Вибровозбудитель

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (н)5 В 06 В 1/16

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ (21) 4948329/28 (22) 29,03.91 (46) 07.01.93. Бюл. М 1 (71) Специальное конструкторское бюро прикладной геофизики СО АН СССР (72) Ю.В.. Погарский, Е.Н. Чередников, Э,Р. Фурман и Ю,П. Кравченко (73) Специальное конструкторское бюро прикладной геофизики CO PAH (56) Авторское свидетельство СССР

N 1692669, кл. В 06 В 1/16, 1989.

Авторское свидетельство СССР

N1676670,,кл. В 06 В 1/16, 1988. (54) ВИ БРОВОЗБУДИТЕЛ Ь (57) 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 авторегулироИзобретение 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, шестеренный передаточный механизм, „.,5U, „1787050 АЗ вания 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 кими и другим свободно установленным зубчатым колесами, связанными пара- зитными зубчатыми колесами синхронизирующих рядов. Система управления выполнена в виде программного управляющего блока, соединечного с датчиками угловых скоростей, приводами вибровозбудителя и управляемой зубчатой муфтой. 3 з. и. ф-лы, 1 ил. 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. Это существенно снижает быстродействие и точность регулирования параметров машины и, следовательно, эффективность ее применения, 1787050

Известен вибровоэбудитель, принятый . Поставленная цель достигается тем, что в в качестве прототипа, включающий корпус, известном вибровозбудителе, содержащем привод, размещенные в корпусе две пары корпус с размещенным на нем приводом и коаксиальных дебалансных валов, переда- две,пары коаксиальных дебалансных ваточный механизм с оборудованной ограни- 5 лов, установленных с возможностью отчителем разворота полумуфт нежесткой носительного разворота, передаточный сцепной муфтой, фрикционный тормоз. На- механизм выполнен в виде двух синхрониличие сцепной муфты с ограничителем раз- зирующих рядов зубчатых колес, каждый иэ ворота полумуфт позволяет производить которых состоит иэ двух зубчатых колес, запуск машины при нулевом статическом 10 связанных с соответствующим дебалансмоменте, соответствующем фазовому углу ным валам, и размещенных между ними дебалансных валов 180 и осуществлять фа- двух паразитных зубчатых колес, промежузочастотйую регулировку с разворотом де- точного вала с жестко закрепленным на нем балансных валов в пределах установки первым и свободно размещенным вторым упоров ограничителя разворота полумуфт. 15 зубчатыми колесами, связанными каждое с

К существенным недостаткам машины однйм из сийхрониэирующих рядов зубчаследует отнести применение нежесткой тых колес через паразитные зубчатые колесцепнай муфты, необеспечивающей посто-. са, управляемой муфты, связанной с янства кинематической связи ведущего и промежуточным валом и свободно размеведомого звеньев поддействием вибрации 20 щенным на нем зубчатым колесом, а вибробольшой мощности, а также отсутствие ав- возбудитель снабжен системой управления, томатической системы отсле>кивания фаза- связанной с приводом и управляемой муф. вого угла и четкого взаимодействия этой той, Приэтомсинхронизирующиерядызубсистемы с приводами вибровозбудителя и чатых колес и первое и второе зубчатые муфты. Указанные недостатки снижают 25 колеса промежуточного вала размещенысофункциональную надежность машины, ответственно симметрично относительно обусловливают низкую точность регулиро- плоскости, проходящей через центры масс вания статического момента и частоты, не- дебалансных валов, а система управления определенность времени переходных выполнена в виде связанного с приводом и процессов при регулировании. Это делает 30 управляемой муфтой программного управневозможнымреализациюнаиболеезффек- ляющего блока и датчиков угловых скоротивных режимов работы вибровоэбудителя стей, установленных на валах, причем .с постоянной возмуща1ощей силой на всем. управляемая муфга вь полнена жесткой, наинтервале изменения частоты, в том числе пример, многокулачковой. режимовсдискретнымизменениемчастоты 35 Авторам не известны технические реIlD заданной программе, необходимых для шения, в которых описана изложенная высейсморазведки и вибровоэдействия на . шесовокупностьотличительных признаков, нефтегазоносные месторождения. что позволяет сделать вывод о соответст Другим недостатком вибровозбудителя вии технического решения критерию "суявляется несимметрия располо>кения масс 40 щественные отличия", При этом реализуется — привода, фрикционного тормоза, муфты сверхсуммарный поло>кительный эффект, зубчатых колес передаточного механизма обусловленный совокупностью указанных относительно плоскости действия результи- признаков и закл1очающийся в том, что удлирующей возмущающих сил дебалансных ва- нение синхронизирующих рядов зубчатых колов, проходящей .через центры их масс. 45 лес передаточного механизма паразитными

Такая несимметрия при работе машины вы- . зубчатыми колесами и расположение cMHxpQзывает неравномерную дйнамическую на- низирующих рядов и связанных с ними соотгрузку на ее подошву, примыкающую к ветственно зубчатых колес промежуточного виброизлучающей платформе, что искажает вала симметрично вертикальной плоскости, параметры адресуемых в грунт сейсмосиг- 50 проходящей через центры масс дебалансов, налов. При этом снижается качество и про- реализует технически рациональную констиэводительность сейсморазведочных руктивную компановку вибровозбудителя с работ, требующих реализации. длительных низко располо>кенным центром тяжести и серий высокоточных и параметрически ус- размещением линий привода и промежутойчивых сейсмоимпульсов, 55 точного вала с зубчатыми колесами и.упЦелью изобретения является повыше- . равляемой муфтой в поперечной плоскости ниеэффективностиийадежностивибровоз- симметрии машины между осями коаксибудителя путем обеспечения стабильности альных пар дебалансов. Таким образом и точности регулирования параметров и ра- обеспечивается равномерное распределециональной конструктивной компонОвки. ние массы вибровозбудителя на периметр

1787050 опорной поверхности его корпуса. а также симметрия масс вектору результирующей возмущающих сил дебалансов, Наличие системы управления в виде соединенного с датчиками угловых скоростей дебалансных 5 валов программного управляющего блока, связанного с приводным двигателем и приводом сцепной управляемой муфты, обеспечивает автоматическое фазочастотное регулирование вибровозбудителя, в том 10 числе в режимах, исключающих динамические перегрузки муфты при включениях, что позволяет применить жесткую, например, многокулачковую сцепную управляемую муфту, с помощью которой реализуется на- 15 дежная фиксация фазового угла при высоких энергиях колебаний в процессе дискретного фазочастотного регулирования машины, На чертеже приведена схема предлага- 20 емого вибровозбудителя, Вибровозбудитель содержит корпус 1, привод, состоящий из приводного двига,еля 2, ведущей шестерни 3 на валу 4, компенсирующей муфты 5, размещенные в корпусе 25

1 две пары коаксиальных дебалансных валов 6 и 7 и 8 и 9, каждая иэ которых установлена с возможностью взаимного разворота, передаточный механизм. Последний выполнен в виде двух зубчатых колес 10 и 11, 30 связанных cooTBeTGTBBHHo с валами 6 и 8, и двух зубчатых колес 12 и 13, связанных соответственно с валами 7 и 9, а так.ке двух паразитных зубчатых колес 14, 15 и 16, 17, размещенных соответственно ме>кду эуб га- 35 тыми колесами 10, 11 и 12, 13, Передато:ный механлзм содер>кит так-.

>ке проме>куточный вал 18 с жестко установленным на нем и связанным, например, с зубчатым колесом 16 зубчатым колесом 19 и 40 с размещенным свободно и связанным, например, с зубчатым колесом 14 зубчатым колесом 20, входящим в зацепление с ведушей шестерней 3 привода, и управляемуlo, например, многокулачковую муфту 21, свя- 45 зывающую зубчатое колесо 20 с промежуточным валом 18, Вибровозбудитель содер>кит также систему управления, включающую программ- 50 ный управляющий блок 22, связанный с приводным двигателем 2 и силовой обмоткой 23 привода управляемол муфты 21, и датчики 24, 25 угловой скорости, установленные, например, соответственно на валах 55

6и 18.

Синхронизиру ощие ряды зубчатых колес 10 — 17, а также зубчатые колеса 19 и 20; установленные на проме>куточном валу 18, раэмегцены симметрично относительно Bop" тикальной плоскости, проходящей через центры масс дебалансных валов 6, 7 и 8, 9, Вибровозбудитель работает в режиме автоматического программного регулирования параметров или управляется оператором. При авторегулировании в блок управлепия 22 вводятся, например, программный ряд эталонных значений фазовых углов р дебалансов в интервале от pmln до ах с заданным шагом А р и ряд соответственных этим фазовым углам эталонных значений частот вращения приводного

ДВИГатЕЛЯ f В ИНтЕРВаЛЕ От fmln ДО fmax, ПРИчем 6ри любых соответственных эталонНЫХ ЗНаЧЕНИяХ р И f, НаПрИМЕр, pmln И fmln р, и fl и т, д, рядов вибровоэбудитель реализует такое сочетание статического момента М и угловой скорости ьдебалансных валов, при котором возмущающая сила имеет одно постоянное для всего интервала регулирования значение Г = М йР = сопз1.

Регулирование машины в режиме наращИВаНИя ЧацтОтЫ КОЛЕбаНИй От fmln дО fmax осуществляется при начальном фазовом угЛЕ Pmln = О, СООтВЕтСтВУЮЬЦЕМ МаКСИМаЛЬНОму статическому моменту дебалансов

М»»<. Пуск вибровозбудителя производится включением приводного двигателя 2, При включенной управляемой муфте 21 вращение ot двигателя 2 через кинематическую цепь привода — компенсирующую муфту 5 и ведущую шестерню 3 на валу 4 сообщается посредством зубчатого колеса

20 на промежуточный зал 18, зубчатое колесо 16, оба синхронизирующих ряда зубчатых колес 10 — 17 и дебалансы 6, 7 и 8, 9. По дости>кении двигателем 2 частоты вращеHl15I fmIn, СООтВЕтСтВУЮЩЕй MNHNMGJIbHOA P3бочей частоте колебаний вибровозбудителя, программный управляющий блок 22 запитывает силовую обмотку 23 привода управляемой муфты 21, Муфта 21 выключается, разрывая кинематичес;„ую связь зубчатого колеса 20 с проме>куточным валом 18. По сигналу выключения муфты 21 программный управля ощий блок производит разгон проиводного двигателя 2. При этом вращение дебалансных валов 7 и 9, продолжающих движение по инерцил, будет постепенно замедляться, а дебалансные вальы 6, 8 начнут ускоренное вращение, Угловые скорости дебалансных валов 6, 8 и 7, 9, фиксируемые соответственно датчиками угловых скоростей 24 и 25 в программном управля,ощем блоке 22 вычитаются, а их разность интегрируется в величину фазового угла рдебалансов, Когда текущее значение фазового угла достигнет ближайшего эталонного значения р, заложенного в про1787050

7 граммный 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 дебапансные валы 6, 7 и 8, 9 вращаются синхронно. По сигналу включения управляемой муфты 2.1 блок 22 прекращает разгон приводного двигателя 2 и приводит его частоту вращения к эталонному значению К соответственно эталонному значению фазового угла р. По истечении заданного. программного времени работы вибровозбудителя с частотой вращения двигателя fi вышеописанный рабочий процесс фазочастотного регулирования периодически повторяется до достйжения максимальных программных значений flax и уЪах, соответствующих минимал ьной величине статического момента

Mmin дебалансов.

Обратное авторегулирование машины по пути дискретного умейбйения частоты в интервале от f>ax до f w йроизводится следующим образом. Программный управляющий блок 22 подает питание в обмотку 23 25 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- 30 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- 35 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 40

22 вычитаются и разность угловых скоростей интегрируется в текущее значение фазового угла р. Как только текущее значение . фазового угла достигнет ближайшего от (рах эталонного значения гр программный 45 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 50 коаксиальной пары 6, 7 и 8, 9 вращаются синхронно.

По сигналу включения управляемой муфты 21 управляющий блок 22 прекращает динамическое торможение приводного 55 двигателя 2 и приводит его частоту вращения к эталонному значению fi, соответственно эталонному значению фазового угла р. Далее вышеописанный процесс фазочастотного регулирования периодически повторяется до достижения программных значений fmt и @min, соответствующий максимальной величине статического момента

Мп х дебалансов вибровозбудителя.

При задании, программных рядов эталонных значений rp u f шаг регулирования фазового угла Лр 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 6, 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 этапонномууправляющий блок 22 обесточивает обмотку 23 привода управляемой муфты 21, которая включается, Таким образом предотвращается возможность аварийной еитуации 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 вибрасейсмическому воздействию на нефтегазоносные месторождения, Симметричная конструктивная компановка, обеспечиваемая размещением синхронизирующих рядов шестерен по обе стороны вертикальной плоскости, проходящей через центры масс дебалансав, и установкой привода на линли поперечной оси симметрии машины, обусловливает равномерное распределение динамического давления на

1787050

10 виброизлучающую платформу, что повышает стабильность сейсмоиэлучения в грунтовое полупространство и, таким образом, . качество сейсморазведочныь работ. Отсутствие фрикционных тормозов и примене- 5 ние защищенной от динамических нагрузок жесткой сцепной вибровозбудителя и, следовательно, эффективность .его применения.

Формула изобретения . 10

1. Вибровоэбудитель, содержащий корпус, размещенные на нем привод и две пары коаксиальных дебалансов валов, установленных с возможностью относительного разворота; и передаточный механизм, о т- 15 л ича ющийся тем,что,сцелью повышения эффективности и надежности путем обеспечения авторегулирования параметров и рациональной конструктивной компановки, передаточный механизм вы- 20 полнен в виде двух синхронизирующих рядов зубчатых колес, каждый иэ которых выполнен в вйде двух зубчатых колес, свя-. занных с соответствующим дебалансом валом, и размещенных между ними двух 25 паразитных колес, промежуточного вала, 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 и. 1, о т л и ч аю шийся тем, что синхронизирующие ряды зубчатых колес и первое и второе зубчатые колеса промежуточного вала размещены . соответ.ствен но симметрично относительно плоскости, проходящей через центры масс дебалансных валов.

3. Вибровоэбудитель по и. 1, о т л. и ч аю шийся тем, что система управления выполнена в виде связанного с приводом и управляемой муфтой программного управляющего блока и датчиков угловых скоростей, установленных на валах, 4. Вибровозбудитель по и, 1, о т л и ч аю шийся тем, что управляемая муф га выполнена жесткой, например, многокулачко вой.