НИЗКОЧАСТОТНЫЙ СЕЙСМОИСТОЧНИК

Полезная модель относится к вибросейсмической технике и может быть использована в качестве генератора низкочастотных колебаний для проведения калибровочных измерений прецизионной сейсморегистрирующей аппаратуры, а также для изучения трансформации переноса энергии колебаний в случае работы сейсмоисточника в зоне контакта трех сред: литосферы, гидросферы, атмосферы.
Известен эксцентриковый вибратор, предназначенный для уплотнения грунта и генерирующий только вертикальные колебания плиты. Вибратор содержит корпус с двумя параллельными валами, на которых размещены дебалансные массы, и устройство для регулирования углового положения центров масс дебалансных грузов (п. США №4440034, опубл. 3.04.1984).
Известен вибровозбудитель, содержащий корпус, размещенный в нем приводной вал, неподвижный и подвижный дебалансы, центры масс которых расположены в плоскости, перпендикулярной оси приводного вала; охватывающую приводной вал втулку, установленную с возможностью вращения вокруг оси, и установленный соосно с приводным валом регулировочный винт с вилкой и подшипником на ее концах (а.с. СССР №1768321, опубл. 15.10.1992).
Неподвижный дебаланс выполнен в виде установленного на приводном валу и охватывающего его стакана с закрепленной на его внутреннем торце массы, а подвижный дебаланс - в виде закрепленного на втулке каоксиально стакану диска с закрепленной на нем со стороны, обращенной ко дну стакана, второй массы.
Расположение центров масс дебалансов вибровозбудителя в общей плоскости, перпендикулярной оси приводного вала, и их конструктивное выполнение приводит к существенному усложнению конструкции виброисточника и появлению момента сил в плоскости оси приводного вала, что в свою очередь вызывает паразитные боковые, в виде качаний, колебания виброисточника, которые искажают и частично подавляют продуктивные вертикально направленные виброимпульсы, излучаемые платформой в грунтовое полупространство, что существенно снижает эффективность вибровоздействия.
Раскачивающие вибровозбудитель паразитные боковые колебания приводят также к росту амплитуды его вибрации, что увеличивает инерционные нагрузки на
излучающую платформу, вибровозбудитель и узлы крепления его к платформе. При этом снижается долговечность вибровозбудителя в целом.
Другим существенным недостатком известного вибровозбудителя является сложность конструкции осевого механизма разворота дебалансов для регулирования статического момента машины. Необходимость применения для реализации такого механизма удлиненного трехопорного приводного вала, поступательно движущихся вдоль его оси, сервоэлементов в виде вилки с подшипником, резьбовых втулок с упругим элементом в качестве узлов силовой передачи резко снижает эксплуатационную надежность и уровень ремонтопригодности вибровозбудителя, затрудняет его техническое обслуживание. Существенно удлиняется корпус вибровозбудителя, что повышает его металлоемкость и делает невозможным приведение центра масс машины в плоскость действия центробежных возмущающих сил дебалансов без специальных противовесов и подобных им конструктивных элементов.
Известен вибровозбудитель, содержащий корпус, размещенный в нем приводной вал с дебалансами постоянного статического момента, а также дополнительный дебаланс с изменяемым статическим моментом и устройство, позволяющее регулировать его величину (п. РФ №2200635, опубл. 20.03.2003).
Известная конструкция подавляет крутильные колебания, что важно при возникающих нагрузках в десятки тонн силы, однако она достаточно сложна в изготовлении и эксплуатации.
Известен дебалансный сейсмоисточник, содержащий излучающую виброплатформу, на которой смонтирован корпус с приводным валом, на котором один дебаланс закреплен жестко, а другой установлен с возможностью вращения относительно вала, и электропривод, в который введена блок-муфта включения, установленная на свободном конце приводного вала, ведомый диск которой жестко связан со вторым дебалансом, а ведущий диск связан с приводным валом посредством шлицев, при этом ведущий и ведомый диски установлены с возможностью взаимодействия друг с другом через кольцевой барабан, связанный с ведущим диском посредством шлицев, а с ведомым диском - посредством поворотных шпонок (а.с. СССР №1594471, опубл. 24.08.1988 г).
Все рассмотренные выше известные вибровозбудители (сейсмоисточники) представляют собой устройства однокорпусного типа и перестройка их работы с целью получения колебаний определенного типа (либо вертикальные, либо
горизонтальные) требует больших трудозатрат или вообще невозможна, а сами конструктивные решения компоновки дебалансных устройств и средств их регулирования достаточно сложны в изготовлении и эксплуатации.
Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является низкочастотный вибровозбудитель, содержащий корпус и установленные в нем с возможностью вращения приводные валы с дебалансными массами. Дебалансные массы установлены на осях, перпендикулярно осям валов и выполнены в виде полудисков, снабженных криволинейным пазом. Для изменения амплитуды колебаний вибровозбудитель снабжен механизмом регулирования положения дебалансных масс, выполненным в виде ползуна с шипом, установленным в корпусе между полудисками с возможностью перемещения вдоль осей валов (п. РФ №2048929, опубл. 27.11.1995).
Однако известное устройство не достаточно эффективно, так как не дает возможности генерировать горизонтальные колебания при одновременном подавлении вертикальных и крутильных, а также сложно в конструктивном и технологическом выполнении.
Задачей предлагаемой полезной модели является обеспечение избирательного генерирования либо горизонтального, либо вертикального типов колебаний в одном устройстве при высокой эффективности работы и одновременном упрощении в целом всей конструкции устройства, а также повышении технологичности изготовления заявляемого устройства.
Поставленная задача решается низкочастотным сейсмоисточником (вибровозбудителем) представляющим собой устройство двухкорпусного типа, в каждом корпусе которого расположены с возможностью вращения идентичные приводные валы с равными дебалансными массами, при этом дебалансные массы связаны с валами внутри корпусов таким образом, что центры их масс находятся вне оси вращения валов, а валы соединены между собой посредством редуктора, расположенного между корпусами, и снабжены устройствами регулирования угла поворота дебалансных масс относительно друг друга.
Выполнение сейсмоисточника в виде двухкорпусного устройства с предложенным конструктивным расположением дебалансных валов (приводные валы с дебалансными массами) и устройствами регулирования взаимного углового расположения центров их масс позволяет получить заданный тип колебаний: либо горизонтальные, либо вертикальные, повысить эффективность устройства за счет двукратного увеличения амплитудного значения возбуждающей колебания силы по
отношению к величине силы, возникающей в случае однокорпусного дебалансного сейсмоисточника.
Сущность предлагаемого решения иллюстрируется фиг (а, б), где на фиг."а" приведена схема сейсмоисточника для получения вертикальных колебаний, а на "б" - горизонтальных колебаний.
Сейсмоисточник (фиг) состоит из двух идентичных корпусов 1 и 2, в каждом из которых установлены с возможностью вращения приводные валы 3 и 4, снабженные связанными с ними равными дебалансными массами 5 и 6, центр масс которых находится вне оси вращения валов 3 и 4. Вращение приводных валов 3 и 4 обеспечивают, например, устанавливая их в подшипниках (на фиг. не приведены), запрессованных в боковые крышки корпусов 1 и 2. Между корпусами 1 и 2 установлен редуктор 7, присоединенный к валам 3 и 4 через устройства 8 и 9, позволяющие регулировать угловое расположение дебалансных масс 5 и 6 относительно друг друга. Все детали сейсмоисточника размещают в непосредственной близости друг от друга, чтобы избежать возникновения паразитных колебаний и уменьшить продольные размеры конструкции.
Сейсмоисточник работает следующим образом.
Перед пуском сейсмоисточника корпуса 1 и 2 жестко закрепляют на общей платформе (на фиг. не показана). Дебалансные массы 5 и 6 устанавливают в заданное положение относительно друг друга. Это положение определяется требуемым типом генерируемых колебаний, а именно, при необходимости получения вертикальных колебаний приводные валы 3 и 4 с помощью устройств 8 и 9, например, переходных муфт, устанавливают таким образом, чтобы пространственный угол между центрами дебалансных масс был равен нулю (фиг. "а"), а для генерирования горизонтальных колебаний - 180° (фиг."б"). Крутящий момент одного из приводных валов создается подключением его к электродвигателю постоянного тока (на фиг. не показан), который приводит валы 3 и 4 во встречное вращение посредством редуктора 7, установленного между валами, генерируя колебания заданного типа, при этом колебания другого типа подавляются.
Существующая пространственная разнесенность встречно вращающихся дебалансных масс приводит к появлению момента пары сил, вращающих всю конструкцию относительно оси, нормальной к оси вращения валов и направленной радиально, что вызывает возникновение крутильных паразитных колебаний, особенно заметных при больших величинах возбуждающих колебания сил (более 1000 н),
поэтому при необходимости их подавления корпуса 1 и 2 размещают параллельно друг другу. При небольших значениях возбуждающей силы (около 1000 н) возможно как параллельное, так и последовательное расположение корпусов с дебалансными валами.
Мощность заявляемого сейсмоисточника и, соответственно, амплитуда колебаний сейсмоисточника, определяется массой дебалансов 5 и 6 и регулируется путем их замены.
Максимальная частота вращения дебалансов, определяющая верхнюю границу частотного диапазона сейсмоисточника, определяется частотой вращения валов и в заявляемом устройстве лежит в низкочастотной области в пределах до 3000 об/мин или до 50 Гц.
В качестве корпусов сейсмоисточника возможно использование, например, серийно выпускаемых промышленностью корпусов электродвигателя.
Так, использование корпуса от электродвигателя мощностью 5 квт позволила заявителю получить максимальную возбуждающую силу в каждом корпусе в 2500 н и работать в частотном диапазоне до 20 гц.
Дебалансные массы выполняют, например, в виде жестко закрепленных на валах цилиндров, центр масс которых расположен вне оси вращения, а валы размещают в корпусах на месте ротора электродвигателя на его посадочное место в подшипниках. Один из вариантов, когда приводные валы и дебалансные массы изготовляют как единое целое (путем литья или вытачивания), что значительно повышает надежность в эксплуатации изделия.
Заявляемая двухкорпусная конструкция сейсмоисточника проста в изготовлении и технологична. Конструкция позволяет простым поворотом дебалансной массы в одном из корпусов на 180° переходить от генерации вертикальных колебаний к генерации горизонтальных и обратно. В корпусах кроме дебалансной массы нет никаких технических устройств, предназначенных для регулирования статического момента, а в случае необходимости изменения величины начального статического момента сейсмоисточника вскрывают корпуса сейсмоисточника и производят замену дебалансных масс на требуемые.
Все перечисленные особенности сейсмоисточника наряду с повышением эффективности его работы делают изготовление двухкорпусного сейсмоисточника, его сборку и эксплуатацию существенно более простой, чем в устройствах однокорпусного типа.