ВОЗБУДИТЕЛЬ ВИБРАЦИИ Российский патент 2003 года по МПК G01V1/133 

Изобретение относится к устройствам возбуждения в естественных (земные недра) и искусственных (здания, сооружения) объектах сейсмических колебаний с целью вибрационных невзрывных исследований этих объектов, например, для сейсморазведки, оценки сейсмостойкости и других инженерных изысканий.

Известны гидравлические источники колебаний и сейсмических волн (возбудители вибраций), содержащие гидроцилиндр, корпус которого соединен с реактивной массой, а шток соединен с опорной плитой, пассивной массой, составленной, например, транспортным средством с размещенными на нем устройствами гидропитания, механизмом перевода возбудителя вибраций из транспортного положения в рабочее, электрогидравлическим усилителем (сервоклапаном) и системой управления.

Такие устройства работают следующим образом. После перевода возбудителя вибраций из транспортного положения в рабочее опорная плита прижимается к объекту (например, к грунту) частью веса транспортного средства и размещенных на нем устройств. Сервоклапан по команде системы управления формирует в полостях гидроцилиндра переменные давления, приводящие в движение реактивную массу. При этом движении на плунжере гидроцилиндра возникает переменная сила, которая через шток и опорную плиту генерирует в объекте (грунте) сейсмические колебания нужной частоты и амплитуды.

Описанные возбудители вибрации имеют разнообразную конструкцию.

Известно устройство (см. патент США 4133409, опубл. в 1979 г.), включающее взвешивающее устройство, выполненное в виде пневматической подушки, установленной между верхней поперечиной, посредством которой закреплены стойки и плунжер гидроцилиндра на опорной плите, и дополнительной траверсой, связанной жестко с реактивной массой посредством пластин. Пневматическая подушка заряжена сжатым воздухом необходимого давления, которое изменяется в процессе работы гидроцилиндра.

Недостатком устройства является изменение давления в пневматической подушке в процессе работы устройства, что вызывает неравномерность приложения взвешивающего усилия к реактивной массе и отрицательно влияет на работу всего устройства. Кроме того, вследствие больших ускорений, возникающих при возвратно-поступательном движении реактивной массы, а также под действием крутильных усилий, возникающих в реактивной массе при наличии несбалансированности ее относительно поршня гидроцилиндра, на элементы крепления пневматической подушки действуют большие разрушающие усилия, что снижает надежность работы устройства.

Известен гидравлический вибрационный источник сейсмических сигналов (см. а. с. СССР 830263, G 01 V 1/04, опубл. 15.05.81г.), содержащий возбудитель вибрации, включающий активную массу с опорной плитой и реактивную массу, снабженную устройством взвешивания, состоящим из гидравлического исполнительного механизма с гидроаккумулятором, он выполнен в виде гидроцилиндра, корпус которого связан жестко с опорной плитой, а плунжер - шарнирно с реактивной массой.

В этом источнике сейсмических сигналов, наиболее близком к предлагаемому, изменение давления в пневмогидравлическом аккумуляторе под действием возвратно-поступательного движения реактивной массы в процессе работы рабочего гидроцилиндра вызывает неравномерность воздействия взвешивающего усилия на реактивную массу, служит дополнительной причиной снижения надежности устройства из-за возможной разгерметизации системы питания пневмогидравлического аккумулятора, а в случае заклинивания плунжера требуется разборка узла всего устройства для замены взвешивающего устройства.

Возбудители вибрации, описанные выше, имеют устройства нормированной жесткости, например пневмоцилиндры, гидроцилиндры, пневмоопоры, пружины и т.п. , предназначенные для необходимости компенсации веса реактивной массы.

Наличие этих устройств усложняет конструкции возбудителя вибрации, снижает его надежность, отрицательно сказывается на качестве возбуждаемых колебаний, требует значительных эксплуатационных затрат. Такой возбудитель вибрации эффективен в узком диапазоне частот генерируемых колебаний.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения надежности работы и упрощения конструкции источника.

Для достижения этого технического результата в возбудителе вибрации происходит компенсирование веса реактивной массы во всем диапазоне частот за счет того, что диаметр штока в надплужнерной полости выполнен меньше диаметра штока в подплунжерной полости, а произведение разности эффективных площадей плунжера на рабочее давление в гидроцилиндре равно весу реактивной массы.

На чертеже изображен возбудитель вибрации.

Возбудитель вибрации состоит из гидроцилиндра 1, на который надета реактивная масса (груз) 2, траверсы 3, которая имеет 4 гнезда "а" для установки стоек, связывающих траверсу 3 с опорной плитой 4. На грузе 2 установлены амортизаторы 5 для предотвращения резких ударов груза об опорную плиту 4 и траверсу 3. На траверсу 3 установлен усилитель-преобразователь электрогидравлический 6.

Гидроцилиндр 1 возбудителя вибрации состоит из корпуса 7 с запрессованной гильзой 8 и двухштокового плунжера 9, который перемещается в подшипниках 10 и 11.

Усилитель-преобразователь электрогидравлический 6 связан с полостями гидроцилиндра 1 верхней "б" и нижней "в" каналами "г", проходящими в теле плунжера 9.

Возбудитель вибрации работает следующим образом.

Поток рабочей жидкости высокого давления, создаваемый насосной установкой, поступает с помощью усилителя-преобразователя электрогидравлического 6 попеременно в нижнюю "в" и верхнюю "б" полости гидроцилиндра 1 возбудителя вибрации пропорционально заданному электрическому сигналу.

В гидроцилиндре 1 энергия потока преобразуется в перемещения реактивной массы 2. При колебании реактивной массы 2 реактивная сила через неподвижный плунжер 9 и опорную плиту 4, прижатую к грунту массой вибратора, воздействует на грунт, вызывая в его толще колебания, соответствующие по частоте и амплитуде заданному сигналу.

Особенность возбудителя вибрации состоит в том, что силовой гидроцилиндр его выполнен несимметричным: верхняя полость имеет несколько большую площадь, чем нижняя. За счет разности площадей возникает усилие, компенсирующее вес реактивной массы.

При диаметре плунжера 160 мм диаметр штока в нижней части равен 140 мм, а в верхней 133 мм. Это создает разницу в 15 см², что при среднем давлении в полости, равном 10 MПa (половина давления в напорной линии), создает компенсирующую силу 1500 кг, т.е. равную весу реактивной массы.

Необходимость в использовании дополнительных компенсирующих гидроцилиндров или пневмоопор, как в традиционных конструкциях вибраторов, отпадает.

Источники информации
1. Патент США 4133409, кл. 181-114, опубл. 9.01.79 г.

2. Авторское свидетельство СССР 830263, кл. G 01 V 1/04, опубл. 15.05.81 г.

Использование: для сейсморазведки, оценки сейсмостойкости и других инженерных изысканий. Сущность: возбудитель вибрации содержит гидроцилиндр, реактивную массу, траверсу, опорную плиту, амортизаторы, усилитель-преобразователь электрогидравлический, корпус, гильзу, двухштоковый плунжер, подшипники. Диаметр штока в надплунжерной полости выполнен меньше диаметра штока в подплунжерной полости, а произведение разности эффективных площадей плунжера на рабочее давление в гидроцилиндре равно весу реактивной массы. Технический результат - повышение надежности в работе и упрощение конструкции возбудителя. 1 ил.

Возбудитель вибрации, содержащий гидроцилиндр, корпус которого соединен с реактивной массой, а шток соединен с опорной плитой и с пассивной массой, например, транспортным средством, отличающийся тем, что диаметр надплунжерной части штока выполнен меньше диаметра подплунжерной его части, а произведение разности эффективных площадей плунжера на рабочее давление в гидроцилиндре равно весу реактивной массы.