Аппарат для измерения площадей на местности

Аппарат для измерения площадей на местности

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Класс 42с, 9- 1Q о 4О5Д1

АВТОРСКОЕ СВИДЕТЕЛЬСТВО НА ИЗОБРЕТЕНИЕ

ОПИСАНИЕ аппарата для измерения площадей на местности.

К авторскому свидетельству Н. П. Вертипороха, заявленному 17 сентября

1932 года (спр. о перв. № 115744).

0 выдаче авторского свидетельства опубликовано 31 декабря 1934 года. (435) Предлагаемый аппарат предназначается для измерения в натуре (без составления плана) площадей с границами любой формы.

Действия, производимые для измерения площадей, будут заключаться только в объезде на двуколке контура по его границе и списывании со счетчика готового результата. Измерять площади может самый неквалифицированный рабочий, умеющий читать и писать.

Принципы действия заключаются в следующем. При объезде замкнутого контура по его границе двуколкой с одинаковыми по размеру колесами между числом оборотов колес появляется разность. Эта разность не зависит от формы границ контура и его величины, а зависит только от данных двуколки: диаметра колес и расстояния между ними. Эта разность будет также постоянна и для азимута касательной к контуру в данной точке. При наличии азимута касательной, выраженного через разность оборотов, движение по контуру разлагается на движения по осям иксов и игреков.

Составляющая по оси иксов приводит во вращение диск, вращающий при помощи силы трения особое колесико, вращающее, в свою очередь, ось счетчика. Движение по оси игреков передвигает указанное выше колесико по радиусу диска, т. е. помещает его дальше или ближе от центра диска.

Если двуколкой с таким устройством объехать замкнутый контур, то счетчик покажет величину, пропорциональную площади этого контура.

На чертеже фиг. 1 изображает продольный разрез по оси симметрии в направлении движения; фиг. 2 — разрез по линии АВС по фиг. 1; фиг. 3 — разрез по линии ЕВ на фиг. 1; фиг. 4 — вид части аппарата сверху; фиг. 5, 6 и 7 — схемы, поясняющие работу аппарата; фиг. 8— разрез по линии FCi на фиг. 1.

Предлагаемый аппарат состоит из следующих частей: двуколки с передачей движения от колес к валам аппарата; устройства, дающего азимут направления, совпадающего с направлением движения двуколки; устройства для разложения скоростей на составляющие по осям иксов и игреков; устройства для получения величины площади.

Два колеса одинакового диаметра насаживаются на ось так, чтобы плоскости этих колес были перпендикулярны к оси.

При движении каждое из колес приводит во вращение особый вал. Валы идут сначала параллельно оси колес, а потом поворачивают перпендикулярно к ней и идут один внутри другого. В этом положении валы вращаются в противоположные стороны.

Для уяснения принципа получения азимута, рассмотрим движение двуколки по границе контура.

Обозначим диаметр колес этой двуколки через d и расстояние между ними через 1 (фиг. 6). При переходе колес из точки А в бесконечно близко расположенную точку В (фиг, 5), правое колесо пройдет путь d1, =RE,, а левое, расположенное дальше, для которого радиус кривизны будет (R+1), пройдет путь

dL, = (R+l) da. Число оборотов правого колеса на пройденном пути будет

dr„ Л7. и, = = а число оборотов леI l вого колеса

dLs (R+ 7) dz Rdz 7da и -..7 -,.7 -,.d + —,.d

Разность оборотов колес будет

И2

Йп=п — и, =

Разность оборотов на участке пути при изменении азимута от 0 до а будет

7 7 п= с(и= —. da — - а. —,.d Ы о о

При а, выраженном в градусах, l -.. 1 п= а — = —.— -а. †..7 1ЗО 1ЗО

Для замкнутого контура а =360, а потому

1 по = и2 — и) — — — — 360 = ио .г г

= 2 — = const.

/7

Таким образом, азимут в каждой точке кривой пропорционален разности оборотов, сделанных колесами двуколки от начального положения, при котором азимут равен нулю, т. е. двуколка направлена по меридиану.

Для схемы принято: 1=100 сл, d =

=100 см — тогда при объезде замкнутого контура получится разность оборотов колес

100 п, =2 — =2 оборота.

Пропорциональность азимута разности оборотов колес использована для получения этого азимута в аппарате следующим образом. Вал 1 (фиг. 1), получающий вращение от одного из колес двуколки, несет на кривошипе 4 систему зубчаток 5, 6, 7, 8 и 9 (фиг. 1 и 3). Зубчатка 9 вращает ось 70, на которой она насажена. Если бы указанная система зубчаток не приводилась в движение, то ось 10 имела бы то же число оборотов, что и вал 7. В действительности же зубчатка 5 получает вращение от вала 2, связанного с другим колесом двуколки через зубчатку 3 и вращающегося в противоположную сторону. Вращается также в противоположную сторону и ось 10, Найдем, чему будет равно число оборотов за какой-нибудь промежуток времени оси 10, в результате вращения ее от валов 1 и 2. Число оборотов, получаемое от вала 1, будет равно по величине числу оборотов этого вала, т. е.

n „ =и, и по направлению совпадать с вращением этого вала.

Вращение, получаемое от вала 2 через систему зубчатых колес 3 — 5, 6 — 7 и 8 — 9, по направлению будет совпадать с вращением этого вала, а число оборотов будет равно: п 1o = n = и, — - = п — = u.— . — =

ds d- ds dh

8 Ь с4 c d /7, ds ds 73

= n — — =(п,+и,)— о Ь Ь Ы7 ds

= — (n,+n,) i„,, i,, i,,.

Здесь п с соответствующим индексом обозначает число оборотов зубчатки с номером индекса, а 1 — передаточные числа. При получении оборотов зубчатого колеса 5 принято, что зубчатое колесо 3 имеет число оборотов, равное сумме оборотов валов 7 и 2, так как эти валы вращаются в разные стороны.

Результативное число оборотов оси

10 будет равно:

// / ию п iо niо

Вал 7 получает вращение от одного из колес двуколки (в данном случае правого), а вал 2 — от другого. Передаточные числа от колес к валам приняты равными единице, а потому n1 — — n„, (правое); и,. = — и„„(левое).

Передаточные числа зубчатых колес приняты

15 — 5=4 г — г = 4

1 . 1

Подставляя все эти данные в фор мулу 1, получим

4 2 лев. пр. . (2)

Эта формула показывает, что результативное число оборотов оси 10 за какойлибо промежуток времени будет равно полуразности оборотов правого и левого колес двуколки за то же время при данных передаточных числах, При объезде замкнутого контура и„, — и„=2, а потому ось 70 сделает число оборотов

n,„=1, или повернется на 360". Так как при объезде замкнутого контура азимут касательной к контуру, совпадающий с направлением движения двуколки, изменяется от 0 до 360, то на основании формулы (2) и пропорциональности азимута разности оборотов заключаем, что в каждый данный момент поворот оси

70 от начального положения будет равен азимуту направления, по которому движется двуколка.

Вал 2 несет насаженную на нем зубчатку 17 и посредством этой зубчатки, системы зубчаток 72, 73, 14, вала 75 и зубчатки на конце этого вала, вращает диск 17, а этот в свою очередь диск 18.

Диски 17 и 18 одинакового диаметра и вращаются с одинаковой скоростью.

Зубчатки 73, 14 предназначаются для изменения числа гектаров, приходящихся на один оборот оси счетчика.

При вращении диски 17и 18 посредством силы трения приводят во вращение диски 19и 20. Диск 19 может перемещаться по вертикальному диаметру диска 78 вверх и вниз, а диск 20 — по горизонтальному диаметру диска 17 вправо и влево. Для осуществления этих перемещений диск 19 укрепляется на пересечении представляющих одно целое двух взаимно-перпендикулярных стержней 21 и 22. Стержень 22 снабжен пазом, в котором ходит направляющая штанга 23, а в стержне 27 имеется прорез 24, в который входит палец 25 крпвошипа 2б, насаженный на оси 70. При повороте последнего палец 25, скользя в прорезе 24, будет перемещать стержни

21, 22, а вместе с ним и диск 19 вверх и вниз.

Диск 20 укрепляется на штанге 27, двигающейся по направляющей штанге

28. B штанге 27имеется прорез 29, в котором ходит палец кривошипа, При вращении кривошипа палец 25 будет двигать штангу 27, а вместе с ней и диск

20 вправо и влево.

Если обозначить длину крпвошипа 26 через 1,, и угол между кривошипом и вертикальным диаметром диска 78 через а и этот же угол принять за азимут касательной к контуру, то расстояние дисков 19 и 20 от соответствующих центров будет: для диска 19 — х =

= l„ cos а, а для диска 20 y = lss sin a и соответствующие числа оборотов этих дисков:

n1s - 2.L95cosa dye

И19 — Ргг8 — СО$ а =

19 19

= гг,д ° i1919 ° cos а =

9 и 19 г19 — 11 5 1 Е15 19 cos а

=и.гсоза, (здесь принято 2l,, =d, d») д1., и =гггг з1п а = ид г $1п а гп д ; И19 пЕ ы > п д где и †чис оборотов, d — диаметры и г — передаточные числа.

Из этого видно, что диск 19 будет вращаться по закону косинуса азимута, а диск 20 по закону синуса азимута.

Для получения на счетчике оборотов величины, пропорциональной измеряемой площади, применены валы 30 и 37, чмеющие скорость вращения, равные величинам, составляющим скорость движения повозки. Означенные валы соч ..енены со счетчиком 37 при помощи фрикционного диска 32, установленного на конце вала 30, и фрикционного ролика 36, укрепленного с осью счетчика на штанге 34. Последняя находится в сцеплении с валом 31, с целью получения пропорциональной зависимости между показаниями счетчика и обеими составляющими, путем перемещения ролика 36 по диску 32.

Вал 30 (фиг. 1 и 2) вращает фрикционный диск 32, а вал 31 при помощи зубчатого колеса 33 двигает штангу 34, на конце которой укреплен ролик 36. При вращении вала 31 ролик 36 будет отодвигаться в сторону от центра диска 32.

Благодаря силе трения ролик 36 будет вращаться и будет вращать ось 35 счетчика 37.

Найдем, чему будет равняться число оборотов ролика 36 и вместе с тем оси

35 счетчика при перемещении двуколки из точки Л местности в точку В расположенные бесконечно близко одна от другой (фиг. 7).

Пусть у будет расстояние ролика 36 от центра диска 32. Это расстояние у в масштабе будет расстояние до какойто оси х-ов, параллельной меридиану и соответотвующей положению ролика 36 в центре диска 32 (у = ЛЛ, где М— масштаб и Y — расстояние в натуре).

Число оборотов ролика36 в секунду и этот момент будет:

2-,.Угг OÓïs со а

36А —,.a„„Èa, При перемещении в точку В расстояние у изменится, а потому изменится и число оборотов. Увеличение расстояния у будет на величину

dg = г„йз П.

=n i sin а —,„, daa. dt= . i sin а ° . d„,dt=а sin а dt = 114 dl sin а =

= dl sin a, где о — скорость двуколки по земле, d, — диаметр колеса двуколки (число оборотов вала 2 равно числу оборотов . "ss. колеса) М =i — „ Н. = и dt — отрезок

ЛВ на местности и dl в масштабе М. (Отсюда следует, что у=ЛИ ).

Подставляя новое удаление ролика 36 от центра, найдем число оборотов в секунду в точке В:

2 - (гг+ Л sin z ггзг 2 у ггзг

" з6 зз

2гдз1паиз2 2уггзi cos

2dl sin à ° ггз г cos а

+ зз

Среднее число оборотов в секунду при перемещении из точки А в точку B будет: ггзз, + ггзев 2 у г ю соз а

+ rll sin а г v cos а к

Число оборотов за время движения от точки А в точку В будет:

36

+гг1sin а г гг cos x с1зз ™г, Умножив и разделив правую часть

- " зз равенства на d заменив i — через М, а о dt через dL и дальше ЛИ/. через

dl, получим:

dn = — ydl cos а+

1 1 1 1 1зз азз

+ — dlsinаdlcos а .

2

Выражение в скобках представляет площадь между осью х-ов и отрезком dl, а эта последняя в масштабе 3Х представляет ту же площадь в натуре. Из этого видно, что число оборотов оси счетчика будет пропорционально площади между отрезком контура длиной dL и осью х-о"., так как сумма этих площадок при замкнутом контуре равна площади кон:тура, то и число оборотов счетчика будет пропорционально этой площади контура.

Вынося из последнего выражения, стоящего в скобках, за скобки величину М - и обозначая через р площадь в натуре между кривой и осью х-ов, получим:

1 1 1 1

dn .ЛР. р; язв "зз отсюда

2 Изв йзз р —, Йп, а площадь контура

2 " зв "зв „

Р= р=, "йп=А - г п.

При Z dn = 1, т. е. при одном обороте

2-.. 1„1„ оси счетчика, А = " ", " будет площадью, приходящейся на один оборот оси 35.

Если все размеры выразить в метрах, то для получения площади в гектарах нужно коэфициент разделить на 10000.

Для схемы имеем

d3å=0,025 м; d,ç =0,025 м. сгзв d

М=i -- — =i г г

11 — 12 13 — 14 1в -17 18 — 19 Ц

1 1 1 1 1

4 3 40 40 32001

2-.дзвйвв 2 . 3,14 ° 0,025 . 0,025

1ооо м 10оо

Коэфициент А мы можем изменять, для чего, как указывалось выше, зубчатки 13 — 14 делаются сменными.

С изменением А изменяется и предельная максимальная площадь, которую можно измерить при данном размере диска 32.

Здесь предельная площадь будет определяться размером контура по оси у-ов, причем наибольший возможный

d38 размер будет Y=- — ", где d3,— диаметр диска 32, à Y — вытянутость контура в натуре по оси у-ов.

Для схемы Y=0,6 3200=1920м или при квадратной форме контура будет покрыта площадь, примерно 360 га.

Счетчик 37 ставится на оси 35и конструируется таким образом, чтобы давал непосредственно площадь контура в гектарах. Конечно, должно иметься простое приспособление при переходе от одного масштаба к другому.

Предмет изобретения.

1. Аппарат для измерения площадей на местности при помощи служащей для объезда замкнутого контура повозки, снабженной фрикционным механизмом для разложения скоростей движения по двум взаимно-перпендикулярным координатным осям, отличающийся тем, что для получения на счетчике оборотов величины, пропорциональной измеряемой площади, валы 30 и 31, имеющие скорости вращения, равные величинам составляющих скорости движения повозки, сочленены со счетчиком 37 при помощи фрикционного диска 32, установленного на конце вала 30 и фрикционного ролика Зб, укрепленного с осью счетчика на штанге 34, находящейся в сцеплении посредством зубчатой связи с валом 31, с целью получения пропорциональной зависимости между показаниями счетчика ее обеими составляющими, путем перемещения ролика 36 по диску 32.

2. При аппарате по п. 1 применение фрикционного механизма для разложения скорости движения повозки на две составляющие, выполненного в виде двух фрикционных дисков 17, 18, сочленен-. ных с валом 2 колеса повозки и служащих для сообщения валам 30 и 31 различной скорости вращения путем перемещения по дискам 17, 18 укрепленных на валах 30 и 31 дисков 19 и 20 при отклонении направляющих штанг последних поворотом кривошипа 2б, соединенного с осью 10 диференциального механизма для получения азимута.

К авторскому свидетельству Н. П. Вертипороха М 4059jI.

Фиг. 3 т

3Z;

==o г

Фиг.4

Фи.б

Тип. „Печатный Труд . Зак, 3126 — 469

Фиг. 2

4Р

Б S5 34 о d/ РР г /

Эксперт Г. В. Варлих

Редактор Ю. Н. Герлтк>

I f °

8,Д„