專利名稱:伸縮套管式的全向切變波振動器的制作方法
本發(fā)明一般涉及地震切變波源，并更具體地而不是局限地涉及一種通過伸縮套管而把切變波的能量耦合到土壤介質(zhì)內(nèi)的全向切變波振動器。
先有技術(shù)有若干種不同型式的切變波振動器，它們各以不同的結(jié)構(gòu)方式把切變波能量耦合到土壤介質(zhì)內(nèi)。為了與土壤保持可靠嚙合，先有技術(shù)設(shè)備旱已使用各種演變中的基板和楔子或葉片結(jié)構(gòu)。人們知道還有一種使用杯狀振動器結(jié)構(gòu)把能量耦合到軟土壤區(qū)域內(nèi)的振動器，例如美國第3，365，019號專利，其名稱為《用于沼澤地和海底的地震振動器》。
早期的土壤耦合機(jī)構(gòu)一直都是與各種切變波振動器或眾所周知的壓縮波振動器相聯(lián)系的，而且申請人尚未聽說先有技術(shù)探討過全向連續(xù)耦合切變波(例如橢圓偏振切變波)。申請人獲悉一種新近開發(fā)的能夠在任何方向上產(chǎn)生切變波，并同時(shí)產(chǎn)生壓縮波的沖擊振源，但這主要地只不過是一種可旋轉(zhuǎn)的定向振源。還有一種最新設(shè)備，它是一種具有可實(shí)現(xiàn)有選擇地產(chǎn)生SH或SV切變波的可旋轉(zhuǎn)基板的切變波振動器。
本發(fā)明是一種為在土壤表面或其近處產(chǎn)生橢圓偏振地震切變波在支撐車、船(即卡車、海洋船艇或類似工具)上的支架上裝載的切變波振動器。該切變波是由裝載在一個(gè)可伸縮的支架上、并具有用以把振動能量耦合到土壤表層中的振動器設(shè)備所產(chǎn)生的。該振動器設(shè)備可經(jīng)各種控制以按任何選定的方位不僅產(chǎn)生橢圓和圓偏振切變波，而且也產(chǎn)生平面偏振地震切變波。
因此本發(fā)明的一個(gè)目的是要提供一種可在松軟土壤表層區(qū)中產(chǎn)生橢圓偏振地震切變波的設(shè)備。
本發(fā)明的有一個(gè)目的也是要提供一種能夠同時(shí)用橢圓偏振切變波信號有效地產(chǎn)生壓縮波信號的地震能量振動器。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是要提供一種可在土壤介質(zhì)中更有效地誘發(fā)出切變波能量的振動器，因?yàn)樗恍栎^小的壓緊力卻可維持等效的能量耦合能力。
本發(fā)明更進(jìn)一步的一個(gè)目的是要提供一種可在任何不同類型的土壤表面層沼澤地帶或水域中產(chǎn)生振動能量的設(shè)備。
本發(fā)明的最后一個(gè)目的是要提供一種可在支撐車船上載運(yùn)并易于對地震能量輸出的頻率、偏振性和持續(xù)時(shí)間進(jìn)行控制的更多功能的地震切變波源。
本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)將在結(jié)合說明本發(fā)明的附圖時(shí)從下面的詳細(xì)描述中了解到。
圖1是本發(fā)明安裝在支撐車輛上的振動器的側(cè)視圖;
圖2是本發(fā)明的全向振動器的側(cè)視圖，其中一些部分已被切去;
圖3是垂直剖面圖。圖中，部分以是圖2的3-3線剖開的剖面示出的;
圖4是從圖2的4-4線看的俯視圖;
圖5是水平剖面圖;其中，部分以沿圖2的5-5線剖開的剖視圖示出;
圖6是一個(gè)如圖5所示液壓操作機(jī)構(gòu)的水平剖面圖;
圖7是說明本發(fā)明中所用控制電路的方框圖;
圖8是另一種方式的耦合頭的垂直剖面圖;
圖9是還有另外一種方式的耦合頭的垂直剖面圖，某些部分以局部剖面示出;
圖10是一種兩個(gè)操作機(jī)構(gòu)的地震源的俯視圖，圖中選擇某些部件以剖面示出;
圖11是以剖面示出的如圖10所示的一個(gè)操作機(jī)構(gòu)的側(cè)視圖;
圖12是另一種結(jié)構(gòu)的振動器和支架頂部左視圖;
圖13是圖12的一個(gè)角端彈性體支撐裝置的剖面圖;以及圖14是示出彈性體支撐裝置的圖12的頂部反應(yīng)體角端的俯視圖。
圖1以理想化方式描述了全向振動器10可被裝在一輛適用的運(yùn)載汽車12(也就是像從Crane Carrier公司購得的那樣一類的專用機(jī)車)上的情景。最好是把振動器10裝在汽車12的中心位置上以便使它在施加壓緊力的過程中能更好地進(jìn)行重力控制。因此，當(dāng)位于中央的振動器通過伸縮套管16的垂直運(yùn)動而耦合到土壤時(shí)，振動器10基本上是支撐在一個(gè)雙縱向框架14上的。
伸縮套管16是可伸長以迫使通常為圓錐形耦接頭18向下穿過地表層而與地面下的土壤介質(zhì)發(fā)生能量耦合關(guān)系的。支架包括由左、右縱向支撐管24聯(lián)接的左、右圓導(dǎo)筒20、22。左、右座板26被聯(lián)接到左、右導(dǎo)桿28和30上，該左、右導(dǎo)桿均可上下移動，以使振動器反應(yīng)體32連同插入在那里的套管頭18移近地面，而延伸進(jìn)入穩(wěn)固的土壤耦接狀態(tài)。
圖2、3和4十分詳細(xì)地說明底座和支架的結(jié)構(gòu)。例如，雙縱向車架14包括相對兩側(cè)的、以焊連方式支撐前、后橫向套管構(gòu)件38和40的框架構(gòu)件34、36。于是前面的圓形導(dǎo)筒20L和20R就被通過焊接而固定到橫向管38的兩對面上，而后面的圓形導(dǎo)筒22L和22R就被固定在后橫向管40的兩對面上。
在左邊的導(dǎo)桿28、30的直角排到和在右邊的導(dǎo)桿41、42的直角排列為支撐相對于汽車12振動器提供一個(gè)可進(jìn)行相對于汽車12的上下定位的框架。相對于該圓形導(dǎo)筒的前導(dǎo)桿的定位操作是由液壓操作機(jī)構(gòu)44L和44R來實(shí)現(xiàn)的，而每根后導(dǎo)桿30和42是由對應(yīng)的液壓操作機(jī)構(gòu)46L和46R來控制的。各對應(yīng)導(dǎo)桿的上端容納一個(gè)罩子48、50、52、和54，這些罩子組成用于焊固到由構(gòu)件56、58、60和62(見圖4)組成的矩形框架的角端。由導(dǎo)桿支承懸臂梁64、66、68和70構(gòu)成的正交排列可通過例如焊接而連固到上端的或被動的反應(yīng)體72的上方角端表面上，以使諸支承懸臂梁互相隔開而向外地配置在上端框架和各角端罩子48、50、52及54上面。正如在圖2中所示，這可例如通過與配置在每個(gè)角上的間隔梁74相焊接來完成。
于是左、右垂直桿76和78的直角排列就可支承上端反應(yīng)體72，因?yàn)樗鼈兛稍谏隙撕偷锥擞缮喜縐型關(guān)節(jié)80L和80R以及下部U型關(guān)節(jié)82L和82R所連固，以便將相應(yīng)的支承懸臂梁連固到座板上去。因此，各支承懸臂梁64，66，68和70都被連接到座板26L，而其中支承懸臂梁66和68被連接到座板26R。進(jìn)一步的垂直支承是用垂直支桿83L、83R、85L和85R來連接的。各支桿83和85在主振動器反應(yīng)體32前、后相對側(cè)面和上端框架兩對面的構(gòu)件56、60之間進(jìn)行連固。每根垂直支桿83和85均用合適的萬向節(jié)從上端和下端連接到相應(yīng)的上端框架構(gòu)件和下端反應(yīng)體。該萬向節(jié)連接各垂直支桿的目的是要讓各反應(yīng)體在水平面內(nèi)平移而不旋轉(zhuǎn)。
由在上端反應(yīng)體72各對面的、固定于被焊接到反應(yīng)體72底面上的第一空氣座托架88、90和空氣座托架92、94之間的空氣座84和86進(jìn)一步從側(cè)面使上端反應(yīng)體72定位成為被焊接到對應(yīng)面對著的側(cè)框架套管56和60的中段。反應(yīng)體72的中心區(qū)有一個(gè)孔96，在該孔上形成一個(gè)圓柱形罩98以便為通過蓋板102所連接的U型關(guān)節(jié)100提供錨定位置以支承伸縮套管16。
正如在圖3中所具體示出，伸縮套管16包括一個(gè)外部軸尖管104和一個(gè)以圓錐頭108為終端的同心內(nèi)伸縮套管106。圓錐頭108可以是加筋的或由淬硬的鋼制成使用必需的形狀，例如可用一種直角排列的刀刃110以增強(qiáng)對土壤的嚙合。圓錐頭108的錐形側(cè)壁對套管106的垂直軸線成大約25°的角度。上端青銅軸承112可固定在伸縮套管106的上端頸圈周圍，以便與軸尖管104的內(nèi)表面形成滑動配合;同樣，下端青銅軸承114可固定于軸尖管104的下部頸圈內(nèi)表面周圍，以便與伸縮套管106的外表面形成滑動接觸。軸尖管104的下部穿過一個(gè)連接到驅(qū)動架的頸圈116，這將在下面進(jìn)一步說明。在軸尖管104內(nèi)在軸向上固定著一個(gè)液壓操作機(jī)構(gòu)118以便使操作臂120在軸尖接頭103處伸入帶有定位塊122的附加裝置，該固定塊122是固定在伸縮套管106內(nèi)的某一選定點(diǎn)上的。因此，液壓操作機(jī)構(gòu)118的操作可用來使伸縮套管106沿著其豎軸伸出或縮回。
主反應(yīng)體32是利用各空氣座124、126、128和130(亦見圖5)的直角排列來進(jìn)一步維持在側(cè)向定位中的。諸空氣座124-130一般是在相反的兩側(cè)橫向成對布置，從而有助于使反應(yīng)體32進(jìn)行相對于支承設(shè)備的居中定位調(diào)節(jié)的。該支承設(shè)備就是包括兩對面的圓導(dǎo)筒和桿件支承結(jié)構(gòu)的支架。于是，諸相配的懸臂結(jié)構(gòu)132就被兩個(gè)一邊地通過焊接到諸座板26L和26R而固定，以便水平地向內(nèi)伸展而與各相應(yīng)的空氣座124-130相連接。在環(huán)繞反應(yīng)體32的內(nèi)圓面上焊有四個(gè)內(nèi)空氣座固定架134以便連接到各空氣座124-130的內(nèi)面上。
反應(yīng)體32被造形成為有一個(gè)雪花形、居中設(shè)置的孔洞136，該孔洞136可用來使振動能源在與反應(yīng)體32同一平面中適應(yīng)水平方向的振動。該孔洞136被造形成為一個(gè)伸進(jìn)反應(yīng)體32各相應(yīng)角端內(nèi)成直角隔開的對角線孔洞138、140、142和144的中央部分137。諸對角線孔洞138-144是為在那里配置相應(yīng)的電動液壓操作機(jī)構(gòu)146、148、150和152而設(shè)置的。
圍繞軸尖管104而安放的頸圈116被配上包括直角排列的諸驅(qū)動法蘭154、156、158和160，各該法蘭均被以樞軸連接到相應(yīng)操作機(jī)構(gòu)146-152的相應(yīng)軸尖端162、164、166和168。外部軸尖端170、172、174和176各被進(jìn)一步以樞軸連固到相應(yīng)的角端法蘭178、180、182和184上。各伺服閥186、188、190和192可控制各自的操作機(jī)構(gòu)146-152的調(diào)整驅(qū)動功能，這將在下面進(jìn)一步描述。
圖6提供一個(gè)操作機(jī)構(gòu)148的放大圖，其中部分以剖面示出。如此，操作機(jī)構(gòu)148包括一個(gè)具有外部推桿端196和例如以樞軸連接到驅(qū)動法蘭156的內(nèi)部推桿端164的雙推桿端活塞194。一個(gè)擁有相反兩端的圓筒形軸承或密封軸套200和202的唧筒198構(gòu)成中央唧筒腔204。諸出入口(未示出)在關(guān)聯(lián)的伺服閥188和唧筒腔204之間、在活塞194的相反兩側(cè)提供流體交流。一個(gè)環(huán)形插入和密封墊206使軸套202在桿端164處保持密封工作狀態(tài)，并且圍繞鄰接于軸套200的外部推桿端196裝有密封墊208。軸尖端172是圓筒形的，并包括一個(gè)，例如用螺栓，圍繞外部密封墊208而固定到操作機(jī)構(gòu)外殼198上的法蘭210。操作機(jī)構(gòu)的位置反饋信息是由一個(gè)具有一個(gè)伸入線圈內(nèi)腔214的軸向柄212的線性可變差接變壓器(LVDT)發(fā)生的。直角排列的各直線操作機(jī)構(gòu)146-152都是屬于相同結(jié)構(gòu)的。
盡管可用許多電動液壓控制系統(tǒng)中的任何一種系統(tǒng)來控制振動器10的操作，但圖7示出了電路的最好型式。在數(shù)字計(jì)算機(jī)220(例如一個(gè)用適當(dāng)?shù)拇鎯ζ?22以及鍵盤和顯示器224來運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)控制微計(jì)算機(jī)電路)上就可將操作員的控制輸入進(jìn)去。為了控制該多向振動器，需要就選定的模式對傳動組合作正確變換。因此，該計(jì)算機(jī)220在226線上就對數(shù)/模轉(zhuǎn)換器228產(chǎn)生一種數(shù)字的電壓掃描信號，該轉(zhuǎn)換器就在引線230上提供模擬輸出信號給放大器232。在引線234上輸出的被放大的模擬信號是一種規(guī)定了頻率、掃描長度、持續(xù)時(shí)間等等的操作控制電壓。于是，再將在引線234上所產(chǎn)生的電壓作為輸入信號而加到每個(gè)控制電路1-4上，以便用眾所周知的方法來控制各自的電動液壓操作機(jī)構(gòu)146-152。
計(jì)算機(jī)220同時(shí)還輸出兩種相位各被選為φ1和φ2的脈沖串，經(jīng)相位開關(guān)236饋送。該相位開關(guān)236，在計(jì)算機(jī)220通過線238的控制下，使所選相位的信號脈沖串通過輸入引線240、242、244和246換接到各對應(yīng)的控制電路1-4的相位輸入端。相位φ1的信號將轉(zhuǎn)向一對控制電路，而相位φ2的信號轉(zhuǎn)向另一對控制電路，這是要取決于由相位開關(guān)控制所選定的操作模式的。
計(jì)算機(jī)220也可在啟動任伺掃描之前用來對所有的驅(qū)動裝置進(jìn)行初始化，也就是用預(yù)掃描位移量和相位角同步各驅(qū)動裝置。如圖7這樣一種控制系統(tǒng)將會是易于裝在單人操作的汽車內(nèi)的一個(gè)操作站中的。同樣，為了用與目前所用的同樣方法來使多個(gè)傳統(tǒng)的振動器同步工作，可以把多個(gè)振動器連接在一起。
圖8說明耦接頭250和伸縮軸承裝置的另一種方式。如此，軸尖管252在其下邊緣通過附加裝置終接到圓板254上，例如用多塊角撐板256來焊接上。然后在圓形板254下面進(jìn)行焊接，將圓套筒258固定，并使之留有間隙以便使青銅軸承套260保持對伸縮套管262滑動的狀態(tài)。于是底部圓板264就被圍繞著圓套筒258的下端面而固定，該圓套筒在其外部表面上構(gòu)成一個(gè)可將操作機(jī)構(gòu)的驅(qū)動頸圈116套在其上的滾道伸縮套管262的下端被固定到圓形法蘭盤265上，后者又通過例如一圈緊固件而連固到基板266，即組成錐形耦接頭250上部的那塊圓盤。該錐形耦接頭250進(jìn)一步被形成為一個(gè)由淬硬了的鋼制成的錐尖268，該錐尖268被連固到錐形側(cè)壁板270上，側(cè)壁板270本身又通過例如焊接而固定在環(huán)繞基板266的圓周上。側(cè)壁板270對套管262的軸線成45°角。對錐體結(jié)構(gòu)的內(nèi)部加強(qiáng)是由一個(gè)半徑較小而又通過一個(gè)圓筒274和圓盤276而連固的內(nèi)部圓筒272所提供的，該圓筒274和圓盤276是在錐形側(cè)壁板270和圓筒272之間被焊成加強(qiáng)狀態(tài)的。內(nèi)部圓筒272和274在錐體結(jié)構(gòu)中是起加強(qiáng)管的作用的。
圖9還說明耦接頭280的另外一種形式。該種耦接頭280是一種包括一個(gè)球狀外殼282的焊接球狀組件。各內(nèi)部支肋，以焊接在部分球體的二等分線上的環(huán)形板284的形式置于球狀外殼282內(nèi)，它們通常平行于焊接到部分球體的上部扇區(qū)以便用多個(gè)緊固件附裝到法蘭盤265上的基板286。還可以視球形外殼282表面需要達(dá)到的必要?jiǎng)偠榷褂闷渌恍M向的加強(qiáng)板，如圓形板288。
盡管前述振動器的實(shí)施例是用一個(gè)利用直角排列的四個(gè)直線操作機(jī)構(gòu)驅(qū)動伸縮套管的反應(yīng)體來工作的，但是應(yīng)當(dāng)知道，只要多個(gè)雙操作機(jī)構(gòu)的沖程都是真正協(xié)調(diào)的，則所需要的就都是多個(gè)雙操作機(jī)構(gòu)了。圖10說明一種用于驅(qū)動一根伸縮套管的雙操作機(jī)構(gòu)橢圓切變波發(fā)生器290。既然是這樣，也可指出，正如由底部反應(yīng)體裝置292不規(guī)則的結(jié)構(gòu)和對軸尖管294和伸縮套管296的偏心關(guān)系所證明，這是利用了一種特別的偏移結(jié)構(gòu)的。并且，雖然軸尖和伸縮套管先前都被稱為同心圓筒管，但它們也可以是像套管294和296那樣的同心方筒。圖10的這種更合理的設(shè)計(jì)對于裝在支承汽車上的有限空間內(nèi)情況來說從來就是必要的;然而應(yīng)當(dāng)知道，雙操作機(jī)構(gòu)伸縮套管驅(qū)動裝置也是能夠容易按幾何上平衡的設(shè)計(jì)構(gòu)造的。
底部反應(yīng)體裝置292是為用于專門的支承車輛設(shè)計(jì)的，該裝置是在一塊擁有圍繞那里而焊成的側(cè)壁體300、并包括有一個(gè)前部被切去、即不規(guī)則的部分302和一個(gè)由軸尖管294和被伸縮套管296所穿過的中央被切去的八角形部分304的普通矩形體底板298上所構(gòu)成的。該反應(yīng)體底板298還包括有固定于其上而使圖10結(jié)構(gòu)的反應(yīng)體組件總重量為8，500磅的重體構(gòu)件306、308。兩個(gè)通常是伸長的、立方體狀的、向前的對角線空腔309和310，它們可在里面容納各自的直線操作機(jī)構(gòu)312和314，這將作進(jìn)一步的說明。在空腔309、310下面焊接有相應(yīng)的蓋板315L和315R以使底板298連續(xù)無空，并防止相應(yīng)的唧筒與土地的坎坷物接觸。一對對角線空腔316和318是通過反應(yīng)體底板298的后面形成的，并且它們?nèi)菁{各自的緩沖器組件320和322，這也將作進(jìn)一步說明。
中央被切去的八角形部分304的垂直中心線穿過反應(yīng)體組件292的重心。反應(yīng)體組件292的重心也處于一個(gè)包含操作機(jī)構(gòu)312和314以及緩沖器組件320和322的水平中心線的平面中。約束反應(yīng)體組件292的重心位置可防止振動器在工作期間出現(xiàn)不希望有的扭矩?cái)_動。
除了我們正在討論的一種方形套管組件以外，軸尖管294的底部結(jié)構(gòu)是與圖8和9中所過述的相似的。如此，軸尖管294的底部邊緣以焊上附加裝置的形式容納一個(gè)焊接在座落于下部外圍板328上的一短段方形管326上的方形外圍板324。然后，上部外圍板324和下部外圍板328就為諸直角排列著的各聯(lián)接板330、332、334和336提供支座點(diǎn)，因?yàn)樗鼈兪抢喂痰睾附釉谒鼈冎g的。于是，各對應(yīng)的桿端/U形(clevis)連軸節(jié)338、340、342和344就對相應(yīng)的操作機(jī)構(gòu)312、314和緩沖器320、322提供球形樞軸連接。
參考圖10，每個(gè)液壓操作機(jī)構(gòu)312、314都包括一個(gè)容有穿過其中的雙桿端活塞352的唧筒式操作機(jī)體350。每個(gè)活塞352包括一個(gè)被牢固地聯(lián)接到相應(yīng)的連軸節(jié)338、340上的內(nèi)桿端354。外桿端356則反過來設(shè)置在借助于對應(yīng)的桿端/U形連軸節(jié)360固定到反應(yīng)體裝置292的各對應(yīng)角端362和364上的端蓋358內(nèi)。
由于兩相對端的青銅插套364和366構(gòu)成一個(gè)唧筒室368，所以為了操作機(jī)構(gòu)312體內(nèi)的往復(fù)運(yùn)動而配置了活塞352。各出入口(未示出)在電動液壓伺服閥369和在唧筒室368內(nèi)的活塞352的兩對面之間提供流體交流。操作機(jī)構(gòu)的內(nèi)端被用密封墊和止動板370，圍繞內(nèi)桿端354而終止;而外桿端356則終止于帶有青銅緩沖墊374的端蓋358的空腔372內(nèi)，該緩沖墊374是彈性地固定在端部腔膛378內(nèi)的圓筒形彈性體376上的。該緩沖彈性體376可用例如Uniroyal VIBRATHANE
材料或其它類似物質(zhì)形成，因?yàn)樵摼彌_裝置可防止桿端356的破壞性過沖。
活塞沖程的跟蹤是由LVDT裝置來進(jìn)行的，該裝置是由一個(gè)圍繞內(nèi)桿端354而固定的夾緊裝置380、一個(gè)固定在操作體312上的導(dǎo)桿軸承382和一個(gè)也固定在操作體312上的安裝支架384所支承的。為了在一個(gè)由安裝支架384所支承的LXDT線圈固定結(jié)構(gòu)390內(nèi)設(shè)定LVDT芯柱388的位置，就由導(dǎo)桿軸承382和夾緊裝置380來固定導(dǎo)桿386。使線圈固定結(jié)構(gòu)390定位的操作可在安裝支架384內(nèi)旋松固定螺絲(未示出)，手動地滑移線圈固定結(jié)構(gòu)390來進(jìn)行調(diào)整。連接器392將線圈固定結(jié)構(gòu)390在電氣上連接到振動器的電子控制器。
反應(yīng)體裝置292的后面的特征在于以平衡緩沖器320和322的形式所組成的反應(yīng)結(jié)構(gòu)。每個(gè)緩沖器包括擁有一個(gè)為容納一根相應(yīng)的緩沖桿396以便在其內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動的自潤滑軸瓦或套管軸承395的唧筒394。該緩沖器唧筒394包括一塊帶有用于清理緩沖器的軸向孔的端板398，后者則固定到連軸節(jié)342、344上。緩沖桿396的外端通過一個(gè)桿端/U形連軸節(jié)400而連接到撐板402，該撐板402是豎直地焊接在每塊安裝板316、318和反應(yīng)體292的其它部件上的。緩沖桿396的內(nèi)端包括一個(gè)用于容納彈性體緩沖器406的鏜孔404和由一個(gè)軸向螺栓固定于其內(nèi)的青銅外緩沖墊408。
平衡緩沖器320和322可防止桿端354的有破壞性的過度伸展。平衡緩沖器320和322的尺寸被確定得可對繞套管294和296的垂直中心線的扭力進(jìn)行動態(tài)平衡。如果沒有這種平衡作用的話，就會在振動器工作期間發(fā)生不希望有的套管294和296的動態(tài)扭轉(zhuǎn)。
參考圖11，該圖更詳細(xì)地示出操作機(jī)構(gòu)312，該操作機(jī)構(gòu)的兩端各由一個(gè)相似結(jié)構(gòu)的U形/連軸節(jié)(360、338)所支承，該結(jié)構(gòu)包括樞銷410的連接，同時(shí)其上還有一個(gè)球面，以便與牢固地附裝到反應(yīng)體角端板362的軛414進(jìn)行滑動的球面嚙合。所有的操作機(jī)構(gòu)和緩沖器端的相互連接都是屬于相似的球面/樞軸結(jié)構(gòu)，以在振動期間提供最大的接觸自由度。
相應(yīng)的軸套夾持器416和418包括合適的環(huán)狀密封件，把青銅軸套364、366夾持在應(yīng)有位置上。端蓋370使刮油密封環(huán)420維持對軸套夾持器416的環(huán)形嚙合。在其相反端，通過將軸套夾持器418用螺栓栓牢的辦法來固定夾持板422。
唧筒350的一個(gè)上部部件424包含分隔的液流通道430和432。于是通道430和432就與在活塞352的相對兩側(cè)對唧筒368提供流體交流的流體出入口434、436相聯(lián)系。在與相對側(cè)的液流通道430和432相聯(lián)系的操作機(jī)構(gòu)上部部件424上固定有液壓伺服閥369。塞栓450起封閉各相對側(cè)的出入口的作用的，該出入口在形成部件434和436中是用作出、入口的。
參考圖12、13和14，圖中針對一種在被動或上端反應(yīng)體454和各導(dǎo)桿之間的不同聯(lián)接方式，導(dǎo)出另外一種形式的支承結(jié)構(gòu)452。某種例如在圖2的左視圖中所看到的那種類似結(jié)構(gòu)，將會包括一個(gè)在各自的導(dǎo)桿28和30上的左側(cè)角端罩子48和52之間伸展著的框架構(gòu)件56。在振動設(shè)備的上舉和下降期間，導(dǎo)桿28和30相對于圓導(dǎo)筒20和22而往復(fù)運(yùn)動。通過一個(gè)合適的U型關(guān)節(jié)組件456，把伸縮套管16固定到一個(gè)例如通過焊接而固定在直角排列著的加強(qiáng)梁460L、460R、462L和462R內(nèi)的圓柱架458上。為伸縮套管16的延伸操作所用的液壓操作唧筒是包含在套管16內(nèi)、并用與圖3所示類似的接頭以軸尖連接到U型關(guān)節(jié)456的。
下部反應(yīng)體，例如圖2的振動器反應(yīng)體32，被用吊桿464和466(包括左和右)支牢，這是因?yàn)樗鼈冊陧敹撕偷锥硕际怯稍谏喜砍锌蚣?6、58、60和62(亦見圖4)和懸在其下的反應(yīng)體之間的U型關(guān)節(jié)468所連接的。支桿470和472(包括左和右)也是在頂端和底端都由在頂端反應(yīng)體454的對應(yīng)四個(gè)角端和各支撐裝置的座板26(包括左和右，見圖2)之間的對應(yīng)U型關(guān)節(jié)所連接的。
被動的或頂部反應(yīng)體454的每個(gè)角端都被用彈性盤裝置480和482(包括左和右)彈性地支牢在相應(yīng)的角桿48、50、52和54上(圖4)上。圖13和14將各彈性盤裝置詳細(xì)說明成為各包括一個(gè)向上通過一個(gè)頂部反應(yīng)體454角端內(nèi)的孔486而固定的合適的襯套484。在一個(gè)從角端罩子48-54軸向伸展的固定桿492上套入一塊整體成形包括一個(gè)軸套或緩沖墊490的彈性體圓盤488。穿過環(huán)496、盤488和襯套484中的諸孔的許多螺栓把彈性體圓盤488夾牢在定位圈496和上端反應(yīng)體454之間。
當(dāng)工作在相對軟的土壤表面區(qū)，例如松土、雪、沼澤、水所覆蓋的底層以及類似表面的情況時(shí)，這幾種形式中的任何一種振動器10對于在整個(gè)振動階段中維持同土壤介質(zhì)的穩(wěn)定的能量耦合關(guān)系是有成效的。在振動進(jìn)行期間控制伸縮套管16不斷地壓入所嚙合的土壤介質(zhì)中，以便它為傳播地震能量而探尋穩(wěn)定的嚙合。地震能量是用一種相位和幅度控制的多向振動技術(shù)來產(chǎn)生的，這種振動技術(shù)能同時(shí)在接受能量的土壤介質(zhì)中產(chǎn)生橢圓偏振切變波和壓縮波。壓縮波可通過順序地產(chǎn)生兩個(gè)鏡象、圓偏振掃描，然后對錄下的結(jié)果求和而有效地獲得。因此，當(dāng)在將力施加到伸縮套管的過程中利用一種由兩個(gè)或更多操作機(jī)構(gòu)組成的方位定向陣列時(shí)，正確地對單獨(dú)的操作機(jī)構(gòu)進(jìn)行相位控制所起的作用就能傳播任何橢圓、線性或圓偏振切變波，正如在待批準(zhǔn)的美國第897，434號專利申請書中曾更確切地論過的。
伸縮套管16的實(shí)際土壤嚙合面包括一個(gè)耦接頭結(jié)構(gòu)18，該結(jié)構(gòu)可取若干形式的任何一種形式。如圖2中所示，耦接頭18可包括一個(gè)與伸縮套管16的垂直軸線成25°-30°的錐形側(cè)壁108，并且它有若干環(huán)繞其周圍而設(shè)置的徑向刀刃110，例如成直角排列。圖8說明另一種形式的耦接頭18，它包括一個(gè)具有對伸縮套管16的垂直軸線成45°的錐形側(cè)壁。
圖9示出還有另一種形式的耦接頭18，其中，用加強(qiáng)結(jié)構(gòu)來組成一個(gè)球體或再型耦接頭280以將振動能量從伸縮套管262傳送入包圍在那里的土壤中去。因此，可以看出，可以使用若干種耦接頭18的任一種，這在很大程度上是取決于進(jìn)行勘探所在的土壤或水底的類型。再還有一種形式(未特別示出)，包括一個(gè)與伸縮套管的垂直軸線成24.5°斜角的較狹的錐形頭，并且終止成一個(gè)擁有30°傾斜側(cè)壁的淬硬的鋼質(zhì)錐尖。對各種專門用途來說，可以開發(fā)出很多種專門形式的耦接頭和/或耦接刀刃結(jié)構(gòu)。
以上公開一種新穎的軟土壤振動器，它是一種可運(yùn)載在支承車輛或船舶上的型式，該車輛或船舶上有一種產(chǎn)生可連續(xù)地傳播入土壤介質(zhì)中去的橢圓偏振切變波的振源。公開控制和產(chǎn)生結(jié)構(gòu)是為了利用或者兩個(gè)、或者四個(gè)、或者更多的以相位相關(guān)控制的液壓操作機(jī)構(gòu)來產(chǎn)生這種橢圓偏振切變波的。各種支承和操縱結(jié)構(gòu)也予以公開是為了能夠利用從最能運(yùn)載和裝置此種振源的車輛或航海設(shè)備上展布到松軟土壤地區(qū)的切變波發(fā)生器。
按照說明書中至此所提出、并以附圖所示出的部件的組合和排列可做出各種變動;人們知道在不脫離本發(fā)明的權(quán)利要求
書中所規(guī)定的精神和范圍下，在所公開的實(shí)施例中可做出各種變動。
權(quán)利要求
1.用于產(chǎn)生切變波并將它耦合到土壤介質(zhì)中去的設(shè)備的特征在于，它包括-在所述土壤介質(zhì)上可定位的支承裝置；-由所述支承裝置予以穩(wěn)定并延伸一端以與土壤嚙合的伸縮套管裝置；-用于伸長所述伸縮套管裝置以將所述一端壓入土壤介質(zhì)中去的操作裝置；以及-耦接到所述套管裝置以將橢圓偏振切變波傳遞入所述土壤介質(zhì)中去的波發(fā)生裝置。
2.如權(quán)利要求
1中所述的設(shè)備，其特征在于，其中所述支撐裝置包括-一種運(yùn)載交通工具;以及-被連固到所述交通工具上，并可操縱所述伸縮套管裝置和波發(fā)生裝置進(jìn)行相對于所述土壤介質(zhì)的上舉和降落操作的升降裝置。
3.如權(quán)利要求
1中所述的設(shè)備，其特征在于，其中所述伸縮套管裝置包括-一根擁有以樞軸連固到所述支承裝置并擁有一個(gè)下端的軸尖管;-一根擁有一端被同心地容納在軸尖管下端內(nèi)并延伸出尖的第二端的伸縮套管。
4.如權(quán)利要求
3中所述的設(shè)備，其特征在于，其中所述操作裝置包括-連接在所述軸尖和伸縮套管之間的液壓唧筒。
5.如權(quán)利要求
4中所述的設(shè)備，其特征在于，其中所述支承裝置包括-一種運(yùn)載交通工具;以及-連固到所述交通工具上，并可操縱所述伸縮套管裝置和波發(fā)生裝置進(jìn)行相對于所述土壤介質(zhì)的上舉和降落操作的升降裝置。
6.如權(quán)利要求
1中所述的設(shè)備，其特征在于，其中所述波發(fā)生裝置包括-可發(fā)出一種橢圓偏振切變力，通過所述套管裝置而進(jìn)入土壤介質(zhì)的液壓振動裝置。
7.如權(quán)利要求
6中所述設(shè)備，其特征在于，其中所述液壓振動裝置包括-一種在中央耦接到所述套管裝置的反應(yīng)體;以及-至少兩個(gè)以相對于套管裝置作九十度偏移，并在所述反應(yīng)體和所述套管裝置之間傳遞徑向往復(fù)力的液壓操作機(jī)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求
6中所述的設(shè)備，其特征在于，其中所述液壓振動裝置包括-一種在中央耦接到所述套管裝置的反應(yīng)體;以及-一種各自在所述反應(yīng)體和所述套管裝置之間傳遞徑向往復(fù)力的呈直角排列的液壓操作機(jī)構(gòu)組。
9.如權(quán)利要求
2中所述的設(shè)備，其特征在于，其中所述升降裝置包括-連固在所述運(yùn)載交通工具的構(gòu)架上的若干圓形導(dǎo)筒;-若干具有穿過所述相應(yīng)圓形導(dǎo)筒而布置為可移動式的上、下端部的導(dǎo)桿，其相應(yīng)下端是以隔絕振動的方式固定到所述波發(fā)生裝置上的;以及-若干被連接在各所述圓形導(dǎo)筒和相應(yīng)的導(dǎo)桿上端之間、并可使所述導(dǎo)桿相對于所述圓形導(dǎo)筒作往復(fù)運(yùn)動的液壓操作裝置。
10.如權(quán)利要求
9中所述的設(shè)備，其特征在于，所述波發(fā)生裝置包括-被以隔絕振動的方式連固到所述各導(dǎo)桿下端的第一反應(yīng)體裝置;以及-至少兩個(gè)被以徑向排列連接在所述伸縮套管裝置和所述第一反應(yīng)體裝置之間以實(shí)現(xiàn)可控的往復(fù)振動的液壓操作機(jī)構(gòu)。
11.如權(quán)利要求
10中所述的設(shè)備，其特征在于，它進(jìn)一步包括-一種被以隔絕振動的方式連接到所述若干導(dǎo)桿的上端、并以樞軸居中地連接到所述伸縮套管裝置的第二反應(yīng)體。
12.如權(quán)利要求
11中所述的設(shè)備，其特征在于，其中所述伸縮套管裝置包括-一根上端被以樞軸固定到所述支承裝置上，并具有一個(gè)下端的軸尖管;-一種具有一端被以同心方式容納在軸尖管下端內(nèi)，并伸展成一個(gè)尖的第二端的伸縮套管。
13.如權(quán)利要求
12中所述的設(shè)備，其特征在于，其中-所述伸縮套管的第二端是一種加強(qiáng)的鋼質(zhì)錐形結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)上固定有若干徑向刀刃。
14.如權(quán)利要求
10中所述的設(shè)備，其特征在于，其中所述液壓操作機(jī)構(gòu)包括-設(shè)置在所述伸縮套管裝置上的軛裝置;-一個(gè)被連接在所述第一反應(yīng)體外側(cè)盡端和所述軛裝置之間的第一操作機(jī)構(gòu);以及-一個(gè)被連接在所述第一反應(yīng)體的外側(cè)盡端和所述軛裝置之間、并被從所述第一操作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)移一個(gè)預(yù)定的徑向角的第二操作機(jī)構(gòu)。
15.如權(quán)利要求
14中所述的設(shè)備，其特征在于，它進(jìn)一步包括-被連接在所述軛裝置和所述第一反應(yīng)體之間、并被從相應(yīng)的第一和第二操作機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)移180°設(shè)置的第一和第二反應(yīng)緩沖裝置。
16.如權(quán)利要求
15中所述的設(shè)備，其特征在于，其中所有的所述各操作機(jī)構(gòu)和反應(yīng)緩沖裝置都被設(shè)置在反應(yīng)體的平面內(nèi)。
17.如權(quán)利要求
15中所述的設(shè)備，其特征在于，它進(jìn)一步包括-用于控制所述第一和第二操作機(jī)構(gòu)，以預(yù)定的相位和幅度進(jìn)行操作，從而誘發(fā)出各種橢圓偏振切變波，穿過所述伸縮套管裝置而進(jìn)入土壤介質(zhì)的控制裝置。
18.如權(quán)利要求
10中所述的設(shè)備，其特征在于，其中所述至少兩個(gè)液壓操作機(jī)構(gòu)包括-被以直角排列形式連接在所述伸縮套管裝置和所述第一反應(yīng)體裝置之間以實(shí)現(xiàn)可控制往復(fù)運(yùn)動的第一、第二、第三和第四液壓操作機(jī)構(gòu)。
19.如權(quán)利要求
18中所述的設(shè)備，其特征在于，它進(jìn)一步包括-一個(gè)被以隔絕振動的方式連接到所述若干導(dǎo)桿的上端、并以樞軸居中連接到所述伸縮套管裝置的第二反應(yīng)體。
20.如權(quán)利要求
19中所述的設(shè)備，其特征在于，其中所述伸縮套管裝置包括-一根具有被以樞軸固定到所述支承裝置的上端并具有一個(gè)下端的軸尖管，-一根具有一端被同心地容納在該軸夾管下端內(nèi)并伸展成一個(gè)尖頭的第二端的伸縮套管。
21.如權(quán)利要求
20中所述的設(shè)備，其特征在于，它進(jìn)一步包括-環(huán)繞所述伸縮套管而可被滑動地設(shè)置、并包括一個(gè)用于連接到相應(yīng)的液壓操作機(jī)構(gòu)的軸尖連軸節(jié)的軛裝置。
22.如權(quán)利要求
12中所述的設(shè)備，其特征在于，其中所述伸縮套管的第二端是一種加強(qiáng)的鋼質(zhì)球體結(jié)構(gòu)。
專利摘要
此設(shè)備包括用于在軟土壤介質(zhì)中產(chǎn)生橢圓偏振切變波的運(yùn)輸裝置。一合適的運(yùn)載工具包括用于運(yùn)送有一與土壤嚙合的伸縮套管的切變波設(shè)備的支架組件。該切變波設(shè)備包括一主要反應(yīng)體和一被動頂部反應(yīng)體，由支架組件將其提升或下降到工作位置上；耦合能量的伸縮套管則是可伸長而被壓入土壤介質(zhì)中；在發(fā)生切變波期間，振源或反應(yīng)體連續(xù)地把切變波能量傳遞到逐漸伸長的伸縮套管中以把能量連續(xù)耦合到周圍土壤介質(zhì)中去。該反應(yīng)體由多個(gè)液壓操作機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)所驅(qū)動。
文檔編號G01V1/09GK87105735SQ87105735
公開日1988年8月17日 申請日期1987年8月18日
發(fā)明者杰克·H·科爾 申請人:康諾科有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan