豐子揚(yáng) 程寶嘉 李澤盺

(1、山東科技大學(xué)資源學(xué)院,山東 泰安271000 2、山東科技大學(xué)智能裝備學(xué)院,山東 泰安271000)

隨著科技的進(jìn)步以及建筑的需要,測繪儀器有了很大發(fā)展。其中坡度儀是一種在土地測繪時(shí)所用到的儀器,主要功能是可以進(jìn)行地籍測量控制點(diǎn)、界址點(diǎn)的實(shí)地選點(diǎn)、埋石以及運(yùn)用操作經(jīng)緯儀等儀器對土地及其附屬物的量距、水平角、垂直角、水準(zhǔn)測量進(jìn)行觀測等。

但在土地測繪時(shí),操作人員通常需攜帶大量的測繪工具,坡度儀在攜帶過程中,容易發(fā)生抖動(dòng)碰撞,造成坡度儀內(nèi)部的水準(zhǔn)管的損壞,進(jìn)而導(dǎo)致測試結(jié)果的不準(zhǔn)確性。并且在土地測繪過程中,因長時(shí)間使用坡度儀,工作人員手心會(huì)出汗進(jìn)而易導(dǎo)致坡度儀的滑落并造成儀器損傷,導(dǎo)致坡度儀工作性能不穩(wěn)定?；谏鲜鲈?本研究小組設(shè)計(jì)出了一種土地測繪用坡度儀,以提升傳統(tǒng)坡度儀的性能穩(wěn)定和便捷性。

1 設(shè)計(jì)思路

通過分析傳統(tǒng)的土地測繪坡度儀器,研究小組傳統(tǒng)的土地測繪用坡度儀存在許多不足,其中主要體現(xiàn)在易發(fā)生抖動(dòng)碰撞、其內(nèi)部的水準(zhǔn)管易發(fā)生損壞以及工作性能不穩(wěn)定等。為此我們提出了以下解決方法：

設(shè)置旋轉(zhuǎn)槽,孔的兩側(cè)均開設(shè)有旋轉(zhuǎn)槽使齒輪在旋轉(zhuǎn)時(shí)更加穩(wěn)定,提高其穩(wěn)定性；設(shè)置承重柱,槽的內(nèi)部設(shè)置承重柱,使工作人員在測繪時(shí)可以更加平穩(wěn),提高其實(shí)用性；開設(shè)固定槽,使儀器的承重柱更加穩(wěn)定；在承重柱外圓壁面套接橡膠圈,使工作人員在使用過程中不會(huì)出現(xiàn)手滑的現(xiàn)象；設(shè)置橡膠柱,兩個(gè)卡接槽內(nèi)部固定安裝橡膠柱,使水準(zhǔn)管在工作時(shí)不會(huì)因?yàn)榕鲎矊?dǎo)致水準(zhǔn)管破碎,提高其安全性。

2 設(shè)計(jì)總述

2.1 裝置主體設(shè)計(jì)

本研究小組研發(fā)的一種土地測繪用坡度儀,由以下幾個(gè)部分構(gòu)成。

其中,穩(wěn)定塊為矩形結(jié)構(gòu),其頂面開設(shè)有穩(wěn)定孔,穩(wěn)定孔的內(nèi)部兩側(cè)均開設(shè)有旋轉(zhuǎn)槽,兩個(gè)旋轉(zhuǎn)槽的位置相對應(yīng),穩(wěn)定孔的內(nèi)部設(shè)置有齒輪一,齒輪一相互遠(yuǎn)離的兩側(cè)均固定安裝有旋轉(zhuǎn)柱,兩個(gè)旋轉(zhuǎn)柱相互遠(yuǎn)離的兩端一直延伸至旋轉(zhuǎn)槽的內(nèi)部,齒輪一通過旋轉(zhuǎn)槽與旋轉(zhuǎn)柱設(shè)置在穩(wěn)定孔的內(nèi)部,通過設(shè)置旋轉(zhuǎn)槽,穩(wěn)定孔的內(nèi)部兩側(cè)均開設(shè)的旋轉(zhuǎn)槽使齒輪一在旋轉(zhuǎn)時(shí)更加穩(wěn)定,提高了該裝置的穩(wěn)定性,并且通過齒輪一的旋轉(zhuǎn)使工作人員在測繪時(shí)更加便捷,提高了工作人員的工作效率,通過設(shè)置承重柱,穩(wěn)定槽的內(nèi)部設(shè)置有承重柱,工作人員在測繪時(shí)可以更加穩(wěn)定的測量,提高了該裝置的實(shí)用性。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 穩(wěn)定槽及限位槽設(shè)計(jì)

穩(wěn)定槽設(shè)計(jì)為矩形結(jié)構(gòu),穩(wěn)定槽的內(nèi)部兩側(cè)均開設(shè)有固定槽,固定槽為圓形槽,兩個(gè)固定槽的位置相對應(yīng),穩(wěn)定槽的內(nèi)部設(shè)置有承重柱,承重柱為圓柱形結(jié)構(gòu),承重柱的兩端均固定安裝在固定槽的內(nèi)部,承重柱通過固定槽設(shè)置在穩(wěn)定槽的內(nèi)部,承重柱的外圓壁面固定安裝有橡膠圈。

穩(wěn)定塊的一側(cè)開設(shè)有限位槽,限位槽設(shè)計(jì)為圓形槽,限位槽與穩(wěn)定孔連通在一起,限位槽的內(nèi)部設(shè)置有旋轉(zhuǎn)塊,旋轉(zhuǎn)塊為圓形塊結(jié)構(gòu),旋轉(zhuǎn)塊的一側(cè)開設(shè)有側(cè)槽,側(cè)槽為圓形通孔,旋轉(zhuǎn)塊的另一側(cè)固定安裝有齒輪二,齒輪二為已有結(jié)構(gòu)在此不作贅述,齒輪二與齒輪一嚙合在一起。

2.3 固定環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

限位槽的內(nèi)部固定安裝有固定環(huán),固定環(huán)設(shè)計(jì)為圓形環(huán),旋轉(zhuǎn)塊活動(dòng)套接在固定環(huán)的內(nèi)圓壁面,固定環(huán)的一側(cè)設(shè)置有刻度盤,刻度盤為已有結(jié)構(gòu)在此不作贅述,固定環(huán)的內(nèi)圓壁面相互遠(yuǎn)離的兩側(cè)均開設(shè)有卡接槽,卡接槽為圓形槽,旋轉(zhuǎn)塊的一側(cè)固定安裝有指示針。通過設(shè)置固定環(huán),限位槽內(nèi)部固定安裝的固定環(huán)使齒輪二在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以更加穩(wěn)定帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)塊轉(zhuǎn)動(dòng),使旋轉(zhuǎn)塊在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以更加穩(wěn)定,固定環(huán)的一側(cè)設(shè)置有刻度盤,使工作人員可以精確的取得需要的數(shù)據(jù),提高該裝置的精確性。(圖2)

圖2 固定環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖

2.4 橡膠柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在兩個(gè)卡接槽的內(nèi)部均固定安裝有橡膠柱。橡膠柱為橡膠制圓柱形結(jié)構(gòu),兩個(gè)橡膠柱相互靠近的兩側(cè)均開設(shè)有緩沖槽,緩沖槽為圓形槽,旋轉(zhuǎn)塊的內(nèi)部設(shè)置有水準(zhǔn)管,水準(zhǔn)管的兩端均固定安裝在緩沖槽的內(nèi)部,水準(zhǔn)管通過緩沖槽設(shè)置在旋轉(zhuǎn)塊的內(nèi)部。(圖3)

通過設(shè)置橡膠柱,兩個(gè)卡接槽內(nèi)部均固定安裝的橡膠柱,使水準(zhǔn)管在工作時(shí)不會(huì)因?yàn)榕鲎矊?dǎo)致水準(zhǔn)管破碎,提高了該裝置的安全性。

圖3 旋轉(zhuǎn)塊結(jié)構(gòu)示意圖

2.5 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在旋轉(zhuǎn)塊的另一側(cè)固定安裝有齒輪二,使工作人員在轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪一時(shí)可以更加快速的帶動(dòng)齒輪二轉(zhuǎn)動(dòng),提高了該裝置的便捷性。通過設(shè)置固定,限位槽內(nèi)部固定安裝的固定環(huán)使齒輪二在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以更加穩(wěn)定帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)塊轉(zhuǎn)動(dòng),使旋轉(zhuǎn)塊在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以更加穩(wěn)定,固定環(huán)的一側(cè)設(shè)置有刻度盤,使工作人員可以精確的取得需要的數(shù)據(jù),通過設(shè)置橡膠柱,兩個(gè)卡接槽內(nèi)部均固定安裝的橡膠柱,使水準(zhǔn)管在工作時(shí)不會(huì)因?yàn)榕鲎矊?dǎo)致水準(zhǔn)管破碎,提高了該裝置的安全性。

2.6 傳動(dòng)組件應(yīng)力應(yīng)變分析

利用Workbench 進(jìn)行齒輪組件的安全性校核,劃分四面體網(wǎng)格如圖4。

圖4 四面體網(wǎng)格示意圖

對齒輪輪轂基面進(jìn)行圓柱固定端約束,銷軸配合面加載,齒輪施加徑向力偶。求解總應(yīng)變變形得到如圖5 結(jié)果。

由CAE 分析可知最大應(yīng)變出現(xiàn)在齒輪輪齒的頂端為0.09853mm,在可接受的應(yīng)變范圍之內(nèi),因此可以斷定該主要部件的總體設(shè)計(jì)合理,可進(jìn)一步加工生產(chǎn)。

圖5 分析應(yīng)變變形示意圖

3 工作原理

本設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)研發(fā)的一種土地測繪用坡度儀,其內(nèi)部設(shè)有旋轉(zhuǎn)槽,使齒輪一在旋轉(zhuǎn)時(shí)更加穩(wěn)定,提高了該裝置的穩(wěn)定性；同時(shí)通過齒輪一的旋轉(zhuǎn),使得工作人員在測繪時(shí)更加便捷,提高了工作人員的工作效率；通過設(shè)置承重柱,工作人員在測繪使可以更加穩(wěn)定的測量,提高了該裝置的實(shí)用性；穩(wěn)定孔內(nèi)部兩側(cè)開設(shè)的固定槽使承重柱可以更加穩(wěn)定不會(huì)晃動(dòng),承重柱外圓壁面晃動(dòng)套接的橡膠圈使工作人員在使用時(shí)不會(huì)出現(xiàn)手滑的現(xiàn)象,提高了該裝置的實(shí)用性,并且在長期使用時(shí)使工作人員的使用效果更加舒適,提高了該裝置的舒適性。

通過在旋轉(zhuǎn)塊的另一側(cè)固定安裝齒輪二,使工作人員在轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪一時(shí)可以更加快速的帶動(dòng)齒輪二轉(zhuǎn)動(dòng),提高了該裝置的便捷性；通過設(shè)置固定環(huán),限位槽內(nèi)部固定安裝的固定環(huán)使齒輪二在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可以更加穩(wěn)定地帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)塊轉(zhuǎn)動(dòng)；固定環(huán)的一側(cè)設(shè)置有刻度盤,使工作人員更為精確的獲得所需要的數(shù)據(jù)；在兩個(gè)卡接槽內(nèi)部均固定安裝有橡膠柱,使水準(zhǔn)管在工作時(shí)不會(huì)因?yàn)榕鲎矊?dǎo)致水準(zhǔn)管破碎,有效提高裝置的整體安全性能。

4 結(jié)論

本設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)以傳統(tǒng)的土地測繪環(huán)境下的坡度儀在使用過程中存在的眾多缺陷為切入點(diǎn),研制出了一種土地測繪用坡度儀,并可以通過上述的具體實(shí)施方案進(jìn)行實(shí)地作業(yè)。有效的改善了傳統(tǒng)坡度儀因工作環(huán)境等原因?qū)е乱装l(fā)生抖動(dòng)和碰撞、其內(nèi)部的水準(zhǔn)管也易發(fā)生損壞以及在實(shí)際工作時(shí)的不穩(wěn)定性等缺點(diǎn)。增強(qiáng)土地測繪使用坡度儀的工作壽命及安全穩(wěn)定性能,更好的滿足了土地測繪工作環(huán)境的要求。