РЕГУЛИРУЕМЫЙ ОТВЕС (ЕГО ВАРИАНТ) Российский патент 1995 года по МПК G01C15/10 

Изобретение относится к маркшейдерско-геодезическому приборостроению, в частности, к приборам и инструментам для задания и контроля вертикали, и могут быть использованы для центрирования маркшейдерских приборов (теодолитов, нивелиров, гиротеодолитов и т.д.) на точках визирования.

При работе с маркшейдерским угломерным прибором, например, теодолитом, его центрируют на точке установки, т.е. совмещают вертикальную ось прибора с отвесной линией, проходящей через точку над или под угломерным прибором. Операция центрирования может быть выполнена с помощью механического отвеса.

Известен центрировочный отвес, содержащий корпус, снабженный в нижней его части стальным заостренным наконечником и осевым отверстием в верхней части. Отвес подвешивается на шнуре, который закрепляется в осевом отверстии пробкой, ввинчивающейся в это отверстие (1).

Пользование таким отвесом, особенно в шахте, для целей центрирования маркшейдерских приборов затруднено, поскольку изменить высоту подвеса отвеса над прибором можно, только сняв отвес с маркшейдерского знака и отмерив требуемую длину шнура, снова закрепить его на точке подвеса.

Известны отвесы с регулируемой длиной нити, например, самоустанавливающийся центрировочный отвес СЦО (2). Этот отвес содержит массивный цилиндрический корпус с конусной нижней частью, в которой на легком трении установлен подвижный центрировочный стержень. На верхней части корпуса в скобе установлена катушка с горизонтальной осью вращения, на которую намотана нить, свободный конец которой пропущен через осевое отверстие в скобе и снабжен крючком для подвески отвеса. Отматывание нити с катушки регулируется с помощью тормозящего устройства, выполненного в виде пластины с выступом, который в прижатом положении создает дополнительное трение в катушке и тем самым препятствует ее вращению.

Такой отвес позволяет гораздо быстрее, чем нерегулируемый устанавливать центрировочный стержень на необходимой высоте над или под прибором. Однако при работе в шахтных условиях в открытую часть отвеса (катушку, установленную в скобе, и тормозящее устройство) забивается пыль и грязь, что снижает надежность работы устройства.

В другом регулируемом отвесе, содержащем удлиненный конусообразный корпус с заостренным наконечником в нижней части, вращающийся относительно горизонтальной оси блок, на который наматывается шнур, установлен в полости корпуса на пробке, закрывающей эту полость (3).

Вращение блока для отматывания нужной длины шнура осуществляется вручную поворотом щек блока, торцевые поверхности которых снабжены накаткой. При этом необходимо преодолеть трение шнура в отверстии пробки, а также усилие, создаваемое эксцентриковой шпулькой, установ- ленной враспор между щеками блока.

Известен также регулируемый отвес (4) в полости корпуса которого установлена подпружиненная катушка для намотки шнура, ось вращения которой совпадает с вертикальной осью корпуса отвеса. Коаксиально катушке в полости установлена втулка с центральным осевым отверстием для выпуска шнура, удерживаемая в корпусе с помощью прижимной гайки. Шнур наматывается на катушку или сматывается с нее при нажатии на верхнюю часть втулки, вращая ее в ту или другую сторону.

Этот отвес так же, как и описанный выше, снаружи имеет гладкую обтекаемую форму без щелей и выступов. Однако конструкция этих отвесов довольно сложна, содержит большое количество сопрягаемых и требующих взаимной подгонки деталей, что значительно удорожает стоимость изготовления отвеса, снижает его технологичность, а также надежность работы отвеса.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является регулируемый отвес (5), содержащий массивный корпус, преимущественно цилиндрической формы, имеющий коническую нижнюю часть с заостренным наконечником. В корпусе выполнена сквозная прорезь, в которой подвижно установлена катушка, имеющая возможность вращения вокруг горизонтальной оси, которая пересекает вертикальную ось отвеса. В верхней части отвеса коаксиально его вертикальной оси вкручен трубчатый винт, через который проходит не намотанная на катушку часть гибкой нити. Нижний конец винта достигается прорези и может быть вкручен в корпус в упор той части гибкой нити, которая остается намотанной на катушке. Это блокирует катушку от вращения в точке, где достигнута желаемая длина шнура.

Надежность работы этого отвеса также невелика из-за наличия резьбового сочленения трубчатого винта с корпусом отвеса, поскольку резьба со временем истирается, забивается грязью, и стопорение вращения катушки на наружной высоте подвеса требует все больших усилий.

Кроме того, при работе с этим отвесом, как и со всеми предыдущими, для регулировки высоты подвеса (шнура или гибкой нити), необходимо одной рукой придерживать корпус отвеса, а другой ослаблять действие тормозящего вращения катушки устройства, например, отжимать рычаг, либо прижимать и вращать втулку, либо выворачивать (отпускать) вкрученный до упора в корпус винт, как в прототипе.

В условиях подземных горных выработок, когда требуется дополнительная подсветка и одна рука, как правило, бывает занята шахтерской лампой, это создает определенные неудобства.

Для повышения надежности работы отвеса в шахтных условиях, а также для повышения удобства его эксплуатации за счет возможности установки отвеса на нужной высоте над прибором одной рукой, предлагается конструкция регулируемого отвеса, содержащего массивный удлиненный корпус с заостренной нижней частью, выполненную в корпусе сквозную прорезь, катушку с двумя боковыми щеками, установленную в прорези корпуса с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси, пересекающей вертикальную ось отвеса и прикрепленную к катушке гибкую нить, пропущенную через осевое отверстие в верхней части корпуса, в котором согласно первому варианту, в корпусе отвеса дополнительно выполнен сквозной клиновой паз переменной ширины, обращенный узкой частью кверху и ортогонально пересекающий сквозную прорезь. Каждая щека катушки с наружной стороны снабжена соосным с ней цилиндрическим выступом, образующая поверхность которого сопряжена с поверхностью клинового паза. Ширина паза в нижней части больше диаметра цилиндрического выступа катушки, и угол сужения паза выбран из условия:
α≅2arctgf, где f - коэффициент трения материала корпуса отвеса и цилиндрического выступа катушки.

Боковые стенки сквозной прорези в корпусе, сопряженные с наружными сторонами щек катушки, выполнены плоскими.

Согласно второму варианту исполнения регулируемого отвеса, в нем сквозная прорезь в корпусе выполнена в виде клинового паза, обращенного узкой частью кверху. Каждая щека катушки с внутренней стороны снабжена соосным с ней цилиндрическим выступом, образующая поверхность которого сопряжена с поверхностью клинового паза. При этом ширина паза в нижней части и угол сужения паза выбраны из тех же условий, что и в первом варианте.

Кроме того, корпус отвеса снабжен плоскими поверхностями, сопряженными с внутренними сторонами щек катушки.

Объединение двух технических решений в одну заявку связано с тем, что обе конструкции регулируемого отвеса решают одни и те же задачи - повышение удобства эксплуатации отвеса в условиях подземных горных выработок, а также повышение надежности работы отвеса - принципиально одним и тем же путем.

Сущность обоих изобретений заключается в том, что цилиндрические выступы катушки, соосные с осью ее вращения, взаимодействуя со сквозным пазом определенной формы в корпусе, образуют клиновой зажим, который позволяет надежно стопорить вращающуюся катушку в нужном положении либо легко выводить ее из заклиненного состояния.

Форма сквозного паза может быть различной от яйцевидной до трапецеидальной и зависит от технологии изготовления отвесов. Определяющими форму паза являются ширина l паза в нижней части, которая должна быть больше диаметра D цилиндрического выступа на расстоянии D/2 от основания паза и позволять выступам щек катушки свободно прокручиваться в пазу корпуса отвеса, обеспечивая наматывание или разматывание нити с катушки, а также угол α сужения паза кверху, обеспечивающий заклинивание выступов катушки в верхней части паза, когда отвес свободно подвешен на нити.

Угол α при вершине клинового паза зависит от материала, из которого изготовлены соприкасающиеся поверхности, и не должен превышать суммы углов трения ϕ в каждой из двух поверхностей соприкосновения. Так как клиновой паз симметричен относительно вертикальной оси, то угол α выбирается из условия
α≅2ϕ.

Поскольку угол трения ϕ определяется из выражения
ϕ = arctgf, где f - коэффициент трения скольжения для материала корпуса и выступов катушки, то
α≅2arctgf.

При таких условиях сила трения между контактирующими поверхностями корпуса отвеса и выступов катушки меньше силы трения скольжения для данных материалов, и катушка находится в состоянии покоя относительно корпуса отвеса, т. е. не прокручивается под действием силы тяжести в пазу корпуса. Выполнение поверхностей корпуса, примыкающих к внутренним или наружным сторонам щек катушки, плоскими позволяет увеличить поверхность контакта выступов катушки и корпуса отвеса и тем самым увеличить надежность работы отвеса.

Изобретения поясняются чертежами, где на фиг. 1 показан в разрезе предлагаемый отвес (первый вариант) с внутренним расположением щек катушки; на фиг. 2 - его поперечный разрез; на фиг. 3 - второй вариант исполнения отвеса с наружным расположением щек катушки; на фиг. 4 - его поперечный разрез; на фиг. 5 - геометрия сквозного паза; на фиг. 6 и 7 - варианты исполнения сквозного паза.

Регулируемый отвес содержит массивный удлиненный корпус 1, преимущественно цилиндрической формы, с конусообразной нижней частью 2. Согласно первому варианту исполнения в корпусе 1 отвеса выполнена сквозная прорезь 3 с плоскими стенками 4, параллельными вертикальной оси отвеса, в которой размещена катушка 5 с двумя боковыми щеками 6, выступающими за габариты корпуса 1. Катушка 5 установлена с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси, пересекающей вертикальную ось отвеса. Гибкая нить 7 одним концом прикреплена к катушке 5 и может наматываться на нее между щеками 6, а другой конец нити 7 пропущен через осевое отверстие 8 в верхней части 9 корпуса 1. Каждая щека 6 катушки 5 снабжена с наружной стороны 10 цилиндрическим выступом 11, соосным с осью вращения катушки 5. В корпусе 1 выполнен также сквозной клиновой паз 12, обращенный узкой частью кверху и пересекающий сквозную прорезь 3 под прямым углом. Форма клинового паза 12 может быть различной, от яйцевидной до трапецеидальной (см. фиг. 5-7).

Ширина l клинового паза 12 в нижней его части несколько больше диаметра D цилиндрического выступа 11, так что этот выступ имеет возможность свободно вращаться в пазу 12, а угол α сужения клинового паза 12 не превышает удвоенный угол ϕ трения для материала корпуса 1 отвеса и сопряженного с ним цилиндрического выступа 11 катушки 5. При этом угол трения ϕ вычисляется по формуле:
ϕ = arctgf, где f - коэффициент трения данного материала. Для отвеса, изготовленного из стали марки сталь 20 угол α не должен быть больше 7,5^о (f = 0,15).

В нижней части корпуса 1 отвеса на легком трения установлен выдвижной центрировочный стержень 13 со штифтом 14.

В другом варианте исполнения сквозная прорезь в корпусе 1 отвеса выполнена в виде клинового паза 12, обращенного узкой частью кверху. В пазу 12 установлена с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси, пересекающей вертикальную ось отвеса, катушка 5 с двумя боковыми щеками 6, внутренние стороны 15 которых снабжены соосными с осью вращения катушки 5 цилиндрическими выступами 11, образующие поверхности которых соприкасаются с поверхностью клинового паза 12. Форма и определяющие размеры клинового паза 12 выбираются аналогично первому варианту исполнения отвеса. Щеки 6 катушки 5 выступают за габариты корпуса 1, и их торцевые поверхности снабжены накаткой для удобства эксплуатации. Гибкая нить 7 одним концом прикреплена к катушке 5 и может наматываться на нее между цилиндрическими выступами 11, а другой конец нити 7 пропущен через осевое отверстие 8 в верхней части 9 корпуса 1.

Примыкающая к внутренним сторонам 15 щек 6 катушки 5 поверхность корпуса 1 снабжена плоскими поверхностями 16, например, плоскими выборками.

Отвес используют следующим образом.

При центрировании маркшейдерского прибора, например, теодолита, его устанавливают на штатив или консоль и приводят его вертикальную ось в отвесное положение.

Петлю на конце гибкой нити 7 отвеса надевают на крючок маркшейдерского знака и регулируют высоту отвеса так, чтобы острие центрировочного стержня 13 отвеса почти касалось верхнего центра теодолита. Для этого берут отвес в правую руку, выводят катушку 5 отвеса из заклиненного положения, слегка нажимая большим пальцем на выступающую часть оси катушки 5 и приводя ее тем самым в крайнее положение в пазу 12 корпуса 1 отвеса. При этом катушка 5 получает возможность свободно вращаться, отматывая (стравливая) намотанную на нее нить 7 до нужной длины. Затем отвес выпускают из руки, и под действием силы тяжести цилиндрические выступы 11 щек 6 катушки 5 вновь заклиниваются в пазу 12 корпуса 1 в сужающейся его части, ширина которой меньше диаметра цилиндрического выступа. А поскольку угол сужения паза 12 меньше удвоенного угла трения материала корпуса отвеса и цилиндрических выступов, катушка не может прокручиваться в пазу и прочно стопорится.

Для уменьшения длины подвеса отвес снова берут в руку, перемещают катушку в нижнее свободное положение, и вращая большим пальцем накатанную торцовую поверхность щек катушки 5, наматывают на нее нить 7.

После окончания работы заостренный центрировочный стержень 13 вдвигают в нижнюю часть корпуса отвеса с помощью штифта 14.

Конструкции регулируемого отвеса просты в изготовлении, технологичны, удобны в эксплуатации, надежны в работе за счет того, что истирание и загрязнение трущихся поверхностей с течением времени не препятствует работе клинового зажима и не требует замены катушки.

Использование: изобретение относится к маркшейдерско-геодезическому приборостроению и может быть использовано для центрирования маркшейдерских приборов (теодолитов, нивелиров и т. д.) на точках визирования. Сущность изобретения: для повышения надежности работы отвеса в шахтных условиях, а также для повышения удобства его эксплуатации за счет облегчения возможности установки отвеса на нужной высоте над прибором, в отвесе, содержащем массивный удлиненный корпус с заостренной нижней частью, катушку с двумя боковыми щеками, установленную в прорези корпуса с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси, проходящей через вертикальную ось отвеса, и намотанную на катушку гибкую нить, согласно первому варианту исполнения, каждая щека катушки снабжена соосным с ней цилиндрическим выступом, образующая поверхность которого сопряжена с поверхностью дополнительного выполненного в корпусе сквозного клинового паза определенных размеров, обращенного узкой частью кверху, и ортогонально пересекающего прорезь в корпусе. Согласно второму варианту исполнения регулируемого отвеса, каждая щека катушки снабжена соосным с ней цилиндрическим выступом, образующая поверхность которого сопряжена с поверхностью сквозной прорези в корпусе, выполненной в виде клинового паза определенных размеров, обращенного узкой частью кверху. 2 с.п.ф-лы, 4 з.п.ф-лы, 7 ил.

РЕГУЛИРУЕМЫЙ ОТВЕС (ЕГО ВАРИАНТ).