一种地震法连续调节冲击频率的震源装置的制作方法

本实用新型属于隧道挖掘技术领域，特别涉及一种地震法连续调节冲击频率的震源装置。

背景技术：

隧道开挖工程中掌子面前方的岩体地质情况较难准确预测，对隧道施工工程带来了施工隐患，为提高施工的安全性，常需要对开挖掌子面前方的岩体中的地质情况进行超前地质预测。

目前，隧道工程中进行超前地质预报的方法有地质调查法、地震波法、地质雷达法、超前钻孔及加深炮孔法等多种手段，综合进行地质预报。其中，地震波法具有探测距离远、适用范围广(适用于极软岩至极硬岩的任何地质情况)、对隧道施工干扰小等优点，被认为是隧道施工中最有前景的超前地质预报方法。隧道施工中的地震法超前地质预报时，地震波在不同岩层中以不同的速度传播，在其界面处被反射，并被高精度的接收器接收。通过计算机软件分析前方围岩性质、节理裂隙分布、软弱岩层及含水状况等，最终显示屏上显示各种围岩构造界面与隧道轴线相交呈现的角度及距掌子面的距离，并可以初步测定岩石的弹性模量、密度、泊松比等参数以供参考。

隧道施工中运用地震法进行超前地质预报时，地质预报的精度与探测距离与震源信号的品质密切相关。一般情况下爆炸方法产生沿隧道方向传播的球面波，但爆炸方法产生震源信号不但危险性较高，且爆炸装置产生的信号只有离散的一次，不能连续工作，且需要多人配合工作，对超前地质预报工作带来了不便，因此，需要设计一震源信号可控震法产生装置。

地震法进行超前地质预报时，为提高地震法超前地质预报的精度，需要产生连续且冲击频率可调节的大量能冲击信号。目前，产生连续性震源信号的装置存在着若干种方案，如专利cn201510636950.8，其连续震源调节采用重力锤装置实现，该方案通过改变冲击物重量来调节冲击能量大小，由于冲击能量通过改变配重调节，操作麻烦，且操作时间较长。

专利cn201710740797.2利用超磁方法产生地震波，即利用超磁材料的直线电机，使冲击杆在磁场中进行加速运动，从而以高能量撞击岩石壁面从而产生球面形的频率可调节的地震波信号，该方法超磁场激震器的设计和电信号处理部分较为复杂。

专利cn201710544009.2采用燃料爆炸发射钢球撞击岩石壁面产生震源信号，其中，燃气源和助燃气源相连的燃烧室，燃烧室的出口端连接有发射管，发射管内设置有发射球，发射管上设置有在受力大于设定值时允许发射球通过、在受力小于设定值时可将发射球卡在待发射位置的限位装置，发射球处于待发射位置时与燃烧室围成密闭空间，但该方案同样存在着不能连续调节冲击频率的问题。

技术实现要素：

针对现有技术中所存在的上述技术问题的部分或者全部，本实用新型提出了一种地震法连续调节冲击频率的震源装置，该震源能实现连续、稳定冲击，且结构更简单、操作更方便、震源信号更可控。

为了实现以上发明目的，本实用新型提出了一种地震法连续调节冲击频率的震源装置，包括：

伺服电机；

油缸，其内设有油口a、油口b、活塞腔以及配流阀腔，所述油口a、油口b分别与活塞腔连通，所述油口a与配流阀腔之间设有连通的液流通道；

配流阀，其安装在油缸的配流阀腔内，配流阀的输入端连接伺服电机的输出端，所述配流阀上设有多个油室；

配流盘，其设在油缸的配流阀腔内，位于配流阀与油口a之间并与配流阀的结构相适配；和

活塞，其设在油缸的活塞腔内；当配流阀换向到油口b进油时，活塞向配流阀腔所在端运动抵接在油缸的活塞腔上；当配流阀换向到油口a进油时，活塞向背离配流阀腔的一端冲出形成一次冲程，配流阀在一个旋转周期中高频换向形成活塞的连续往复冲击。

在一个具体实施方案中，油口a靠近配流阀腔的一端设置，且油口a与配流阀腔之间设有连通的液流通道。

在本实用新型中，通过伺服电机带动配流阀旋转多次换向进油，从而在高压流体作用下，形成对活塞的多次往复冲击。活塞在伸出后形成对隧道岩体的连续、稳定冲击。由于伺服电机、配流阀和油液压力等更容易控制，使得对活塞的冲击频率等参数更容易控制、更稳定。而且相对于超磁方法和燃料爆炸产生地震源，本实用新型的震源装置整体结构更简单、操作也更方便、形成的震源信号的频率和大小等也更方便控制。

在一种实施方案中，所述油缸内设有依次连通的配流阀腔、第一台阶孔、第二台阶孔和第三台阶孔，所述第一台阶孔、第二台阶孔和第三台阶孔连接形成活塞腔，所述第二台阶孔靠近第一台阶孔的一端设有油口a，所述第二台阶孔末端临接第三台阶孔处设有油口b。

在一种实施方案中，所述第一台阶孔上设有朝向第二台阶孔扩张的缓冲节流槽。

在一种实施方案中，所述活塞由四段依次连接组成，活塞的第一段的直径等于第一台阶孔小端的直径，活塞的第二段的直径大于活塞第一段的直径且小于第二台阶孔的直径，活塞的第三段的直径等于第二台阶孔的直径，活塞的第四段的直径小于活塞的第三段的直径。

在一种实施方案中，所述第三台阶孔内安装有对活塞进行导向及限位的导向环，所述油缸位于第三台阶孔外侧安装有前端盖，所述活塞的第四段穿过所述导向环，导向环与活塞之间设有轴用油封，导向环与油缸的第三台阶孔之间设有第一密封件。

在一种实施方案中，所述配流阀沿周向均匀布置有多个油室，所述油室设有与油口a连通的多个进油口，所述进油口在配流阀内部均与中部通道连通。

在一种实施方案中，配流阀的多个油室大小相等，且沿配流阀周向均匀布置，在伺服电机的带动下配流阀转动一周时配流阀完成多次从油口a到油口b的切换进油，使得活塞在一个周期内完成多次均匀、连续冲击。

在一种实施方案中，配流阀每转动到油室的进油口与油缸的油口a连通的位置时，油液经油缸的油口a、配流阀中部通道流向油缸的第一台阶孔冲击活塞，使活塞形成一次冲程；当油口b进油时，推动活塞反向缩回。

在一种实施方案中，所述配流阀远离油口a的一侧连接有弹簧座，所述弹簧座与配流阀之间设有压紧弹簧，所述弹簧座外压接有后端盖，所述弹簧座与后端盖之间设有卡簧，所述后端盖与油缸固定连接。

在一种实施方案中，配流阀的中部连接轴穿过弹簧座，经后端盖与伺服电机的输出轴连接，所述弹簧座与配流阀的中部连接轴之间设有轴承油封，所述弹簧座的周面与油缸内壁之间设有第二密封件。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

本实用新型结合了液压冲击器功率大，响应速度高的优点，冲击器激发的地震波信号能量高、传输的距离远，便于长距离、高精度的探测需求。

本实用新型的冲击能量与冲击频率可通过调节液压系统的压力与流量等参数实现连续控制，工作可靠，效率高。而且具有冲击频率和能量调节操作简单，整体装置体积小的优点，容易实现以可控的不同频率信号进行自动扫描激励产生震源信号等优点。

附图说明

下面将结合附图来对本实用新型的优选实施例进行详细地描述，在图中：

图1所示为本实用新型的地震法连续调节冲击频率的震源装置的其中一种实施例的结构示意图；

图2所示为图1中的油缸的三维结构示意图；

图3所示为本实用新型的地震法连续调节冲击频率的震源装置的工作原理图。

附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

为了使本实用新型的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本实用新型的示例性实施例进行进一步详细的说明。显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。并且在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以互相结合。

发明人在发明过程中注意到，现有产生震源信号的装置要么存在信号离散、不能连续工作，要么存在信号源获取不易，要么存在结构复杂、不易操作等问题。

针对以上不足，本实用新型的实施例提出了一种地震法连续调节冲击频率的震源装置，下面进行详细说明。

图1显示了本实用新型的地震法连续调节冲击频率的震源装置的其中一种实施例的结构示意图。在该实施例中，本实用新型的地震法连续调节冲击频率的震源装置主要包括：伺服电机1、配流阀8、配流盘9、油缸10和活塞15。其中，伺服电机1的输出端直接连接配流阀8的输入端。在伺服电机1的作用下，配流阀8旋转实现一个周期内高频换向多次进油。油缸10内设有油口a、油口b、活塞腔以及配流阀腔。油口a、油口b分别与活塞腔连通。油口a与配流阀腔之间设有连通的液流通道。配流阀8安装在油缸10的配流阀腔内。配流阀8的输入端连接伺服电机1的输出端。配流阀8上设有多个油室。配流盘9设在油缸10的配流阀腔内，位于配流阀8与油口a之间。配流盘9的结构与配流阀8的结构相适配。活塞15设在油缸10的活塞腔内。当配流阀8换向到油口b进油时，活塞15向配流阀腔所在端(图1中为左端)运动抵接在油缸10的活塞腔上。当配流阀8换向到油口a进油时，活塞15向背离配流阀腔的一端(图1中为右端)冲出形成一次冲程。配流阀8在一个旋转周期中高频换向形成活塞15的多次连续往复冲击。活塞15的多次连续往复冲击形成为对岩体的连续、可控的震源信号。

在一个具体的实施例中，油口a靠近配流阀腔的一端设置，且油口a与配流阀腔之间设有连通的液流通道105。

在一个实施例中，如图1至图3所示，油缸10内设有依次连通的配流阀腔101、第一台阶孔102、第二台阶孔103和第三台阶孔104。其中的活塞腔由第一台阶孔102、第二台阶孔103和第三台阶孔104连接形成。第二台阶孔103靠近第一台阶孔102的一端(图2中为左端)设有油口a。油口a与配流阀腔101之间设有连通的液流通道105。第二台阶孔103的末端临接第三台阶孔104处设有油口b。

在一个实施例中，如图1和图2所示，第一台阶孔102上设有朝向第二台阶孔103扩张的缓冲节流槽106。由于设置有缓冲节流槽106使得通流面积沿轴向方向形成变化，此处通流面积由活塞15的外周面与油缸10的第一台阶孔的圆柱壁面构成。当活塞15冲击岩石壁面反弹后，活塞15将回程反向运动，由于回程反弹速度较大，如不进行缓冲制动，活塞15将直接撞击油缸10的壁面，容易使活塞15或油缸10产生破裂现象。为避免由于冲击活塞15回程引起的冲击能量损坏震源装置的现象，特意在油缸10的第一台阶孔侧壁上设计了通流面积沿轴向方向变化的缓冲节流槽106，在活塞15越接近于回程的极限位置时，由活塞15与油缸10所构成的回程腔内的油液通过节流槽106排出时，节流槽106的面积越变越小，回程腔体内的压力也越高，对活塞15能起到缓冲作用，避免活塞15直接刚性撞击油缸10的内壁。

在一个实施例中，如图1所示，活塞15主要由四段圆柱依次连接构成。从左到右，活塞15的第一段的直径等于第一台阶孔小端的直径。活塞15的第一段圆柱与第二段圆柱之间设有过渡结构。活塞15的第二段的直径大于活塞15第一段的直径且小于第二台阶孔的直径。活塞15的第三段的直径等于第二台阶孔的直径。活塞15的第四段的直径小于活塞15的第三段的直径。

在一个实施例中，第三台阶孔内安装有对活塞15进行导向及限位的导向环12。油缸10位于第三台阶孔外侧(图1中为右端)安装有前端盖14。活塞15的第四段穿过导向环12。导向环12与活塞15之间设有轴用油封13。导向环12与油缸10的第三台阶孔之间设有第一密封件11。

在一个实施例中，配流阀8沿周向均匀布置有多个油室。该多个油室均设有与油口a连通的进油口或油液通道，进油口或油液通道在配流阀8内部均与配流阀8的中部通道连通。因而，不管是哪个油室进油，从油口a吸入的油液都能经配流阀8的中部通道对活塞15形成冲击力。

在一个实施例中，配流阀8的多个油室大小相等，且沿配流阀8的周向均匀布置。在伺服电机1的带动下配流阀8每转动一周时配流阀完成多次从油口a到油口b的切换进油，使得活塞15在一个周期内完成多次均匀、连续冲击。

在一个实施例中，配流阀8每转动到油室的进油口与油缸10的油口a连通的位置时，油液经油缸10的油口a、配流阀8的中部通道流向油缸10的第一台阶孔冲击活塞15，使活塞15形成一次冲程。当油口b进油时，推动活塞15反向缩回。在配流阀8在伺服电机1的作用下，一个周期内完成多次换向切换，从而完全多次进油冲击。可以理解的是，油室数量与配流阀8的进油次数相等。例如，配流阀8的轴向均匀设置有4个油室，则在一个配流阀8的一个转动周期内，配流阀8切换进油次数为四次，活塞15完成四次冲击。

在一个实施例中，如图1所示，配流阀8的远离油口a的一侧(图1中为左侧)连接有弹簧座4。弹簧座4与配流阀8之间设有压紧弹簧6。弹簧座4与后端盖2之间设有卡簧3。该卡簧3两端卡接在油缸10内。弹簧座4的外侧压接有后端盖2。该后端盖2与油缸10通过螺栓固定连接。

在一种实施方案中，配流阀8的中部连接轴穿过弹簧座4经后端盖2与伺服电机1的输出轴连接。弹簧座4与配流阀8的中部连接轴之间设有轴承油封7。弹簧座4的周面与油缸10的内壁之间设有第二密封件5。

在一个实施例中，如图1至图3所示，通过伺服电机1带来配流阀8回转，配流阀8在周向方向上分布着多个油室。配流阀8在旋转一周时，配流阀8的油的油室油口或液流通道将多次与油缸10的油口a、油口b对应的两腔相连。其中，配流阀8的与油缸10的油口a、油口b连接的变换次数与配流阀8的油室数量相等。当配流阀8被伺服电机1驱动快速回转时，旋转配流阀8将在旋转一周内与油缸10的两腔压力差多次连接，油液快速流入或流出冲击油缸10的两腔时以动压的形式冲击油缸10中的活塞15上产生冲击力，使活塞15以较高的能量冲击岩石壁面，从而撞击岩石壁面产生沿隧道方向传播的球形地震波。在使用过程中，只需要将本实用新型的震源装置的前端盖14直接顶在岩石壁面即可。

在本实用新型的实施例中，如图3所示，当需要产生冲击震源信号时，系统的油源对配流阀8供高压油。配流阀8由伺服电机1驱动进行高频换向动作，从而驱动油缸10中的活塞15以较高的速度冲击岩石壁面。由于配流阀8的旋转速度与角度可由伺服电机1控制，因而能实现精确的切换速度控制，从而精确控制冲击频率。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。因此，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和/或修改，根据本实用新型的实施例作出的变更和/或修改都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。