СЕЙСМОИСТОЧНИК С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ПРИВОДОМ

Заявляемая полезная модель относится к сейсмотехнике, а именно к электромагнитным возбудителям сейсмических колебаний, и может быть использовано в качестве источника вибросейсмических колебаний.
Известен сейсмоисточник (патент RU 2335001 опубликовано 27.09.2008), содержащий транспортное средство, излучающую плиту, пригрузочную массу, электромагнитный возбудитель колебаний с силовой катушкой, систему ее питания и управления. В сейсмоисточник введены упругие элементы, катушка возбуждения электромагнитного возбудителя колебаний, спускоподъемный и прижимной механизм, упругая развязка с транспортным средством, мостовой силовой коммутатор силовой катушки, а электромагнитный возбудитель колебаний содержит гидроцилиндры, причем излучающая плита, связанная с якорем электромагнитного возбудителя колебаний, снабжена уложенным на эту излучающую плиту упругим элементом, на который непосредственно уложен статор электромагнитного возбудителя колебаний с упомянутыми двумя катушками (силовой и возбуждения), а между этим статором и якорем также уложен второй упругий элемент, а статор с выполненными стойками по обеим сторонам, являющимися штоками гидроцилиндров, связан с поршнями данных гидроцилиндров, корпуса которых в верхних и нижних полостях снабжены штуцерами и через пружины и амортизаторы связаны с транспортным средством, снабженным указанной пригрузочной массой, жестко скрепленной с этим транспортным средством.
Недостатками известного решения являются низкая эффективность, невысокая стабильность и добротность заданной рабочей частоты, высокая вероятность сбоя в функционировании, низкая долговечность.
1
2
2
Наиболее близким к заявляемому решению является невзрывной сейсмоисточник с электромагнитным приводом (патент RU 2242027 опубликовано 10.12.2004), содержащий жесткое основание - излучатель сейсмических волн, на котором выполнены жесткие стойки, на основание опирается пригруз с возможностью его перемещения относительно стоек, на пригрузе закреплен индуктор электромагнита, в пазах магнитопровода индуктора помещена обмотка возбуждения, к обмотке присоединены схема ее электропитания, якорь электромагнита отделен от индуктора зазором δ. Якорь отделен от стоек зазором δ, в который помещен упругий элемент, имеющий высоту Н, с возможностью его сжатия при движении якоря в направлении уменьшения зазора δ.
Основными недостатками известного технического решения также являются низкая эффективность, невысокая стабильность и добротность заданной рабочей частоты, высокая вероятность сбоя в функционировании, низкая долговечность.
Целью заявляемой полезной модели является устранение перечисленных недостатков для достижения таких технических результатов, как повышение эффективности, увеличение добротности и стабильности заданной рабочей частоты, повышение надежности бесперебойного функционирования и увеличение долговечности.
Поставленная цель достигается следующим образом: сейсмоисточник с электромагнитным приводом, содержащий излучатель сейсмических волн в виде жесткого основания с жесткими ножками для крепления на субстрате, на которое опирается электромагнитный возбудитель колебаний с индуктором на основе силовой катушки и якорем, с возможностью перемещения якоря и индуктора относительно друг друга; причем между якорем и индуктором электромагнитного возбудителя имеется зазор, в который помещен упругий элемент из эластичного материала, с готовностью его сжатия при сближении якоря с индуктором, при этом между якорем и основанием дополнительно содержит упорную пластину, якорь установлен на своих стойках, жестко соединенных с основанием, а индуктор закреплен на своих стойках, крепящихся к дополнительной упорной пластине, при этом конфигурация упругого элемента выполнена в виде отдельных выступов в форме конусов, соединенных между собой перемычками.
Сейсмоисточник с электромагнитным приводом в частности может характеризоваться тем, что упругий элемент выполнен сборным, так что перемычки между выступами выполнены в виде полосок из того же материала.
Сейсмоисточник с электромагнитным приводом в частности может характеризоваться тем, что конусы выступов являются усеченными.
Сейсмоисточник с электромагнитным приводом в частности может характеризоваться тем, что выступы из эластичного материала основаниями ориентированы к якорю электромагнитного возбудителя.
Сейсмоисточник с электромагнитным приводом в частности может характеризоваться тем, что конфигурация упругого элемента, выполненная в виде отдельных выступов, соединенных между собой перемычками, представляет собой рекуррентную структуру в форме сетки с прямоугольными ячейками, в узлах которой размещены эти выступы, причем часть узлов остаются свободными от выступов.
Сейсмоисточник с электромагнитным приводом в частности может характеризоваться тем, что упругий элемент в виде отдельных выступов, соединенных между собой перемычками, снабжен петлями для крепления его на стойках индуктора.
Сейсмоисточник с электромагнитным приводом в частности может характеризоваться тем, что содержит дополнительный упругий элемент между якорем и дополнительной упорной пластиной, и при этом дополнительный упругий элемент может иметь ту же форму, что и основной упругий элемент.
На Фиг. 1 изображен общий вид заявляемой полезной модели, на Фиг. 2 вид сбоку, на Фиг. 3 общий вид упругого элемента, где цифрами обозначены:
1. Жесткое основание
2. Жесткие стойки для крепления на субстрате
3. Индуктор электромагнитного возбудителя
4. Силовая катушка индуктора
5. Якорь электромагнитного возбудителя
6. Зазор между якорем и индуктором
7. Зазор между якорем и дополнительной упорной пластиной
8. Упругий элемент из эластичного материала основной
9. Упругий элемент из эластичного материала дополнительный
10. Дополнительная упорная пластина
11. Оси индуктора
12. Оси якоря
13. Выступы упругого элемента
14. Перемычки упругого элемента
15. Узлы сетки с прямоугольными ячейками упругого элемента
16. Петли крепления упругого элемента.
Представленный на фигурах сейсмоисточник с электромагнитным приводом устроен следующим образом.
К жесткому основанию 1, крепятся жесткие стойки для крепления на субстрате 2. Индуктор электромагнитного возбудителя 3 с силовой катушкой 4 и якорем 5, через упругий элемент из эластичного материала дополнительный 9, крепится к основанию 1, оставляя при этом зазор между якорем и дополнительной упорной пластиной 7. Якорь 5 соединяется с индуктором 3 через упругий элемент из эластичного материала основной 8, оставляя при этом зазор между якорем и индуктором 6. Якорь 5 является зафиксированным, относительно основания 1. Между якорем 5 и индуктором 3 расположена дополнительная упорная пластина 10. Индуктор 3 содержит оси 11, закрепленные на упорной пластине 10. Якорь 5 содержит оси 12, закрепленные на основании 1. Упругий элемент содержит выступы 13, перемычки 14, петли 16, которые могут быть, например, под размер оси 11 и образован узлами сетки с прямоугольными ячейками.
Представленный на фигурах сейсмоисточник с электромагнитным приводом действует следующим образом.
Перед работой сейсмоисточника, к обмотке силовой катушки 4 присоединяется схема ее электропитания и управления (на Фиг. не показана).
Жесткие стойки 2 плотно укрепляются в субстрате (например, в скальных породах), например, путем забивания их механическими ударами в заранее забуренные отверстия. При приложении напряжения к катушке 4, индуктор 3, вместе с осями 11, закрепленными на дополнительной упорной пластине 10, начинает перемещаться в направлении к якорю 5 и, одновременно, основанию 1. В момент сближения якоря и индуктора, сжимается упругий элемент 8 и уменьшается зазор 6. Одновременно происходит воздействие на пластину 10 и уменьшение зазора 7. Пластина 10 воздействует на основание 1, которое начинает вибрировать (вследствие давления пластины 10, или его отсутствия), вибрация передается на стойки 2, и, далее в субстрат.
В заявляемом устройстве индуктор 3 с катушкой 4 действует, в том числе, как пригруз, что, например, в отличие от прототипа, не требует использования дополнительного веса. Якорь 5 может представлять собой, например, набор металлических пластин, закрепленных при помощи осей 12 на основании 1.
Нарастание силы упругости на выступах 13 упругих элементов (которые могут быть, например, сборными) происходит постепенно от времени, причем их механические параметры подобранны так, что нарастание силы соответствует нарастанию тока в обмотке силовой катушки 4 и, следовательно, силе притяжения к якорю 5, что обеспечивает повышение плавности хода, и, как следствие, определяет добротность и стабильность частотных характеристик. При этом выступы 13 могут быть ориентированы к якорю 5. Когда магнитная сила минимальна, жесткость упругого элемента тоже минимальна (и, наоборот, при росте магнитной силы нарастает и сила упругости), что позволяет добиться наилучшего согласования магнитных и упругих сил. В то время как, в известных устройствах сжатие упругих элементов плохо согласуется с нарастанием магнитных сил, сжатие сплошной резиновой подложки не позволяет в достаточной степени уменьшить зазор между якорем и индуктором (из-за высокой жесткости и ограниченности деформации центральных частей цельного упругого элемента), что существенно снижает ее участие в накоплении энергии. Кроме того, при увеличении магнитного зазора, для сохранения постоянства индукции магнитного поля, требуется увеличивать ток, что увеличивает паразитный нагрев катушки, что в свою очередь снижает КПД устройства. Монолитная пластина слабо деформируется, соответственно плохо участвует в накоплении энергии. Поэтому в заявляемом решении применены упругие элементы, образованные узлами сетки 15, состоящие из перемычек 14. Для надежности крепления к индуктору, снабжен петлями 16. В некоторых случаях, при необходимости снижения упругости, отдельные места упругого элемента могут не содержать выступов.
Конусная форма выступов 13 обеспечивает нелинейное нарастание силы упругости при давлении на них, магнитная сила также является нелинейной и зависит от величины магнитного зазора, тем самым еще в большей степени осуществляется согласование магнитных и упругих сил при работе заявляемого устройства, что, в частности, снижает требования к обеспечению в электромагнитом возбудителе колебаний высокой линейности нарастания токовых характеристик, что позволяет не усложнять цепи электропитания и управления заявляемым устройством, что в свою очередь приводит к повышению его надежности. Тем не менее, в определенных случаях конус может быть выполнен усеченным.
Наличие дополнительного упругого элемента 9 между якорем 5 и дополнительной упорной пластиной 10 позволяет возбудить гармонические колебания, так как получается подобие пружинного маятника (сжимается один упругий элемент - разжимается другой и наоборот), что так же повышает эффективность работы заявляемого устройства. Дополнительный элемент 9 по размеру может быть сопоставим с пластиной 10.
Относительно эластичного материала следует заметить, что в заявленном устройстве используются полиуретаны с максимальным коэффициентом упругости по отскоку, минимальным старением и высокой механической прочностью такие как, например, СКУ-ПФЛ, smooth-on и другие.
Таким образом, использование упорной пластины, основного и дополнительного упругих элементов, с выступами и сконфигурированными из прямоугольных элементов, приводят к заявляемым техническим результатам, а именно повышение эффективности, увеличение добротности и стабильности заданной рабочей частоты, повышение надежности бесперебойного функционирования и увеличение долговечности.
Промышленная применимость.
Заявляемый сейсмоисточник является надежным устройством для создания управляемых сейсмоволн в грунте.