RU38643U1

RU38643U1 - LOW FREQUENCY SEISMIC SOURCE

Info

Publication number: RU38643U1
Application number: RU2004104873/20U
Authority: RU
Inventors: Г.Н. Батюшин
Priority date: 2004-02-20
Filing date: 2004-02-20
Publication date: 2004-07-10

Abstract

Изобретение относится к вибросейсмической технике и может быть использовано в качестве генератора низкочастотных колебаний для проведения калибровочных измерений сейсморегистрирующей аппаратуры. Сейсмоисточник состоит из двух идентичных корпусов, в каждом из которых установлены с возможностью вращения приводные валы, снабженные связанными с ними равными дебалансными массами, центр масс каждой из которых находится вне оси вращения валов. Между корпусами расположен редуктор, соединяющий валы через устройство, регулирующее угол поворота дебалансных масс относительно друг друга. Техническим результатом является возможность избирательного получения либо вертикального, либо горизонтального типов колебаний, повышение эффективности работы сейсмоисточника, упрощение конструкции и повышение технологичности устройства.The invention relates to a vibroseismic technique and can be used as a generator of low-frequency oscillations for carrying out calibration measurements of seismic recording equipment. A seismic source consists of two identical cases, in each of which drive shafts are mounted for rotation, provided with equal unbalanced masses associated with them, the center of mass of each of which is outside the axis of rotation of the shafts. A gearbox is located between the housings, connecting the shafts through a device that controls the angle of rotation of the unbalanced masses relative to each other. The technical result is the ability to selectively obtain either vertical or horizontal types of vibrations, increasing the efficiency of the seismic source, simplifying the design and improving the manufacturability of the device.

Description

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.The utility model relates to vibroseismic technology and can be used as a generator of low-frequency vibrations for carrying out calibration measurements of precision seismic recording equipment, as well as for studying the transformation of vibrational energy transfer in the case of a seismic source operating in the contact zone of three media: lithosphere, hydrosphere, atmosphere.

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).Known eccentric vibrator designed to compact the soil and generating only vertical vibrations of the plate. The vibrator contains a housing with two parallel shafts on which the unbalanced masses are placed, and a device for regulating the angular position of the centers of mass of the unbalanced loads (US No. 4440034, publ. 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).Known vibration exciter, comprising a housing, a drive shaft located therein, fixed and movable unbalances, the centers of mass of which are located in a plane perpendicular to the axis of the drive shaft; a sleeve covering the drive shaft, mounted for rotation about an axis, and an adjustment screw with a fork and a bearing mounted at the ends coaxially with the drive shaft (USSR AS No. 1768321, publ. 10/15/1992).

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.The fixed unbalance is made in the form of a cup mounted on the drive shaft and covering it with mass attached to its inner end, and the movable unbalance is in the form of a disk mounted on the sleeve kaoxially to the cup with the second mass fixed on it from the side facing the bottom of the cup.

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.The location of the centers of mass of the vibration exciter unbalances in a common plane perpendicular to the axis of the drive shaft, and their structural implementation leads to a significant complication of the design of the vibration source and the appearance of a moment of force in the plane of the axis of the drive shaft, which in turn causes parasitic side vibrations of the vibration source, in the form of swings, which productive vertically directed vibration pulses emitted by the platform into the soil half-space distort and partially suppress, which significantly reduces the efficiency in brovozdeystviya.

Раскачивающие вибровозбудитель паразитные боковые колебания приводят также к росту амплитуды его вибрации, что увеличивает инерционные нагрузки на Swinging exciter parasitic lateral vibrations also lead to an increase in the amplitude of its vibration, which increases the inertial loads on

излучающую платформу, вибровозбудитель и узлы крепления его к платформе. При этом снижается долговечность вибровозбудителя в целом.radiating platform, vibration exciter and its attachment points to the platform. This reduces the durability of the exciter as a whole.

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.Another significant drawback of the known vibration exciter is the design complexity of the axial unbalance reversal mechanism for controlling the static moment of the machine. The need to use for the implementation of such a mechanism an elongated three-point drive shaft, translationally moving along its axis, servo elements in the form of a fork with a bearing, threaded bushings with an elastic element as power transmission units, sharply reduces the operational reliability and maintainability of the vibration exciter, and complicates its maintenance. The body of the vibration exciter is significantly extended, which increases its metal consumption and makes it impossible to bring the center of mass of the machine into the plane of action of centrifugal disturbing unbalance forces without special counterweights and similar structural elements.

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).Known vibration exciter containing a housing, a drive shaft located in it with unbalanced constant static moment, as well as an additional unbalance with variable static moment and a device that allows you to adjust its value (p. RF No. 2200635, publ. 03.20.2003).

Известная конструкция подавляет крутильные колебания, что важно при возникающих нагрузках в десятки тонн силы, однако она достаточно сложна в изготовлении и эксплуатации.The known design suppresses torsional vibrations, which is important for arising loads of tens of tons of force, but it is quite difficult to manufacture and operate.

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).Known unbalanced seismic source containing a radiating vibroplate, on which a housing with a drive shaft is mounted, on which one unbalance is fixed rigidly, and the other is mounted rotatably relative to the shaft, and an electric drive into which an engagement clutch mounted on the free end of the drive shaft is inserted, the driven disk of which is rigidly connected to the second unbalance, and the drive disk is connected to the drive shaft by means of splines, while the drive and the drive are installed with the possibility of interaction with each other ohm through an annular drum connected to the leading disk by means of splines, and to the driven disk by means of rotary dowels (AS USSR No. 1594471, published on 08.24.1988).

Все рассмотренные выше известные вибровозбудители (сейсмоисточники) представляют собой устройства однокорпусного типа и перестройка их работы с целью получения колебаний определенного типа (либо вертикальные, либо All the above-mentioned known vibration exciters (seismic sources) are single-case type devices and the restructuring of their work in order to obtain a certain type of vibration (either vertical or

горизонтальные) требует больших трудозатрат или вообще невозможна, а сами конструктивные решения компоновки дебалансных устройств и средств их регулирования достаточно сложны в изготовлении и эксплуатации.horizontal) requires a lot of labor or is impossible at all, and the constructive solutions for the layout of unbalanced devices and means for their regulation are quite difficult to manufacture and operate.

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).Closest to the claimed technical essence is a low-frequency vibration exciter comprising a housing and drive shafts with unbalanced masses mounted therein with the possibility of rotation. Unbalanced masses are mounted on axes perpendicular to the axes of the shafts and are made in the form of half disks equipped with a curved groove. To change the amplitude of vibrations, the vibration exciter is equipped with a mechanism for regulating the position of unbalanced masses, made in the form of a slider with a spike, mounted in the housing between the half-disks with the possibility of movement along the shaft axes (Sec. RF No. 2048929, publ. 11/27/1995).

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.However, the known device is not efficient enough, since it does not make it possible to generate horizontal vibrations while suppressing vertical and torsional vibrations, and it is also difficult to constructively and technologically.

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.The objective of the proposed utility model is to provide selective generation of either horizontal or vertical types of oscillations in one device with high efficiency and at the same time simplifying the overall design of the device, as well as improving the manufacturability of the claimed device.

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.The problem is solved by a low-frequency seismic source (vibration exciter), which is a two-case type device, in each case of which identical drive shafts with equal unbalanced masses are located with the possibility of rotation, while the unbalanced masses are connected with the shafts inside the housings so that their centers of mass are outside the axis of rotation shafts, and the shafts are interconnected by means of a gearbox located between the housings, and are equipped with devices for controlling the angle of rotation of unbalanced masses o relative to each other.

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 The implementation of the seismic source in the form of a two-case device with the proposed constructive arrangement of unbalanced shafts (drive shafts with unbalanced masses) and devices for controlling the mutual angular arrangement of their centers of mass makes it possible to obtain a given type of oscillation: either horizontal or vertical, to increase the efficiency of the device due to a twofold increase in the amplitude value of the exciting power fluctuations in

отношению к величине силы, возникающей в случае однокорпусного дебалансного сейсмоисточника.relative to the magnitude of the force arising in the case of a single-case unbalanced seismic source.

Сущность предлагаемого решения иллюстрируется фиг (а, б), где на фиг."а" приведена схема сейсмоисточника для получения вертикальных колебаний, а на "б" - горизонтальных колебаний.The essence of the proposed solution is illustrated in Fig (a, b), where in Fig. "A" shows a diagram of the seismic source for vertical oscillations, and on "b" - horizontal oscillations.

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.The seismic source (Fig) consists of two identical cases 1 and 2, in each of which drive shafts 3 and 4 are mounted for rotation, equipped with equal unbalanced masses 5 and 6 associated with them, the center of mass of which is outside the axis of rotation of the shafts 3 and 4. The rotation of the drive shafts 3 and 4 is provided, for example, by installing them in bearings (not shown in FIG.) Pressed into the side covers of the housings 1 and 2. Between the housings 1 and 2 there is a gear 7 attached to the shafts 3 and 4 through devices 8 and 9, allowing you to adjust the angular position unbalanced masses 5 and 6 relative to each other. All parts of the seismic source are placed in close proximity to each other to avoid spurious oscillations and reduce the longitudinal dimensions of the structure.

Сейсмоисточник работает следующим образом.The seismic source works as follows.

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.Before starting the seismic source, cases 1 and 2 are rigidly fixed on a common platform (not shown in Fig.). Unbalanced masses 5 and 6 are set in a predetermined position relative to each other. This position is determined by the required type of generated oscillations, namely, if it is necessary to obtain vertical vibrations, the drive shafts 3 and 4 using devices 8 and 9, for example, adapter couplings, are set so that the spatial angle between the centers of the unbalanced masses is zero (Fig. "a"), and for generating horizontal oscillations - 180 ° (Fig. "b"). The torque of one of the drive shafts is created by connecting it to a DC motor (not shown in Fig.), Which drives the shafts 3 and 4 in counter-rotation by means of a reducer 7 mounted between the shafts, generating oscillations of a given type, while vibrations of a different type are suppressed.

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), The existing spatial separation of counter-rotating unbalanced masses leads to the appearance of a moment of a pair of forces that rotate the entire structure relative to the axis normal to the axis of rotation of the shafts and radially directed, which causes torsional spurious oscillations, which are especially noticeable at large values of exciting force oscillations (more than 1000 n),

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.therefore, if necessary, their suppression of the housing 1 and 2 are placed parallel to each other. With small values of the exciting force (about 1000 n), both parallel and serial arrangement of housings with unbalanced shafts is possible.

Мощность заявляемого сейсмоисточника и, соответственно, амплитуда колебаний сейсмоисточника, определяется массой дебалансов 5 и 6 и регулируется путем их замены.The power of the inventive seismic source and, accordingly, the amplitude of the oscillations of the seismic source is determined by the mass of unbalances 5 and 6 and is regulated by replacing them.

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.The maximum rotational speed of the unbalances, which determines the upper limit of the frequency range of the seismic source, is determined by the rotational speed of the shafts and in the inventive device lies in the low-frequency region in the range up to 3000 rpm or up to 50 Hz.

В качестве корпусов сейсмоисточника возможно использование, например, серийно выпускаемых промышленностью корпусов электродвигателя.As cases of a seismic source, it is possible to use, for example, electric motor housings commercially available from industry.

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.Thus, the use of a housing from a 5 kW electric motor allowed the applicant to obtain a maximum exciting force in each housing of 2500 n and operate in a frequency range of up to 20 Hz.

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.Unbalanced masses are performed, for example, in the form of cylinders rigidly fixed on the shafts, the center of mass of which is located outside the axis of rotation, and the shafts are placed in housings in place of the rotor of the electric motor in its seat in bearings. One of the options is when drive shafts and unbalanced masses are made as a whole (by casting or turning), which significantly increases the reliability of the product.

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.The inventive two-body design of the seismic source is simple to manufacture and technologically advanced. The design allows a simple rotation of the unbalanced mass in one of the buildings 180 ° to switch from the generation of vertical oscillations to the generation of horizontal and vice versa. In the cases, in addition to the unbalanced mass, there are no technical devices designed to control the static moment, and if necessary, changes in the magnitude of the initial static moment of the seismic source open the seismic source cases and replace the unbalanced mass with the required ones.

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.All these features of the seismic source along with an increase in the efficiency of its operation make the manufacture of a two-case seismic source, its assembly and operation much simpler than in single-case devices.

Claims

1. A low-frequency seismic source, consisting of two housings, each of which has identical drive shafts with equal unbalanced masses, rotatable, with unbalanced masses connected to the shafts inside the housings so that their centers of mass are outside the axis of rotation of the shafts, and the shafts interconnected by means of a gearbox located between the housings, and equipped with devices for controlling the angle of rotation of unbalanced masses relative to each other.

2. The low-frequency seismic source according to claim 1, characterized in that the body of the seismic source are parallel to each other.

3. The low-frequency seismic source according to claim 1, characterized in that the body of the seismic source are arranged sequentially one after another.

4. The low-frequency seismic source according to claim 1, characterized in that as the bodies of the seismic source use the motor housing.

5. The low-frequency seismic source according to claim 1, characterized in that the device for controlling the angle of rotation of the unbalanced masses relative to each other is made in the form of transitional couplings located outside the enclosures.