Устройство электротермомеханического разрушения мерзлых грунтов при сооружении траншей Советский патент 1990 года по МПК E02F1/00 E02F5/14 

Изобретение относится к технике разработки мерзлых грунтов и может быть использовано, преимущественно, при прокладке траншей.

Цель изобретения - ускорение разупрочнения мерзлого грунта путем повышения его энерговосприимчивости в зоне растепляемого целиха породы.

На фиг.1 показано устройство для элек- тротермомеханического разрушения мерзлых грунтов при сооружении траншей, общий вид; на фиг.2 - принципиальная схема блока выбора и установки тока электромагнита: на фиг.З - принципиальная схема преобразователя: на фиг,4 - зависимость тока потребления генератора СВЧ-энергии от тока электромагнита.

Устройство для электротермсмехаииче- ского разрушения мерзлых грунтов при сооружении траншей содержит электромагнитный рупор 1 с дополнительным электромагнитом, включающим магнитопровод 2 и две полуобмотки 3. На рупоре укреплен генератор 4 СВЧ- энергии, в цепь питания которого включен датчик 5 потребляемой мощности, выход которого связан с блоком 6 выбора и установки тока электромагнита, который связан с преобразователем 7, подающим ток в обмотки электромагнита. В нижней части рупора со стороны электромагнита имеются диамагнитные про- кладкиВ. Размороженный грунт удаляется ковшом 9 экскаватора.

Блок 6 выбора и установки тока электромагнита (фиг.2) содержит генератор 10 импульсов, связанный с распределителем импульсов, реализованным на делителе 11 частоты и сдвигающих триггерах 12-14, буферный регистр 15 и аналого-цифровой пре- образователь (АЦП) 16. связанные с сумматором 17, выход которого соединен с логическими входами элементов 18, 19 И- ИЛИ-НЕ. Выходы последних связаны со счетными входами счетчика 20. С информационным входом счетчика 20 соединен информационный выход АЦП 16.

Через инверторы 21, 22 и дифференцирующие цепи 23 и 24 связаны входы RS- триггера 25 с выходами элементов 18, 19 И-ИЛИ-НЕ, а выходы триггера 25 в свою очередь соединены с входами элементов 18, 19 И-ИЛИ-НЕ. Информационный выход счетчика 20 связан с входом цифроаналого- вого преобразователя (ЦАП) 26, выход которого подключен на усилитель 27 мощности, связанный с преобразователем 7.

На фиг.З представлена принципиальная электрическая схема управляемого пре- образователя 7. Схема собрана из стандартных элементов. Она состоит из трехфазного трансформатора Тр, выпрямителя на диодах VD1 - VD3 и регулируемого сопротивления, реализованного на транзисторе VT и сопротивлении RI. Сопротивление R2 служит для уменьшения тока через транзистор VT.

Устройство работает следующим образом.

На разупрочняемый участок грунта устанавливается электромагнитный рупор 1. Включается генератор 4 СВЧ-энергии и подается питание на катушки 3 электромагнита 2. При этом в обмотке электромагнита устанавливается средний ток, соответствующий начальному содержанию информации в АЦП 16, так как при включении содержимое АЦП заносится в счетчик 20, а затем преобразуется ЦАП 26 в сигнал, пропорциональный току электромагнита. Этот сигнал усиливается усилителем 27 мощности, который управляет преобразователем 7.

При этом в целике размораживаемого 5 грунта создается перпендикулярное оси распространения СВЧ-поля магнитное поле постоянного направления, величина которого соответствует первоначальной информации, содержащейся в счетчике 20.

0 Наличие поля обеспечивает возможность необходимой переориентации осей вращения электронов в атомах вещества грунта и создает условия для наилучшей раскачки электронов, т.е. увеличивает энерговоспри5 имчивость размораживаемого грунта. Для обеспечения более равномерного распределения магнитного потока постоянного направления в размораживаемом целике полюсам электромагнита придают с внут0 ренней стороны заостренную форму. Благодаря такому решению концы полюсов с внутренней стороны более насыщены в магнитном отношении чем с внешней стороны. Периодичность коррекции тока элект5 ромагнита определяется частотой генератора 10 и кратностью делителя 11 частоты. Импульс, поступающий с триггера 12, переносит содержимое АЦП 16 в буферный регистр 15. Импульс с триггера 13 включает

0 АЦП 16. При этом аналоговый сигнал с датчика 5 преобразуется в цифровую величину и подается на один из входов сумматора 17. . На второй вход сумматора 17 подается при этом содержимое регистра 15. Сумматор

5 осуществляет сравнение этих сигналов. Если величина, содержащаяся в АЦП 16, больше величины, содержащейся в буферном , регистре 15, то открывается выход сум- матора 17. Если на. прямом выходе триггера

0 25 имеется логическая единица, то подготавливается к работе элемент 18-И-ИЛИ-НЕ, и при появлении импульсй на выходе Tpuirre- ра 14 к содержимому счетчика 20 добавляется единица. Соответственно это вызывает

5 некоторое увеличение тока электромагнита. Если соотношение величин, содержащихся в АЦП 16 и регистре 15, таково, что открывается выход сумматора 17 или триггер 25 находится в противоположном состоянии,

0 т.е. открыт его инверсный выход, то подготавливается к работе элемент 19 И-ИЛИ-НЕ. Тогда при появлении импульса на выходе триггера 14 с выхода элемента 19 поступает импульс на счетчик 20 и содержимое счетчи5 кауменьшается на единицу, соответственно ток электромагнита уменьшается. Элементы 21-24 необходимы для переключения триггера 25 по концу импульса с триггера 14. Аналого-цифровой преобразователь 16 работает по весовому методу и выполнен на

стандартных элементах по типовой схеме. Информация с АЦП одновременно поступает в прямом коде в сумматор 17 и в инверсном коде в регистр 15. Из регистра 15 информация в инверсном коде поступает на второй вход сумматора, В сумматоре операция вычитания заменяется операцией сложения числа в прямом коде с числом в инверсном коде.

При этом в момент включения в регистре АЦП 16 находится информация 1000 0000, что соответствует среднему току рабочего диапазона в обмотке электромагнита 3. По концу импульсов +1 и -1 переключается триггер 25.

На фиг.4 представлена зависимость тока потребления СВЧ-генератора от тока электромагнита 3. На основе этой зависимости представлена диаграмма работы блока 6. В начальный момент (момент включения) в счетчике информация 1000 0000, что соответствует установке в электромагните 3 тока А, точка 1 (середина рабочего диапазона (2А-4А)). Минимальный ток рабочего диапазона (2А) создается за счет тока через Ri (фиг.З). При таком токе электромагнита ток, потребляемый от сети генератором 4 СВЧ-энергии, определяется ТОЧКОЙ1 (фиг.4). Допустим, что при первом измерении тока потребления триггер 21 находится в О состоянии (на верхнем выходе О, на нижнем 1), допустим также, что при первом измерении сумматор выдал результат . Тогда открывается элемент 19 и в счетчике 20 из числа 1000 0000 вычитается единица и образуется число 0111 1111. Этому числу соответствует ток электромагнита точки 2. При следующем измерении сумматор 17 выдает результат , открывается элемент 18 и в счетчике образуется первоначальное число 1000 0000. По окончании импульса +1 триггер 21 устанавливается в 1 состояние (на верхней выходе 1, на нижнем О). При следующем измерении схема устанавливает ток электромагнита, соответствующий точке 3. При последующих измерениях ток электромагнита выдерживается таким, при котором мощность, потребляемая от сети СВЧ-генератором, максимальна.

При увеличении тока электромагнита усиливается магнитное поле постоянного направления. Оси вращения в веществе грунта ориентируются в направлении магнитного поля электромагнита. При этом улучшаются условия раскачки электронов излучаемым из электромагнитного рупора СВЧ-полем, увеличивается энерговосприимчивость грунта, увеличивается мощность.

потребляемая СВЧ-генератором 4. При этом увеличивается сигнал, поступающий на АЦП 16с датчика 5, Блок 6 выбора и установки тока электромагнита выводит си- 5 стему питания полуобмоток 3 электромагнита на оптимальный режим, соответствующий максимуму потребления мощности СВЧ-генератором. Последняя величина пропорциональна значению СВЧтэнергии, воспринимаемой 10 грунтом. Благодаря работе устройства достигается повышение энерговосприимчивости грунта и сокращение времени на его разупрочнение. Разупрочняемый грунт удаляется ковщом 9 экскаватора.

15 Использование устройства при строительстве траншей позволяет сократить время разупрочнения грунта и повысить скорость разработки грунта приблизительно в 1,2 раза. 20

Формула изобретения 1. Устройство электротермомеханиче- ского разрушения мерзлых грунтов при сооружении траншей, содержащее источник 5 питания и электромагнитный рупор с большой апертурой с установленным на нем генератором СВЧ-энергии, отличающее- с я тем, что, с целью ускорения разупрочнения мерзлого грунта путем повышения его 0 энерговосприимчивости в зоне растепляе- мого целика породы, оно снабжено установ- ленным на рупоре электромагнитом, направление магнитного потока которого перпендикулярно оси распространения из- 5 лучаемого СВЧ-поля, датчиком потребляемой мощности, преобразователем и блоком выбора и установки тока электромагнита, при этом, выход последнего соединен с управляющим входом преобразователя, выходы ко- 0 торого подключены к обмОтке электромагнита, вход преобразователя соединен с источником питания, причем вход генератора СВЧ-энергии связан с источником питания через дат- чик потребляемой мощности, выход 5 которого подключен к входу блока выбора и установки тока электромагнита,

2. Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что блок выбора и установки тока электромагнита состоит из генератора им- 0 пульсов, делителя частоты, трех триггеров, буферного регистра, аналого-цифрового преобразователя, сумматора, счетчика, двух элементов И-ИЛИ-НЕ, RS-триггера, цифро- аналогового преобразователя, двух инвер- 5 торов, двух дифференцирующих цепей и усилителя мощности, при этом выход генератора импульсов соединен с входами синхронизации трех триггеров и входом делителя частоты, один выход которого под- ключей к входу первого триггера, а другой

выход подключен к управляющему входу буферного регистра, выходу первого и входу второго триггеров, выход последнего соединен с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя и входом третьего триггера, выход которого соединен с соответствующими входами обоих элементов И- ИЛИ-НЕ, при этом датчик потребляемой мощности подключен к аналоговому входу аналого-цифрового преобразователя, информационные выходы которого соединены с информационными входами сумматора, счетчика и буферного регистра, информационный выход последнего соединен с вторым

0

информационным входом сумматора, оба выхода которого подключены к соответствующим входам элементов И-ИЛИ-НЕ, выходы которых соединены с соответствующими счетными входами счетчика, причем каждый выход через последовательно соединенные инвертор и дифференцирующую цепь также связан с соответствующими входами RS- триггера, оба выхода которого подключены к соответствующим входам элементов И- ИЛИ-НЕ, при этом выход счетчика подключен к последовательно соединенным цифроаналоговому преобразователю и усилителю мощности.

Изобретение относится к разработке мерзлых грунтов и может быть использовано при прокладке траншей. Цель - ускорение разупрочнения мерзлого грунта путем повышения его энерговосприимчивости в зоне растепляемого целика породы. Устройство включает источник питания (ИП), электромагнитный рупор 1 с установленными на нем генератором СВЧ-энергии и дополнительным электромагнитом (ЭМ), включающим магнитопровод 2 и две полуобмотки, датчик 5 потребляемой мощности генератор 4 СВЧ-энергии, преобразователь 7 и блок выбора и установки тока (БВУТ) 6 дополнительного ЭМ. При этом ИП соединен с преобразователем через датчик 5 мощности с входом генератора 4 СВЧ-энергии. Выход датчика 5 подключен к входу БВУТ 6, выход которого соединен с управляющим входом преобразователя 7, к выходам которого подключена обмотка 3 ЭМ. Устройство обеспечивает создание в растепляемом грунте магнитного поля постоянного направления. При этом направление магнитного поля перпендикулярно оси распространения излучаемого СВЧ-поля. Магнитное поле создает условия для наилучшей раскачки электронов в атомах вещества грунта за счет переориентации их осей вращения, что увеличивает восприимчивость грунтом СВЧ-энергии. В изобретении приведена принципиальная схема БВУТ 6, выполненного на стандартной элементной базе. Датчик мощности и БВУТ 6 позволяют создать магнитное поле постоянного направления, величина индукции которого обеспечивает максимальную энерговосприимчивость растепляемого грунта. Разупрочненный грунт удаляется ковшом 9 экскаватора. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

ВеФиа1

к поз. 7

380В

3(св

О

1А 2 А ЗА ФигЛ

vr

-0;fer

Нпоз. 27

ФигЗ

4А Ззм