一种土地测绘用坡度仪的设计开发

丰子扬 程宝嘉 李泽盺

(1、山东科技大学资源学院,山东 泰安271000 2、山东科技大学智能装备学院,山东 泰安271000)

随着科技的进步以及建筑的需要,测绘仪器有了很大发展。其中坡度仪是一种在土地测绘时所用到的仪器,主要功能是可以进行地籍测量控制点、界址点的实地选点、埋石以及运用操作经纬仪等仪器对土地及其附属物的量距、水平角、垂直角、水准测量进行观测等。

但在土地测绘时,操作人员通常需携带大量的测绘工具,坡度仪在携带过程中,容易发生抖动碰撞,造成坡度仪内部的水准管的损坏,进而导致测试结果的不准确性。并且在土地测绘过程中,因长时间使用坡度仪,工作人员手心会出汗进而易导致坡度仪的滑落并造成仪器损伤,导致坡度仪工作性能不稳定。基于上述原因,本研究小组设计出了一种土地测绘用坡度仪,以提升传统坡度仪的性能稳定和便捷性。

1 设计思路

通过分析传统的土地测绘坡度仪器,研究小组传统的土地测绘用坡度仪存在许多不足,其中主要体现在易发生抖动碰撞、其内部的水准管易发生损坏以及工作性能不稳定等。为此我们提出了以下解决方法：

设置旋转槽,孔的两侧均开设有旋转槽使齿轮在旋转时更加稳定,提高其稳定性；设置承重柱,槽的内部设置承重柱,使工作人员在测绘时可以更加平稳,提高其实用性；开设固定槽,使仪器的承重柱更加稳定；在承重柱外圆壁面套接橡胶圈,使工作人员在使用过程中不会出现手滑的现象；设置橡胶柱,两个卡接槽内部固定安装橡胶柱,使水准管在工作时不会因为碰撞导致水准管破碎,提高其安全性。

2 设计总述

2.1 装置主体设计

本研究小组研发的一种土地测绘用坡度仪,由以下几个部分构成。

其中,稳定块为矩形结构,其顶面开设有稳定孔,稳定孔的内部两侧均开设有旋转槽,两个旋转槽的位置相对应,稳定孔的内部设置有齿轮一,齿轮一相互远离的两侧均固定安装有旋转柱,两个旋转柱相互远离的两端一直延伸至旋转槽的内部,齿轮一通过旋转槽与旋转柱设置在稳定孔的内部,通过设置旋转槽,稳定孔的内部两侧均开设的旋转槽使齿轮一在旋转时更加稳定,提高了该装置的稳定性,并且通过齿轮一的旋转使工作人员在测绘时更加便捷,提高了工作人员的工作效率,通过设置承重柱,稳定槽的内部设置有承重柱,工作人员在测绘时可以更加稳定的测量,提高了该装置的实用性。具体结构如图1所示。

图1 装置整体结构示意图

2.2 稳定槽及限位槽设计

稳定槽设计为矩形结构,稳定槽的内部两侧均开设有固定槽,固定槽为圆形槽,两个固定槽的位置相对应,稳定槽的内部设置有承重柱,承重柱为圆柱形结构,承重柱的两端均固定安装在固定槽的内部,承重柱通过固定槽设置在稳定槽的内部,承重柱的外圆壁面固定安装有橡胶圈。

稳定块的一侧开设有限位槽,限位槽设计为圆形槽,限位槽与稳定孔连通在一起,限位槽的内部设置有旋转块,旋转块为圆形块结构,旋转块的一侧开设有侧槽,侧槽为圆形通孔,旋转块的另一侧固定安装有齿轮二,齿轮二为已有结构在此不作赘述,齿轮二与齿轮一啮合在一起。

2.3 固定环结构设计

限位槽的内部固定安装有固定环,固定环设计为圆形环,旋转块活动套接在固定环的内圆壁面,固定环的一侧设置有刻度盘,刻度盘为已有结构在此不作赘述,固定环的内圆壁面相互远离的两侧均开设有卡接槽,卡接槽为圆形槽,旋转块的一侧固定安装有指示针。通过设置固定环,限位槽内部固定安装的固定环使齿轮二在转动时可以更加稳定带动旋转块转动,使旋转块在转动时可以更加稳定,固定环的一侧设置有刻度盘,使工作人员可以精确的取得需要的数据,提高该装置的精确性。(图2)

图2 固定环结构示意图

2.4 橡胶柱结构设计

在两个卡接槽的内部均固定安装有橡胶柱。橡胶柱为橡胶制圆柱形结构,两个橡胶柱相互靠近的两侧均开设有缓冲槽,缓冲槽为圆形槽,旋转块的内部设置有水准管,水准管的两端均固定安装在缓冲槽的内部,水准管通过缓冲槽设置在旋转块的内部。(图3)

通过设置橡胶柱,两个卡接槽内部均固定安装的橡胶柱,使水准管在工作时不会因为碰撞导致水准管破碎,提高了该装置的安全性。

图3 旋转块结构示意图

2.5 齿轮结构设计

在旋转块的另一侧固定安装有齿轮二,使工作人员在转动齿轮一时可以更加快速的带动齿轮二转动,提高了该装置的便捷性。通过设置固定,限位槽内部固定安装的固定环使齿轮二在转动时可以更加稳定带动旋转块转动,使旋转块在转动时可以更加稳定,固定环的一侧设置有刻度盘,使工作人员可以精确的取得需要的数据,通过设置橡胶柱,两个卡接槽内部均固定安装的橡胶柱,使水准管在工作时不会因为碰撞导致水准管破碎,提高了该装置的安全性。

2.6 传动组件应力应变分析

利用Workbench 进行齿轮组件的安全性校核,划分四面体网格如图4。

图4 四面体网格示意图

对齿轮轮毂基面进行圆柱固定端约束,销轴配合面加载,齿轮施加径向力偶。求解总应变变形得到如图5 结果。

由CAE 分析可知最大应变出现在齿轮轮齿的顶端为0.09853mm,在可接受的应变范围之内,因此可以断定该主要部件的总体设计合理,可进一步加工生产。

图5 分析应变变形示意图

3 工作原理

本设计团队研发的一种土地测绘用坡度仪,其内部设有旋转槽,使齿轮一在旋转时更加稳定,提高了该装置的稳定性；同时通过齿轮一的旋转,使得工作人员在测绘时更加便捷,提高了工作人员的工作效率；通过设置承重柱,工作人员在测绘使可以更加稳定的测量,提高了该装置的实用性；稳定孔内部两侧开设的固定槽使承重柱可以更加稳定不会晃动,承重柱外圆壁面晃动套接的橡胶圈使工作人员在使用时不会出现手滑的现象,提高了该装置的实用性,并且在长期使用时使工作人员的使用效果更加舒适,提高了该装置的舒适性。

通过在旋转块的另一侧固定安装齿轮二,使工作人员在转动齿轮一时可以更加快速的带动齿轮二转动,提高了该装置的便捷性；通过设置固定环,限位槽内部固定安装的固定环使齿轮二在转动时可以更加稳定地带动旋转块转动；固定环的一侧设置有刻度盘,使工作人员更为精确的获得所需要的数据；在两个卡接槽内部均固定安装有橡胶柱,使水准管在工作时不会因为碰撞导致水准管破碎,有效提高装置的整体安全性能。

4 结论

本设计团队以传统的土地测绘环境下的坡度仪在使用过程中存在的众多缺陷为切入点,研制出了一种土地测绘用坡度仪,并可以通过上述的具体实施方案进行实地作业。有效的改善了传统坡度仪因工作环境等原因导致易发生抖动和碰撞、其内部的水准管也易发生损坏以及在实际工作时的不稳定性等缺点。增强土地测绘使用坡度仪的工作寿命及安全稳定性能,更好的满足了土地测绘工作环境的要求。