СТЕНД ДЛЯ ИМИТАЦИИ НИЗКОЧАСТОТНЫХ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ ЛЬДА
STAND FOR SIMULATING LOW-FREQUENCY HORIZONTAL OSCILLATIONS OF ICE

Стенд для имитации низкочастотных горизонтальных колебаний льда предназначен для физического моделирования (имитации) волновых и колебательных процессов, протекающих в естественном ледяном покрове в горизонтальной плоскости, а также для тестирования сейсмометров, которые применяются для выявления предикторов разрушения льда при сжатиях, подвижках, торошениях и волновых воздействиях на дрейфующие ледяные поля и припай. Такие данные необходимы для обеспечения безопасного нахождения людей и материальных ценностей на льду, при эксплуатации нефтедобывающих платформ в ледовых условиях, а также при разгрузке судов на ледяной покров.
Известна специальная гидравлическая платформа, предназначенная для калибровки сейсмометров и наклономеров, которая представляет собой консоль с закрепленным краем [1]. При этом под свободным краем платформы располагаются сильфоны, заполненные гидравлической жидкостью и связанные рукавом с задающим сильфоном, который соединен шатунным механизмом с маховиком, насаженным на вал электродвигателя постоянного тока. Вращательное движение вала электродвигателя стабилизируется маховиком, преобразуется в возвратно-поступательное движение шатунного механизма и передается на задающий сильфон, который воздействует на рабочие сильфоны. При изменении скорости вращения электродвигателя меняется частота колебаний платформы.
Недостатком указанной гидравлической платформы является невозможность задания горизонтальных колебаний необходимого размаха с частотами ниже 0,1 Гц. Кроме того, на такой платформе сложно избавиться от паразитных поперечных колебаний консоли, которые снижают точность тестирования датчиков.
Известно, принятое за прототип, устройство для калибровки и метрологической поверки цифровых сейсмических регистраторов, которое представляет собой платформу в виде тележки на четырех колесах, установленную на гибкой вогнутой пластине [2]. На тележке размещают сейсмометр, а горизонтальные движения периодического характера тележке задают при помощи электромагнитного устройства.
Недостатком прототипа для калибровки и метрологической поверки цифровых сейсмических регистраторов является то, что устройство не предназначено для физического моделирования (имитации) низкочастотных волновых, колебательных процессов, протекающих в ледяном покрове, а вогнутая форма гибкого основания снижает точность воспроизведения колебательных процессов в горизонтальной плоскости за счет появления вертикальной составляющей. При этом платформа в виде тележки на четырех колесах может приводить к появлению поперечной составляющей при ее продольных колебательных движениях. Кроме того, задающее электромагнитное устройство вызывает значительные электромагнитные помехи, которые влияют на точность работы сейсмической аппаратуры.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении качества имитации (моделирования) низкочастотных волновых и колебательных процессов, происходящих в горизонтальной плоскости в ледяном покрове, для обеспечения повышения точности тестирования сейсмометров. Указанный технический результат достигается тем, что рабочая платформа стенда в виде тележки устанавливается на обрезиненные катки, а нижняя поверхность платформы и поверхность основания стенда покрываются полированным стеклом. Низкочастотные колебания рабочей платформе задаются при помощи двух сообщающихся сосудов с жидкостью. Кроме того, один из сосудов с помощью тросика, перекинутого через ролик, соединен с диском, насаженным на вал понижающего редуктора, который, в свою очередь, соединен с валом электродвигателя постоянного тока с регулируемой скоростью вращения вала. При этом в диске сделана прорезь, в которую вставлен колок с закрепленным тросиком. Перемещение колка по прорези диска обеспечивает регулировку размаха колебаний одного из сообщающихся сосудов с жидкостью, а вращение диска задает ему колебательные перемещения, что приводит к периодическому изменению веса второго сообщающегося сосуда, связанного через другой ролик с краем платформы. Противоположный край платформы соединен с основанием стенда возвратной пружиной. Колебания платформы фиксируются электронным датчиком перемещения и через плату АЦП сигнал регистрируется, например, на ноутбук.
Состав устройства показан на фиг. 1. Стенд состоит из следующих элементов:
1 - основание стенда,
2 - рабочая платформа,
3 - сейсмометр,
4 - катки обрезиненные,
5 - ролик,
6 - тросик соединительный,
7 - сосуд сообщающийся первый,
8 - пружина возвратная,
9 - сосуд сообщающийся второй,
10 - тросик соединительный,
11 - ролик,
12 - диск на валу редуктора,
13 - электродвигатель постоянного тока,
14 - прорезь,
15 - колок перемещаемый.
Указанные части соединены в единое устройство следующим образом.
На основании 1 стенда устанавливается рабочая платформа 2 на обрезиненные катки 4. При этом верхняя поверхность основания 1 стенда и нижняя поверхность рабочей платформы покрываются полированными стеклами (на фиг. 1 не указано). На верхнюю поверхность рабочей платформы размещают один или несколько сейсмометров 3 (на фиг. 1 указан один сейсмометр). Край рабочей платформы 2 соединяется через ролик 5 тросиком 6 с первым сообщающимся сосудом 7, а противоположный край платформы 2 связан возвратной пружиной 8 с основанием 1 стенда. Второй сообщающийся сосуд 9 при помощи тросика 10 соединен с диском 12, насаженным на вал понижающего редуктора (на фиг. 1 не указан), соединенного с валом электродвигателя постоянного тока 13. При этом в диске 12 сделана прорезь 14, в которую вставлен колок 15 с закрепленным концом тросика 10. Перемещение колка 15 по прорези 14 диска 12 обеспечивает регулировку размаха колебаний одного из сообщающихся сосудов 9 с жидкостью, а вращение диска 12 задает колебательные перемещения сосуду 9, что приводит к периодическому изменению веса второго сосуда 7, связанного через другой ролик 5 с краем платформы 2. При запуске электродвигателя 13 вращение диска 12 вызывает через тросик 10 вертикальные колебательные движения сосуда 9, что приводит к периодическому перетеканию жидкости во второй сообщающийся сосуд 7. При этом происходит периодическое увеличение нагрузки, которое передается через тросик 6 и ролик 5 на платформу 2, установленную на катках 4. Возвратная пружина 8, соединяющая платформу 2 с неподвижным основанием 1 стенда, обеспечивает возвратно-поступательные движения платформы 2 при периодическом изменении веса одного из сообщающихся сосудов 7. Колебания платформы фиксируются электронным датчиком перемещения и через плату АЦП сигнал поступает на регистратор, например, ноутбук (на фиг. 1 не указаны). При этом движение обрезиненных катков 4 осуществляется между поверхностями, покрытыми полированным стеклом (на фиг. 1 не указано). Применение электродвигателя постоянного тока с возможностью регулировки скорости вращения вала и наличие понижающего редуктора обеспечивают широкий диапазон задания низкочастотных колебаний платформе при помощи сообщающихся сосудов с жидкостью.
Использованные источники
1. Смирнов В.Н., Шушлебин А.И, Ковалёв С.М., Шейкин И.Б. Методическое пособие по изучению физико-механических характеристик ледяных образований как исходных данных для расчета ледовых нагрузок на берега, дно и морские сооружения. СПб. ААНИИ. 2011. С. 178.
2. Щербина С.В. Устройство для калибровки и метрологической поверки цифровых сейсмических регистраторов. Геофизический журнал №2, Т. 36, 2014. С. 161-170.