устройство для возбуждения сейсмических волн
Классы МПК: | G01V1/147 с использованием ударов падающих масс |
Автор(ы): | Жданов С.М., Куликов В.А., Лебедев К.А., Ложкин В.В., Шемякин М.Л. |
Патентообладатель(и): | Новосибирский государственный университет, Институт геофизики Объединенного института геологии, геофизики и минералогии СО РАН |
Приоритеты: |
подача заявки:
1992-07-21 публикация патента:
20.07.1995 |
Использование: в геофизических исследованиях для возбуждения упругих волн. Сущность изобретения: устройство содержит вертикальную мачту с направляющими, излучающую плиту, падающий груз с головкой, датчик удара, механизм подъема-сбрасывания груза. Механизм подъема-сбрасывания состоит из клещевого захвата головки груза с размещенным на его рычагах упругим элементом, узлом управления срабатыванием клещевого захвата головки груза с размещенным на его рычагах упругим элементом, узлом управления срабатыванием клещевого захвата, установленным на каретке, опирающейся роликами на направляющие мачты. Узел управления выполнен в виде пневмоцилиндра. Датчик удара соединен с блоком управления и синхронизации. Падающий груз выполнен в виде жесткой упругой оболочки с противовесом-дебалансом. Оболочка заполнена сыпучей массой, акустическая жесткость материала которой меньше акустической жесткости материала оболочки, а отношение глубины заполнения оболочки сыпучей массой к высоте груза в 2 раза меньше величины отношения плотностей материалов, их составляющих. Головка груза выполнена конусной формы, а поверхности сцепления головки и клещевого захвата имеют одинаковую кривизну. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Формула изобретения
1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЛН, содержащее вертикальную мачту с направляющими, излучающую плиту, падающий груз с головкой, механизм подъема-сбрасывания груза, соединенный тросом с лебедкой посредством системы блоков и содержащий клещевой захват головки груза с размещенными на его рычагах упругим элементом и узлом управления срабатыванием клещевого захвата головки груза, и датчик удара, соединенный с блоком управления и синхронизации, отличающееся тем, что падающий груз выполнен в виде жесткой упругой оболочки с противовесом-дебалансом в своей верхней части, оболочка заполнена сыпучей массой с таким расчетом, чтобы отношение акустических жесткостей материалов сыпучей массы и оболочки было меньше 1, а отношение глубины ее заполнения к высоте груза было в 2 раза меньше величины отношения плотностей материалов их составляющих. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что механизм подъема-сбрасывания груза установлен на каретке, опирающейся роликами на направляющие мачты. 3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что узел управления выполнен в виде пневмоцилиндра. 4. Устройство по пп.1 3, отличающееся тем, что головка груза выполнена конусной формы, а поверхности сцепления головки и клещевого захвата имеют одинаковую кривизну.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к геофизическим исследованиям и может быть использовано для возбуждения упругих волн при проведении разведки месторождений полезных ископаемых сейсмическим методом, а также при инженерно-геологических изысканиях. Известно устройство для возбуждения сейсмических волн, содержащее транспортное средство, на котором размещены лебедочный механизм подъема-сбрасывания, соединенный тросом через захват-сбрасыватель с грузом, и опора с осью, и жестко связанную с осью, выполненную в виде стрелы вышку с роликом, соединенную с вращателем [1]Это устройство не может предотвратить повторный удар груза о поверхность земли при его свободном падении с вышки-стрелы без захвата-сбрасывателя. Известно устройство для возбуждения сейсмических волн, содержащее транспортное средство, механизм подъема-сбрасывания, соединенный через лебедку, полиспастную систему, состоящую из блоков и троса, с грузом, установленным с возможностью вертикального перемещения на мачте (раме) с вертикальными направляющими, которая установлена на транспортном средстве с возможностью вертикального перемещения относительно него и в нижней своей части шарнирно связана с излучающей плитой, имеющей датчик удара, соединенный с блоком (системой) управления и механизмом подъема-сбрасывания, выполненный в виде гидроцилиндра, на штоке которого установлен шкив, а шкивы и тросы полиспастной системы расположены на раме с вертикальными направляющими, причем отношение высоты направляющих рамы к величине рабочего хода штока гидроцилиндра равно передаточному числу полиспастной системы [2]
Недостаток устройства в его сложности и малой надежности механизма подъема-сбрасывания, который требует достаточно высокой точности в настройке и непрерывного контроля за ее параметрами. Известно устройство для возбуждения сейсмических волн, содержащее вертикальную мачту с направляющими, падающий груз, механизм подъема-сбрасывания, соединенный тросом с лебедкой и грузом через систему блоков, излучающую плиту, причем механизм подъема-сбрасывания снабжен клещевым захватом с размещенными на его рычагах упругим элементом и узлом управления срабатыванием клещевого захвата [3]
Такое устройство не может предотвратить повторный удар груза по излучающей плите. Техническим результатом изобретения является повышение сейсмической эффективности возбуждения сейсмических волн путем предотвращения повторных ударов по излучающей плите. Технический результат достигается тем, что в устройстве для возбуждения сейсмических волн, содержащем вертикальную мачту с направляющими, излучающую плиту, падающий груз с головкой, механизм подъема-сбрасывания груза, соединенный тросом с лебедкой посредством системы блоков, состоящий из клещевого захвата головки груза с размещенным на его рычагах упругим элементом и узлом управления срабатыванием клещевого захвата, и датчик удара, соединенный с блоком управления и синхронизации, падающий груз выполнен в виде жесткой упругой оболочки с противовесом-дебалансом в верхней части, а оболочка заполнена сыпучей массой, при этом отношение акустических жесткостей материалов сыпучей массы и оболочки меньше единицы, причем отношение глубины ее заполнения к высоте груза в 2 раза меньше величины отношения плотностей материалов, их составляющих. Механизм подъема-сбрасывания груза установлен на каретке, опирающейся роликами на направляющие мачты, при этом узел управления размещен на каретке и выполнен в виде пневмоцилиндра, головка груза выполнена конусной, а поверхности сцепления головки и клещевого захвата имеют одинаковую кривизну. На фиг. 1 изображено устройство для возбуждения сейсмических волн, вид сбоку; на фиг.2 каретка с клещевым захватом; на фиг.3 падающий груз в контакте с рабочей плитой в момент удара, продольный разрез. Устройство для возбуждения сейсмических волн состоит из транспортного средства 1, несущей рамы 2, шарнира 3, мачты 4, гидродомкрата 5, гидродомкратов 6 мачты, направляющих 7, лебедки 8, троса 9, каретки 10, груза 11, плиты 12, поворотных шарниров 13, 14, клещевого захвата 15, пневмоцилиндра 16, штоков 17, газового ресивера 18, несущего шарнира 19, роликов 20, 21, упругих элементов 22, 23, полости 24, сыпучего материала 25, головки 26, шарнира 27, противовеса 28, проушин 29, датчика 30 удара, блока 31 управления, электропневмоклапана 32. Устройство для возбуждения сейсмических волн работает следующим образом. Устройство выводится из транспортного положения, для чего производится переключение передач движителя и освобождение груза 11, плиты 12, мачты 4, каретки 10 от удерживающих хомутов (не показаны). Мачта 4 под действием гидродомкрата 5 приводится в рабочее вертикальное положение, поворачиваясь на шарнире 3 несущей рамы 2, при этом плита 12, подвешенная на поворотных шарнирах 13 и 14 к мачте 4, занимает горизонтальное положение и придавливается к земле при помощи гидродомкратов 6 мачты 4. Затем мачта в вертикальном положении фиксируется хомутами на раме транспортного средства 1. Каретка 10 на тросе 9, проходящем через систему неподвижных блоков к лебедке 8, опускается к грузу 11 под действием своего веса, плавно раскручивая барабан лебедки. Клещевые захваты 15 входят в соприкосновение с конусной головкой 26 груза 11 и под действием силы веса каретки 10 раздвигаются. При этом каретка продолжает опускаться, скользя вдоль направляющих 7 мачты 4 на роликах 20, которые упругими элементами 22 распираются так, что каретка 10 не может изменить свое положение внутри направляющих 7. Клещевые захваты 15 продолжают раскрываться, поворачиваясь на несущем шарнире 19, до тех пор, пока не выйдут за основание конусной головки 26 и под действием упругих элементов 22 не обхватят головку 26 груза 11. Движение каретки 10 вниз вдоль направляющих 7 мачты 4 прекращается. Барабан лебедки 8 приводится во вращение в обратном направлении, наматывая на себя трос 9. Груз 11, находясь в зацеплении с кареткой 10 при помощи клещевого захвата 15, под действием троса 9 начинает движение вверх вдоль мачты 4. При этом ролики 20 и 21, плотно сидящие на направляющих 7 мачты 4, под действием упругих элементов 23 препятствуют изменению положения груза 11 и каретки 10. Груз 11 поднимается на заданную высоту, где тормозами лебедки 8 фиксируется. При этом предварительно датчик 30 удара, установленный на плите 2, присоединяется к блоку 31 управления, после чего устройство подготовлено к процессу возбуждения сейсмических волн. По команде сейсмостанции, поступающей на пульт 31 управления, происходит присоединение электропневмоклана 32 к источнику питания. Электропневмоклапан срабатывает и открывает доступ газу высокого давления из ресивера 18 в пневмоцилиндр 16. Взаимодействуя с пневмопоршнями двустороннего действия, газ высокого давления выталкивает штоки 17 пневмоцилиндра 16, в результате чего рычаги клещевого захвата 15 поворачиваются на шарнире 19, освобождая головку 26 груза 11. Груз начинает свободно скользить вдоль направляющих 7 мачты 4, удерживаемый внутри них упругими элементами 23 через ролики 21. Взаимодействуя с плитой 12, груз 11 резко тормозится. При этом происходит перераспределение скоростей движения между плитой 12 и грузом 11. Вследствие того, что плита 12 опирается на грунт, груз 11 резко затормозится и по материалу корпуса груза начинает движение волна сжимающих напряжений в направлении, противоположном движению груза, т.е. вертикально вверх (на фиг. 3 это обозначено стрелками), со скоростью звука в материале груза. По истечении времени t1 l/c1, где l высота груза 11; с1 скорость распространения звуковых волн в материале корпуса груза, волна сжимающих напряжений достигает верхней плоскости груза и отражается от нее волной растягивающих напряжений. При этом направление массовой скорости частиц на фронте этой волны не изменяется, а скорость ее распространения совпадает со скоростью звука. Через промежуток времени t2l/c1 эта волна достигает основания груза 11, что ведет к отскакиванию груза от плиты 12. Таким образом, время между ударом груза 11 по плите 12 и отскоком его составляет Т t1 + t2 2 l/c1. Одновременно с этим внутри полости 24 груза 11 движется сыпучая масса 25, которая характеризуется своей скоростью распространения звука С2. При движении волны сжатия по корпусу груза 11 часть ее переходит и в сыпучую массу 25 с коэффициентом по амплитуде




Класс G01V1/147 с использованием ударов падающих масс