Вибровозбудитель Советский патент 1993 года по МПК B06B1/16 

Изобретение относится к строительным и горным машинам и может быть использовано для создания свайных вибропогружателей большой мощности, а также виброисточников сейсмоколебаний в грунте и горных породах, применяемых в геологоразведочных технологиях и в технологии повышения отдачи нефтяных и газовых месторождений.

Известен вибровозбудитель, содержащий привод и размещенные в корпусе две пары коаксиальных дебалансных валов, смонтированных с возможностью относительного разворота, шесте- ренный передаточный механизм,

содержащий синхронизирующие шестерни и управляемую планетарную передачу.

Недостатком машины является сложность конструкции и низкая несущая способность планетарной передачи. Поэтому во избежание перегрузки планетарной передачи при фазочастотном регулировании приходится ограничивать нагрузки вибровозбудителя путем уменьшения частоты до минимального рабочего значения. Этр существенно снижает быстродействие и точность регулирования параметров машины и, следовательно, эффективность ее применения.

VI

00

3

ел о

Сл)

Известен вибровозбудитель, принятый в качестве прототипа, включающий корпус, привод, размещенные в корпусе две пары коаксиальных дебалансн.ых валов, передаточный механизм с оборудованной ограничителем разворота полумуфт нежесткой сцепной муфтой, фрикционный тормоз. Наличие сцепной муфты с ограничителем разворота полумуфт позволяет производить запуск машины при нулевом статическом моменте, соответствующем фазовому углу дебалансных валов 180° и осуществлять фа- зочастотную регулировку с разворотом дебалансных валов в пределах установки упоров ограничителя разворота полумуфт. К существенным недостаткам машины следует отнести применение нежесткой сцепной муфты, не обеспечивающей постоянства кинематической связи ведущего и ведомого звеньев под действием вибрации большой мощности, а также отсутствие автоматической системы отслеживания фазового угла и iчеткого взаимодействия этой .системы с природами вибровозбудителя, и муфты. Указанные недостатки снижают функциональную надежность машины, обусловливают низкую точность -регулирования статического момента и частоты, неопределенность времени переходных : процессов при регулировании. Это делает : невозможным реализацию наиболее зффек- тивных режимов работы вибровозбудителя .с постоянной возмущающей силой на всём интервале изменения частоты, в том числе . режимов с дйскретным изменением частоты по заданной программе, необходимых для .сейсморазведки и вибровоздёйстви.я на нефтегазоносные месторождения.

; Другим недостатком вибровозбудмтеля является несимметрия расположения масс - привода, фрикционного тормоза, муфты зубчатых колёс, передаточного механизма относительно плоскости действия результирующей возмущающих сил дебалансных валов, проходящей-через центры их масс. Такая несимметрия при работе машины вы- зывает неравномерную .динамическую на-, грузку на ее подош ву, примыкающую к виброизлучающёй платформе, что искажает параметры адресуемых в грунт сейсмосиг- налоо. При этом снижается качество и производительность сейсморазведочных работ, требующих реализации.длительных серий высокоточных и параметрически устойчивых сейсмоимпульсов.

Целью изобретения является повышение, эффективности и надежности вибровозбудителя путем обеспечения стабильности и точности регулирования параметров и рациональной конструктивной компоновки.

Поставленная цель достигается тем, что в известном вибровозбудителе, содержащем корпус с размещенным на нем приводом и две лары коаксиальных дебалансных ва5 лов, установленных с возможностью относительного разворота, передаточный механизм выполнен в виде двух синхронизирующих рядов зубчатых колес, каждый из которых состоит из двух зубчатых колес,

0 связанных с соответствующим дебаланс- ным валом, и размещенных между ними двух паразитных зубчатых колес, промежуточного вала с жестко закрепленным на нем первым и свободно размещенным вторым

5 зубчатыми колесами, связанными каждое с одним из синхронизирующих рядов зубчатых колес через паразитные зубчатые колеса, управляемой муфты, связанной с промежуточным валом и свободно разме0 щенным на нем зубчатым колесом, а вибровозбудитель снабжен системой управления, связанной с приводом и управляемой муфтой. При этом синхронизирующие ряды зубчатых колёс и первое и второе зубчатые

5 колеса промежуточного вала размещены соответственно симметрично относительно плоскости, проходящей через центры масс дебалансных валов, а система управления выполнена в виде обязанного с приводом и

0 управляемой муфтой программного управляющего блока и датчиков угловых скоростей, установленных на валах, причем управляемая муфта выполнена жесткой, например, многокулачковой.

5 Авторам не известны технические решения, в которых описана изложенная выше совокупность отличительных признаков,

,. что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию су0 щественные отличия. При этом реализуется сверхсуммарный положительный эффект,

обусловленный совокупностью указанных признаков и заключающийся в том, что удлинение синхронизирующих рядов зубчатых ко5 лес передаточного механизма паразитными

; зубчатыми колесами и расположение синхронизирующих рядов и связанных с ними соответственно зубчатых колес промежуточного вала симметрично вертикальной плоскости,

О проходящей через центры масс дебалансов, реализует технически рациональную конструктивную компановку вибровозбудителя с низко расположенным центром тяжести и размещением линий привода и промежу55 точного вала с зубчатыми колесами и уп- . равляемой муфтой в поперечной плоскости. симметрии машины между осями коаксиальных пар дебалансов. Таким образом обеспечивается равномерное распределение массы вибровозбудителя на периметр

опорной поверхности его корпуса, а также симметрия масс вектору результирующей возмущающих сил дебалансов. Наличие системы управления в виде соединенного с датчиками угловых скоростей дебалансных валов программного управляющего блока, связанного с приводным двигателем и приводом сцепной управляемой муфты, обеспечивает автоматическое фазочастотное регулирование вибровозбудителя, в том числе в режимах, исключающих динамические перегрузки муфты при включениях, что позволяет применить жесткую, например, многокулачковую сцепную управляемую муфту, с помощью которой реализуется надежная фиксация фазового угла при высоких энергиях колебаний в процессе дискретного фазочастотного регулирования машины.

На чертеже приведена схема предлагаемого вибровозбудителя.

Вибровозбудитель содержит корпус 1, привод, состоящий из приводного двигателя 2, ведущей шестерни 3 на валу 4, компенсирующей муфты 5, размещенные в корпусе 1 две пары коаксиальных дебалансных ва- ло.в 6 и 7 и 8 и 9, каждая из которых установлена с возможностью взаимного разворота, передаточный механизм. Последний выполнен в виде двух зубчатых колес 10 и 11, связанных соответственно с валами 6 и 8, и двух зубчатых колес 12 и 13, связанных соответственно с валами 7 и 9, а также двух паразитных зубчатых колес 14, 15 и 16, 17, размещенных соответственно между зубчатыми колесами 10, 11 и 12, 13.

Передаточный механизм содержит также промежуточный.вал 18 с жестко установленным на нем и связанным, например, с зубчатым колесом 16 зубчатым колесом 19 и с размещенным свободно и связанным, на- пример, с зубчатым колесом 14 зубчатым колесом 20, входящим в зацепление с ведущей шестерней 3 привода, и управляемую, например, многокулачковую муфту 21, связывающую зубчатое колесо 20,с промежуточным валом 18.

Вибровозбудитель содержит также систему управления, включающую программ- .ный управляющий блок 22, связанный с приводным двигателем 2 и силовой обмоткой. 23 привода управляемой муфты 21, и датчики 24, 25 угловой скорости, установленные, например, соответственно на валах 6 и 18.

Синхронизирующие ряды зубчатых колес 10-17, а также зубчатые, колеса 19 и 20, установленные на промежуточном валу 18, размещены симметрично относительно вертикальной плоскости, проходящей через центры масс дебалансных валов 6, 7 и 8, 9, Вибровозбудитель работает в режиме автоматического программного регулйрова- 5 ния параметров или управляется оператором. При авторегулировании в блок управления 22 вводятся, например, программный ряд эталонных значений фазовых углов р дебалансов в интервале от до

0 , с заданным шагом Ау) и ряд соответственных этим фазовым углам эталонных значений частот вращения приводного двигателя f в интервале от fmin до fmax. Причем гГри любых соответственных эталон5 ных значениях ( f, например, и , (р и fi и т, д. рядов вибровозбудитель реализует такое сочетание статического момента М. и угловой скорости со дебалансных валов, при котором возмущающая сила име0 ет одно постоянное для всего интервала регулирования значение F М or- const,

Регулирование машины в режиме наращивания частоты колебаний от fmin до fmax осуществляется при начальном фазовом уг5 ле - 0, соответствующем максимальному статическому моменту дебалансов . Мтах. Пуск вибровозбудмтеля производится пключением приводного двигателя 2. При включенной управляемой муфте 21

0 вращение от двигателя 2 через кинематическую цепь привода - компенсирующую муфту 5 и ведущую шестерню 3 на валу 4 сообщается посредством зубчатого колеса 20 на промежуточный вал 18, зубчатое коле5 со 16, оба синхронизирующих ряда зубчатых колес 10-17 и дебалансы 6, 7 и 8, 9. По достижении двигателем 2 частоты вращения fmin, соответствующей минимальной рабочей частоте колебаний вибровозбудителя,

0 программный управляющий блок 22 запи- тывает силовую обмотку 23 привода управляемой муфты 21, Муфта 21 выключается, разрывая кинематическую связь зубчатого колеса 20 с промежуточным валом 18. По

5 сигналу выключения муфты 21 программный управляющий блок производит разгон проиводного двигателя 2, При этом вращение дебалансных валов 7 и 9, про- должающих движение по инерции, будет

0 постепенно замедляться, а дебалансные валы 6, 8 начнут ускоренное вращение, Угловые скорости дебалансных валов 6, 8 и 7, 9, фиксируемые соответственно датчиками угловых скоростей 24 и 25 в программном

5 управляющем блоке 22 вычитаются, а их разность интегрируется в величину фазового угла (р дебалансов. Когда текущее значение фазового угла достигнет ближайшего эталонного значения , заложенного в программный управляющий блок 22, последний отключает обмотку 23 привода управляемой муфты 21. Муфта 21 включается и замыкает кинематическую цепь зубчатое колесо 20 - промежуточный вал 18. С этого момента де- балансные валы 6, 7 и 8, 9 вращаются синхронно. По сигналу включения управляемой муфты 21 блок 22 прекращает разгон приводного двигателя 2 и приводит его частоту вращения к эталонному значению fi, COOT- ветственно эталонному значению фазового угла до. По истечении заданного программного времени работы вибровозбудителя с частотой вращения двигателя fi вышеописанный рабочий процесс фазочастотного регулирования периодически повторяется до достижения максимальных программных значений fmax и (ртах, соответствующих, минимальной величине статического момента Mmin дебалансов, -V.

Обратное авторегулирийвание машины по пути дискретного уменьшения частоты в интервале от fmax до fmfrr Производится следующим образом. Программный управляющий блок 22 подает питание в обмотку 23 привода управляемой муфты 21. Муфта выключается, размыкая кинематическую цепь зубчатое колесо 20 - промежуточный вал 18, По сигналу выключения управляемой муфты 21 управляющий блок 22 включает привод- ной двигатель 2 в режим динамического торможения. При этом замедление вращения дебалансных валов 6 и 8 исвязанного с ними ряда зубчатых колес 10, 11, 14, 15 будет существенно выше, чем замедление враща- ющихся по инерции дебалансных валов 7, 9 и ряда зубчатых колес 12,13, 16,17. Фиксируемые датчиками 24 и 25 угловых скоростей угловые скорости дебалансных валов 6, 8 и 7, 9 в программном управляющем блоке

22 вычитаются и разность угловых скоростей интегрируется в текущее значение фазового угла до. Как только текущее значение фазового угла достигнет ближайшего от Дотах эталонного значения до программный управляющий блок 22 отключает обмотку

23 привода управляемой муфты 21 и муфта включается, замыкая кинематическую цепь зубчатое колесо 20 - промежуточный вал 18. С этого момента дебалансные валы каждой коаксиальной пары 6, 7 и 8, 9 вращаются синхронно.

По сигналу включения управляемой муфты 21 управляющий блок 22 прекращает динамическое торможение приводного двигателя 2 и приводит его частоту вращения к эталонному значению fi, соответственно эталонному значению фазового угла до. Далее вышеописанный процесс фазочастотного регулирования периодически повторяется до достижения программных значений fmin и (. соответствующий максимальной величине статического момента Мтах дебалансов вибровозбудителя.

При задании программных рядов эталонных значений дои f шаг регулирования фазового угла Ду)и соответствующий ему шаг изменения частоты Af устанавливаются с учетом динамических характеристик разгона и торможения приводного двигателя 2 таким образом, чтобы на всем интервале фазочастотного регулирования вибровозбудителя включения управляемой муфты 21 осуществлялись при докритической разности скоростей ее ведущего и ведомого звеньев, что предотвращает выход муфты из строя.

Порядок регулирования машины в неавтоматическом режиме, например, путем подачи команд оператором с пульта управления, соответствует вышеописанному, При этом в программный управляющий блок 22 закладывается эталонное значение относительной угловой скорости дебалансных валов б, 7 и 8, 9, соответствующее предельно допустимой (предкритической) разности угловых скоростей ведущего и ведомого звеньев управляемой муфты 21. В процессе регулирования угловые скорости дебалансных валов 6, 7 и 8, 9, фиксируемые датчиками 24, 25, в программном управляющем блоке 22 вычитаются, и текущее значение их разности сравнивается с эталонным значением относительной угловой скорости дебалансов. При равенстве текущего значения разности угловых скоростей дебалансов эталонному управляющий блок 22 обесточивает обмотку 23 привода управляемой муфты 21, которая включается, Таким образом предотвращается возможность аварийной ситуации из-за ошибки оператора.

В предлагаемом вибровозбудителе реализуется дискретное фазочастотное авторегулирование с контролируемой точностью параметров и высоким быстродействием, что существенно повышает его эффективность по сравнению с прототипом, особенно на сейсморазведке и работах по вибросейсмическому воздействию на неф- тегазоносные месторождения, Симметричная конструктивная компановка, обеспечиваемая размещением синхронизирующих рядов шестерен по обе стороны вертикальной плоскости, проходящей через центры масс-дебалансов, и установкой привода на линии поперечной оси симметрии машины, обусловливает равномерное распределение динамического давления на

виброизлучающую платформу, что повышает стабильность сейсмоизлучения в грунтовое полупространство и, таким образом, качествосейсморазведочных работ. Отсутствие фрикционных тормозов и примене- ние защищенной от динамических нагрузок жесткой сцепной вибровозбудителя и, следовательно, эффективность его применения.

формула изобретения 1. Вибровозбудитель, содержащий корпус, размещенные на нем привод и две пары коаксиальных дебаланеов валов, установленных с возможностью относительного развороту, и передаточный механизм, о т- л и ч а ю щи и с я тем, что, с целью повышения эффективности и надежности путём обеспечения авторегулирования параметров и рациональной конструктивной компановки, передаточный механизм вы- полнен в виде двух синхронизирующих рядов зубчатых колес, каждый из которых выполнен в виде двух зубчатых колес, связанных с соответствующим дебалансом валом, и размещенных между ними двух паразитных колес, промежуточного вала, ..-. - - ,. Ч ;.-.,,/; ., :, ;

жестко связанного с ним первого и свободно размещенного на нем второго зубчатых колес, связанных с паразитными зубчатыми колесами, и управляемой муфты, связанной с промежуточным валом и свободно расположенным на нем зубчатым колесом, а вибровозбудитель снабжен системой управления, связанной с приводом и управляемой муфтой.

2. Вибровозбудитель по п. 1, отличающийся тем, что синхронизирующие ряды зубчатых колес и первое и второе зубчатые колеса промежуточного вала размещены; соответственно симметрично относительно плоскости, проходящей через центры масс дебалансных валов.. ;

3. Вибровозбудитель по п. 1, отлича- ю щ и и с я тем, что система управлений выполнена в виде связанного с приводом и управляемой муфтой программного управляющего блока и датчиков угловых скоростей, установленных на валах.

4. Вибровозбудитель по п. 1, отлича- ю щ и и с я тем, что управляемая муфта выполнена жесткой, например, многокулачковой.;

Изобретение относится к строительным и горным машинам и может быть использовано для создания свайных вибропогружателей большой мощности, а также виброисточников сейсмоколебаний в грунте и горных породах. Цель изобретения - повышение эффективности и надежности машины путем обеспечения авторегулирования параметров и рациональной компановки конструкции. Вибровозбудитель содержит корпус, привод, две пары коаксиальных дебалансных валов, установленных с возможностью относительного разворота, передаточный механизм, выполненный в виде двух синхронизирующих рядов зубчатых колес, каждый из которых содержит по два колеса, связанных с соответствующим валом, и размещенных между ними двух паразитных зубчатых колес, промежуточного вала с управляемой зубчатой муфтой и одним жестко соединенным с ними и другим свободно установленным зубчатым колесами, связанными паразитными зубчатыми колесами синхронизирующих рядов. Система управления выполнена в виде программного управляющего блока, соединенного с датчиками угловых скоростей, приводами вибровозбудителя и управляемой зубчатой муфтой. 3 з. п. ф-лы, 1 ил. (Л с