Вибровозбудитель

(19) 5)5 В 06 В 1 О ЕТЕН САНИЕ И ПАТЕНТ СУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТДОМСТВО СССРОСПАТЕНТ СССР)(71) Специальное конструкторское бюроприкладной геофизики СО АН СССР(73) Специальное конструкторское бюроприкладной геофизики СО РАН(56) Авторское свидетельство СССРМ 1692669, кл. В 06 В 1/16, 1989.Авторское свидетельство СССР(57) Изобретение относится к строительным и горным машинам и может бытьиспользовано для создания свайных вибропогружателей большой мощности, а также виброисточников сейсмоколебаний вгрунте и горных породах. Цель изобретения -повышение эффективности и надежностимашины 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,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-л ы, 1 ил. содержащий синхронизирующие шестери 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,Известен вибровоэбудитель, принятый . Поставленная цель достигается тем, что вв качестве прототипа, включающий корпус, известном вибровозбудителе, содержащем привод, размещенные в корпусе две пары корпус с размещеннь 1 м на нем приводом и коаксиальных дебалансных валов, переда- две,пары коаксиальных дебалансных ваточный механизм с оборудованной ограни 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, промежузочастотную 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 сК существенным недостаткам машины однйм из сийхронизирующих 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 отслеживания фаза- связанной с приводом и управляемой муф, вого угла и четкого взаиглодействия этой той, Приэтомсинхронизирующиерядызубсистемы с приводами вибровозбудителя. и чать 1 х 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 управ невозможнымреализациюнаиболеезсфек- ляющего блока и датчиков угловых скоротивных режимов работь 1 вибровоэбудителя стей, установленных на валах, причем .с постоянной возмуща 1 ощей силой на всем. управляемая муфга выполнена жесткой, наинтервале изменения частоты, в том числе пример, многокулачковой.режимов сдискретнь 1 м изменением частоты 35 Авторам не известны технические репо заданной программе, необходимь 1 х 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 нсуявляется несимметрия расположения масс 40 щественные отличия", При этом реализуется - привода, фрикционного тормоза, муфты сверхсуммарный положительный эффект, зубчатых колес передаточного механизма обусловленный совокупностью указанных относительно плоскости действия результи- признаков и закл 1 очающийся 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 синхрозывает неравномерную дйнатмическую 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 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 располокенным 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 плоскостиниеэффективностиийадежностивибровоз- симметрии машины между осями коаксибудителя путем обеспечения стабильности альнь 1 х пар дебалансов. Таким образом и точности регулирования параметров и ра- обеспечивается равномерное распределеционьвп ной конструктивной компонОвки. нив мвссы вибрововбудитвяя нв пвримвтропорной поверхности его корпуса. а такжесимметрия масс вектору результирующейвозмущающих сил дебалансов, Наличие системы управления в виде соединенного сдатчиками угловых скоростей дебалансных 5валов программного управляющего блока,связанного с приводным двигателем и приводом сцепной управляемой муфты, обеспечивает автоматическое фазочастотноерегулирование вибровозбудителя, в том 10числе в режимах, исключающих динамические перегрузки муфты при включениях, чтопозволяет применить жесткую, например,многокулачковую сцепную управляемуюмуфту, с помощью которой реализуется надежная фиксация фазового угла при высоких энергиях колебаний в процесседискретного фазочастотного регулированиямашины,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 251 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, 30связанных соответственно с валами 6 и 8, идвух зубчатых колес 12 и 13, связанных соответственно с валами 7 и 9, а так,ке двухпаразитных зубчатых колес 14, 15 и 16, 17,размещенных соответственно мекду эубчатыми колесами 10, 11 и 12, 13,Передаточный механизм содеркит так-.ке промекуточный.вал 18 с жестко установленным на нем и связанным, например, сзубчатым колесом 16 зубчатым колесом 19 и 40с размещенным свободно и связанным, например, с зубчатым колесом 14 зубчатымколесом 20, входящим в зацепление с ведущей шестерней 3 привода, и управляемло,например, многокулачковую луфту 21, связывающую зубчатое колесо 20 с промежуточным валом 18,Вибровозбудитель содеркит также систему управления, включающую программный управляющий блок 22, связанный сприводным двигателем 2 и силовой обмоткой 23 привода управляемол муфты 21, идатчики 24, 25 угловой скорости, установленные, например, соответственно на валах 556 и 18,Синхронизиру ощие ряды зубчатых колес 10 - 17, а также зубчатые колеса 19 и 20;установленные на промекуточном валу 18,размещены симметрично относительно вартикальной 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 рь до Ъах с заданным шагом Л р и ряд соответственных этим фазовым углам эталонных значений частот вращения приводного двигателя 1 в интервале от 1 вп до айвах, Причем при любых соответственных эталонных значениях р и 1, например, Оюп и 1 в 1 п, р и б и т, д, рядов вибровоэбудитель реализует такое сочетание статического момента Ы и угловой скорости ьдебалансных валов, при котором возмущающая сила имеет одно постоянное для всего интервала регулирования значение Г = У йР = сопз 1.Регулирование машины в режиме наращивания частоты колебаний от Ьь до 1 гпах осуществляется при начальном фазовом угле реп = О, соответствующем максимальному статическому моменту дебалансов Ыпах Пуск вибровозбудителя производится включением приводного двигателя 2, При включенной управляемой муфте 21 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 колесо 16, оба синхронизирующих ряда зубчатых колес 10 - 17 и дебалансы 6, 7 и 8, 9. По достикении двигателем 2 частоты вращения 1 щ 1 л, соответствующей минимальной рабочей частоте колебаний вибровозбудителя, программный управляющий блок 22 запитывает силовую обмотку 23 привода управляемой муфты 21, Ыуфта 21 выключается, разрывая кинематичес;ую связь зубчатого колеса 20 с промекуточным 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 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 управляющем 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 5 10 15 20 7граммный 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 дебалансные 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 1, соответственно эталонному значению фазового угла , По истечении заданного. программного времени работы вибровозбудителя с частотой вращения двигателя б вышеописанный рабочий процесс фазочастотного регулирования периодически повторяется до достйжения максимальных программных значений 1 рах ифвах, соответствующих минимал ьной величине статического момента Мюп дебалансов. Обратное авторегулирцвание машиныпо пути дискретного умейбйения частоты винтервале от 1 вах до Ьаа йроизводится следующим образом. Программный управляющий блок 22 подает питание в обмотку 23 25привода управляемой муфты 21. Муфта выключается, размыкая кинематическую цепьзубчатое колесо 20 - промежуточный вал 18.По сигналу выключения управляемой муфты21 управляющий блок 22 включает приводной двигатель 2 в режим динамического торможения, При этом замедление вращениядебалансных валов 6 и 8 исвязанногос ними.ряда зубчатых колес 10, 11, 14, 15 будетсущественно выше, чем замедление вращающихся по инерции дебалансных валов 7, 9и 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 4022 вычитаются и разность угловых скоростей интегрируется в текущее значение фазового угла р. Как только текущее значение .фазового угла достигнет ближайшего отъах эталонного значения гр программный 45управляющий блок 22 отключает обмотку23 привода управляемой муфты 21 и муфтавключается, замыкая кинематическую цепьзубчатое колесо 20 - промежуточный вал 18,С этого момента дебалансные валы каждой 50коаксиальной пары 6, 7 и 8, 9 вращаютсясинхронно,По сигналу включения управляемоймуфты 21 управляющий блок 22 прекращает динамическое торможение приводного 55двигателя 2 и приводит его частоту вращения к эталонному значению 1 ь соответственно эталонному значению фазового углар. Далее вышеописанный процесс фазочастотного регулирования периодически повторяется до достижения программных значений 1 вп и рщи, соответствующий максимальной величине статического момента Мпах дебалансов вибровозбудителя.При задании., программных рядов эталонных значений р и 1 шаг регулирования фазового угла Ьр и соответствующий ему шаг изменения частоты Л 1 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 эталонномууправляющий 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 навиброизлучающую платформу, что повышает стабильность сейсмоиэлучения в грунтовое полупространство и, таким образом,. качество сейсморазведочныь работ. Отсут-ствие фрикционных тормозов и применение защищенной от динамическихнагрузок жесткой сцепной вибровозбудителя и, следовательно, эффективность.его применения,Формула изобретения 101. Вибровоэбудитель, содержащий корпус, размещенные на нем привод и две парыкоаксиальных дебалансов валов, установленных с возможностью относительногоразворота, и передаточный механизм, о тл ича ющийся тем,что,сцельюповышения эффективности и надежностипутем обеспечения авторегулирования параметров и рациональной конструктивнойкомпановки, передаточный механизм выполнен в виде двух синхронизирующих рядов зубчатых колес, каждый иэ которыхвыполнен в вйде двух зубчатых колес, свя-.занных с соответствующим дебалансом валом, и размещенных между ними двух 25паразитных 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 щ и й с я тем, что синхронизирующие ряды зубчатых колес и первое и второе зубчатые колеса промежуточного вала размещены. соответ.ственно симметричнО относительно плоскости, проходящей через центры масс дебалансных валов.3. Вибровоэбудитель по и. 1, о т л и ч аю щ и й с я 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 п, 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что управляемая муфга выполнена жесткой, например, многокулачковой,