一種土地測繪用坡度儀的設計開發

豐子揚 程寶嘉 李澤盺

(1、山東科技大學資源學院,山東 泰安271000 2、山東科技大學智能裝備學院,山東 泰安271000)

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

但在土地測繪時,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,容易發生抖動碰撞,造成坡度儀內部的水準管的損壞,進而導致測試結果的不準確性。并且在土地測繪過程中,因長時間使用坡度儀,工作人員手心會出汗進而易導致坡度儀的滑落并造成儀器損傷,導致坡度儀工作性能不穩定。基于上述原因,本研究小組設計出了一種土地測繪用坡度儀,以提升傳統坡度儀的性能穩定和便捷性。

1 設計思路

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

設置旋轉槽,孔的兩側均開設有旋轉槽使齒輪在旋轉時更加穩定,提高其穩定性；設置承重柱,槽的內部設置承重柱,使工作人員在測繪時可以更加平穩,提高其實用性；開設固定槽,使儀器的承重柱更加穩定；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出現手滑的現象；設置橡膠柱,兩個卡接槽內部固定安裝橡膠柱,使水準管在工作時不會因為碰撞導致水準管破碎,提高其安全性。

2 設計總述

2.1 裝置主體設計

本研究小組研發的一種土地測繪用坡度儀,由以下幾個部分構成。

其中,穩定塊為矩形結構,其頂面開設有穩定孔,穩定孔的內部兩側均開設有旋轉槽,兩個旋轉槽的位置相對應,穩定孔的內部設置有齒輪一,齒輪一相互遠離的兩側均固定安裝有旋轉柱,兩個旋轉柱相互遠離的兩端一直延伸至旋轉槽的內部,齒輪一通過旋轉槽與旋轉柱設置在穩定孔的內部,通過設置旋轉槽,穩定孔的內部兩側均開設的旋轉槽使齒輪一在旋轉時更加穩定,提高了該裝置的穩定性,并且通過齒輪一的旋轉使工作人員在測繪時更加便捷,提高了工作人員的工作效率,通過設置承重柱,穩定槽的內部設置有承重柱,工作人員在測繪時可以更加穩定的測量,提高了該裝置的實用性。具體結構如圖1所示。

圖1 裝置整體結構示意圖

2.2 穩定槽及限位槽設計

穩定槽設計為矩形結構,穩定槽的內部兩側均開設有固定槽,固定槽為圓形槽,兩個固定槽的位置相對應,穩定槽的內部設置有承重柱,承重柱為圓柱形結構,承重柱的兩端均固定安裝在固定槽的內部,承重柱通過固定槽設置在穩定槽的內部,承重柱的外圓壁面固定安裝有橡膠圈。

穩定塊的一側開設有限位槽,限位槽設計為圓形槽,限位槽與穩定孔連通在一起,限位槽的內部設置有旋轉塊,旋轉塊為圓形塊結構,旋轉塊的一側開設有側槽,側槽為圓形通孔,旋轉塊的另一側固定安裝有齒輪二,齒輪二為已有結構在此不作贅述,齒輪二與齒輪一嚙合在一起。

2.3 固定環結構設計

限位槽的內部固定安裝有固定環,固定環設計為圓形環,旋轉塊活動套接在固定環的內圓壁面,固定環的一側設置有刻度盤,刻度盤為已有結構在此不作贅述,固定環的內圓壁面相互遠離的兩側均開設有卡接槽,卡接槽為圓形槽,旋轉塊的一側固定安裝有指示針。通過設置固定環,限位槽內部固定安裝的固定環使齒輪二在轉動時可以更加穩定帶動旋轉塊轉動,使旋轉塊在轉動時可以更加穩定,固定環的一側設置有刻度盤,使工作人員可以精確的取得需要的數據,提高該裝置的精確性。(圖2)

圖2 固定環結構示意圖

2.4 橡膠柱結構設計

在兩個卡接槽的內部均固定安裝有橡膠柱。橡膠柱為橡膠制圓柱形結構,兩個橡膠柱相互靠近的兩側均開設有緩沖槽,緩沖槽為圓形槽,旋轉塊的內部設置有水準管,水準管的兩端均固定安裝在緩沖槽的內部,水準管通過緩沖槽設置在旋轉塊的內部。(圖3)

通過設置橡膠柱,兩個卡接槽內部均固定安裝的橡膠柱,使水準管在工作時不會因為碰撞導致水準管破碎,提高了該裝置的安全性。

圖3 旋轉塊結構示意圖

2.5 齒輪結構設計

在旋轉塊的另一側固定安裝有齒輪二,使工作人員在轉動齒輪一時可以更加快速的帶動齒輪二轉動,提高了該裝置的便捷性。通過設置固定,限位槽內部固定安裝的固定環使齒輪二在轉動時可以更加穩定帶動旋轉塊轉動,使旋轉塊在轉動時可以更加穩定,固定環的一側設置有刻度盤,使工作人員可以精確的取得需要的數據,通過設置橡膠柱,兩個卡接槽內部均固定安裝的橡膠柱,使水準管在工作時不會因為碰撞導致水準管破碎,提高了該裝置的安全性。

2.6 傳動組件應力應變分析

利用Workbench 進行齒輪組件的安全性校核,劃分四面體網格如圖4。

圖4 四面體網格示意圖

對齒輪輪轂基面進行圓柱固定端約束,銷軸配合面加載,齒輪施加徑向力偶。求解總應變變形得到如圖5 結果。

由CAE 分析可知最大應變出現在齒輪輪齒的頂端為0.09853mm,在可接受的應變范圍之內,因此可以斷定該主要部件的總體設計合理,可進一步加工生產。

圖5 分析應變變形示意圖

3 工作原理

本設計團隊研發的一種土地測繪用坡度儀,其內部設有旋轉槽,使齒輪一在旋轉時更加穩定,提高了該裝置的穩定性；同時通過齒輪一的旋轉,使得工作人員在測繪時更加便捷,提高了工作人員的工作效率；通過設置承重柱,工作人員在測繪使可以更加穩定的測量,提高了該裝置的實用性；穩定孔內部兩側開設的固定槽使承重柱可以更加穩定不會晃動,承重柱外圓壁面晃動套接的橡膠圈使工作人員在使用時不會出現手滑的現象,提高了該裝置的實用性,并且在長期使用時使工作人員的使用效果更加舒適,提高了該裝置的舒適性。

通過在旋轉塊的另一側固定安裝齒輪二,使工作人員在轉動齒輪一時可以更加快速的帶動齒輪二轉動,提高了該裝置的便捷性；通過設置固定環,限位槽內部固定安裝的固定環使齒輪二在轉動時可以更加穩定地帶動旋轉塊轉動；固定環的一側設置有刻度盤,使工作人員更為精確的獲得所需要的數據；在兩個卡接槽內部均固定安裝有橡膠柱,使水準管在工作時不會因為碰撞導致水準管破碎,有效提高裝置的整體安全性能。

4 結論

本設計團隊以傳統的土地測繪環境下的坡度儀在使用過程中存在的眾多缺陷為切入點,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施方案進行實地作業。有效的改善了傳統坡度儀因工作環境等原因導致易發生抖動和碰撞、其內部的水準管也易發生損壞以及在實際工作時的不穩定性等缺點。增強土地測繪使用坡度儀的工作壽命及安全穩定性能,更好的滿足了土地測繪工作環境的要求。