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一种车载式锤击震源控制系统设计

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  • 发布时间:2017-07-31
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震源是石油勘探的重要物探设备,是产生地震信号的源头。人工震源通常包括xx震源、落重震源、锤击震源、撞击震源、气枪震源、气爆震源、电火花震源、可控震源等,人工震源激发具有可控性强、定位精度高等优点。xx震源具有瞬时能量大,产生脉冲尖锐、分辨率高、经济性好的优点,长期以来-直是石油勘探中最常用的震源。随着勘探程度的不断深入,勘探要求也越来越高,特别是-些特殊要求的石油勘探 ,最常用的普通成型xx震源由于产生的震动大,破坏作用明显,在发达国家已经禁止使用,我国大部分城乡居民居住区也已禁用。因此,研制-种新型、高效、符合 HSE要求的车载式锤击震源来替代xx震源是非常必要的。

车载式锤击震源是重锤在自重和外力作用下快速冲击地面,通过-次性短时间激发大能量来产生地震波,其激发函数模型类似于xx震源。整套震源系统包括控制系统装在拖挂车上,根据路况的不同可以选择不同的车型,并且对环境破坏小,同-位置可重复施工,特别适于建筑物比较密集的浅层石油勘探中。车载式锤击震源彻底解决了使用xx震源带来的安全隐患,引发的工农关系等-系列问题。本文主要针对-种车载式重锤震源的控制系统进行设计。

1 传动及控制方式的选择1.1 气压与液压传动及控制对比气压传动与液压传动-样,都是利用有压力的流体传动;只是传递介质不同,前者是可压缩的气体,后者是不可压缩的液体。液压与气压传动及控制的比较如表 1所示。

表 1 液压与气压传动及控制的比较传递 可压 对环境 驱动 控制方式 构造 价格介质 缩性 影响 速度液压传动及控制 液体 不可 污染大 慢 复杂 高气压传动及控制 气体 可 无污染 快 简单 低由于锤击震源要在短时问内产生巨大的能量,因此,选择动作速度快的气动控制方式。

1.2 气压传动及控制 系统的组成- 般包括以下几个部分:(1)气压发生装置:空压机或者储气罐;(2)气动执行元件:气缸、气马达;(3)气动控制元件:压力、流量、方向控制阀和各种气动逻辑元件;(4)气动传感元件:位置传感器;(5)气动辅件 :油水分离器、放水阀、干燥器、消声器等。

1.3 气压传动及控制系统设计及工作原理整个气动系统主要有空压机、储气罐、控制阀、气收稿 日期:2012-05-14作者简介:王鸿雁(1980-),女,山东东营人,在读博士,主要从事电气控制方面的研究工作。

1.气源 2.Z-位二通阀 3.单 向嘲 4.二位五通电磁阀5、13.减压阀(带溢流) 6.快速排气阀 7.消声器 8.重锤9.冲击气缸 10.排气节流调速阀 1 1.二位三通气控阀 12.气罐图 1 车载式锤击震源的气压传动及控制回路其作用主要是能够实现重锤的快速下落和慢速提升过程。当电磁阀 YA1、YA3通电时,高压气体通过电磁阀2、单向阀3、电磁阀4右位,触动气控阀 11切换,高压气体经减压阀13、气罐 12、排气节流阀的单向阀进入冲击气缸上腔,快速排气阀6迅速排气,气缸活塞上下腔产生很大的压力差,使活塞推动重锤8的作用下以极快的速度向下运动撞击地面,从而产生很大的冲击力。当电磁阀YA1、YA4通电时,低压气体经减压阀5进人冲击气缸 9的下腔,气缸上腔经排气节流阀的节流阀排气,从而慢速提升重锤。

2 压力控制回路压力控制,-是控制气源压力,避免出现压力过高,导致配管及元件损坏;二是控制使用压力,保持气动回路的功能,控制气缸所要求的输出力或运动速度。

2.1 气源压力控制回路气源压力控制回路用于控制气源中气罐的压力,使其处于-定的压力范围。气源压力控制回路如图2所示,其工作原理是:电机带动空压机运转,压缩空气经单向阀向气罐充气,当气罐内的压力升至调定的最高值时,电机停止运转,压力不再上升;当压力降至调定的最低值时,电机启动,空压机运转,向气罐再充气。

当电路发生故障,空压机若不能停止运转,则气罐上安全阀会自动开启向外溢流,以保护气罐及气路的安全。

2.2 冲击力的控制回路气缸采用单活塞杆双作用冲击气缸,该气缸是把1.电动机 2.空压机 3.单向阀 4.气罐 5.妥全阀(带溢流)6.电触点压力表 7.分离器 8.减压阀 9.压力表图2 气源压力控制回路压缩空气的压力能转换成连接在活塞杆上重锤的高速运动的动能,完成对地面的冲击。其特点是冲击力强、速度快、耗气量小,冲击力是同样行程和缸径的普通气缸的10倍左右。为了满足要求,冲击气缸会采用-些特殊的设计,比如加大缸径、加重冲击活塞杆、减小缸壁的摩擦系数、气缸活塞杆采用反冲装置等来实现冲击功能。采用这些特殊技术,既能增大气缸的冲击力又可以延长气缸的使用寿命。

如图 1所示,当电磁阀YA1、YA3通电时,冲击气缸9的下腔气压经快速排气阀6迅速排气,同时使二位三通气控阀11切换,气罐 12内的压缩空气直接进入冲击气缸9的储能腔;-旦储能腔喷口处的作用力超过活塞下腔的作用力,活塞便开启;-旦活塞开启,工作压力便迅速扩展至整个活塞表面,活塞上下两侧产生很大的压力差,使活塞推动重锤 8以极快的速度向下运动撞击地面,从而产生很大的冲击力;减压阀13可用于调节气罐 12内的压力,即可改变冲击气缸的动能。

2.3 提升控制回路如图1所示,当电磁阀 YA1、YA4通电时,气体经减压阀5进入冲击气缸 9的下腔,上腔经排气节流调速阀l0排气,从而提升重锤。

排气节流调速阀不仅可以控制重锤提升的速度,还可以缓冲重锤快速冲击地面时的反弹◆急时,二位五通电磁阀4断电,靠封入气缸内的平衡压力实现气缸的中间停止。

2.4 双作用气缸速度控制回路1)速度控制回路调速方式有两种,即进气节流调速和排气节流调速,两种调速方式的特点如表2所示。

、 L◇,◇2012年第12期 液压与气动 63表2 两种调速方式的比较特性项 目 进气节流调速 排气节流调速低速平稳性 易产生低速爬行 好阀的开度及速度 没有比例关系 有比例关系惯性的影响 对调速特性有影响 对调速特性影响小启动延时 小 与负载率成正比启动加速度 小 大行程终点速度 大 约等于平均速度缓冲能力 小 大由于排气节流的调速特性和低速平稳性较好,它可使进气阻力小,

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