Brevet FR2662266A1 — publié le 19911122

Vibrateur pour produire une énergie sismique La présente invention concerne un vibrateur pour produire une énergie sismique comportant une plaque de base et une masse de réaction lourde aptes à être déplacées l'une par rapport à l'autre par un piston traversant un cylindre de travail et comportant une tige de piston, par l'intermédiaire de dispositifs de commande hydrauliques, le cylindre de travail indépendant étant relié mécaniquement, comme élément de la masse de réaction, à un poids supplémentaire. La production d'ondes sismiques se fait de plus en plus, ces dernières années, grâce à l'utilisation de vibrateurs L'énergie sismique nécessaire pour un rayon d'action requis est alors répartie non pas par une excitation par impulsion, mais par une série de vibrations d'amplitude de pression relativement faible et durant plusieurs secondes. La fréquence de vibration du vibrateur peut varier suivant une fonction de temps prédéfinie Des variations de fréquence non linéaires peuvent aussi être obtenues, sous pratiquement n'importe quelle forme, à l'aide de dispositifs de commande appropriés. La source d'énergie d'un vibrateur produit en règle générale une excitation verticale de phase opposée d'une masse vibrante se présentant sous la forme d'une plaque de base et d'une masse de réaction qui est en appui, par l'intermédiaire d'une unité piston-cylindre, contre la plaque de base En vue d'une augmentation de la force de pression stationnaire de la plaque de base, celle-ci est généralement pressée contre le sol par la charge du véhicule porteur du vibrateur. Des vibrateurs de ce type produisent généralement des ondes P. Une excitation synchrone déphasée d'un groupe de vibrateurs espacés les uns des autres permet d'obtenir une caractéristique directive souhaitée. Il est ainsi possible de produire également des ondes de cisaillement à l'aide de vibrateurs de ce type Une autre possibilité pour produire des ondes de cisaillement consiste à faire vibrer la masse vibrante et la masse de réaction d'un vibrateur horizontalement l'une par rapport à l'autre Cela nécessite un couplage stable avec le sol. Un vibrateur du type cité est connu d'après DE-OS 23 32 134, par exempple A la plaque de base est reliée une tige de piston portant, dans sa zone médiane, un piston qui est mobile dans une chambre de cylindre formée par une cavité d'une masse de réaction lourde L'alimentation des parties de chambre de cylindre en liquide hydraulique, alternativement au-dessus et au-dessous du piston, permet la commande souhaitée du vibrateur Pour compenser la contrainte de poids statique de la masse de réaction, il est prévu une chambre de cylindre supplémentaire au-dessus du cylindre de travail Le soutien de l'extrémité de piston libre est assuré par un cadre de support, guidé autour de la masse de réaction, qui est lui-même relié & la plaque de base et entoure ainsi la masse de réaction. D'après DE-OS 24 20 781, on connaît un vibrateur qui utilise également une masse de réaction lourde dans laque lle est guidée une tige de piston Pour former les chambres de cylindre de chaque côté du piston, des coussinets de 9 glissement sont introduits, à partir des extrémités de la masse de réaction, dans l'alésage de celle-ci Ces coussinets de glissement servent à supporter la tige de piston et à réaliser une étanchéité entre celle-ci et la masse de réaction. Dans les vibrateurs mentionnés précédemment, la masse de réaction se compose d'un bloc de fer en une pièce, généralement coulé. Elle peut peser plusieurs tonnes et nécessite donc un entretien coûteux en conséquence Il existe un souci de faire passer la taille des masses de réaction de vibrateurs à plus de 4 tonnes Camme les masses de réaction sont réalisées en une seule pièce, leur usinage et leur maniement sont généralement très coûteux Dans le cas de masses de réaction défectueuses, par exemple en cas d'endoemagement de la chambre de cylindre, l'ensemble de la masse lourde doit être transporté, par exemple pour être renvoyé au fabricant, à partir de pays éloignés, ce qui entraîne des coûts de transport très élevés Le poids élevé rend également très coûteux l'usinage et les réparations sur des machines appropriées Enfin, la valeur d'une masse de réaction de ce type étant très élevée, une rupture entraînant la mise à la ferraille de l'ensemble de la masse de réaction revient très cher. D'après US 3 866 709, on connaît un générateur de vibrations pour produire une énergie sismique, comportant un piston à entraînement hydraulique logé dans un cylindre relié à une masse de réaction. L'inconvénient, dans ce cas, est que la masse de réaction est disposée, à l'intérieur de l'espace défini par des nmontants de châssis, au-dessous d'une fixation de roulement à billes De plus, ce nmode de réalisation n'offre pas la possibilité d'une immobilisation en rotation suffisante du vibrateur. Un vibrateur du type spécifié en introduction est connu d'après DE-OS 27 37 991, qui décrit un vibrateur sismique à large bande ca Tportant une masse principale, un alésage cylindrique prévu dans celle- ci, une tige d'actionnement et un piston Des éléments de masse supplémentaires sont fixés à la masse principale Ces masses supplémentaires consistent en un raccord multiple, une soupape de comnande et, à l'opposé, un contrepoids d'équilibre arrière et des poids latéraux La masse de réaction se conpose donc d'une masse vissée à partir de plusieurs pièces. L'inconvénient de ce dispositif est que la masse principale ccmprend une grande partie de la masse totale et forme en même temps, dans un alésage cylindrique prévu dans celle-ci, la chambre de cylindre. En raison de la précision, de la capacité de charge et de la stabilité du cylindre de vibrateur nécessaires, l'ensemble de la masse principale doit être réalisé en un matériau de qualité supérieure moyennant un usinage coûteux De plus, la hauteur de la masse de cet élément de construction rend un usinage rationnel et avantageux difficile Les masses vissées en supplément n'ont qu'un poids relativement faible. A partir de cet art antérieur, l'invention a pour but de proposer un vibrateur pour produire un énergie sismique, dont la masse de réaction offre une fabrication moins coûteuse et un maniement plus facile. Ce but est atteint grâce à un vibrateur pour produire une énergie sismique comportant une plaque de base et une masse de réaction aptes à être déplacées l'une par rapport à l'autre par un piston traversant un cylindre de travail et comportant une tige de piston, par l'intermédiaire de dispositifs de comiande hydrauliques, le cylindre de travail indépendant étant relié, comme élément de la masse de réaction, à un poids supplémentaire, ce vibrateur étant caractérisé en ce que le poids du cylindre de travail ne représente qu'une fraction, de préférence 1/5 à 1/6, du poids de la masse de réaction totale, et en ce que le cylindre de travail se compose d'acier supérieur et le poids supplémentaire lourd de fonte de moindre qualité. Le cylindre de travail est avantageusement vissé dans une cavité du poids supplémentaire lourd tandis qu'une extrémité de la tige de piston est fixée dans la plaque de base. De préference, il est prévu, pour assurer une immbilisation en rotation du vibrateur, une tige de guidage disposée parallèlement à la tige de piston, entre le poids supplémentaire et une butée prévue au niveau de l'extrémité supérieure de la tige de piston. A titre de variante, l'invention propose également un vibrateur pour produire une énergie sismique, comportant une plaque de base et une masse de réaction lourde aptes à être déplacées l'une par rapport à l 'autre par un piston guidé dans un cy lindre de travail et comportant une tige de piston, par l'intermédiaire de dispositifs de con Tnande hydrauliques, caractérisé en ce que le cylindre de travail indépendant est relié mécaniquement à la plaque de base et se compose d'acier supérieur tandis que la masse de réaction se compose de fonte de moindre qualité Dans cette variante, le cylindre de travail est avantageusement vissé à la plaque de base, et une extrémité de la tige de piston est fixée dans la masse de réaction lourde, la tige de piston étant el le-mme fixée dans une douille ancrée dans la masse de réaction lourde. De préférence, une tige de guidage para llèle à la tige de piston est prévue entre le cylindre de travail et le poids supplémentaire, pour immobiliser le vibrateur en rotation. Selon la présente invention, le cylindre de travail possède des douilles de guidage supérieure et inférieure dont les faces frontales définissent respectivement, avec le piston, une chambre de cylindre apte à être sollicitée par un liquide hydraulique A cet effet, il est prevu une unité de soupape, au niveau du cylindre de travail, pour solliciter alternativement les parties du cylindre de travail Celui-ci est pourvu d'un tampon hydraulique. Le vibrateur conforme à l'invention est disposé sur un véhicule porteur et apte à être pressé contre le sol pour être mis en marche. La masse de réaction et le poids supplémentaire se composent d'une fonte de moindre qualité, ce qui réduit considérablement les coûts de production De plus, la masse supplémentaire peut être adaptée pratiquement sous n'importe quelle forme aux conditions d'installation, par exerple au véhicule porteur Le cylindre de travail, relativement petit et léger, en acier supérieur, peut être doté d'une configuration particulièrement précise, facile à entretenir et apte à être sollicitée. Les frais d'usinage restent ainsi dans des limites acceptables Dans le cylindre de travail sont réunies toutes les fonctions essentielles et les opérations d'usinage coûteuses Pour augmenter la résistance à l'usure, il est possible de nitrurer le cylindre de travail, le cas échéant Dans le mode de réalisation conforme à la revendication 1, son poids est avantageusement réduit à 1/5-1/6 du poids de la masse de réaction totale. L'avantage spécifique de l'invention réside dans le fait que 1 'élément de travail 1 proprement dit, c'est-à-dire le cylindre de travai l, peut être traité en étant séparé de la partie formant poids Si la masse de réaction se brise sous l'effet d'une sollicitation excessive, par exemple, le cylindre de travail peut être séparé du poids supplémentaire et seul celui-ci doit être remplacé Le cylindre de travail peut rester sur place et le poids supplémentaire ne nécessite pas d'usinage coûteux. il est également possible, pour les cas o les surfaces de roulement du cylindre de travail ou la chambre de cylindre sont endomagées, de changer le cylindre de travail sans avoir à remplacer aussi l'ensemble du poids supplémentaire. La présente invention permet de fabriquer un vibrateur plus avantageusement et de réduire les frais de transport en cas de réparations Le cylindre de travail proprement dit peut présenter, pour plusieurs types de vibrateurs de différents poids, des dimensions de base identiques En revanche, le poids supplémentaire ou la masse de réaction en fonte permet une plus grande liberté dans la fabrication de formes de masses souhaitées autour du cylindre de travail, par exemple pour la construction de vibrateurs à ondes de cisai 1 lement ou pour une adaptation à des véhicules porteurs donnés. D'autres buts, avantages et caractéristiques de la présente invention ressortiront plus clairement de la description détaillée suivante de modes de réalisation de celle-ci, donnée à titre d'exemple nullement limitatif en référence aux dessins annexes dans lesquels: la figure i montre un premier mode de réalisation d'un vibrateur conforme à l'invention, et la figure 2 montre un second mode de réalisation d'un vibrateur conforme à l'invention. Dans le mode de réalisation de l'invention représenté sur la figure 1, il est prévu une plaque de base 5 qui transmet au so 1 le mouvement de translation d'une tige de piston 1 et produit ainsi l'onde de pression nécessaire à des mesures sismiques Dans la plaque de base , une liaison et une transmission de force entre la tige de piston 1 et la plaque de base 5 sont réalisées par l'intermédiaire d'un ensemble de fixation 6 qui est conçu de préférence comme un ensemble de fixation rapide. La tige de piston 1 peut être massive ou avoir la forme d'un tuyau à paroi épaisse Un piston annulaire 14 se trouve dans la zone médiane de la tige de piston 1 et s'étend dans une chambre de cylindre formée de parties de chambre de cylindre 15, 16 du cylindre de travail. En mode de travail, ces parties de chambre de cylindre 15, 16 sont alimentés alternativement en huile sous pression par l'intermédiaire de canaux d'alimentation 17, 18 qui sont commandés par une servo-soupape 12. Ainsi, la plaque de base 5 reliée à la tige de piston 1 est activée dans un sens et le cylindre de travail 2, avec la masse supplémentaire 4, est activé dans l'autre sens. Le cylindre de travail 2 possède, sur ses faces supérieure et inférieure, des douilles de guidage 3 qui définissent la chambre de cylindre et servent en me e temps de paliers lisses à appui hydrostatique pour la tige de piston 1 Ces douilles de guidage 3 sont sollicitées à l'aide d'huile sous basse pression, par exemple 5 bar. Au niveau d'une plaque de distribution 11 portant la servo- soupape 12, il est prévu, en supplément, un accumulateur hydraulique 13 qui égalise l'écoulement d'huile dans le circuit hydraulique à haute et à basse pression du système de vibrateur. Le cylindre de travail 2 est logé dans une cavité du poids supplémentaire 4 Pour relier le cylindre de travail 2 et le poids supplémentaire 4, plusieurs vis de fixation à boulons de tension 9 sont prévues sur la périphérie dudit poids supplémentaire Ces boulons de tension 9 assurent non seulement une liaison entre cylindre de travail 2 et poids supplémentaire 4, mais également un desserrage rapide de ces unités pour des travaux d'entretien ou de réparation de ceux-ci Ils sont serrés à l'aide d'écrous de serrage 10 facilement accessibles par le dessus du vibrateur. A l'extrémité supérieure du piston 1 est fixée une butée supérieure 7 pourvue de tampons 21 qui définissent une limitation de course du poids supplémnentaire 4 vers le haut Des tampons correspondants 21 sont prévus sur la face inférieure du poids supplémentaire 4 pour limiter la course de déplacement de celui-ci vers le bas ou pour permettre au poids supplémentaire 4, à l'état équilibré, de reposer sur la plaque de base 5. A la butée 7 est également fixé un appareil de mesure de déplacement 20 comportant un capteur de déplacement 19 et permettant de commander les énergies d'entraînement. Pour immobiliser en rotation le poids supplémentaire 4 et la tige de piston 1 l'un par rapport à l'autre, il est prévu une tige de guidage 8 qui, depuis la butée supérieure 7, pénètre dans un alésage du poids supplémentaire 4. Le cylindre de travail 2 se compose d'acier supérieur dont la surface intérieure peut être nitrurée Etant donné les faibles dimensions du cylindre de travail, des formes de cylindre et des canaux d'alimentation hydraulique compliqués peuvent aussi être utilisés La masse supplémentaire 4, qui représente environ 5/6 du poids total de la masse de réaction, peut, au contraire, être réalisée en un matériau de moindre qualité Son usinage par enlèvement est limité à environ 2 surfaces et entraîne donc, au total, d'importantes réductions de coût. Le poids supplémentaire 4 peut aussi être construit selon d'autres modes de réalisation, notament en plusieurs parties. La figure 2 montre une variante de réalisation de l'invention, dans laquelle le cylindre de travail 24 est relié directement à la plaque de base 25, tandis que la tige de piston 23 est fixée de manière solidaire dans le poids supplémentaire 22 par l'intermédiaire d'une douille 29 ancrée dans ce dernier, et d'un ensemble de fixation 28 Dans ce mode de réalisation aussi, le piston 26 est disposé dans une chambre du cylindre de travail, et il est commandé de la même manière que pour le mode de réalisation de la figure 1 On retrouve, là aussi, une tige de guidage 30, parallèle à la tige de piston 23, qui est prévue entre le cylindre de travail 24 et le poids supplémentaire 22 pour assurer l'inmobilisation en rotation du vibrateur Dans ce mode de réalisation, le centre de gravité total du vibrateur se trouve encore plus bas. Dans les vibrateurs à ondes de cisaillement, la masse de vibrateur en deux parties peut être placée horizontalement, de sorte qu'une tige de piston ininterrompue permette un appui en deux points. REVENDICATIONS 1 Vibrateur pour produire une énergie sismique, caoportant une plaque de base ( 5) et une masse de réaction lourde aptes à être déplacées l'une par rapport à l'autre par un piston ( 14) traversant un cylindre de travail ( 2) et coeportant une tige de piston ( 1), par l' intermédiaire de dispositifs de commande hydrauliques ( 11, 12, 13), le cylindre de travail indépendant ( 2) étant relié mécaniquement, corrnme élément de la masse de réaction, à un poids supplémentaire ( 4), caractérisé en ce que le poids du cylindre de travail ( 2) ne représente qu'une fraction, de préférence 1/5 à 1/6, du poids de la masse de réaction totale, et le cylindre de travail ( 2) se comnpose d'acier supérieur et le poids supplémentaire lourd ( 4) de fonte de nmoindre qualité. 2 Vibrateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cylindre de travail ( 2) est vissé dans une cavité du poids supplémentaire lourd ( 4) et une extréemité de la tige de piston ( 1) est fixée dans la plaque de base ( 5). 3 Vibrateur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il est prévu, pour inmobiliser le vibrateur en rotation, une tige de guidage ( 8) disposée parallèlement à la tige de piston ( 1), entre le poids supplémentaire ( 4) et une butée ( 7) prévue au niveau de l'extrémité supérieure de la tige de piston ( 1). 4 Vibrateur pour produire une énergie sismique, coportant une plaque de base ( 25) et une masse de réaction lourde ( 22) aptes à être déplacées l'une par rapport à l'autre par un piston ( 26) guidé dans un cylindre de travail ( 24) et coeportant une tige de piston ( 23), par intermédiaire de dispositifs de ccnnmande hydrauliques, caractérisé en ce que le cylindre de travail indépendant ( 24) est relié mécaniquement à la plaque de base ( 25) et se cropose d'acier supérieur tandis que la masse de réaction ( 22) se compose de fonte de moindre qualité. Vibrateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le cylindre de travail ( 24) est vissé à la plaque de base ( 25) et une extrémité de la tige de piston ( 23) est fixée dans la masse de réaction lourde. 6 Vibrateur selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la tige de piston ( 23) est fixée dans une douille ( 29) elle-mâem fixée dans la masse de réaction lourde. 7 Vibrateur selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'une tige de guidage ( 30) parallèle à la tige de piston ( 23) est prévue entre le cylindre de travail ( 24) et le poids supplémnentaire ( 22), pour protéger le vibrateur contre une torsion. 8 Vibrateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le cylindre de travail ( 2; 24) possède des douilles de guidage supérieure et inférieure ( 3) dont les faces frontales définissent à chaque fois, avec le piston ( 14; 26), une chambre de cylindre ( 15, 16) apte à être sollicitée par un liquide hydraulique. 9 Vibrateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il est prévu, au niveau du cylindre de travail ( 2 24), une unité de soupape ( 12) pour solliciter alternativement les chambres ( 15, 16) du cylindre de travail ( 2; 24) à l'aide d'un liquide hydraulique. I O Vibrateur selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il est également prévu, sur le cylindre de travail ( 2; 24), un tampon hydraulique ( 13). 11 Vibrateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est disposé sur un véhhicule porteur et apte à être pressé contre le sol, après avoir été abaissé, pour être mis en marche.