.288, 300-301, 308-309)

При решении задач, связанных с контролем технического состояния инженерных объектов и выверкой при ремонтах строительных конструкций зданий и сооружений, средств их технологического оснащения и технологического оборудования, приходится измерять множество геометрических параметров. Эти параметры характеризуют размеры, форму, пространственное положение отдельных конструкций и сооружений в целом; взаимное расположение конструкций, деталей, узлов, механизмов между собой; осадки, сдвиги, прогибы и другие виды деформаций частей зданий, сооружений, оборудования и их оснований.

В связи с разнообразием видов геометрических параметров, требований к точности их измерений для различных объектов, условий измерений на предприятии, используют разнообразнейшие схемы, методы и средства измерений.

Под схемой контроля понимается совокупность процедур по определению контрольных точек объекта, где осуществляется съем информации о контролируемых параметрах; выбору поверхностей базирования средств контроля. Применительно к геодезическому контролю геометрических параметров конструкций инженерных объектов это будут схемы размещения геодезической контрольно-измерительной аппаратуры (исходные реперы, центры и знаки, контрольные марки и контрольные знаки, контрольные метки и т. п.), а также схемы геометрических построений по определению геометрических параметров контролируемых конструкций объектов (схемы нивелирных ходов, триангуляции, полигонометрии, трилатерации, плановых и высотных исполнительных съемок, различного рода засечек, створных измерений и т. п.).

Как было показано выше, под методом измерения следует понимать совокупность приемов использования принципов и средств измерений, а под средством измерений – техническое средство, предназначенное для измерения физических величин и имеющее нормированные метрологические свойства.

При геодезическом контроле технического состояния конструкций зданий, сооружений, оборудования и средств технического оснащения промышленных предприятий, а также их рихтовке, установке или наладке при замене или ремонтах, используют методы и средства измерений, применяемые как в инженерной геодезии, так и в машиностроении и строительстве, появляется специализированная контрольно-измерительная техника.

Методы и средства измерений геометрических параметров описаны во многих справочниках, каталогах, выпускаемых по машиностроению, строительству, метрологии, геодезии. В некоторых изданиях даются классификации методов и средств измерений по различным признакам: по типу и виду контролируемых величин; конструктивным особенностям средств контроля; способу измерения (абсолютные и относительные, контактные и бесконтактные, статические, кинематические, динамические); месту расположения средств контроля относительно объекта (наружные, встроенные и комбинированные); сложности и составу элементов конструкций (инструмент, приспособление, прибор); степени механизации и автоматизации (ручные, механизированные, полуавтоматические и автоматические). Наиболее полно геодезические методы и средства контроля представлены в изданиях [1, 2, 4, 7, 9, 10, 12 – 15, 22, 36, 84, 86, 118, 119, 130, 131, 134, 137, 149, 151, 176, 187, 188, 189, 219, 222, 224, 228, 231, 237, 242, 243, 245, 248, 251, 232, 256 и др.].

При выборе методов и средств измерений руководствуются следующими соображениями: обеспечивая заданную точность, в целях нахождения геометрических параметров объекта в установленных допуском границах, выбранное средство должно обладать высокой производительностью, простотой и не вызывать значительного удорожания ремонтных работ или эксплуатационных расходов по контролю технического состояния объекта, т. е. обеспечивать экономическую целесообразность его применения. Наиболее распространенным является способ выбора средств измерений по известным значениям номинального размера объекта, допуска на геометрический параметр при эксплуатации или монтаже и погрешности измерения.

В машиностроении в справочниках для контроля продукции приводятся специальные таблицы [236], в которых, в зависимости от значений размеров деталей, допусков на их изготовление и погрешности измерения, даются индексы наиболее распространенных средств измерений.

Однако для большинства геометрических параметров, характеризующих техническое состояние зданий, сооружений, крупногабаритного оборудования, средств технического оснащения зданий и сооружений, где, в основном, и применяются геодезические методы контроля, таких четких указаний по технологии выбора методов и средств измерений нет.

Поэтому геодезистам при организации и применении геодезического контроля на промышленном предприятии необходимо знать основные факторы, влияющие на выбор методов и средств измерений, и правильно выбрать оптимальные конкретные средства геодезических измерений.

Основными факторами, влияющими на выбор методов и средств измерений, являются:

- характеристика объекта и вид контролируемых геометрических параметров;

- требуемая точность контроля параметра;

- виды контроля по полноте охвата, временной характеристике, управляющему воздействию;

- характеристика условий измерений;

- продолжительность процесса измерений;

- стоимость средств измерений и контроля в целом;

- наличие средств измерений и специалистов, выполняющих контроль.

Геодезические приборы и оборудование для высокоточных измерений при установке в проектное положение конструкций сооружений и узлов оборудования подразделяют часто по видам геометрических параметров – для угловых измерений, линейных измерений, высотных измерений, створных измерений и т.п.

К ним относятся оптические теодолиты, электронные теодолиты и электронные тахеометры. Технические характеристики этих приборов даны в таблицах приложения 3 Руководства.

Однако, все названные приборы предназначены для измерения углов в государственных сетях триангуляции и полигонометрии, где длины визирных лучей сотни и тысячи метров. При установке конструкций в проектное положение и при создании опорных геодезических сетей для этих целей длины визирных лучей составляю десятки и в некоторых случаях сотни метров, что на порядки меньше. Это обстоятельство следует учитывать при выполнении работ геодезических работ, особенно при выборе центрировке приборов и визирных целей.

Рассмотрим основные источники ошибок, сопутствующие измерению угла и посмотрим пути их уменьшения.

Ошибка визирования в абсолютном значении зависит от расстояния и увеличения зрительной трубы

Как видно из этой формулы, точность угловых измерений может быть повышена за счет применения зрительных труб с большим увеличением или увеличением числа приемов измерений.

Ошибка отсчитывания зависит для оптических теодолитов от точности нанесения штрихов на лимб, а для электронных теодолитов – специального растрового штрих-кода и точности считывающих преобразователей угловых и линейных перемещений.

Ошибка центрирования в угловой мере может быть рассчитана по формуле

Как видим эта ошибка очень значительная и чтобы ее уменьшить в 100 раз необходимо производить центрирование теодолита с точностью 0,01 мм. Для этого используют специальные гнездовые центры.

Ошибка редукции визирной цели вычисляется по вышеприведенной формуле. Уменьшение ее достигается также.

Ошибки внешних условий часто непредсказуемы. Это ошибки возникающие от изменения температуры воздуха и прибора, рефракции и турбуленции воздуха, вибрации основания, воздействия электрических полей и т.п. В этой ситуации помогает опыт ведения работ и специальные исследования, а также замена методов и средств измерений.

Далее дать выписку из таблицы по теодолитам.

7. Приборы и оборудование для высокоточных линейных измерений (лекция +[2]-стр.328-334, [4]-стр139-144, [8]-стр.288-290, 297-299).

Арсенал методов и средств линейных измерений для установки в проектное положение конструкций и оборудования очень широкий.

Большое место занимает механический метод измерений с применением Инварных проволок со стеклянными шкалами, рулеток различных классов, мерных жезлов, Штангенинструмента, микрометрических приборов.

Среди оптических средств измерений используют светодальномеры, электронные тахеометры, лазерные рулетки.

Далее дать характеристики из таблиц приложения 3 Руководства.

8. Створные способы и методы измерений. Струнный, струнно-оптический, оптический методы.

Контроль прямолинейности, соосности и расположения узлов технологического оборудования промышленных предприятий и других крупных технических объектов имеет специфические особенности среди других видов контроля геометрических параметров.

Контроль прямолинейности наиболее часто назначают при монтаже, ремонтах или реконструкции для следующих видов оборудования:

- прокатных станов;

- прямолинейных конвейеров для перемещения сыпучих материалов;

- конвейерных линий сборочных цехов машиностроительных заводов;

- направляющих станков для изготовления крупногабаритных деталей;

- сложных фундаментов или опорных строительных конструкций зданий и сооружений под технологическое оборудование и т. п.

Соосность контролируют у роторов турбоагрегатов тепловых и атомных электростанций, насосов большой мощности, обечаек и цилиндров вращающихся цементных печей и т.п.

Расположение узлов и деталей контролируют у большинства видов технологического оборудования. Это контроль взаимного положения опорных фундаментных плит, углов поворота и деталей направляющих путей машин, станков и агрегатов и т. п.

Для указанных выше технических объектов применяют, как правило, сплошной, пассивный, летучий контроль. Технологические и эксплуатационные допуски на прямолинейность и соосность задаются для перечисленных объектов инструкциями на монтаж и эксплуатацию.

Контрольными точками при измерениях, как правило, служат характерные точки самого оборудования – боковые поверхности направляющих путей, шейки валов, горизонтальные разъемы, отверстия и т.п. Исходными опорными точками служат знаки закрепления монтажных осей, а часто базовые линии задаются прибором по одной из выставленной в проектное положение детали или узлу.

Створные измерения являются также самыми распространенными способами определения горизонтальных смещений сооружения прямолинейных плотин благодаря своим достоинствам: простоте и быстроте полевых работ, малым затратам на камеральную обработку. Они могут применяться самостоятельно, если опорные пункты створа неподвижны; либо совместно в сочетании с другими методами, если неподвижность опорных пунктов створа не может быть обеспечена по грунтовым или иным условиям и воздействиям.

Створом [135] принято называть вертикальную плоскость, в которой располагается прямая линия, проходящая через два опорных пункта. Опорные пункты фиксируют основные или смещенные оси сооружений, монтажные оси или базовые направления. Один из пунктов, например А (рис. 4.3.7), принимают за начальный, второй – т. е. пункт В, принимают за конечный.

Отклонением от створа (в обиходе – нестворностью) называют длину перпендикуляра, опущенного из какой-либо точки на створную линию.

Рис. 4.3.7. Схема расположения пунктов и измерения нестворностей

Если нестворности определяются не с начального, а с конечного пункта, то знаки их меняются на противоположные.

В практике геодезических работ по контролю прямолинейности наибольшее распространение получили механические, оптические-визирные, лучевые (в том числе, лазерные) и интерференционные методы измерений. Причем, использование конкретных методов, как правило, определяется типами технических объектов, видом геометрического параметра, требуемой точностью контроля и условиями измерений.

В механических методах измерений применяют механические средства измерений и специальную оснастку.

При контроле отклонений от прямолинейности, соосности и других видов позиционных отклонений [192] в качестве базовых (опорных) осей и направлений применяют струны, проволоку и др.

Для задания базового направления при контроле отклонений от прямолинейности, соосности в процессе установки оборудования в проектное положение в процессе монтажа или ремонта, а также для выноса в натуру строительно-монтажных и технологических осей широко применяют струны. В сртунном методе натянутую струну подвешивают в двух базовых точках, ее ось проектируют на осевые риски монтируемого оборудования с помощью отвесов, которые крепятся к струне в нужных местах. Для исключения погрешностей, возникающих из-за неоднозначности крепления отвесов, применяют один отвес, перемещаемый вдоль струны. Погрешности при предварительной выверке оборудования с применением струны и визуальном контроле его положения по меткам не менее 2 – 5 мм.

Основные источники ошибок: провисание струны, ее колебания и остаточные искривления, погрешности отсчетов и положения струны. Колебания струны от движения воздуха не позволяют применять данный метод на больших открытых пространствах. В закрытых помещениях колебания струны меньше,
и точность измерений может быть существенно повышена. Для повышения точности в струнно-оптическом методе измерений применяют оптические, способы отсчета положения элементов конструкций и оборудования относительно струны.

Отсчет оптическим методом с помощью микроскопа применяют для контроля отклонения направляющих от прямолинейности. При установке машин
и механизмов в процессе ремонта в проектное положение струну натягивают на значительных расстояниях от выверяемых узлов, поэтому вместо микроскопа чаще используют специальные оптические центрирующие приборы (ОЦП) (рис. 4.7.1), а также ординатомеры. При этом струну располагают так, чтобы
в крайних положениях прибора ее изображение совпадало с перекрестием сетки нитей зрительной трубы. При перемещении вдоль струны оптические приборы из-за ее провисания приходится фокусировать вновь, что вносит добавочные погрешности. Чтобы уменьшить стрелу провисания, иногда применяют поплавки, поддерживающие струну; более простым способом является применение подвесок (рис. 4.7.2).

Для автоматизации процесса контроля часто используют индуктивные, емкостные, фотоэлектрические и другие преобразователи перемещений (датчики). Расширения диапазона измерений датчиками достигают их перемещением с помощью микрометрических винтов.

Механические струнные методы измерений наибольшее распространение нашли при контроле прямолинейности в закрытых помещениях (без воздушных токов) направляющих путей, конвейеров и других изделий аналогичного типа в процессе их капитального ремонта.

В оптических методах измерений в качестве базовой (опорной) линии используют визирную ось оптического прибора (теодолита, телескопа, алиниометра и т. п.).

Среди оптических методов различают: визирный, коллимации, автоколлимации, дифракционные и др. В визирном методе створных измерений створ задается коллимационной плоскостью оптических приборов – теодолитов или алиниометров. При установке оптических приборов на одном из опорных пунктов створа и визировании на другой опорный пункт их коллимационная плоскость совмещается со створной плоскостью.

Нестворности могут измеряться непосредственно, например, с помощью подвижных марок различной конструкции и точности, или косвенно, когда нестворность вычисляется как функция малого угла.

Способ подвижной марки предпочтителен при небольших линиях визирования (до 50 м), когда связь наблюдателя с помощником, работающим с подвижной маркой, легко осуществляется голосом или условными знаками. В остальных случаях предпочтителен способ малых углов.

Подвижная марка (рис. 4.3.10, а) имеет уровень 6 для приведения ее в рабочее положение, визирное приспособление 5 для установки плоскости экрана 3 перпендикулярно визирному лучу, неподвижное 1 и подвижное 2 основания. Неподвижное основание жестко скреплено с вкладышем 7, устанавливаемым при измерениях в гнездовой центр или трегер 11. Подвижное основание 2 жестко скреплено с экраном 3, на котором располагается визирная цель 4 подвижной марки и перемещается поперек створа с помощью винта 9. Положение визирной цели при установке ее в створ фиксируется с помощью нониуса 8 по неподвижной шкале 10.

а) б)

5 5

3 3

9

1 1 1

7 11 11 7

12 12

Рис. 4.3.10. Визирные марки:

а) подвижная; б) неподвижная

При определении нестворности подвижная марка устанавливается на контрольном пункте, и ось симметрии ее визирной цели совмещается с осью симметрии биссектора сетки нитей зрительной трубы теодолита за счет перемещения экрана марки микрометренным винтом. Величина нестворности L_i определяется с помощью шкалы относительно оси вкладыша.

Неподвижная марка фиксирует положение оси гнездового центра в плоскости перпендикулярной визирной линии. Неподвижная визирная марка (рис. 4.3.10, б) состоит из неподвижного основания 1, жестко скрепленного с вкладышем 7
и экраном 3. Приведение в рабочее положение вертикальной оси марки осуществляется подъемными винтами 12 трегера 11 по уровню 6. Установка перпендикулярно линии визирования осуществляется разворотом экрана с визирной целью 4 по визирному приспособлению 5.

Перед измерением нестворностей определяют место нуля (МО) подвижной марки. Под МО понимается отсчет по шкале или микрометренному винту марки в положении, когда ось визирной цели марки совпадает по вертикали с осью гнездового центра. При определении МО марку для уменьшения ошибки визирования рекомендуется устанавливать ближе к теодолиту.

Величина места нуля определяется по формуле

, (4.3.5)

где и – отсчеты по шкале (микрометренному винту) марки при положении микрометренного винта слева и справа (по отношению к наблюдателю) от визирной цели.

При определении МО прозрачный экран подвижной марки разворачивается на , т. е. в одном случае марка обращена к прибору лицевой стороной,
а во втором – обратной (тыльной) стороной.

При определении МО визирная цель марки t раз вводится в биссектор сетки нитей при обоих положениях микрометренного винта. За окончательное значение МО принимается среднее

, (4.3.6)

где величина МО вычисляется по формуле (4.3.5).

Оценка точности полученного значения выполняется по формуле:

, (4.3.7)

где М – средняя квадратическая погрешность места нуля подвижной марки.

(Примечание. Место нуля подвижной марки с непрозрачным экраном определяется по специальному вкладышу, установленному в гнездовой центр или по неподвижной марке, с помощью которой можно зафиксировать положение центра знака.)

Формула определения нестворности с использованием МО подвижной марки зависит от расположения и оцифровки шкалы. Так, в соответствии с принятой системой координат нестворность точки С (см. рис. 4.3.7) положительная, поэтому если при введении визирной цели в биссектор сетки нитей отсчет по шкале будет меньше МО, то

, (4.3.8)

и наоборот

. (4.3.9)

Малым углом называют угол, значение которого меньше наименьшего деления лимба теодолита. Поэтому малый угол может быть измерен окулярным или оптическим микрометром с более высокой точностью, чем обычные углы, так как не будет ошибок делений лимба.

Сущность измерения малого угла микрометрами заключается в следующем. Используя подвижный биссектор окулярного микрометра, производят измерения угла между изображениями неподвижных марок, расположенных приблизительно в одном створе, в делениях барабана. При цене деления барабана расстояние между марками (нестворность) в угловой мере получится по формуле

, (4.3.10)

где – отсчеты по барабану.

Величину нестворности можно определить по формуле

, (4.3.11)

где S – расстояние от прибора до ближайшей марки.

Высокоточные приборы с окулярными микрометрами, применяемые в России и за рубежом, позволяют измерять малые углы со средней квадратической погрешностью 0,2 – 0,5 угловых секунд (из 9 – 12 приемов). При измерении малых углов приборами с оптическими микрометрами наведение трубы на цель производится наводящим винтом алидады. В этом случае число приемов следует увеличивать в полтора раза от числа, рассчитанного для окулярного микрометра.

Так как ошибка центрирования должна быть в несколько раз меньше ошибки определения отклонений, закреплять точки целесообразно гнездовыми центрами, иногда сложной конструкции. Точность центрирования, зависящая от точности изготовления и установки втулки гнездового знака и вкладыша марки или прибора, может колебаться от 0,1 мм (использование трегеров геодезических приборов) до 0,005 мм (использование гнездового центра Н.Н. Лебедева).

Дата добавления: 2014-01-07