Индикатор горизонта

 

Изобретение относится к приборам с инерциальными чувствительными элементами , автономно определяющими плоскость горизонта, и может быть использовано в строительной, горнорудной и авиационной отраслях промышленности, а также при космических и геологических исследованиях . Цель изобретения - повыше- . ние точности. Индикатор горизонта состоит из корпуса 1 с установочным узлом, размещенного в нем чувствительного элемента 3 на газодинамических опорах, узла регистрации состояния индикатора, блока изменения чувствительности и приводного двигателя 11. Подвижные элементы 5 и 6 газодинамических опор снабжены зубчатыми колесами 7 и 8, входящими в зацепление с шестерней 9 на валу двигателя. Такая кинематическая связь обеспечивает встречное вращение упомянутых элементов с одинаковыми скоростями. Ось чувствительности прибора совпадает с осью вращения его чувствительного элемента 3, который при достижении плоскости горизонта, в силу полной симметрии сил и моментов в смазочных слоях газодинамических опор, замедляя свое вращение, останавливается. 1 ил. ел с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з G 01 С 9/00. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

О

ОО

О (21) 4787748/10 (22) 31;01.90 (46) 15.03.92. Бюл. ¹ 10 (71) Институт машиноведения Уральского отделения АН СССР и Челябинский политехнический институт им. Ленинского . комсомола (72) 8. В. Коваленко и П. В. Модерау (53) 528.024,8(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1221493, кл. 6 01 С 9/00, 1983.

Авторское свидетельство СССР

¹ 857883, кл. G 01 P 15/00, 1984. (54) ИНДИКАТОР ГОРИЗОНТА (57) Изобретение относится к приборам с инерциальными чувствительными элементами, автономно определяющими плоскость горизонта, и может быть использовано в строительной, горнорудной и авиационной отраслях промышленности, а также при космических и геологических исИзобретение относится к приборам с инерциальными чувствительными эле.ментами, автономно определяющими плоскость горизонта, и может быть использовано в строительной, горнорудной и авиационной отраслях промышленности, а также при космических.и геологических исследованиях. Установка индикатора горизонта в соответствующем трехстепенном подвесе позволяет измерять углы наклона контролируемого направления, Известные приборы с чувствительными элементами типа "уровень" или "маятниковый отвес", используемые для этих целей, не удовлетворяют совокупности требований . применимости и точности при воздействии

„, Ж, 1719889А1 следованиях. Цель изобретения — повыше, ние точности. Индикатор горизонта состоит из корпуса 1 с установочным узлом, размещенного в нем чувствительного элемента 3 на газодинамических опорах, узла регистрации состояния индикатора, блока изменения чувствительности и приводного двигателя 11. Подвижные элементы 5 и 6 газодинамических опор снабжены зубчатыми колесами 7 и 8, входящими в зацепление с шестерней 9 на валу двигателя. Такая кинематическая связь обеспечивает встречное вращение упомянутых элементов с одинаковыми скоростями, Ось чувствительности прибора совпадает с осью вращения

его чувствительного элемента 3, который при достижении плоскости горизонта, в силу полной симметрии сил и моментов в смазочных слоях газодинамических опор, замедляя свое вращение, останавливается.

1 ил. низких или высоких температур, давлений и других параметров экстремальных условий.

Широкое использование в этих же целях гироскопических и других известных приборов ограничено сложностью их устройства и обслуживания, необходимостью использования специальных источников питания, невысокой надежностью.

Наиболее близким к предлагаемому является прибор, содержащий чувствительную массу, газодинамические опоры ее подвеса в виде стаканов, соединенных с приводными двигателями. Этот прибор может быть использован в качестве датчика горизонта.

Однако для его работы необходимы, в частности, система обработки выходной информации и система автоматического регулирования частоты вращения приводных двигателей, что ограничивает возможность использования прибора в полевых и экспериментальных условиях, сужая область его применения.

Цель изобретения — повышение точности. При этом упрощается и процесс индикации положения горизонта и достигается воэможность визуальной фиксации его.

Поставленная цель достигается тем, что индикатор горизонта, содержащий корпус, чувствитЕльный элемент, две. газодинамические опоры его, приводной двигатель и узел регистрации состояния индикатора, снабжен шестерней, закрепленной на валу двигателя, двумя зубчатыми колесами, жестко связанными с газодинамическими опорами и. входящими в зацепление с шестерней, не менее чем одной вставкой из магнитомягкого материала, закрепленной на чувствительном элементе, и не менее чем одним магнитом, установленным на корпусе с возможностью перемещения.

Регистрация состояния индикатора может осуществляться и визуально.

На чертеже представлена конструкция индикатора горизонта, состоящего из корпуса 1 с прозрачным окном 2 и установочным узлом (не показан) и размещенным в нем чувствительным элементом 3 на газодинамических опорах. Подвижно (в подшипниках 4), элементы 5 и 6 газодинамических опор снабжены зубчатыми колесами 7 и 8, входящими в зацепление с шестерней 9 на ,оси 10 приводного двигателя 11. Установочный узел корпуса (не показан) включает в себя элементы установки прибора на поверхности контролируемого обьекта и визир для ориентирования в нужном направлении. В качестве визира могут быть применены, например, оптические или щелевые прицелы, а в простейшем случае, риска или стрелка на корпусе, ориентированная вдоль оси чувствительности.

В рассматриваемом варианте газодинамические опоры подвеса чувствительной массы выполнены коническими со спиральными канавками (возможно применение газодинамической опоры катушечного типа, стаканов — как в прототипе или сферического газодинамического подвеса, а также любых или иных геометрий газодинамических опор совмещенного типа), Зацепление колес 7 и 8 с шестерней.9 обеспечивает встречное вращение подвижных элементов 5 и 6 газодинамических опор подвеса с одинаковыми угловыми скоростями. Прозрачное окно 2 представляет простейшее исполнение узла регистрации состояния индикатора посредством визуального наблюдения чувствительного

5 элемента, Другими вариантами этого средства могут быть различные электрооптические системы и устройства, включающие в себя линзы, призмы, зеркала или световоды и т,п.

10 Для изменения порога чувствительности чувствительный элемент 3 снабжен магнитомягкими вставками 12, à в корпусе прибора размещены взаимодействующие с ними магниты 13, Изменение положения

15 магнитов, например, винтовым механизмом

14, обеспечивает изменение магнитного взаимодействия с намагничивающимися вставками чувствительного элемента, Совокупность элементов 12, 13 и 14 образует

20 блок изменения чувствительности прибора.

В простейшем варианте прибора для полевых условий целесообразно использовать в качестве приводного пружинный двигатель 11 с ручным подзаводом.

25 Чувствительная масса 3 снабжена крыльчаткой 15 для более эффективного демпфирования ее движения и отбалансирована относительно оси ее вращения.

Перед использованием прибора осуще30 ствляют подзавод пружинного двигателя, Для выполнения работ, связанных с индикацией горизонтальности оси чувствительности прибора (аналогично работам с использованием "уровней" горизонтирова35 ние балок, плит, элементов конструкций или определение факта их негоризонтальности), прибор с помощью установочного узла (корпуса) устанавливается и ориентируется в нужном направлении.

40 Осуществляется пуск двигателя. При этом, шестерня 9 через колеса 7 и 8 приводит во вращение с одинаковыми противоположно направленными угловыми скоростями подвижные элементы 5 и 6 газодинамиче45 ских опор подвеса чувствительного элемента 3. Возникающие реакции в смазочных (газовых) слоях газодинамического подвеса обусловливают всплытие и вращение (при произвольной ориентации в поле тяготения)

50 чувствительного элемента 3. Ось вращения чувствительного элемента является осью чувствительности прибора, При произвольной ориентации прибора в поле тяготения ось чувствительности наклонена к плоско55 сти горизонта, что вызывает смещение чувствительной массы вдоль оси чувствительности и неодинаковую толщину смазочных слоев в опорах подвеса. Возникающее при этом нарушение соотношения моментов вязкого трения в газовых слоях опор

1719889 обусловливает вращение чувствительного элемента с тем большей скоростью, чем больше угол наклона оси чувствительности к горизонту.

Регистрируемое вращение чувствительного. элемента свидетельствует о негоризонтальности визируемого направления контролируемой поверхности. В случае, когда индикатор используется для горизонтирования конструкций (например, при выполнении строительно-монтажных работ), горизонтальность ее индицируется остановкой вращения чувствительного элемента. Отсутствие скорости вращения чувствительной массы возможно лишь при полной симметрии моментов и сил в смазочных слоях газодинамических опор, т.е, при расположении оси чувствительности индикатора в плоскости горизонта.

При необходимости измерения углов наклона индикатор горизонта должен быть установлен в соответствующий трехстепенный подвес с необходимыми шкалами отсчета. При этом индикатор горизонта используется по-прежнему для определения положения горизонта, а упомянутый трехстепенный подвес со шкалами — для отсчета углов наклона.

Таким образом предлагаемый индикатор горизонта обеспечивает индикацию ro5 риэонтальности визируемого направления контролируемой поверхности либо отсутствие ее, и в отличие от прототипа может использоваться как простой, визуальный прибор, что существенно расширяет об10 ласть его применения.

Формула изобретения

Индикатор горизонта, содержащий корпус, чувствительный элемент, две газодинаМические опоры, приводной двигатель и

15 узел регистрации состояния индикатора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, он снабжен .шестерней, закрепленной на валу двигателя, двумя зубчатыми колесами, жестко связанными с

20 газодинамическими опорами и введенными взакрепление с шестерней,,не менее чем одной вставкой из магнитомягкого материала, закрепленной на чувствительном элементе, и не менее чем одним магнитом, 25 установленным на корпусе с возможностью перемещения.