ПИПУНЫРОВ ИСТОРИЯ ЧАСОВ

Рис. 248. Схема электрического привода косвенного действия Хоуп-Джонса

а — с использованием хода гравитационного типа; 6 — с использованием хода Грагама

трическая цепь пойдет теперь от батареи по проводу 6 к магниту D' и по про­ воду 7 к рычагу G, к контакту на левой стороне маятника, а через пружин­ ный подвес маятника к циферблату и обратно к батарее. Цикл действия оди­ наков на обеих сторонах и повторяется при каждом колебании маятника дей­

Последний поднимает грузовой рычаг в его наивысшее положение. Для непре­ рывного хода часов в момент подъема грузового рычага в наивысшее его по­ ложение храповое колесо соединено с зубчатым колесом привода и шестерен­ кой спуска посредством пружины, которая и сообщает часам движение. Сто­ порная собачка предусмотрена для того, чтобы не допускать противоположно­ го движения храпового колеса.

Эти часы фактически являются обычными механическими часами с приво­ дом от груза, который замыкает цепь электрического завода. Энергия завода передается спусковому колесу.

Электрический переключатель служит для последовательного включения в цепь вторичных часов, чтобы переводить минутную стрелку каждые полми­ нуты и для передачи импульса маятнику через каждые 15 полных колебаний (что при секундном маятнике составляет 30 с). Посредством этого устройства контакты замыкаются через каждые 30 с; в промежутки между контактами

Маятник Р при каждом колебании влево захватывает посредством собачки с полуспиленным корнеолевым штифтом новый зуб храпового колеса К, а при каждом правом колебании поворачивает это колесо на один зуб вправо (по направлению стрелки). На оси храпового колеса укреплен рычажок В, кото­ рый, вращаясь вместе с колесом, подходит к защелке V через определенные промежутки времени и освобождает ее. Тогда левый конец F обратного ры­ чага S начинает опускаться вниз под действием силы тяжести. При этом ролик F будет катиться по наклонной плоскости Q, которая укреплена на штанге Р маятника, сообщая ему импульс. Рычаг S будет поворачиваться вле­ во до тех пор, пока контактная пружина Т не коснется винта W, укрепленного на верхнем конце железного якоря L.

Тогда ток батареи, питающей электромагниты, пойдет через обмотки Mt и М2, якорь L, винт W, пружину Т, тело рычага S и через гибкий проводник к минусу батареи. Якорь притянется, подбросит коленчатый рычаг S в преж­ нее положение и подхватится защелкой V. После этого маятник будет по­ ворачивать колесо К до тех пор, пока рычажок В снова не подойдет к за­ щелке V, и т. д.

Маятник получает импульс после 15 полных колебаний, и если он се­ кундный, то два раза в минуту. В цепь батареи последовательно включены вторичные неполяризованные часы, которые перебрасывают стрелку каждые полминуты, причем число подключенных часов определяется напряжением пи­ тающей батареи.

Размеры и форма наклонной поверхности Q и ее взаимное расположе­ ние с импульсным роликом F подбираются с таким расчетом, чтобы импульс был кратковременным, равномерным по всей длине импульсной поверхности и начинался до прохождения маятником положения равновесия. Это необходи­ мо для того, чтобы импульс не мог сказаться на периоде колебания маятника. В конструкции «Синхронома» все это предусмотрено и составляет несомнен­ ное преимущество устройства.

В заключение следует отметить, что основной принцип синхронного пере­ ключателя был найден Хоуп-Джонсом уже в 1895 г., но успешно применен толь»

бретателей, и в течение 65 лет было предложено немало вариантов конструк­ ций часов со свободным ходом маятника, с применением для этого средств механики и электротехники. Во всех этих ранних проектах оказалось немало устройств и деталей, которые потом были использованы для создания астроно­ мических часов с двумя маятниками: одним — рабским и другим — свободным.

В 1879 г. цель этой работы была ясно сформулирована Дэвидом Джиллом в его рекомендациях комитету, которому ассоциацией поощрения науки было поручено изучение вопроса улучшения хода астрономических часов. Джилл ясно себе представлял, что точное измерение времени возможно только при применении маятника, совершающего колебания при неизменной ампли­ туде, при постоянстве атмосферного давления и температуры, а также в слу­ чае передачи функции отсчета колебаний вспомогательному устройству. Раз­ рабатывая в обсерватории на мысе Доброй Надежды астрономические часы с таким вспомогательным устройством, он стремился к созданию совершенно свободного хода маятника часов. Однако ему не удалось довести эту работу до конца, часы оказались недостаточно надежными и дальнейшие работы по их совершенствованию были приостановлены после отставки Джилла, но в от­ чете обсерватории за 1904 г. сохранилось описание отдельных механизмов его часов. В этом отчете вспомогательному маятнику присвоено наименование «рабского» (slave pendulum), которое не вышло из употребления в техниче­ ской литературе по часам до сих пор. Основные черты механизма часов Джил­ ла были уже намечены в работе Рэдда, которая, по-видимому, не была известна Джиллу, когда он создавал свои часы. Свое изобретение Рэдд описывает в

Рис. 250. Часы Рэдда с применением двух маятников Рис. 251. Схема часов О'Леру

Маятник Р свободно колеблется; для счета этих колебаний нет особого счетного колеса. Вспомогательное устройство своим главным назначением имеет осуществление электромагнитных контактов притяжением якоря А к электромагниту М. Якорь А, будучи связан с рычагом В, а через него с устрой­ ством С и D, может освобождать механизм подачи импульса свободному маят­ нику, который приводится в действие гирей W. Сигнал для подачи импульса исходит от свободного маятника, который и согласует его действие со вспомо­ гательным устройством.

Важность нововведений, содержавшихся в статьях Рэдда, не сразу была понята и признана, хотя в то время велось много работ над часами, приводи­ мыми в действие от электромагнита, и по синхронизации хода часов. Успешное применение электрического привода к маятнику взамен груза требовало ко­ ренного отступления от прежней конструкции ходового механизма. Наконец, было установлено, что импульсы не должны быть частыми, а должны повто­ ряться с 30-еекундными интервалами, причем импульс должен подаваться без возмущающего действия на маятник, т. е. при минимально возможном уси­ лии. Выявилась в связи с этим необходимость подавать энергию отдельно для подачи импульсов я для осуществления контакта, синхронизирующего ход ча­ сов с главными часами.

В этой связи небезынтересно остановиться на имевших место уже после Рэдда и Джилла попытках ряда изобретателей (О'Леру, Парсонса, Бартрума

и др.) создать механические и электромеханические устройства, нужные для обеспечения свободного хода маятниковых часов.

О'Леру, специалист в области сейсмографии, использовал обычные балан­ совые часы, приводимые в действие от ходовой пружины в качестве вспомо­ гательного средства (рабский маятник), для измерения интервалов времени между подачами импульса свободному маятнику (рис. 251). Вспомогательные часы имеют некоторое опережение хода, чтобы этот ход подравнивать с глав­ ными часами.

Свободный маятник В совершает колебание без связи с механизмом часов до очередного импульса. Вспомогательные часы, отмерив минуту счетным коле­ сом /, ударяют по выступу рычага N рычагом К, расположенным на оси с ко­ лесом /. Тогда палета R соскакивает с контрпалеты Q, при этом выступ N по­ падает в выемку / рычага К, а пружинный палец О опускается в промежуток между любыми двумя штифтами Р, размещенными на балансовом колесе G, таким образом сразу же останавливая ход вспомогательных часов. Освобож­ денный рычаг С с импульсным роликом Е на левом конце падает на поверх­ ность покоя палеты А маятника для подачи импульса.

После подачи импульса маятнику рычаг С с импульсным роликом Е спа­ дает с палеты А маятника и свободно падает. При этом стойка W рычага С, ударяясь о рычаг S, приводит в действие кулачок Н, связанный через пружину с рычагом S. В свою очередь кулачок Н воздействует на рычаг U и стойку V. При этом поднимается N, и рычаг С снова возвращает Q под R. Ход вспомо­ гательных часов освобождается и отмеряет следующую минуту до подачи импульса.

На свое изобретение О'Леру в 1918 г. получил в Англии патент.

Электрические часы со свободным маятником Бартрума впервые были опи­ саны в 1917 г. самим автором [331]. В них в новом исполнении воплощен принцип устройства свободного маятника с применением вспомогательных ча­ сов, впервые использованный в устройстве часов Рэдда. Часы Бартрума, повидимому, были первыми часами такого типа, которые оказались надежными в работе.

Между импульсами маятник этих часов совершает колебание налево со­ вершенно свободно. Импульс подается один раз в минуту в продолжение незна­ чительной доли секунды. После получения импульса свободный маятник подает синхронизирующий сигнал вспомогательным часам. Последние приводятся в действие грузом и имеют ход Грагама.

Импульс сообщается свободному маятнику силой тяжести, падающей с одной и той же высоты, т. е. силой, постоянной по величине. Освобождение импульсного рычага осуществляется действием электромагнита вспомогатель­ ных часов. После импульса рычаг отходит и замыкает контакт, чтобы свобод­ ный маятник мог сообщить синхронизирующий сигнал вспомогательным часам. Возврат в прежнее положение импульсного рычага происходит также под дей­ ствием электромагнита вспомогательных часов. Затем вспомогательные часы отмеривают интервал времени для подачи следующего импульса свободному маятнику ближе к концу 60-й секунды, т. е. перед освобождением импульсного рычага для подачи последующего импульса свободному маятнику. Любая погрешность в синхронности работы вспомогательных часов с ходом свободного маятника устраняется автоматически изменением величины амплитуды колеба­ ния маятника вспомогательных часов, продолжающимся до тех пор, пока их

Рис. 252. Схема часов Бартрума

Рис. 253. Схема электрических ча­ сов Парсонса и Белла

действия не придут в полное согласие и погрешность таким образом не будет устранена. Синхронизатор обладает тем достоинством, что он может оказывать синхронизирующее действие не только на ход маятника вспомогательных ча­ сов, но и на фазу его колебания.

Если в часах О'Леру вспомогательные часы немного спешат и для того, чтобы сравнять ход этих часов с главными часами, они останавливаются на время этого опережения, то в часах Бартрума сихронизация хода вспомога­ тельных часов с ходом свободного маятника осуществляется путем автомати­ ческого регулирования хода вспомогательных часов (рис. 252).

Легкий рычаг /, присоединенный к маятнику вспомогательных часов GH, сцеплен со счетным колесом С, которое приходит в движение один раз в ми­ нуту. Штифт F на счетном колесе проходит между двумя контактными пру­ жинами и ежеминутно замыкает контакт на небольшую долю секунды, согла­ сованно с ходом вспомогательного маятника. Этот контакт приводит в дей­ ствие электрическую цепь А, которая освобождает импульсный рычаг свобод­ ного маятника DE и позволяет камневому колесику рычага падать на горизон­ тальную поверхность импульсной палеты свободного маятника.

Если вспомогательные часы спешат, камневое колесико может находить­ ся дольше на этой горизонтальной поверхности, если они отстают — более ко­ роткое время. Электрическая цепь А может также включать электромагнит для освобождения рычага, регулирующего колесо синхронизатора, находяще­ гося подле маятника вспомогательных часов, с тем чтобы это колесо могло на­ чать вращаться.

Если маятники первичных и вспомогательных часов находятся в одной и той же фазе колебания, регулирующее колесо (timing wheel) поворачивается на 1/4 оборота, когда синхронизирующий сигнал от первичных часов дойдет до вспомогательных часов. Звездчатое колесико, установленное ниже регулирую­ щего колеса, не может начать вращаться, пока прерыватель имеет возмож­ ность проходить между двумя регулирующими палетами. Если вспомогатель­ ные часы отстают, регулирующее колесо сделает четверть оборота в момент подачи синхронизирующего сигнала. Тогда левосторонняя палета будет сцеп-

лена с прерывателем. Благодаря этому звездчатое колесико продвинется на один зуб против часовой стрелки. Если вспомогательные часы спешат, регули­ рующее колесо сделает точно 1/4 оборота, тогда как звездчатое правостороннее переместится палетой на один зуб в направлении часовой стрелки.

На барабан, сидящий на общей оси с звездчатым колесом, намотана нить, которая присоединена к нижнему концу геликоидальной пружины, связанной с маятником вспомогательных часов. Само собой разумеется, что, когда звезд­ чатое колесо вращается против часовой стрелки, происходит растяжение пру­ жины, вследствие чего вспомогательные часы в конце секунды будут спешить, вращение колеса по часовой стрелке вызовет уменьшение напряжения пружи­ ны и ход часов будет относительно медленным. Таким образом достигается устранение погрешности в ходе вспомогательных часов.

Электрические часы Парсонса и Белла 1919 г. (рис. 253), если их оцени­ вать с технической точки зрения, являются часами того же типа, что и часы О'Леру. Если и существует между ними различие, оно заключается в том, что переустановка импульсного рычага гравитационного типа и подзавод осуще­ ствляются магнитным путем, а не механическим, как в часах О'Леру.

А — маятниковая вилка, В — штифт для сцепления маятника, С — спуско­ вое устройство с малым маятником (балансиром) D вспомогательных часов. Это спусковое устройство и балансир опускают стержень Е и рычаг F каждые полминуты. При этом отросток G останавливает вспомогательные часы, а пу­ тем нажатия рычага F на Н освобождается импульсный рычаг L от рычага /. Тогда, при колебании маятника налево ролик J падает на дугообразную на­ клонную поверхность (если это падение было преждевременным) или на им­ пульсную поверхность (в случае своевременного падения). По завершении ко­ лебания маятника импульсный рычаг L замкнет контакт М, электромагнит .V притянет якорь О, который передвинет рычаги L и Н в прежнее положение. Отросток G освободит вторичные часы, и они начнут отмерять следующие пол­ минуты.

Размыкание тока в положении М происходит механически. Освобождение L от I происходит на 1/5— 1/10 часть ранее, чем J от К.

Часы Шорта с двумя маятниками

Астрономические часы В. X. Шорта имеют два маятника, при­ чем в основу их работы положен своеобразный «принцип разде­ ления труда». Новым и важным в данном случае является рас­ пределение обязанностей между этими двумя маятниками, из которых один, так называемый свободный маятник, фактически поставлен в наилучшие условия работы с точки зрения получе­ ния высокой степени точности хода. Этот маятник вступает во взаимодействие с прочими частями часов только один раз в 30 с и то на ничтожную долю секунды, притом в такой момент, когда маятник проходит через положение равновесия, т. е. ког­ да он менее всего чувствителен к внешним возмущающим толч­ кам. Он выполняет только работу по хранению времени и по корректировке хода рабского маятника (один раз в 30 с).

Рис. 254. Схема часов Шорта с двумя маятниками

Рабский маятник несет всю работу по пуску в действие им­ пульсных рычагов, передвижению стрелок, посылке электриче­ ских секундных сигналов и т. д. Благодаря этому достигается освобождение главного (свободного) маятника от какой бы то ни было механической работы, как бы мала и ничтожна она ни была. Колебания как свободного, так и рабского маятника под­ держиваются при помощи рычагов, раз в 30 с падающих на соответствующие части маятников и тем самым сообщающих необходимые импульсы. Завод для подъема рычагов и функ­ ционирование всех механизмов в целом обеспечиваются неболь­ шой электрической батареей.

Маятники изготовлены из инвара, подвесная пружина — из элинвара. Свободный маятник устанавливается обычно отдель­ но от «рабского» в помещении с постоянной температурой и заключен в цилиндр из красной меди, закрытый сверху и снизу стеклянными крышками из толстого стекла. Из цилиндра вы­ качивается воздух, чтобы атмосферное давление оставшегося воздуха было порядка 35 мм. Рабский маятник и его механизм не нуждаются в такой тщательной установке.

Схема совместной работы механизмов, управляющих обои­ ми маятниками, приведена на рис. 254. Слева изображен меха­ низм свободного маятника, справа — механизм рабского ма­ ятника.

Механизм рабского маятника ничем не отличается от опи­ санной выше обычной конструкции часов Хоуп-Джонса фирмы «Синхроном», за исключением того, что освобождение рычага свободного маятника происходит не при помощи храпового ко­ леса, а при помощи электромотора Е, включенного в цепь элек­ трического привода рабского маятника.

Синхронизация одновременно работающих двух маятников осуществляется прежде всего посредством синхронного пере­ ключателя, основанного на патенте Хоуп-Джонса. Этот пере­ ключатель выполняет в часах Шорта три функции: 1) поддер­ живает движение маятника, передавая ему импульсы через каждые 30 с; 2) приводит в действие храповое колесо, имеющее

ятник при каждом колебании слева направо поворачивает при помощи легкого крючка В небольшое храповое колесо С с 15 зубцами, которое фактически выполняет функцию счетного колеса. Фиксатор L удерживает храповое колесо от поворота в обратном направлении при захватывании крючком следующего зуба.

Импульсный Г-образный рычаг G имеет на своем длинном плече стальной полированный ролик R и пружинную пластинку К, которая входит в сцепление с держателем D, удерживающим импульсный рычаг от поворота на его оси.

После того как колесо С совершит полный оборот, происхо­ дит освобождение импульсного рычага G от держателя D. Ры­

Своим вертикальным плечом рычаг G касается контактного винта на якоре А электромагнита М и замыкает электрическую цепь. В этот момент срабатывает электромагнит контрольного циферблата рабочего маятника и его минутная стрелка делает полуминутный скачок. Затем якорь А притягивается электро­ магнитом М и левый конец рычага G подбрасывается на за­ щелку К, которая задержит его на 30 с, пока снова не наступит освобождение.

От электромагнита Е проходит ток со стороны рабского ма­ ятника и притягивает якорь. При этом импульсный рычаг С

нита М. Когда якорь электромагнитом М не притянут, острый конец его расположен выше верхнего свободного конца пружи­ ны, а когда он притянут, то оказывается на одном уровне с изо­ гнутым верхним концом пружины ускорителя. Тогда конец этой пружины упрется в якорь коррекционного электромагнита и сообщит рабскому маятнику добавочный импульс, необходимый для ускорения его хода. Ускорение рассчитано так, что зацеп­ ление пружины ускорителя может происходить не только за один полный оборот, но и за большее количество оборотов хра­ пового колеса. Именно этим и обусловлено название «удар— пропуск» этого устройства; оно также может быть названо пру­ жинным ускорителем хода часов Шорта.

Для синхронизации со свободным маятником ход рабского маятника регулируется так, чтобы рабские часы отставали при­ близительно на 6 с в сутки, что соответствует 1/240 с 1/2 мин