RU2199131C1

RU2199131C1 - Vibration exciter

Info

Publication number: RU2199131C1
Application number: RU2001129064A
Authority: RU
Inventors: А.С. Кастанов; В.П. Бессарабенко; Г.М. Гершевич
Original assignee: Открытое акционерное общество "Специальное конструкторское бюро испытательных машин"
Priority date: 2001-10-26
Filing date: 2001-10-26
Publication date: 2003-02-20

Abstract

FIELD: seismic prospecting, evaluation of seismic resistance and other engineering surveys. SUBSTANCE: vibration exciter incorporates hydraulic cylinder, reaction mass, cross- piece, bearing plate, shock absorbers, electrohydraulic amplifier-converter, body, sleeve, double rod plunger, bearings. Diameter of rod in space above rod is less than diameter of rod in space under rod. Product of difference of effective areas of plunger by working pressure in hydraulic cylinder is equal to weight of reaction mass. EFFECT: enhanced functional reliability and simplified design of vibration exciter. 1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам возбуждения в естественных (земные недра) и искусственных (здания, сооружения) объектах сейсмических колебаний с целью вибрационных невзрывных исследований этих объектов, например, для сейсморазведки, оценки сейсмостойкости и других инженерных изысканий. The invention relates to excitation devices in natural (earth interior) and artificial (buildings, structures) objects of seismic vibrations for the purpose of vibratory non-explosive studies of these objects, for example, for seismic exploration, assessment of seismic resistance and other engineering surveys.

Известны гидравлические источники колебаний и сейсмических волн (возбудители вибраций), содержащие гидроцилиндр, корпус которого соединен с реактивной массой, а шток соединен с опорной плитой, пассивной массой, составленной, например, транспортным средством с размещенными на нем устройствами гидропитания, механизмом перевода возбудителя вибраций из транспортного положения в рабочее, электрогидравлическим усилителем (сервоклапаном) и системой управления. Known hydraulic sources of oscillations and seismic waves (vibration pathogens) containing a hydraulic cylinder, the body of which is connected to the reactive mass, and the rod is connected to a base plate, a passive mass, composed, for example, of a vehicle with hydropower devices placed on it, a mechanism for transferring the vibration pathogen from transport position in working, electro-hydraulic amplifier (servo valve) and control system.

Такие устройства работают следующим образом. После перевода возбудителя вибраций из транспортного положения в рабочее опорная плита прижимается к объекту (например, к грунту) частью веса транспортного средства и размещенных на нем устройств. Сервоклапан по команде системы управления формирует в полостях гидроцилиндра переменные давления, приводящие в движение реактивную массу. При этом движении на плунжере гидроцилиндра возникает переменная сила, которая через шток и опорную плиту генерирует в объекте (грунте) сейсмические колебания нужной частоты и амплитуды. Such devices work as follows. After the vibration causative agent is transferred from the transport position to the working base plate, it is pressed against the object (for example, to the ground) with a part of the weight of the vehicle and the devices placed on it. The servo valve, upon the command of the control system, generates pressure variables in the cavities of the hydraulic cylinder, which propel the reactive mass. During this movement, a variable force arises on the plunger of the hydraulic cylinder, which generates seismic vibrations of the required frequency and amplitude through the rod and the base plate in the object (soil).

Описанные возбудители вибрации имеют разнообразную конструкцию. The described vibration pathogens have a diverse design.

Известно устройство (см. патент США 4133409, опубл. в 1979 г.), включающее взвешивающее устройство, выполненное в виде пневматической подушки, установленной между верхней поперечиной, посредством которой закреплены стойки и плунжер гидроцилиндра на опорной плите, и дополнительной траверсой, связанной жестко с реактивной массой посредством пластин. Пневматическая подушка заряжена сжатым воздухом необходимого давления, которое изменяется в процессе работы гидроцилиндра. A device is known (see US patent 4133409, publ. In 1979), including a weighing device made in the form of a pneumatic cushion installed between the upper cross member, by means of which the racks and plunger of the hydraulic cylinder are fixed on the base plate, and an additional traverse connected rigidly with reactive mass through the plates. The air bag is charged with compressed air of the required pressure, which changes during the operation of the hydraulic cylinder.

Недостатком устройства является изменение давления в пневматической подушке в процессе работы устройства, что вызывает неравномерность приложения взвешивающего усилия к реактивной массе и отрицательно влияет на работу всего устройства. Кроме того, вследствие больших ускорений, возникающих при возвратно-поступательном движении реактивной массы, а также под действием крутильных усилий, возникающих в реактивной массе при наличии несбалансированности ее относительно поршня гидроцилиндра, на элементы крепления пневматической подушки действуют большие разрушающие усилия, что снижает надежность работы устройства. The disadvantage of this device is the change in pressure in the air bag during the operation of the device, which causes uneven application of the weighing force to the reactive mass and negatively affects the operation of the entire device. In addition, due to the large accelerations that occur during the reciprocating movement of the reactive mass, as well as under the action of torsional forces arising in the reactive mass in the presence of its imbalance relative to the piston of the hydraulic cylinder, large destructive forces act on the fastening elements of the air bag, which reduces the reliability of the device .

Известен гидравлический вибрационный источник сейсмических сигналов (см. а. с. СССР 830263, G 01 V 1/04, опубл. 15.05.81г.), содержащий возбудитель вибрации, включающий активную массу с опорной плитой и реактивную массу, снабженную устройством взвешивания, состоящим из гидравлического исполнительного механизма с гидроаккумулятором, он выполнен в виде гидроцилиндра, корпус которого связан жестко с опорной плитой, а плунжер - шарнирно с реактивной массой. Known hydraulic vibration source of seismic signals (see A. S. the USSR 830263, G 01 V 1/04, publ. 05/15/81), containing a vibration agent, including an active mass with a base plate and a reactive mass equipped with a weighing device, consisting from a hydraulic actuator with a hydraulic accumulator, it is made in the form of a hydraulic cylinder, the housing of which is rigidly connected to the base plate, and the plunger is articulated with the reactive mass.

В этом источнике сейсмических сигналов, наиболее близком к предлагаемому, изменение давления в пневмогидравлическом аккумуляторе под действием возвратно-поступательного движения реактивной массы в процессе работы рабочего гидроцилиндра вызывает неравномерность воздействия взвешивающего усилия на реактивную массу, служит дополнительной причиной снижения надежности устройства из-за возможной разгерметизации системы питания пневмогидравлического аккумулятора, а в случае заклинивания плунжера требуется разборка узла всего устройства для замены взвешивающего устройства. In this source of seismic signals, which is closest to the proposed one, a change in pressure in a pneumatic-hydraulic accumulator under the action of the reciprocating movement of the reactive mass during operation of the working hydraulic cylinder causes a non-uniform effect of the weighing force on the reactive mass, serves as an additional reason for the decrease in reliability of the device due to possible depressurization of the system pneumohydraulic accumulator Twa to replace the weighing device.

Возбудители вибрации, описанные выше, имеют устройства нормированной жесткости, например пневмоцилиндры, гидроцилиндры, пневмоопоры, пружины и т.п. , предназначенные для необходимости компенсации веса реактивной массы. The vibration agents described above have normalized stiffness devices, for example pneumatic cylinders, hydraulic cylinders, pneumatic bearings, springs, etc. designed for the need to compensate for the weight of the reactive mass.

Наличие этих устройств усложняет конструкции возбудителя вибрации, снижает его надежность, отрицательно сказывается на качестве возбуждаемых колебаний, требует значительных эксплуатационных затрат. Такой возбудитель вибрации эффективен в узком диапазоне частот генерируемых колебаний. The presence of these devices complicates the design of the vibration pathogen, reduces its reliability, adversely affects the quality of the excited vibrations, and requires significant operating costs. Such a vibration agent is effective in a narrow frequency range of the generated oscillations.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения надежности работы и упрощения конструкции источника. The present invention solves the problem of improving the reliability and simplifying the design of the source.

Для достижения этого технического результата в возбудителе вибрации происходит компенсирование веса реактивной массы во всем диапазоне частот за счет того, что диаметр штока в надплужнерной полости выполнен меньше диаметра штока в подплунжерной полости, а произведение разности эффективных площадей плунжера на рабочее давление в гидроцилиндре равно весу реактивной массы. To achieve this technical result in the vibration exciter, the weight of the reactive mass is compensated over the entire frequency range due to the fact that the diameter of the rod in the suprapertal cavity is smaller than the diameter of the rod in the subplunger cavity, and the product of the difference between the effective areas of the plunger and the working pressure in the hydraulic cylinder is equal to the weight of the reactive mass .

На чертеже изображен возбудитель вибрации. The drawing shows a vibration pathogen.

Возбудитель вибрации состоит из гидроцилиндра 1, на который надета реактивная масса (груз) 2, траверсы 3, которая имеет 4 гнезда "а" для установки стоек, связывающих траверсу 3 с опорной плитой 4. На грузе 2 установлены амортизаторы 5 для предотвращения резких ударов груза об опорную плиту 4 и траверсу 3. На траверсу 3 установлен усилитель-преобразователь электрогидравлический 6. The vibration causative agent consists of a hydraulic cylinder 1, on which a reactive mass (load) 2 is mounted, a traverse 3, which has 4 "a" sockets for installing racks connecting the traverse 3 to the base plate 4. Shock absorbers 5 are installed on the load 2 to prevent sudden shock of the load on the base plate 4 and the yoke 3. An electro-hydraulic amplifier 6 is installed on the yoke 3.

Гидроцилиндр 1 возбудителя вибрации состоит из корпуса 7 с запрессованной гильзой 8 и двухштокового плунжера 9, который перемещается в подшипниках 10 и 11. The hydraulic cylinder 1 of the vibration exciter consists of a housing 7 with a pressed sleeve 8 and a two-stem plunger 9, which moves in bearings 10 and 11.

Усилитель-преобразователь электрогидравлический 6 связан с полостями гидроцилиндра 1 верхней "б" и нижней "в" каналами "г", проходящими в теле плунжера 9. The electro-hydraulic converter 6 is connected with the cavities of the hydraulic cylinder 1 of the upper “b” and lower “in” channels “g” passing in the body of the plunger 9.

Возбудитель вибрации работает следующим образом. The causative agent of vibration works as follows.

Поток рабочей жидкости высокого давления, создаваемый насосной установкой, поступает с помощью усилителя-преобразователя электрогидравлического 6 попеременно в нижнюю "в" и верхнюю "б" полости гидроцилиндра 1 возбудителя вибрации пропорционально заданному электрическому сигналу. The flow of the high-pressure working fluid created by the pumping unit is supplied by an electro-hydraulic 6 amplifier-converter alternately to the lower “c” and upper “b” cavities of the hydraulic cylinder 1 of the vibration exciter, in proportion to the given electrical signal.

В гидроцилиндре 1 энергия потока преобразуется в перемещения реактивной массы 2. При колебании реактивной массы 2 реактивная сила через неподвижный плунжер 9 и опорную плиту 4, прижатую к грунту массой вибратора, воздействует на грунт, вызывая в его толще колебания, соответствующие по частоте и амплитуде заданному сигналу. In hydraulic cylinder 1, the energy of the stream is converted into displacement of the reactive mass 2. When the reactive mass 2 oscillates, the reactive force through the stationary plunger 9 and the base plate 4 pressed against the ground by the mass of the vibrator acts on the ground, causing vibrations in its thickness corresponding to the frequency and amplitude of the specified signal.

Особенность возбудителя вибрации состоит в том, что силовой гидроцилиндр его выполнен несимметричным: верхняя полость имеет несколько большую площадь, чем нижняя. За счет разности площадей возникает усилие, компенсирующее вес реактивной массы. The peculiarity of the pathogen of vibration is that its power hydraulic cylinder is asymmetric: the upper cavity has a slightly larger area than the lower. Due to the difference in area, a force arises to compensate for the weight of the reactive mass.

При диаметре плунжера 160 мм диаметр штока в нижней части равен 140 мм, а в верхней 133 мм. Это создает разницу в 15 см², что при среднем давлении в полости, равном 10 MПa (половина давления в напорной линии), создает компенсирующую силу 1500 кг, т.е. равную весу реактивной массы.With a plunger diameter of 160 mm, the stem diameter at the bottom is 140 mm, and at the top 133 mm. This creates a difference of 15 cm ² , which, with an average pressure in the cavity equal to 10 MPa (half the pressure in the pressure line), creates a compensating force of 1500 kg, i.e. equal to the weight of the reactive mass.

Необходимость в использовании дополнительных компенсирующих гидроцилиндров или пневмоопор, как в традиционных конструкциях вибраторов, отпадает. There is no need to use additional compensating hydraulic cylinders or pneumatic bearings, as in traditional vibrator designs.

Источники информации
1. Патент США 4133409, кл. 181-114, опубл. 9.01.79 г.Sources of information
1. US patent 4133409, CL. 181-114, publ. January 9, 79

2. Авторское свидетельство СССР 830263, кл. G 01 V 1/04, опубл. 15.05.81 г. 2. Copyright certificate of the USSR 830263, cl. G 01 V 1/04, publ. 05/15/81

Claims

A vibration causative agent comprising a hydraulic cylinder, the housing of which is connected to the reactive mass, and the stem is connected to the base plate and to the passive mass, for example, a vehicle, characterized in that the diameter of the plunger part of the stem is smaller than the diameter of the plunger part thereof, and the product of the difference between the effective areas of the plunger the working pressure in the hydraulic cylinder is equal to the weight of the reactive mass.