Аппарат для измерения площадей на местности Советский патент 1934 года по МПК G01C7/04 G01B5/26 

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 Б 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 or 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 АЛС по фиг. 1; фиг. 3 - разрез по линии fD на фиг. 1; фиг. 4-вид части аппарата сверху; фиг. 5, 6 и 7-схемы, поясняющие работу аппарата; фиг. 8-- разрез по линии 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 I (фиг. 6). При переходе колес из точки А в бесконечно близко расположенную точку В (фиг. 5), правое колесо пройдет путь dLi Rda., а левое, расположенное дальше, для которого радиус кривизны будет (/ + /), пройдет путь dL-i (R-}-l) da.. Чпсло оборотов правого колеса на пройденном пути будет - а число оборотов вого колеса - - ( + Q Д j 2 - : - r.d T.d Разность оборотов колес будет .tu.«dn «2 - «1 -:Г7 Разность оборотов на участке пути при изменении азимута от О до а будет J.-Л , г « При а, выраженном в градусах,

J Т

1

-J- а

а. ТбО

180

d

Для замкнутого контура « 360°, а потому

«о 2 - «1 . -г 360

180 d

2- const.

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: см, uf 100 см - тогда при объезде замкнутого контура получится разность оборотов колес:

2 оборота. Пропорциональность азимута разно & d

d-

«&

7 Л

de ds / I ч do йб из

Л. -j- -,- («2 + «i) -:г- r- -:r° di da I di, dj da

(«2 + «i) Д

6-7 8-93-5

Здесь n с соответствующим индексом обозначает число оборотов зубчатки с номером индекса, а г-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 /О будет равно:

JO 10 («l+«2) 3-5 /6-7 8-9 (1)

Вал / получает вращение от одного из колес двуколки (в данном случае правого), а вал 2 - от другого. Передаточсти оборотов колес использована для получения этого азимута в аппарате следующим образом. Вал / (фиг. I), получающий вращение от одного из колес двуколки, несет на кривошипе 4 систему зубчаток 5, б, 7, 8 и 9 (фиг. 1 и 3). Зубчатка 9 вращает ось /О, на которой она насажена. Если бы указанная система зубчаток не приводилась в движение, то ось Ю имела бы то же число оборотов, что и вал /. 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 /Л Найдем, чему будет равно число оборотов за какой-нибудь промежуток времени оси JO, в результате вращения ее от валов / и 2. Число оборотов, получаемое от вала /, будет равно по величине числу оборотов этого вала, т. е. rtio «i и по направлению совпадать с вращением этого вала. Вращение, получаемое от вала 2 через систему зубчатых колес 3-5, 6-7 и 5-Я по направлению будет совпадать с вращением этого вала, а число оборотов будет равно: ные числа от колес к валам приняты равными единице, а потому п п (правое); «2 «лев. (левое). Передаточные числа ззбчатых колес приняты 3-5 4; ) S-S 2 Подставляя все эти данные в формулу 1, получим «10 («лев. +«пр.) 4 1 I -V лев.. Эта формула показывает, что результативное число оборотов оси /О 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 « - 2, а потому ось W сделает число оборотов , 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 пронорциональности азимута разности оборотов заключаем, что в каждый данный момент поворот оси 0 от начального положения будет равен азимуту направления, по которому движется двуколка. Вал 2 несет насаженную на нем зубчатку //и посредством этой зубчатки, системы зубчаток /2, 13, 14, вала 15 и зубчатки на конце этого вала, вращает диск /7, а этот в свою очередь диск 18. Диски 17 и 18 одинакового диаметра и вращаются с одинаковой скоростью. Зубчатки 13, 14 предназначаются для изменения числа гектаров, приходящихся на один оборот оси счетчика. При вращении диски /7 и 18 посредством силы трения приводят в,о вращение диски 19 и 20. Диск /Р может перемещаться по вертикальному диаметру диска 18 вверх и вниз, а диск 20-по горизонтальному диаметру диска 77 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 21 имеется прорез 24, в который входит палец 25 кривошипа 26, насаженный на оси 10. При повороте последнего палец 25, скользя в прорезе 24, будет перемещать стержни 21, 22, а вл(есте с ним и диск 19 вверх и вниз. Диск 20 укрепляется на щтанге 27, двигающейся по направляющей щтанге 2S. В щтанге 27 имеется прорез 29, в котором ходит палец кривошипа. При вращении кривощипа палец 25 будет двигать щтангу 27, а вместе с ней и диск 20 вправо и влево. Если обозначить длину кривощипа 26 через /26 и угол между кризощипом и вертикальным диаметром диска fS через « и этот же угол принять за азимут касательной к контуру, то расстояние дисков J9 и 20 от соответствующих центров будет: для диска 19 - х /26 cos а, а для диска 20 у /ос sin « и соответствующие числа оборотов этих дисков: Wjg 2 Zjg cos о 18- 19- COS а:- 2 11-12 J3-U 16-17 18-19 COSH - nj COS a, (здесь принято 2/25 rfj5 /j,). sin a Я, t sin y. «20 « где и - числа оборотов, - диаметры и i-передаточные числа. Из этого видно, что диск 7Р 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 5/, имеющие скорость вращения, равные величинам, составляющим скорость движения повозки. Означенные валы сочленены

со счетчиком 37 при помощи фрикционного диска 32, установленного на конце вала 56, и фрикционного ролика 36, укрепленного с осью счетчика на штанге 5. 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 55 счетчика 37.

Найдем, чему будет равняться число оборотов ролика 36 и вместе с тем оси JJ счетчика при перемещении двуколки из точки А местности в точку Е 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 л-ов, параллельной меридиану и соответствующей положению ролика 56 в центре диска 32 (y MY, где М- масштаб и F-расстояние в натуре).

Число оборотов ролика 36 в секунду г этот момент будет:

2 у «322 у «2 COS а

364

-й„

При перемещении в точку В расстояние у изменится, а потому изменится и число оборотов. Увеличение расстояния у будет на величину

dy r.d.,. п. . dt «2 sin а т: d., . dt

-:- . г . sin а (1„„ dt а

f- 1) Sin а ri - Ж dl sin а

к

dl sin а,

где у - скорость двуколки по земле, d. - диаметр колеса двуколки число оборотов вала 2 равно числу оборотов

33

колеса M i-j- dL vdt - отрезок

АВ на местности и dl Q масштабе Ж. Отсюда следует, что -.

Подставляя новое удаление ролика 56 от центра, найдем число оборотов в секунду в точке В:

2.( dl sin 2 JZgj

I

d- Т

36

ж

2 у п i cos 3

36

2 dl sin a «2 i cos t M

Среднее число оборотов в секунду при перемещении из точки А в точку В будет:

36А + «36В 2 угу COS а

V (I,,,

(П sin а г V cos а

36

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

,, 2у iv cos се

dt: -4--.dt-}n

ср.

I dl sin a i«; cos a ,,

.

Умножив H разделив правую часть

равенства на d, заменив i через М,

а V dt через dL и дальше Ж(й через dl, получим:

1 1 1

j;rf/ cos о( + - - -j-

.я

33

1-f 4- dlsinadlcos

Выражение в скобках представляет площадь между осью л;-ов и отрезком dl, а эта последняя в масштабе М представляет ту же площадь в натуре. Из этого видно, что число оборотов оси счетчика будет пропорционально площади между отрезком контура длиной dL и осьюл:-оз.

так как сумма этих площадок при замкнутом контуре равна площади контура, то и число оборотов счетчика будет пропорционально этой площади контура. Вынося из последнего выражения, стоящего в скобках, за скобки величину l/ и обозначая через р площадь в натуре между кривой и осью х-ов, получим:

« T-|-7 -i-- -p;

33

отсюда 33 а площадь контура 2г4г.й P A dn. При S йл 1, т. е. при одном обороте оси счетчика, Л будет площадью, приходящейся на один оборот оси 55. Если все размеры выразить в метрах, то для получения площади в гектарах нужно коэфициент разделить на 10000. Для схемы имеем 36 0,025 м d, 0,025 м. i 11-1-2 -13-и 16-17 18-19 и 1 lie 4 3 40 40 3200; 33 2 3,14 . 0,025 - 0,025. р. 1 1000 (V,,)2 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-оъ, причем наибольший возможный размер будет , где /зг-диаметр

диска 32, а К - вытянутость контура в натуре по оси у-оъ.

Для схемы ,6 3200 1920 л: ил и при квадратной форме контура будет покрыта площадь, примерно 360 га.

Счетчик 37 ставится на оси 35 и 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 36, 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, сочлененных 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 26, соединенного с осью 10 диференциального механизма для получения азимута.

Ф«г.2

Фиг. i