Автоколебательный источник сейсмических сигналов

 

Изобретение относится к сейсмической разведке и может быть использовано для возбуждения сейсмических волн в горных породах. Цель изобретения - упрощение конструкции, расширение диапазона рабочих температур и повышение КПД источника. Привод резонансной раскачки колебательной системы выполнен в виде механического вариатора скорости, упругокинематически связанного с реактивной массой и получающего энергию от источника вращения. 1 ил .СОсИзобретение относится к сейсмической разведке и может быть использовано для возбуждения сейсмических волн в горных породах.Известна вибрационная машина, содержащая упругую подвеску, вибратор, систему регулирования приведенной жесткости упругой подвести за счет бесступенчатых передаточных механизмов, выполненных в виде вариаторов. В данной машине раскачка осуществляется установленным на подвижной раме вибратором. Машина позволяет регулировать амплитуду и форму колебаний.Недостатком машины является невозможность реализации наиболее экономичной авторезонансной раскачки колебательной системы. Следствием этого является низкий механический КПД, что для многотоннажных.виброисточников приводит к большим энергозатратам. Для автономно работающих источников в полевыхусловиях энергопотребление представляет собой один из важнейших критериев.Известен также источник с возможностью резонансной раскачки, включающий электродинамический вибратор, вибросфеобразователь, усилители, (фазовращатель, усилитель мощности.Недостатком этого источника является значительная сложность реализации низкочастотных колебаний и невозможность создания достаточно больших раскачивающих усилий.Наиболее близким к предлагаемому является вибрационный источник сейсмических сигналов, содержащий, реактивную массу, установленную на излучающей платформе посредством упругих элементов, привод для резонансной раскачки с механическим вариантом скорости, ведомое и управляющие звенья которого кинематически связаны с реактивной массой, и преобразо-юЧ)м ю

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 V 1/155

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ (21) 4667455/25. (22) 28.03.89 (46) 15.02„92. Бюл.N.6 (71) Омский политехнический институт (72) В.Д.Парадеев, Ю.А.Бурьян и М.В.Силков (53) 550.834 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1070523, кл. 6 05. О 19/00, 1986.

Божко А.E. и др. Автоколебательный вибростенд с корректирующими линейными усилителями. —. Проблемы машиностроения, 1981. N. 14, с.52 — 55.

Авторское свидетельство СССР М 1492954, кл, G 01 V 1/43, 1987, Изобретение относится к сейсмической разведке и может быть использовано для возбуждения сейсмических волн в горных породах.

Известна вибрационная машина, содержащая упругую подвеску, вибратор, систему регулирования приведенной жесткости упругой подвести за счет бесступенчатых передаточных механизмов, выполненных в виде вариаторов, В данной машине раскачка осуществляется установленным на подвижной раме вибратором.

Машина позволяет регулировать амплитуду и форму колебаний.

Недостатком машины является невозможность реализации наиболее экономичной авторезонансной раскачки колебательной системы. Следствием этого является низкий механический КПД, что для многотоннажных. виброисточников приводит к большим энергозатратам. Для авто- номно работающих источников в полевых

„„ Ж„„1712922А1 (54) АВТОКОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ ИСТОЧНИК

СЕЙСМИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ (57) Изобретение относится к сейсмической разведке и может быть использовано для возбуждения сейсмических волн в горных породах. Цель изобретения — упрощение конструкции, расширение диапазона рабочих температур и повышение КПД источника, Привод резонансной раскачки колебательной системы выполнен в виде механического вариатора скорости, упругокинематически связанного с реактивной массой и получающего энергию от источника вращения. 1 ил . условиях энергопотребление представляет собой один из важнейших критериев.

Известен также источник с возможностью резонансной раскачки, включающий электродинамический вибратор, вибропреобразователь, усилители, фазовращатель, усилитель мощности.

Недостатком .этого источника является значительная сложность реализации низкочастотных колебаний и невозможность создания достаточно больших раскачивающих усилий.

Наиболее близким к предлагаемому является вибрационный источник сейсмических сигналов, содержащий, реактивную массу, установленную на излучающей платформе посредством упругих элементов, привод для резонансной раскачки с механическим вариантом скорости, ведомое и управляющие звенья которого кинематически связаны с реактивной массой, и преобразо1712922 ватель вращательного движения в поступательное.

Недостатком данного источника является относительная сложность конструкции, обусловленная наличием гидросистемй, включающей гидростанцию с приводом и элементами автоматики, золотниковые распределительные и предохранительные элементы, систему трубопроводов, силовые гидроцилиндры. Использование в качестве энергоносителя масла требует поддержания его температуры в определенных пределах. Последнее обстоятельство затрудняет эксплуатацию источника при низких температурах, значительно увеличивает время для подготовки его к работе и снижает КПД. При резком перепаде температур образуется конденсат. Замерзание последнего может приводит к отказу системы, Кроме того, эолотниковая распределительная система требует тонкой очистки масла, не допускает образования воздушных подушек и закипания масла. Регулирование давления в системе осуществляется изменением расхода, что неэкономично и снижает КПД системы. Перемещение штока гидроусилителя обеспечивается от управляющего звена вариатора, что обусловливает приложение к этому звену дополнительной нагрузки и, следовательно, вносит погрешности в его текущее расположение. Это также снижает КПД, Цель изобретения — упрощение конструкции, расширение диапазона рабочих температур и повышение КПД источника, Поставленная цель достигается тем, что автоколебательный источник сейсмических

Сигналов, содержащий реактивную массу, установленную на излучающей платформе посредством упругих элементов, привод для резонансной раскачки с механическим вариатором скорости, ведомое и управляющее звенья которого кинематически связаны с реактивной массой, и преобразователь вращательного движения в поступательное, снабжен пружиной растяжения — сжатия, вариатором с направляющим. элементом и двуплечим синусным рычагом, причем пружина растяжения.— сжатия связана соосно одним концом с реактивной массой, а другим — с преобразователем вращательного движения в поступательное; синусный рычаг одним плечом связан с реактивной массой, а другим — с управляющим звеном вариатора, при этом направляющий элемент ввриатора соединен с корпусом ведущего звена и обеспечивает воэможность его радиального смещения.

20

30

45

Таким образом, перемещение реактивной массы приводит к изменению положения управляющего звена механического вариатора скорости. До тех пор, пока управляющее звено вариатора смещено в одну сторону от своего начального положения (в это время реактивная масса также смещена в одну сторону от своего среднего положения), ведомое звено вариатора накапливает поворот одного знака, а пружина растяжения — сжатия накапливает деформацию. Ее деформация пропорциональна разности пе-. ремещения ведомого звена передаточного механизма и реактивной массы. Когда сила упругости пружины совпадает с направлением перемещения реактивной массы, совершается положительная раскачивающая работа и происходит раскачка системы.

На чертеже изображен автоколебательный источник сейсмических сигналов.

Источник содержит излучающую- платформу 1., реактивную массу 2, упругие регу-, лируемые элементы 3, механический вариатор скорости, включающий ведущее звено 4, ведомое звено 5, управляющее звено 6, Последнее связано двумя синусными рычагами 7 и 8 с реактивной массой 2, Ве-. домое звено вариатора через редуктор 9 и зубчато-реечную передачу 10, 11 посредством толкателя 12 связано с пружиной 13 растяжения- сжатия. Последняя установлена на реактивной массе. Ведущее звено снабжено направляющим элементом 14.

Устройство работает следующим образом.

При движении реактивной массы, например, вниз управляющее звено 6 смещается вправо. Передаточное отношение редуктора 9.подобрано так,.что раскачиваемый конец пружины 13 движется вверх.

Нижнее положение массы 2 соответствует крайнему правому положению управляющего звена 6. При движении. массы вверх пружина 13 начинает, совершать положительную работу, и это происходит на протяжении всего перемещения массы вверх. При возвращении массы из верхнего положения в среднее пружина опять совершает отрицательную работу. При этом положительная работа пружины значительно. превышает ее отрицательную работу. При совершении отрицательной работы энергия не теряется, а накапливается в виде потенциальной энергии деформации пружины.

5 Для раскачки реактивной массы из состояния покоя ведущее звено 4 вариатора выполнено с воэможностью смещения его оси. Если в начальный момент ось вращающегося звена сместить относительно общей оси шариков управляющего звена 6, напри1712922,6 мер, вправо, то ведомое звено 5 получит вращение, а пружина растяжения — сжатия; начнет накапливать деформацию, напри-, мер, будет сжиматься. S результате реактивная масса начнет перемещаться вверх, а управляющее ."вено пойдет влево, что приведет к дополнительному накоплению деформации пружиной растяжения-сжатия, т.е. система придет в движение.

Уравнение движения реактивной массы в предложении,.что диссипация энергии отсутствует, будет х1i =а u -t

Ь-хи-х, х+оР х =

m а сила деформации

F - t (x12 = x), сы (6) (2) Введем обозначения;

t х + а4 х. = a t + P (xdt о (3) 40 ч г = в5и, сти: (4) 50

p =po+ kx, rt-u+ê где йР =

m сп — жесткость упругой подвески;

m — реактивная масса;

F — сила деформации пружины растяжения-сжатия; х — текущее смещение реактивной масУгловая скорость в 5 ведомого звена вариатора определяется из соотношения где гв — радиус ведомого звена вариатора; йм — угловая скорость ведущего звена вариатора; р- текущее смещение общей оси шариков, а линейная скорость щ2 его толкателя.

12 будет где u — передаточное отношение редук» тора 9 и зубчато-реечной передачи 10. 11 (коэффициент преобразования перемещения).

Текущее смещение р общей оси шариков управляющего звена 6 вариатора и оси ведущего звена 4 будет где р> —, начальное смещение, когда реактивная масса находится в покое;

k — передаточное отношение двуплечего синусного рычага; х — текущее смещение реактивной массы.

Учитывая (2), (3); (4), получим перемещение толкателя 12:

t х г- 1 vndt, . о где t — время. или

Деформация пружины растяжения-сжатия будет где с — жесткость пружины растяжения20 сжатия.

В результате правая часть уравнения движения реактивной массы примет вид — (ц i+ "" Уха-x)

25 г5 о

Тогда уравнение движения примет вид

Освободимся от интеграла в правой чаt х . + а4 х - P x = a (8) Характеристическое уравнение будет: гз + й4 r - P = 0 (9) Уравнение третьей степени имеет три . корня. Нас интересует случай, когда возможны незатухающие колебания, т.е, когда

55 уравнение (g) имеет комплексные корни. В этом случае один корень будет вещественным, а два других — сопряженные мнимые:

1712922 щ ° 5

«а ъ, () -ц<цц >О.Р< о

20 (12) 25

x+ag x+px =a

Q,3 = — (u + ч ) + — - - (u ч ) =

1 ж

2 2

g + 1), Э „ РО

U = -g - g+p

Общее решение уравнения (8) без правой части будет;

1 хор с1е + (с2 81п у 1 + c3 сов y t ) B (11) 15

Первое слагаемое при t -+ C© стремится к нулю, когда r> < О, т.е. u + v < О -+ u3 < -v3.

С учетом (10) получим

В результате уравнение движения реактивной массы должно быть гдето > О, Это соответствует такому движению, когда наращивание деформации пружиной растяжения-сжатия в начальный момент приводит к смещению реактивной массы и, следовательно, управляющего звена вариатора скорости в направлении увеличения ро (начального смещения оси ведущего звена

4, необходимого для возбуждения колебаний).

Из формулы (11) следует, что при y > О решение будет периодическим и возрастающим. Это требование равносильно условию

u+v< О, что опять приводит к уравнению (12).

Случай чисто мнимых корней (u+ ч О) имеет место при условии q =.О,P = 0. Послед45 нее имеет физический смысл при учете дис сипации энергии в системе.

Общее:решение уравнения (12) будет:

50 х = с1 е " + (cz sin y t + co cos y t } e +

+p (13) При нулевых начальных условиях:

1 \е

t- О, х = О, хо = О, хо = О, с> Фcg Фсз О, еслиp eО иск-сг-сз=О, еслиР О, т.е. возбуждение имеет место, если в начальный момент р 4 О. Если же р - О, то возбуждение отсутствует.

Иэ уравнений (11), (13) следует, что амплитуда определяется параметрами с1, сг, сз.

Последние находят из начальных условий: хо, х, х, t - О и зависят они от величин:

Следовательно, изменение угловой скорости ведущего звена вариатора будет приводить к изменению амплитуды раскачки.

Изменение частоты колебаний, как и в прототипе, может быть осуществлено путем регулировки жесткости упругих элементов.

Люфты передаточных механизмов и проскальзывание фрикционной пары вариатора будут влиять на процесс раскачки. Это влияние сведется к снижению КПД раскачки, поскольку основная характеристика источника — рабочая частота определяется значением у;

Люфты в момент реверса могут приводить к ударам. Однако эти удары передаются на реактивную массу только через пружину

13. Удар порождает колебания с бесконечным спектром частот, а реактивная масса выделяет лишь частоту, равную собственной. Остальные частоты поглощаются источником, как фильтром частот.

Введение пружины растяжения-сжатия и выполнение укаэанных связей вариатора с реактивной массой дают следующие положительные результаты: упрощение конструкции вследствие исключения гидросистемы со всеми ее недостатками (непостоянство расхода при перепаде температур, наличие утечек, необходимость тонкой очистки масла, образование воздушных подушек и конденсата, а также возможность его замерзания при отрицательных температурах; нечувствитель-. ность к резкому перепаду температур; исключение системы стабилизации температуры масла и значительное сокращение времени подготовки источника к работе; повышение КПД системы. Последнее связано с тем, что регулирование давления в гидро-. системе осуществляют изменением сечения сливной магистрали, при этом энергия сливаемой жидкости входит в составляющие потерь, Повышается.степейь автономности источника.

1712922

Составитель С, Колесов

Редактор А.Маковская Техред М.Моргейтал Корректор А.Осауленко

Заказ 535 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул. Гагарина. 101

Формула изобретения

Автоколебательный источник сейсмиче-, ских сйгналов содержащий реактивную массу, установленную на излучающей платформе посредством упругих элементов, 5 привод резонансной раскачки с механическим вариатором скорости, ведомое и управляющее звенья которого «инематическй связаны с реактивной массой, и преобразо- . ватель вращательного движения в поступа- 10 ..тельное, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, расширения диапазона рабочих температур и повышения КПД источника, он снабжен пружиной растяжения-сжатия и двуплечим синусным рычагом, а вариатор — направляющим .элементом, причем пружина растяжениясжатия связана соосно одним концом, с реактивной массой, а другим — с преобразо- вателем вращательного движения в поступательное,.синусный рычаг одним плечом связан с реактивной массой, а другим — с . управляющим звеном вариатора, при этом направляющий элемент вариатора coeWнен с ведущим звеном с возможностью его радиального смещения.