автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.01, диссертация на тему:Разработка методов анализа и синтеза мощных короткоходовых импульсных электромагнитных двигателей

На правах рукописи

Певчев Владимир Павлович

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ АНАЛИЗА И СИНТЕЗА МОЩНЫХ КОРОТКОХОДОВЫХ ИМПУЛЬСНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ

ДВИГАТЕЛЕЙ

Специальность 05.09.01 - Электромеханика и электрические аппараты

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

Самара 2012

Работа выполнена на кафедре "Промышленная электроника" Тольяггин-ского государственного университета.

Научный консультант: Ивашин Виктор Васильевич

доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники, профессор-консультант Тольяттинского государственного университета, г. Тольятти, Официальные оппоненты: Костырев Михаил Леонидович,

доктор технических наук, профессор, профессор кафедры ТОЭ Самарского государственного технического университета, г. Самара, Угаров Геннадий Григорьевич, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры ЭПП Саратовского государственного технического университета, г. Саратов, Нейман Владимир Юрьевич доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой электро^ех лики Новосибирского государственного технического университета, г. Новосибирск, Ведущая организация: Институт горного дела, Сибирское отделение РАН

(ИГД СО РАН), г. Новосибирск

Защита диссертации состоится 04 сентября 2012г. в 10 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.217.04 по адресу: 443100, Самара, ул. Первомайская, 18, Самарский государственный технический университет, корпус 1, ауд. 4а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Самарского государственного технического университета (ул. Первомайская, 18).

Отзывы по данной работе в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: Россия, 443100, Самара, ул. Молодогвардейская 244, Главный корпус на имя учёного секретаря диссертационного совета Д 212.217.04; факс: (846) 278-44-00.

Автореферат разослан0$ма

мая 2012 г.

Учёный секретарь диссертационного

совета Д 212.217.04

доктор технических наук, доцент

А. А. Базаров

РОССИЙСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ БИБЛИОТЕКА

---—- ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

В импульсных и вибрационных технологиях ряда отраслей в качестве технических средств, реализующих низкочастотные (5—150 Гц) механические колебания с ускорениями в несколько сотен м/с2, используются механические, пневматические, гидравлические, электромеханические преобразователи возвратно-поступательного движения. В настоящее время в связи со значительными достижениями в отрасли производства новых электронных приборов и электротехнических материалов конкурентоспособность импульсных электромеханических преобразователей во многих технологиях возрастает. Имеются перспективы более широкого их применения за счёт повышения энергетической эффективности, надёжности и, особенно, за счёт технологичности и возможности создания механических сил и ускорений с параметрами, необходимыми для непосредственного воздействия на нагрузку.

При сейсморазведке полезных ископаемых используется технология формирования сейсмических волн источниками мощных механических воздействий на землю (до нескольких миллионов Ватт при создаваемой силе в миллионы Ньютонов). В традиционной технологии применяются взрывчатые вещества, что делает её опасной и экологически вредной. Альтернативная технология, использующая импульсные сейсмоисточники с различными силовыми приводами и способами воздействия на грунт, развивалась многими организациями в нашей стране и за рубежом в 70—80-х г. XX века. И хотя с её применением себестоимость сейсморазведочных работ была ниже, чем у сейсморазведки с взрывами, составить ей конкуренцию по совокупности параметров в то время новая технология не смогла, особенно в северных регионах. Причина была в низкой эффективности работы сейсмоисточников при необходимой малой скорости воздействия на грунт (до 1.5 м/с). Обозначилась отраслевая проблема - отсутствие импульсного сейсмоисточника, способного составить конкуренцию взрывам и вытеснить экологически вредную и опасную технологию.

Впервые в 1985 г. для решения этой проблемы была предложена концепция сейсмоисточника с мощным короткоходовым импульсным электромагнитным двигателем (МКИЭД), способным работать с высоким КПД при необходимой величине скорости воздействия сейсмоисточника на грунт. МКИЭД способен обеспечить также необходимые стабильность повторения параметров воздействия и возможность управления процессом воздействия.

В электротехнике накоплен большой опыт решения вопросов энергопреобразования, расчёта и практической реализации разнообразных линейных импульсных электрических машин. Важный вклад в решение этих проблем внесли Н.Е. Лысов, A.A. Харкевич, Б.К. Буль, М.А. Любчик, И.И. Пеккер, П.М. Ала-бужев, Н.П. Ряшенцев, Б.Ф. Симонов, Г.Г. Угаров, В.В. Ивашин и многие другие учёные и специалисты. Тяговые электромагниты широко применяются в приводах электрических аппаратов, молотов и т. д. Однако они имели недостаточные для технологий сейсморазведки импульсную мощность и быстродействие. То есть отраслевой проблеме соответствовала научная - необходимость

разработки нового электромагнитного двигателя, способного создавать в течение нескольких миллисекунд указанную большую силу при малой скорости движения якоря. Технологии разработки электромагнитных двигателей с такими параметрами в 80-е не существовало. Не было также необходимых методик их исследования. Так при выполнении расчётов импульсных электромагнитов, функционирование которых непосредственно определяется переходными процессами, следует учитывать насыщение магнитопроводов, диффузный характер распределения магнитного поля по объёму электропроводящих элементов, взаимное перемещение элементов, влияние нагрузки и пр.

Цель диссертационной работы - решение комплексной научно-технической проблемы разработки методов анализа и синтеза МКИЭД, его исследование и практическая реализация на его основе сейсмоисточников, обеспечивающих снижение себестоимости и эксплуатационных затрат, повышение эффективности, экологичности и безопасности сейсморазведочных работ.

Основные задачи исследования

1) Определить параметры элементов сейсмоисточника, позволяющие эффективно использовать механическую энергию его двигателя.

2) Разработать подход к моделированию динамики МКИЭД, ориентированный на многовариантный анализ и синтез. Разработать модели процесса срабатывания электромагнитного двигателя в составе сейсмоисточника. Проверить адекватность моделей. Провести моделирование процесса срабатывания МКИЭД, исследование и оптимизацию конструктивных решений.

3) Разработать конструкцию и технологию изготовления МКИЭД, способного создавать импульсы силы величиной в миллионы Ньютонов и длительностью несколько миллисекунд с высоким КПД электромеханического преобразования.

4) Исследовать особенности энергопреобразования в МКИЭД.

5) Обосновать параметры системы электропитания МКИЭД, обеспечивающей необходимую длительность рабочего хода и позволяющей создавать максимально идентичные механические воздействия на на1рузку.

6) Выдать практические рекомендации по совершенствованию сейсмоисточников с МКИЭД и их диагностике.

Объект исследования - электромагнитная система с импульсной мощностью до нескольких миллионов Ватт и развиваемой в течение нескольких миллисекунд силой в несколько миллионов Ньютонов.

Основной предмет исследования - МКИЭД со специальной системой возбуждения магнитного поля.

Методы исследования

Исследования проведены с использованием фундаментальных основ теории электрических машин и электромагнитного поля, методов решения систем дифференциальных уравнений, теории электрических, магнитных, механических, акустических и тепловых цепей, а также аналогий и дуальности. Для ускорения решения поставленных задач использовались программы MicroCAP, Altium Designer, Elcut, Maxwell. Экспериментальные исследования проводились на уменьшенных и полноразмерных образцах в лабораториях с использованием

методов экспериментального исследования электромагнитных систем, а также в полевых условиях на серийных сейсмоисточниках по методикам проведения сейсморазведочных работ.

Достоверность полученных результатов обеспечивается обоснованностью и корректностью принятых допущений, адекватностью используемых математических методов, моделей и алгоритмов, совпадением результатов расчётов одних и тех же процессов различными методами, а также подтверждением их физическими экспериментами на лабораторных и серийных установках. Основные результаты работы критически обсуждались ведущими специалистами ИГД СО РАН, ТГУ, СамГТУ, СГТУ и СКБ сейсмического приборостроения г.Саратов, в сейсморазведочных организациях ГЕОТЕК-холдинга и др.

Связь темы диссертации с научно-техническими программами

Работа выполнялись в рамках аналитической ведомственной целевой программы министерства образования и науки РФ "Развитие научного потенциала высшей школы" (2009—2011 г.), проекты 2.1.2/7201 и 2.1.2/10010 "Исследование динамики работы и разработка методики проектирования силовых импульсных электромеханических преобразователей энергии специального и общепромышленного назначения", а также федеральной целевой программы "Научные и научно-педагошческие кадры инновационной России" (2009—2013 г.): проект 1.2.1/П247 "Разработка и создание методики проектирования экологически безопасных невзрывных импульсных источников сейсмического сигнала для сейсмической разведки и интенсификации дебита нефти" и проект 1.2.1/П1361 "Экологически безопасный невзрывной импульсный источник сейсмического сигнала для сейсмической разведки в водной среде".

Научная новизна исследования

1) Разработана новая научная концепция импульсного сейсмоисточника с короткоходовым электромагнитным двигателем, имеющим высокий КПД электромеханического преобразования. Разработан способ воздействия на грунт и выведены аналитические выражения для определения рациональных значений параметров излучателя и пригруза, а также рабочего хода импульсного электромагнитного двигателя, обеспечивающие эффективное использование механической энергии двигателя при создании сейсмических волн.

2) Предложен методический подход к моделированию динамики МКИЭД, ориентированный на многовариантный анализ и синтез. Разработаны методики составления электрических схем замещения электромагнитных систем с магнитосвязанными обмотками и механоакустических систем с частично-упругим ударным взаимодействием нескольких массивных элементов. Разработаны графические и алгоритмические модели для расчёта процесса срабатывания сейсмоисточника с МКИЭД.

3) Разработана технология проектирования МКИЭД с шихтованными из листов электротехнической стали магнитопроводами и системой форсированного возбуждения магнитного поля, обеспечивающая значительное уменьшение длительности его рабочего хода. Определено ограничение максимальных размеров и механической энергии одного электромагнита. Рассчитаны зависимости для определения значений электромагнитных нагрузок. Выведены ана-

литические выражения для определения соотношений размеров МКИЭД.

4) Получены неизвестные ранее зависимости механической энергии, развиваемого усилия и длительности рабочего хода короткоходового электромагнитного двигателя от неравномерности зазора между якорем индуктором.

5) Доказана перспективность способа возбуждения магнитного поля МКИЭД с близким к постоянному потокосцеплением обмотки при рабочем ходе, обеспечивающего максимальную механическую работу, совершаемую как при равномерном, так и при неравномерном зазоре между якорем и индуктором, а также максимальную идентичность механических воздействий на нагрузку. Выведены аналитические выражения для определения параметров формы импульса тока в обмотке МКИЭД. На основе предложенного алгоритма формирования импульса тока в обмотке разработаны и внедрены реализующие его тиристорно-конденсаторные схемы.

6) Разработана методика диагностики МКИЭД по осциллограммам импульсов тока и потокосцепления.

Новизна полученных технических решений защищена авторскими свидетельствами и патентами.

Практическая ценность и реализация результатов работы

Установленные и проверенные экспериментально зависимости, параметры и соотношения, использованы при разработке конструкций МКИЭД для ряда сейсмоисточников. Применение этих сейсмоисточников позволило повысить эффективность сейсморазведочных работ и уменьшить вред экологии места их проведения, распространить невзрывную сейсморазведку в ранее труднодоступные для неё районы Крайнего Севера.

Разработанные схема конструкции сейсмоисточника, МКИЭД и система возбуждения его магнитного поля, обеспечивающие технологичность, малое энергопотребление и продолжительную автономную работу, могут использоваться при проектировании новых серий сейсмоисточников, а также импульсных и виброимпульсных систем для иных областей промышленности.

С использованием результатов диссертационной работы при участии автора был рассчитан, а затем изготовлен, испытан и внедрён в ВО ИГиРГИ АН СССР г.Куйбышев (г.Самара) экспериментальный образец сейсмоисточника в санном варианте с МКИЭД из двух электромагнитов с общей силой воздействия 4.5-10 Н. С использованием опыта разработки и эксплуатации этого сейсмоисточника в ходе работ с участием автора было подготовлено и начато серийное производство в Минусинской опытно-методической экспедиции (ныне Теотехноцентр") ПГО "Енисейгеофизика" электромагнитных сейсмоисточников "Енисей-СЭМ" с силой воздействия 6-105 Н. С использованием результатов диссертационной работы разработаны и в настоящее время серийно выпускаются электромагнитные сейсмоисточники с силой воздействия до 1.8-106 Н на санной и колёсной транспортной базе, а также плавающие. Ими оснащены более ста сейсморазведочных партий в стране.

Разработанные методы проектирования и моделирования процесса срабатывания электромеханических преобразователей внедрены в учебном процессе ТГУ в виде пособий и используются в дисциплинах математического модели-

рования и автоматизированного проектирования.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили положительные отзывы на: научно-технических семинарах кафедр "Электрические машины", "Электрические аппараты", "Промышленная электроника" и НИЛ-6 ТГУ (г.Тольятги, 1986—2011); всесоюзной научно-технической конференции "Состояние и перспективы развития производства аппаратов низкого напряжения" (г.Дивногорск, 1990); всероссийских научно-технических конференциях "Наука, техника, образование города Тольятти и Волжского региона" (г.Тольятти, 2001) и "Проведение научных исследований в области машиностроения" (г.Тольятги, 2009); международных научно-технических конференциях "Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии" (г.Тольятги, 2004—2009); "Автоматизация технологических процессов и производственный контроль" (г.Тольятги, 2006); международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения" (г.Саратов, 2006); международном научно-техническом конгрессе "Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов. ELPIT-2007" (г. Тольятти); на научно-техническом семинаре в институте горного дела СО РАН (г.Новосибирск, 2008); всероссийских научно-технических конференциях "Успехи современной электротехнологии" и "Геотех. Аппаратурное обеспечение современных технологий геофизических исследований" (г.Саратов, 2009—2011); технологических семинарах "Импульсная невзрывная технология и техническое обеспечение сейсморазведки в Восточной Сибири" (респ. Хакасия, пос. Жемчужный, 2008,2009).

Электромагнитные сейсмоисточники экспонировались на Московских международных салонах инноваций и инвестиций (г.Москва, ВВЦ), на VIII и X салонах получили дипломы о награждении золотыми медалями.

Публикации

По материалам диссертационной работы опубликовано 60 научных работ общим объёмом приблизительно 62 п. л. В их числе 3 монографии и 21 статья в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендуемых ВАК. Получено 6 авторских свидетельств СССР и 5 патентов РФ на изобретение, свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ. Результаты исследований отражены в 11 отчётах о хоздоговорных НИР (№ ГР 80076634, 01.8.21016404, 01.8.60076674, 01.8.90001409, 01.9.00016386, 01.9.10024052, 01.9.10036388, 01.2.00310351, 01.2.00004375, 01.0.40001567, 01.2.00310350), 2 отчётах о г/б ПНИР (№ ГР 01.9.40002328, 01200959195) и отчёте о проведении фундаментальных исследований в области технических наук № ГР 01.2.00951114.

Основные положения, выносимые на защиту

1) Концепция источника сейсмических волн с интегрированным в его конструкцию МКИЭД с электромагнитами прямоугольной формы и системой форсированного возбуждения магнитного поля. Способ создания сейсмических волн, регламентирующий параметры воздействия на 1рунт, и рекомендации по выбору параметров излучателя, пригруза и величины рабочего хода двигателя.

2) Ориентированный на синтез подход к математическому моделирова-

нию динамических процессов в МКИЭД. Методики составления схем замещения его подсистем, построенные на основе теории цепей и системы аналогий

3) Графические и алгоритмические модели для численного расчёта процесса срабатывания МКИЭД в составе сейсмоисточника.

4) Зависимости и соотношения параметров конструкции и режимов работы МКИЭД, определяющие достижение требуемых от сейсмоисточника силы и длительности воздействия, а также скоростей и перемещений массивных элементов при высоком КПД электромеханического преобразования энергии.

5) Способ возбуждения магнитного поля МКИЭД и реализующие его схемы, алгоритм их функционирования и форма импульса тока в обмотках, обеспечивающие необходимую длительность заданного рабочего хода.

6) Рекомендации по совершенствованию и диагностике существующих электромагнитных сейсмоисточников и применению приводов с МКИЭД.

Структура и объём диссертации

Основное содержание диссертации изложено в 6 главах на 383 страницах, содержит 165 рисунков, 6 таблиц и список литературы из 182 наименований. В общее количество листов входят 2 приложения на 18 страницах.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности темы диссертации, изложены цель, задачи и основные научные результаты, выносимые на защиту, отражены практическая ценность и реализация результатов.

В первой главе определены область применения МКИЭД и требования к ним. В качестве базовой области применения рассматриваются источники механических воздействий на поверхность грунта или воды, используемые в импульсных и вибрационных технологиях сейсморазведки.

Выполнен критический анализ известных сейсмоисточников, их приводов, режимов работы и параметров. Для создания сейсмических волн применяются объёмные или поверхностные деформации грунта. Применение воздействий на поверхность более технологично. Известны силовой (импульсом специального двигателя) и ударный способы создания сейсмических волн с поверхности. Силовой способ предпочтителен, так как при нём доступнее управление параметрами воздействия.

Описана специфика нагрузки сейсмоисточника - грунта, в значительной мере определяющей параметры и режим работы его двигателя. Определены требования к параметрам воздействия импульсного источника на грунт [16]. Для решения задач сейсморазведки нефти и газа развиваемая двигателем сейсмоисточника сила/должна составлять 1106Н и более. Она определяет:

- величину площади контакта излучателя с грунтом:

/а,, (1)

где ау - предел упругой деформации грунта: ау=(2—7) • 105 Па;

- предел утах скорости движения излучателя:

(ур - скорость распространения продольных волн в грунте, м/с; рг - плотность грунта, кг/м3), составляет при усреднённых значениях параметров грунта при-

близительно 1.5 м/с.

Середина диапазона рациональных длительностей воздействия на грунт, ограниченных максимальной величиной упругих деформаций грунта хтвх

t . =х /v -о v DIE

mjn пи* ' max г g * р^' g

и размерами излучателя:

tmm=D/vp,

где D - условный его диаметр, Eg — модуль упругости грунта, составляет приблизительно tcp=4-10"3 с, что определяет удельную силу - ускорение ат движущихся частей, соединённых с излучателем сейсмоисточника, с массой т, не менее 500 м/с2:

^=flm>vjtcp. (3)

Во многих известных импульсных сейсмоисточниках указанные ограничения скорости и длительности деформации грунта существенно превышены. Это обусловлено техническим противоречием, заключающемся в том, что их импульсные двигатели, способные развивать необходимую силу, работают с высоким КПД лишь при скорости движения исполнительного элемента (поршня, якоря) не менее (10—20) м/с, что значительно превышает величину vmax (2). При высокой скорости воздействия на грунт большая часть механической энергия импульсного двигателя используется не на создание сейсмических волн, а рассеивается при пластических деформациях грунта. Применение мультипликаторов, уменьшающих при высокой скорости движения элементов двигателя скорость воздействующего на грунт излучателя, не решает проблему полностью - возрастает инерционность излучателя и уменьшается коэффициент Цм использования механической энергии Ам [10].

Л W

где Ag - энергия упругих деформаций грунта; постулируется, что сейсмические колебания тем интенсивнее, чем больше величина упругих деформаций грунта под излучателем. Регламентирующий параметры воздействия сейсмоисточника на грунт способ запатентован [60]

В диссертации проведён анализ влияния на т\м основных параметров конструкции сейсмоисточника, к которым относятся соотношение и величины масс излучателя и пригруза, а также величина рабочего хода хрл, двигателя [6]. Чтобы при силовом способе создания воздействий больше механической энергии Ам передавалось излучателю, отношение массы пригруза к массе излучателя необходимо увеличивать. Масса пригруза ограничена грузоподъёмностью (тяговым усилием) транспортного средства сейсмоисточника, а излучатель должен иметь заданную площадь контакта с грунтом (1), в значительной мере определяющую его массу. Кроме того, вес пригруза посредством реакции сжатого им грунта оказывает противодействие силе f. Аналитически определено, что зависимость т\м от массы пригруза имеет максимум приблизительно при 40 кг на 1-104Н развиваемой силы, а также, что обязательным является соответствие времени tpjt, рабочего хода двигателя сейсмоисточника площади и массе его излучателя, с тем, чтобы выполнялось неравенство <s>tpj<n, где со - собственная

частота колебаний излучателя на грунте. Оперативное регулирование длительности сжатия грунта для обеспечения Шр.х <к при любом возможном грунте под сейсмоисточником представляет сложности, поэтому масса излучателя должна быть минимальной при необходимых площади, жёсткости и прочности [39]. Аналитически определено [6], что для увеличения значения т\м рабочий ход

Т| и 0.8 0.6 0.4 0.2

\Пм

10

15 .10"3м

Рисунок 1 - Зависимость т\м от величины рабочего хода двигателя сейсмоисточника

хрх двигателя сеисмоисточника не должен превышать 5-10*3 м (рис.1).

При разработке концепции сейсмоисточника с МКИЭД [8], (имеется патент [55]) обоснован выбор электромагнитного двигателя прямоугольной формы с многополюсным индуктором и движением плоского якоря продольно силовым линиям магнитного поля в рабочем зазоре (патент [57]). Увеличение развиваемой таким двигателем силы реализуется увеличением площади полюсов.

Тяговые электромагниты с магнитопроводами различных форм, в том числе и выбранной, широко применяются, например, в приводах электрических аппаратов, электроинструмента, молотов и т. д., однако они имеют недостаточные для технологий сейсморазведки мощность и быстродействие. Для них требуются двигатели с мощностью до миллионов Ватт и рабочим ходом величиной (4—5),10"3 м, совершаемым за (4—5)-10"3 с, способные формировать импульсы силы воздействия, сопоставимые по результатам (по интенсивности генерируемых сейсмических волн и разрешающей способности сейсморазведки) с взрывом заряда взрывчатого вещества. Значительно уменьшить длительность рабочего хода мощного электромагнитного двигателя оказалось возможным с применением комплекса мер, включающего конструкцию шихтованных из листов электротехнической стали магнитопроводов, имеющую необходимую при ударных взаимодействиях прочность, рационализацию размеров электромагнита и параметров режима возбуждения магнитного поля и т. д.

Сейсмоисточник с МКИЭД (рис. 2) содержит следующие элементы. На поверхности грунта размещён излучатель 1. На закреплённые на нём опоры 2 помещён якорь 3 электромагнита с возможностью перемещения вверх относительно опор. Пригруз 4 (с закреплённым на нём индуктором 5) помещён на излучателе ниже якоря с начальным зазором §0 между нижней плоскостью якоря и плоскостью полюсов (зубцов) индуктора.

Рисунок 2 - Электромагнитный сейсмоисточник

При формировании импульса тока в обмотке 6 в магнитопроводах якоря и индуктора и зазоре 5 возникает магнитный поток Ф. Якорь 3, притягиваясь к индуктору 5 с силой/, создаёт через опоры 2 и излучатель 1 импульс механического воздействия на грунт, а индуктор с пригрузом 4 двигаются вверх. В случае полного выбора зазора 6 между якорем и индуктором происходит их соударение. Далее якорь двигается вместе с индуктором, сила / грунту не передаётся, обмотка 6 обесточивается. Элементы сейсмоисточника возвращаются в исходное положение под действием силы тяжести и упругой реакции грунта. Скорость опускания пригруза на излучатель ограничивается демпфером 7 [14].

Во второй главе описан разработанный подход к моделированию процесса срабатывания МКИЭД. Испытания реальных образцов электромагнитных сейсмоисточников весьма ограничены сроками, а исследования уменьшенных физических моделей из-за нелинейности свойств нагрузки - грунта не дают достоверных результатов. Необходимо применение математических моделей. Разработаны аналитические и компьютерные модели сейсмоисточника с МКИЭД, которые могут послужить базой для разработки моделей близких к нему по характеристикам импульсных устройств, что показано на примерах анализа различных сейсмоисточников и режимов работы [1]-[3], [20], [45]—[48].

В аналитической форме моделирование процесса срабатывания электромагнитного сейсмоисточника возможно лишь при значительных ограничениях, прежде всего, при отсутствии взаимного влияния электромагнитной и механической подсистем и линейности свойств элементов модели. Такие факторы учитывались при численном анализе конкретных сейсмоисточников, а проверка адекватности численного моделирования выполнялась сравнением результатов с полученными аналитически и экспериментально. Комплекс моделей позволил получить достоверные данные о еейсмоисточниках различной мощности.

Известны модели процесса срабатывания электромеханических устройств в виде систем дифференциальных уравнений [43], но их применение ограничено. Например, при создании нового устройства и необходимости его структурной оптимизации графические модели, формируемые в рамках использования компьютерных программ автоматизированного проектирования, предоставляют большие возможности.

Компьютерные программы, использующие метод конечных элементов, слабо ориентированы на синтез систем и требуют значительных вычислительных ресурсов, поэтому малопригодны для моделирования процессов в реальном времени, особенно для проведения многовариантного анализа динамических процессов.

Как показало проведённое в диссертации исследование двух- и трёхмерных картин магнитного поля

Рисунок 3 - Картина магнитного поля в поперечном сечении МКИЭД источника "Енисей"

МКИЭД (рис. 3), он имеет особенность - величина энергии, запасаемой в магнитном поле рассеяния и выпучивания, незначительна, а доля силы притяжения якоря к индуктору, обусловленная потоками выпучивания, не превышает 2%. Это позволяет в рамках разработанного подхода к численному расчёту его процесса срабатывания использовать схемные модели [41], [42]. При этом с использованием аналогий схемы замещения электрической, магнитной, механической и акустической подсистем приводятся к одинаковому виду.

Разработанная модель процесса срабатывания сейсмоисточника с МКИЭД в базовом варианте содержит две подсхемы - электромагнитную и ме-ханоакустическую. Разработаны методики их составления [3], [15]:

1) При составлении схемы замещения электромагнитной подсистемы в схеме электропитания МКИЭД выполняется замена обмоток сопротивлениями Я электрических потерь и электрической схемой замещения магнитной системы, поскольку обмотки являются элементами как электрической, так и магнитной подсистем. Сопротивление Я задаётся суммой сопротивлений обмотки и соединительных проводов. Для учёта эффекта вытеснения тока сопротивление проводников пазовой части обмотки рассчитывается в функции времени:

*.М = У (5)

/ 1-е"

где у - удельная электропроводность меди; Дв - толщина проводника.

Построение электрической схемы замещения магнитной системы [7] начинается с выделения основных магнитных потоков в картине поля. Далее магнитной системе ставится в соответствие схема магнитных сопротивлений (как при определении магнитной проводимости по методу Ротерса). Она преобразуется дуально в схему магнитных проводимостей, которая с применением электромагнитной аналогии заменяется схемой электрических индуктивностей. Наконец, эта схема с последовательно соединённым с ней сопротивлением Я включается в схему электропитания МКИЭД вместо обмотки.

гп\Фс гс) Ф,

а)

¡у/ 20

Рисунок 4 - Упрощенная магнитная цепь МКИЭД и её электрическая схема замещения

Например, граф схемы замещения (рис. 4,а) [3] упрощенной симметричной магнитной системы МКИЭД соответствует структуре основных магнитных потоков Ф5, Фс, Фр, Фв, Ф, проходящих, соответственно, через зазор и две группы фрагментов магнитопровода - ярмо и зубцы, а также рассеяния и выпучивания. В ветвь, моделирующую охваченный обмоткой зубец индуктора, помещён источник МДС Ьн. В остальных ветвях помещены магнитные сопротивления 2С, 2т 2Р, 2в. Они моделируют свойства запасать энергию в магнитном поле, за-

ключённом в объёме соответствующего фрагмента, и возвращать её, а также рассеивать в виде тепла. Потери энергии, вызванные гистерезисом и вихревыми токами, присутствуют в магнитопроводе, моделируемом сопротивлениями 2С, 2п. Так как в экспериментах эти потери определялись интегрально для всего магнитопровода МКИЭД, то и в схеме замещения оказалось целесообразным представлять их одним магнитным сопротивлением помещаемым в ветвь с источником МДС т (в электромагните все магнитные потоки, включая поток рассеяния, замкнуты через магнитопровод).

Вместо магнитных потоков Ф6, Фс, Фр, Фв, Ф на схеме отражены их производные. Это вызвано тем, что в предлагаемом подходе далее эта схема должна быть преобразована в электрическую. Электрическим аналогом магнитного потока является заряд, а фазовыми переменными электрической схемы являются не заряды, а их производные - токи. Кроме того, для графического изображения свойства запасать энергию логично использовать символ конденсатора, а не резистора. Чтобы электрический аналог схемы, приведённой на рисунке 4,а, состыковать со схемой электропитания МКИЭД, необходимо его дуальное перестроение. В дуальной электрической схеме замещения (рис. 4,6) реактивные магнитные сопротивления заменены индуктивностями (Ь = у/1 ¡2), - электрической проводимостью g|1 = w2/R|¡. Схема электропитания МКИЭД последовательно с сопротивлением Я пристыковывается к выводам I и II.

Для расчёта индуктивности Ц в методике используется формула

8 = 5°+(*:-*.)> (6)

где хА и х2 - перемещения излучателя и пригруза.

Индуктивность Ьр в методике определяется в виде полученной с использованием картин магнитного поля, построенных при различных значениях МДС обмотки, численной зависимости от магнитной индукции (Тл). Например, для мощных двигателей сейсмоисточников "Енисей"

Ь„ = ¡/(В, < 1.2,8,8 - (1 - соз(3{В, -1.2)))) мкГн.

Использовались два варианта задания потерь энергии в магнитопроводе — либо с помощью проводимости либо с помощью петли гистерезиса его модели. Во втором случае для фрагментов магнитопровода использовалась модель Джилса-Атертона. Сначала параметры петли гистерезиса в ней (либо проводимость §ц) определяются по справочным данным, а после изготовления электромагнитного двигателя уточняются с использованием энергетических диаграмм, экспериментально полученных при срабатывании со штатной системой электропитания и зафиксированном якоре относительно индуктора.

В диссертации разработана также методика формализованного составления схем замещения электромагнитных систем с магнитосвязанными обмотками, заменяющих классическую Т- образную схему замещения в случаях связей между обмотками по постоянному току [3].

2) При моделировании механоакустической системы сейсмоисточника использованы следующие основные допущения:

- из всех степеней свободы элементов конструкции учитывалось движе-

ние только в вертикальном направлении; основные элементы конструкции моделировались сосредоточенными массами;

- преобразование деформаций грунта в сейсмические волны не рассматривалось; эффективность оценивалась с использованием параметра Цм (4);

- электромагнитный двигатель в механической системе моделировался источником силы/, действующей в течение длительности /а выбора зазора 5.

/ =

2Ц0

(7)

где - площадь сечения зазора и магнитная индукция в нём; Цо - магнитная постоянная; к/в - коэффициент, учитывающий выпучивание магнитного поля.

Вопросы построения схем замещения устройств с частично-упругим ударным взаимодействием нескольких масс в научно-технической литературе слабо освещены. В диссертации предлагается методика построения схемы замещения сейсмоисточника, основанная на использовании предложенной Г.А. Гамбурцевым модели взаимодействующего с грунтом объекта. Она представляет собой цепь из сосредоточенных двухполюсных масс, соединённую с механическим аналогом нагрузки - грунта (тр ¡^ на рисунке 5,а). В разработанной в диссертации методике [15] эта схема дополняется моделирующими ограничения движения масс ключами и моделирующими соударения масс акустическими подсистемами. Механическая схема замещения дуально преобразуется. Далее с применением электромеханической аналогии она превращается в электрическую схему, которая затем стыкуется с электрическими схемами акустических подсистем, полученными с применением электроакустической аналогии. Пример построения схемы замещения упрощенной механоакустической системы сейсмоисточника проиллюстрирован рисунками 5 и 6.

б

б) ^

Рисунок 5 - Модель механоакустической системы: а - механическая цепь; б - акустическая цепь и еб электрическая схема замещения

Исходная механическая цепь сейсмоисточника, приведённого на рисунке 2, содержит источник силы У; массы тя - якоря, т2 - индуктора с пригрузом и тА - излучателя; силы Ря, Р2, РА их веса и mg, Е^ модель грунта. Цепь дополнена ключами SW\, SW2, моделирующими ограничение движения элементов, а также акустической системой АС ударного взаимодействия якоря с индуктором (рис. 5,а). Более сложные модели дополняются акустическими системами взаимо-

действия якоря с излучателем, пршруза с излучателем и пр.

Ключом SWi моделируется процесс начала движения элементов сейсмои-сточника. Если электромагнитная сила / меньше силы реакции сжатого весом пригруза грунта (пригруз уравновешен усилием сжатой податливости то движения элементов сейсмоисточника нет, ключ в левом положении, а иначе -в правом. Ключ SW2 моделирует положение якоря относительно индуктора. Если зазор между ними не равен нулю, то ключ в нижнем положении, а иначе - в верхнем. Тонкими линиями показан граф дуальной электрической схемы замещения этой системы. Акустическая система АС (рис. 5,6) моделируется акустическими податливостью и сопротивлением Хд! Q, Ra — их электрические аналоги. Источник силы реакции акустической подсистемы ра (и„ - его аналог) удаляется при объединении электрических схем замещения акустической и механической подсистем по точкам а и б (рис. 6).

В предлагаемой методике для определения акустической податливости ^ используется формула

где m , Su, Е - эквивалентная масса соударяющихся тел гп\ и т2, площадь их взаимодействия и модуль упругости; v0 - скорость соударения: v0= vi+ v2. Расчёт акустического сопротивления по геометрическим параметрам сложных сварных конструкций якоря, индуктора и излучателя недостаточно точен. Для уточнения величины Хд рекомендован эксперимент по определению частоты и затухания колебаний, возникающих в соударяющихся телах, с последующим расчётом по известным формулам затухающих колебаний.

3) Объединение электрических схем замещения электромагнитной и ме-ханоакустической систем предложено выполнять [1] с использованием функциональных зависимостей индуктивности от перемещения - (6) и силы от магнитной индукции - (7).

Кроме базовых графической и алгоритмической моделей для анализа работы сейсмоисточника с силовым способом формирования воздействий на грунт в диссертации приведены также некоторые модификации моделей. В их числе модели для анализа влияния неравномерности зазора 5 по его площади при различных вариантах соединения обмоток секций МКИЭД; для анализа режимов работы сейсмоисточника с предварительным перед воздействием на грунт разгоном якоря и упругим его взаимодействием с излучателем и т. д.

В третьей главе рассмотрены особенности конструкции и технологии изготовления МКИЭД, интегрированных в конструкцию сейсмоисточника, их обмоток и шихтованных (спрессованных) из тонких листов электротехнической

Рисунок 6 - Электрическая схема замещения механоакусгической системы

стали магнитопроводов (рис. 7).

Обнаружено, что для достижения необходимой удельной силы (3) необходимо создавать магнитную индукцию в рабочем зазоре мощного электромагнита 1.9—2 Тл. Материал магнитопровода при этом, конечно, насыщается. Но при использовании в магнитопроводе слабо- и среднелеги-рованных изотропных холоднокатаных электротехнических сталей, например

э2212, с толщиной листа 0.5 мм экра- РисуН(Ж 7 _ ¡^эд сейсмоисточника "Ени-нирование изменяющегося при экви- сей-СЭМ-50"

валентной частоте перемагничивания

до 150 Гц магнитного потока незначительно, а величина потерь энергии в магнитопроводе не превышает 10% от величины энергии, введённой в магнитное поле [9]. Иные материалы по совокупности параметров на данный момент уступают этим сталям.

Проанализированы ограничения механической энергии МКИЭД при необходимой длительности is рабочего хода (выбора зазора 8) [12], как при высоком КПД г] и допустимой при этом избыточной массе, так и при минимальной суммарной массе магнитопровода, обмотки и блока питания, при которой становится целесообразным использование привода иного типа, например индук-ционно-динамического, Указано, что на практике рациональным является некий промежуточный вариант ограничения механической энергии Ам, задаваемого стоимостью устройства. На рисунке 8 представлены зависимости некоторых параметров МКИЭД (Ам, т|, /6, коэффициента насыщения магнитной системы, потерь энергии Ад, А у в двигателе и его схеме питания, неиспользуемой части Ad энергии магнитного поля, максимальных тока 1тах, и индукции Втах) от величины введённой в его магнитное поле энергии А0, предназначенные для обоснованного подхода к выбору этого ограничения.

Также для обоснования выбора механической энергии и размеров МКИЭД в диссертации использовались энергетические диаграммы. В качестве примера на рисунке 9 представлено семейство зависимостей Ч'(г) одного силового электромагнитного модуля сейсмоисточника "Енисей-СЭМ-50", иллюстрирующее, что при увеличении вводимой в его магнитное поле энергии свыше 2000 Дж ток г значительно возрастает [9] при сравнительно малом увеличении площади цикла, соответствующей механической энергии.

Известно, что величина зазора 8 между якорем и индуктором и площадь полюсов индуктора электромагнита взаимосвязаны. При заданной величине б выполнение МКИЭД в виде группы маленьких электромагнитов позволяет за счёт оптимизации размеров уменьшить их общую массу, но приводит к увеличению суммарных потерь в обмотках, усложняет конструкцию, увеличивает стоимость и снижает надёжность. Представляется рациональным выполнение МКИЭД в виде минимального количества больших электромагнитов, с требуемой величиной удельной на единицу массы якоря силы (3) [8]. Определено ограничение максимальных размеров электромагнита при заданных величинах напряжения на его обмотке и длительности ввода энергии в магнитное поле.

Необходимое для достижения заданной удельной силы (3) снижение массы магнитопровода МКИЭД достигается рациональным выбором соотношений главных размеров [4]. В диссертации аналитически определены зависимости удельной силы электромагнита от относительной длины ке=1й/а полюсов индуктора (рис. 10,а). Принималось, что размеры силового каркаса магнитопровода обеспечивают жёсткость конструкции (рис. 10,6) такую, чтобы частота её свободных колебаний была значительно больше частоты генерируемой сейсмической волны (проверялось на реальных источниках).

|Ч» 8000 кппп ,--- ----—

-у 1000 д«

1

Рисунок 9 - Энергетические диаграммы МКИЭД

/ /кь= 2\ 3х

о

4 А*-4

8

10

// 0.96 0.92 0.88

* / / / 7

/ 7

Аш /

6)

0.5 0.7 0.9 fol-Lj. 1.3 1.5

Рисунок 11 - Зависимости: а - удельной силы (а'т = /500) от отношения б - силы (/'=//) и механической энергии (Л^ = Аи/А1ах ) от отношения к„ = т/и

При высоте силового каркаса, равной высоте магнитопровода (kb = h/a = 1), рациональной является величина kg=3.5 (рис. 11,а). При необходимости увеличения удельной силы электромагнитный двигатель выполняется с высотой силового каркаса якоря больше высоты магнитопровода (кь >1), а также в виде нескольких заключённых одном каркасе секций (двух в мощных сейсмоисточниках [57]). При анализе картин магнитного поля определено, что отношение высоты магнитопровода якоря и высоты ярма индуктора к ширине среднего зубца индуктора не рационально увеличивать свыше, соответственно, 0.61 и 0.67, и, что отношение ширины среднего зубца к ширине бокового для выравнивания магнитной индукции над всеми зубцами составляет 2.2.

С использованием расчётов процесса срабатывания МЬСИЭД по алгоритмической численной модели определено соотношение размеров паза под обмотку возбуждения [11]. Его ширину следует выбирать больше глубины в 1.1— 1.2 раза (рис. 11,6). К уменьшению развиваемой силы и механической энергии приводит как увеличение относительно рекомендованного значения ширины паза по сравнению с глубиной (из-за уменьшения площади полюсов при заданной ширине магнитопровода), так и сужение паза, приводящее при увеличении высоты проводников обмотки возбуждения к увеличению её активного сопротивления из-за эффекта вытеснения тока. Применение зубцов индуктора не прямоугольной, а трапецеидальной формы, позволяющих улучшить распределение магнитного поля по высоте зубцов индуктора, признано необязательным.

В главе описаны также особенности технологии изготовления обмоток возбуждения МКИЭД и расчёта w — числа их витков. Установлено, что при работе с продолжительными паузами между импульсами и при малой величине рабочего зазора S требуется сравнительно малая площадь сечения обмотки. Её масса составляет лишь 1% от массы магнитопровода, поэтому у прямоугольных электромагнитов представляет трудности обеспечение достаточной прочности лобовых частей обмотки. Их крепление должно быть выполнено без применения экранирующих магнитное поле материалов. Кроме того, так как число витков w не может быть меньше одного, оно ограничивает площадь рабочего зазора (и развиваемую силу) мощных электромагнитов с заданными величинами рабочего зазора и напряжения, приложенного к обмотке.

При повышенной частоте срабатываний (до 100 Гц), расчёт обмоток

МКИЭД, как и обмоток общепромышленных электрических машин с непрерывным режимом работы, определяется допустимым перегревом. Для уменьшения потерь электрической энергии, вызванных эффектом вытеснения тока, требуется уменьшать высоту проводников в пазу, и вынужденной мерой может оказаться намотка проводников с изгибом через узкую грань.

При малой частоте срабатываний (один импульс в 2—6 секунд) расчётная площадь сечения обмотки МКИЭД оказывается настолько малой, что плотность у тока в её витках следует задавать исходя не из теплового режима работы, а из увеличения развиваемой силы / и механической энергии А м- При заданных габаритах электромагнита, величине вводимой в его магнитное поле энергии Ао и начальном зазоре 60 уменьшение площади сечения пазов под обмотку возбуждения обусловливает одновременно уменьшение энергии Ам за счёт роста потерь энергии Ац в обмотке и её увеличение за счёт возможности расширения зубцов. Т. е. обнаружено, что у МКИЭД с заданными соотношениями размеров имеется значение у, при котором энергия Ац максимальна (рис. 12) [11], и оно значительно чений} от соотношения площадей пазов и зуб-меньше, чем в электрических маши- цов, обеспечивающих максимум Ам нах с непрерывным режимом работы.

В четвёртой главе рассмотрены особенности энергопреобразования в МКИЭД и его характеристик.

Известно, что у электромеханических преобразователей с продольным движению якоря направлением силовых линий магнитного поля, к которым относится МКИЭД, при постоянном потокосцеплении обмотки отношение механической работы (площади цикла диаграммы ¥(:')) к предельной механической работе, определяемой постоянной силой на заданном перемещении, принимает максимальное значение. Из-за ограничения величины максимальной силы насыщением магнитопровода и необходимости достижения весьма высокой для электромагнита с неоптимальной формой рабочего зазора (малая величина зазора при большой площади) удельной силы (3) МКИЭД должен развивать максимально возможную силу в течение большей части длительности срабатывания, величина которой задана технологией воздействия на нагрузку.

В диссертации доказано, что при длительности выбора зазора (3—7)-10' с осуществление алгоритма возбуждения магнитного поля МКИЭД с близким к постоянному потокосцеплением обмотки возможно с помощью простых схем, реализующих на протяжении большей части длительности рабочего хода (после момента Iф окончания ввода энергии в магнитное поле электромагнита) шунтирование обмотки возбуждения полупроводниковым вентилем [12].

Анализ процесса срабатывания МКИЭД с использованием электрической схемы замещения (глава 2) показал, что за счёт энергии, запасённой в соединённой последовательно с обмоткой катушке индуктивности [7], возможно увеличение индукции Вв (пунктирные линии на рисунке 13) и силы/ (7) в течение времени {¡ф—г5) шунтирования обмотки, а также общей совершаемой электромагнитным двигателем механической работы Ам.

В диссертации аналитически определено, что при зазоре б, неравномерном как вдоль, так и поперёк магнитопровода, и ограничении величины магнитной индукции в области минимального зазора уменьшение механической энергии, обусловленное недоиспользованием активных материалов электромагнитного двигателя, может быть значительным [2]. Показано, что при срабатывании МКИЭД в режиме постоянства потокосцепления обмотки его магнитопровод может быть использован в существенно большей мере за счёт динамического выравнивания магнитного потока между частями магнитной системы, имеющей нарушения симметрии -вблизи минимального зазора магнитопровод насыщается в большей мере [13].

Численный расчёт процесса срабатывания МКИЭД при постоянной величине вводимой в магнитное поле МКИЭД энергии А о и экспериментальные исследования показали, что магнитопровод в частях магнитной системы, прилегающих к большему зазору, недоиспользуется. В расчётах, проиллюстрированных рисунком 14, насыщенный режим работы магнитопроводов (при средней величине магнитной индукции в зазоре более 2 Тл) обеспечивался при Д = Д, а ненасыщенный (менее 1.5 Тл) - при Д = Д. Установлено, что для части магнитной системы с большим зазором при А. = 0.1 (52 > 5,) среднее за время срабатывания значение магнитного потока через него приД = Д меньше, чем при Д. = 0 в 1.03 раза (Фг«^), а при Д = Д - в 1.19 раза. В целом магнитные потоки через различающиеся величиной зазора части несимметричной магнитной системы при общем постоянстве потокосцепления МКИЭД отличаются не столь значительно, как при ограничении индукции в области минимального зазора. Обнаружено, что неравномерность распределения магнитного потока в несимметричной магнитной системе особенно мала при параллельном соединении обмоток секций и модулей МКИЭД (рис. 14,6).

1......И^ЙВ............[........„^ *'..'.'.........Л^г......."Т

1 /№ ; .

: 700 I

" 600 | ] ..................

0 ...........1000 2000 3000 4000 А

/—>

Рисунок 13 - Влияние величины индуктивности Ь, на вид энергетических диаграмм МКИЭД

Рисунок 14 - Энергетические диаграммы МКИЭД при неравномерном зазоре Д'=0.1: а - при последовательном соединении обмоток; б - при параллельном соединении

Максимальное значение тока в обмотках в целом по сравнению со случаем равномерного зазора возрастает. Если не учитывать поля выпучивания и рассеяния и падение МДС на магнитопроводе, то при величине энергии магнитного поля МКИЭД с неравномерным зазором, такой же, как при равномерном зазоре, при постоянстве потокосцепления обмотки согласно выражению:

2 2 У 1 г> 2(1-А2.) где (7, (ть (?2 - магнитные проводимости магнитной системы в целом и двух её равных по площади зазора частей (с минимальным зазором 61 и с максимальным - 5г) величина магнитодвижущей силы (МДС) тм обмотки становится

больше МДС ^о при равномерном зазоре в ./1/(1 - А2.) раз. Однако суммарные потери энергии в обмотке и магнитопроводе МКИЭД невелики. Поэтому, например, при неравномерности Д" = 0.25 зазора механическая энергия уменьшается менее чем на 5%. Время ^ срабатывания (выбора зазора электромагнита) увеличивается при этом значительно больше - приблизительно на 15% [13].

Представленный в главе анализ потерь энергии в МКИЭД показал, что в их сумме максимальна доля потерь в электрической подсистеме, однако она при рекомендованных значениях форсировки не превышает 15—20% от А0. Вытеснение тока в проводниках обмотки в направлении зазора максимально в начале импульса, когда ток мал, а после момента отсутствует, и сопротивление К становится равным статическому Л. (5). При 1ф < 4т постоянная т определяется по формуле (5), а при >4т в расчётах принималось т = ^/4. При

расчёте указанных потерь возможно также использование коэффициента Филь-да при частоте соф = 2я/4^ , хотя погрешность при этом выше.

При сложной форме импульса тока возможности формализованного подхода к расчёту потерь энергии в магнитной подсистеме существенно меньше, чем к расчёту потерь в обмотке. Известны методы их расчёта лишь для установившихся режимов при некоторой заданной частоте перемагничивания. В главе представлены результаты сравнения двух методов их определения в импульсном режиме - с использованием справочных значений удельных потерь на гистерезис и вихревые токи при некой эквивалентной для импульса тока частоте

перемагничивания и по энергетической диаграмме, построенной по экспериментальным данным. Площадь цикла диаграммы, полученной при зафиксированном якоре относительно индуктора, соответствует потерям энергии в магнитной системе. Форма импульса магнитной индукции при таком эксперименте имеет незначительные отличия от формы импульса в случае подвижных якоря и индуктора, поэтому погрешность метода мала. Проведённые расчёты показали, что величины потерь в стали, рассчитанные с использованием удельных потерь и по энергетической диаграмме, дают результаты, соответственно, 7% и 10% от энергии первичного источника. То есть на первых стадиях проектирования МКИЭД определение этих потерь по удельным значениям допустимо, но их уточнение на экспериментальных образцах обязательно.

Для МКИЭД были построены зависимости энергетических характеристик и длительности выбора зазора от вводимой в его магнитное поле энергии, нагрузки и начальной величины зазора между якорем и индуктором, из которых следует, что этот двигатель эффективно работает в весьма узких диапазонах их изменения, поэтому моделирование процесса срабатывания обязательно.

В главе проанализировано влияние различных факторов на идентичность результатов повторных воздействий одиночного сейсмоисточника и на эффективность их групповой работы, для чего была составлена модель групповой работы. Обнаружено, что повторяемость сейсмических результатов становится достаточной при длительности нарастания тока менее 2-10"3 с. При групповой работе сейсмоисточников снижение эффективности их воздействия на грунт из-за неидентичности напряжений на обмотке, величин зазоров и податливости грунта проявляется в меньшей мере, чем у отдельно взятого сейсмоисточника.

В пятой главе исследованы системы импульсного электропитания

Рисунок 15 - Структура системы возбуждения МКИЭД

МКИЭД.

Установлено, что он развивает заданную силу и имеет при высоком КПД необходимую для работы в составе сейсмоисточника длительность ґ6 рабочего хода лишь при форсированном возбуждении магнитного поля. Импульсная мощность таких систем приблизительно в 1000 раз больше средней потребляемой от первичного источника [12]. Поэтому предложено структуру системы электропитания МКИЭД строить в соответствии с рисунком 15, где: Г- генератор, ЗУ— зарядное устройство (рекомендованы схемы на основе удвоителей напряжения) [18], [40], Си - электрический конденсатор, К - коммутатор (рекомендованы схемы на однооперационных тиристорах) [12], У- обмотка, УУ - устройство управления.

Разработан алгоритм форсированного возбуждения МКИЭД, реализующий режим, близкий к постоянству потокосцепления обмотки в течение максимальной части рабочего хода. Он состоит из следующих интервалов:

- заряд накопителя - электрического конденсатора С#;

- ввод энергии в магнитное поле электромагнита при разряде накопителя Си на обмотку Упри практически неизменном зазоре 6 (начальном);

- выбор зазора 8; он происходит при близких к постоянным значениях по-токосцепления обмотки и развиваемой силы/ достигающихся в простейшем случае шунтированием обмотки блоком К (закороткой диодом);

- после завершения рабочего хода реализуется гашение энергии, оставшейся в магнитном поле электромагнитного двигателя, путём рекуперации её в накопитель С# или рассеянием на активных сопротивлениях в схеме К (пунктирные стрелки).

В диссертации проведено аналитическое исследование формы импульса тока г в обмотке МКИЭД, определяющего магнитную индукцию в зазоре 8 и электромагнитную силу с выделением двух основных фрагментов - переднего фронта импульса и интервала закоротки обмотки при заданной длительности ц выбора зазора [5]. Выведены выражения для различных форм фронта импульса, свидетельствующие о том, что по сравнению со случаем реализации режима постоянства потокосцепления обмотки в течение всей длительности Ц (при длительности фронта ^ = 0) необходимо значительное увеличение (к/)

максимального значения развиваемой силы /т. При синусоидальном фронте импульса магнитного потока:

г{ 1 1 1-а + а---г

где CL = tфftъ параметр, определяющий соотношение длительности фронта и

длительности поддержания режима постоянства потокосцепления. Установлено, что при = увеличение максимального значения силы при прямолинейной форме фронта магнитного потока составляет 2.45, при синусоидальной -2.51, а при прямолинейной форме фронта силы - в три раза.

Выведены выражения, описывающие зависимости энергии АК потерь и механической энергии Ам МКИЭД от параметра а:

А « адл

10(1-а)

1К Ко

- - а + 5а2 + а3 3

1 + а

0.39

0.176

1-а

4-и

-1

1-а

-0.13

+ к]

--- + 2а2 -2.5а3 + 6.3а4 +а! 5 2

0.47 + 0.22

1-а

<*М,.)

4,=/Л*

а

1-а + — 4

где А:цо - безразмерный коэффициент, определяющий величину насыщения магнитной системы при постоянной в ходе выбора зазора силе. Приведённые на рисунке 16 графики [5] свидетельствуют о том, что значения а>0.5 для реализации не рациональны, так как при этом снижается КПД (и величина механической энергии), и при повышении величины магнитной индукции в зазоре зна-

чение параметра а следует уменьшать. Как показали экспериментальные исследования сейсмоисточников "Енисей" значение а целесообразно уменьшать до 0.3 для повышения идентичности результатов повторных воздействий.

0 0.2 0.4 а 0.60.8 1 Рисунок 16 - Влияние формы тока на КПД при индукции поля в зубцах 1.3,1.8 и 2.3 Тл

Рисунок 17 - Изменение формы импульсов СИЛЫ при изменении момента времени tic

Возбуждение магнитного поля МКИЭД с управлением параметрами силового воздействия существенно расширяет возможности сейсмоисточника и позволяет улучшить его технические характеристики. Показано, что целесообразны следующие два способа оперативного управления его работой:

- изменением момента времени начала гашения магнитного поля (рис. 17);

- изменением начальной величины напряжения на конденсаторе Си (рис. 18).

____и<:-900В ..............................J.................................

/ --——_ • і

800 ....

700

600

""І .......... ............... 300

................................

Рисунок 18 - Изменение формы импульсов силы при изменении начальной величины напряжения на конденсаторной батарее

При изменении начальной величины напряжения на конденсаторной батарее изменяются максимальное значение электромагнитной силы /в импульсе и длительность её действия до момента ¿в выбора зазора между якорем и индуктором (моменты ¿8 отмечены условным прекращением действия силы). Регулирование по первому способу избирательно - при изменении механической энергии воздействия максимальное значение и длительность фронта силы остаются неизменными, длительность импульса силы изменяется незначительно.

\

А \ *

\—

іф <6 і

Рисунок 19 - Примеры схем формирователей тока возбуждения магнитного поля МКИЭД и диаграммы их работы

В главе представлены схемы разработанных формирователей тока в обмотке [56], [59], зарядных устройств [18] и схем управления [38], предназначенные для различных режимов работы электромагнитного двигателя (с полным и неполным выбором зазора, для различных частот срабатываний). Базовый вариант схемы для импульсного сейсмои-сточника приведён на рис. 19,а [60].

с,.і ¿\т

При включен™ тиристора в момент /о предварительно заряженный накопитель Сн разряжается через него и дроссель Ь\ на обмотку У. Ток і в обмотке возрастает. После момента іф (1.6—2-Ю"3с) накопитель начинает перезаряжаться, и с заданной дросселем насыщения Ь2 задержкой включается диод 7Д тиристор УБ выключается. К моменту ¿6 выбирается зазор 8 электромагнитного двигателя. За счёт ЭДС движения ток і в ходе выбора зазора уменьшается значительно быстрее, чем после момента /5. К следующему срабатыванию ток і в этой схеме должен успеть затухнуть, а накопитель Сн- повторно зарядиться.

При необходимости коммутации тока і до момента /6, например, в кодоимпульсных сейсмоисточниках, рекомендовано использовать мостовые схемы, обеспечивающие за счёт однополярного напряжения на накопителе повышение ресурса его работы. Пример схемы, реализующей проиллюстрированный рисунком 17 вариант регулирования параметров импульса силы воздействия, приведён на рисунке 19,6. В ней разряд конденсатора Ся начинается после одновременного включения тиристоров и УБ2. В момент іф включается тиристор К5з, тиристор выключается, и ток і замыкается в контуре УБ\ и В момент ^ включается тиристор К&і, тиристор К5і выключается, и ток і замыкается через конденсатор Сн, заряжая его в исходной полярности. К моменту следую-

чь

2уъ-,}\УОІ 2\т га

с,2 I

Сн

7-

Рисунок 20 - Зарядное устройство на основе удвоителя

щего срабатывания конденсатор заряжается до заданного напряжения зарядным устройством (ЗУ на рисунке 15). Вариант схемы устройства для заряда накопителя Сн энергии мощного автономного сейсмоисточника, построенный на основе удвоителя линейного напряжения [18] приведён на рисунке 20. Для менее мощных и работающих с большей частотой МКИЭД предпочтительны иные схемы зарядных устройств - в основном в виде импульсных высокочастотных преобразователей.

В шестой главе приведены описания внедрённых устройств с МКИЭД и их показатели. Рисунком 21 проиллюстрировано сравнение результатов сейс-моразведочных работ - временных разрезов, полученных с использованием электромагнитных сейсмоисточников "Енисей-СЭМ-100" и взрывного метода для одного и того же профиля. Существенных отличий они не имеют, что говорит о возможности комбинирования таких разрезов (о совместимости технологий) и о перспективности применения этих источников вместо взрывов.

Рисунок 21 - Пример временного разреза, полученного взрывным методом и с помощью сейсмоисточников "Енисей-СЭМ-100"

Взрывной метод Вибратор "Падающий груз" Газодинамический Электродинамический Электромагнитный

Энергия, затр. на 1 импульс 0,1—5 кг тротила - (4—Ю) •10 Дж (4—10) •10 Дж (2—6) •10" Дж (0.2—1)-104 Дж

Неидентичность импульсов, мс 0.1 - >2 2 0.1 0.1

Температура окр.среды, С -40 -10 -30 -10 -40 -40

Ресурс, число срабатываний 1 105(се-ансов) 105 104 105 10"

Стоимость устройства, отн.* - 20—50 0,8—1 1—2 2—5 1*

Стоимость проходки 1км, отн* 2.5 6.7 1.3 1.4 1.2 1*

Сейсмоисточниьси с МКИЭД имеют по сравнению с источниками на основе двигателей других типов большую эффективность, меньшую стоимость изготовления и эксплуатации, что отражено в приведенной выше таблице.

В главе приведены результаты исследования специальных режимов работы МКИЭД, указаны перспективные направления совершенствования существующих устройств, в которых они используются, и рекомендации по совершенствованию и применению их в новых технологиях.

1) Исследованы следующие режимы работы МКИЭД:

- Режим с частичным выбором рабочего зазора. Он предпочтителен для механизмов с повышенной частотой срабатываний и характеризуется значительной долей энергии магнитного поля, не преобразованной в механическую работу, и необходимостью её рекуперации для повторного использования [8];

- С предварительным перед силовым воздействием свободным движением якоря [17]. Этот режим предпочтителен при воздействиях на воду;

- При варьировании податливостью механической связи якоря МКИЭД с излучателем сейсмоисточника [20]. Два последних режима позволяют лучше адаптировать МКИЭД к изменяющимся параметрам нагрузки и путём укорочения длительности фронта импульса воздействия обогатить спектр излучаемых сейсмических волн высокочастотными составляющими, и при условии создания упругих энергоёмких материалов с малыми при их деформациях потерями энергии повысить механическую энергию, передаваемую нагрузке;

2) Предложены меры по повышению соотношения сигнал - шум. Разработан демпфер с порошковым наполнителем и электромагнитным управлением силой торможения [14] для плавного гашения энергии, запасаемой в пригрузе;

3) Предложены меры по организации контроля параметров воздействия сейсмоисточника в процессе его срабатывания. В настоящее время работа сейсмоисточников "в поле" контролируется с использованием пьезоэлектрических акселерометров, предназначенных для измерения гармонических вибраций, поэтому выдающих недостаточно достоверную информацию. Датчики с подвижными элементами для использования в источниках импульсных механических воздействий недостаточно надёжны, поэтому не применяются. Разработана методика определения перемещения якоря и индуктора МКИЭД по осциллограммам импульсов тока и потокосцепления [36].

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Проведённый анализ позволил выделить базовую область применения МКИЭД - источники механических воздействий на поверхность грунта или воды, предназначенные для возбуждения сейсмических волн с заданными технологией сейсморазведки параметрами. Разработан способ силового воздействия [60], регламентирующий скорость и длительность деформации грунта и обеспечивающий эффективное использование выработанной двигателем сейсмоисточника механической энергии для создания сейсмических волн. Выведены аналитические выражения для рационального выбора параметров излучателя и пригруза импульсного сейсмоисточника и рабочего хода его двигателя [6]. Показана возможность построения реализующей предложенный способ конструк-

ции сейсмоисточника на основе форсированного МКИЭД, обладающего высоким КПД при необходимых параметрах рабочего хода, без согласующего величины скоростей и перемещений мультипликатора [8].

При реализации этой концепции электромагнитного сейсмоисточника [21], [27] решены ряд задач теории МКИЭД прямоугольной формы с многополюсным индуктором и продольным движению якоря магнитным потоком, маг-нитопроводами якоря и индуктора, собираемыми из листов электротехнической стали, и системой форсированного возбуждения магнитного поля.

1) Разработан методический подход к моделированию динамики МКИЭД. Разработаны методики построения с использованием системы аналогий электрических схем замещения многообмоточных электромагнитных преобразователей [3] и механоакустических систем с распределёнными параметрами, ударным взаимодействием нескольких массивных элементов и мультипликаторами перемещений [15], [16], а также приёмы объединения этих схем [1].

2) Разработаны математические модели МКИЭД и сейсмоисточников в аналитической форме [4]—[6]. Составлены компьютерные модели (алгоритмические и схемные графические) для численного расчёта процесса срабатывания МКИЭД в составе сейсмоисточника, позволяющие исследовать влияние различных параметров, режимов и особенностей конструкции на выходные характеристики [1]. Адекватность численных моделей проверена экспериментами [20] и сравнением с аналитическими решениями.

3) Установлены параметры конструкции МКИЭД и системы возбуждения его магнитного поля, обеспечивающие заданные развиваемую силу, величину и длительность рабочего хода:

- обоснован выбор значений нагрузок активных материалов и вводимой в магнитное поле МКИЭД энергии [9], определены максимальные размеры электромагнита и развиваемое усилие;

- разработана технология изготовления обмоток и шихтованных из листовой электротехнической стали магнитопроводов [38], выдерживающих многократные ударные воздействия;

- выведены аналитические выражения для рационального выбора главных размеров электромагнита и их соотношений [4], а также параметров формы импульса тока в обмотке возбуждения [5], [12].

Установлено влияние на выходные характеристики сейсмоисточника отклонений основных параметров конструкции МКИЭД и нагрузки от заданных значений [19].

4) Обнаружено, что достигнуть требуемых значений удельной на единицу массы якоря силы (до 1000 Н/кг) и механической энергии МКИЭД (до 10 Дж/кг) позволяет режим выбора зазора между якорем и индуктором при близком к постоянному потокосцеплении обмотки [9]. При неравномерном зазоре этот режим и параллельное соединение секций обмотки существенно улучшают использование магнитопровода и ограничивают уменьшение механической энергии [13]. Разработан и осуществлён способ форсированного возбуждения магнитного поля МКИЭД, при котором развиваемая сила на всём рабочем ходе практически постоянна [12]. Разработаны реализующие эти способ и режим ти-

ристорно-конденсаторные схемы [40], [59].

5) Проведены комплексные теоретические и экспериментальные исследования работы МКИЭД в различных режимах, а также рационализация конструктивных решений (отражены в отчётах о НИР).

6) Выданы рекомендации по совершенствованию сейсмоисточников с МКИЭД [20], контролю и диагностике функционирования их приводов [36].

Результатом исследований явилось внедрение ряда конструкций электромагнитных сейсмоисточников, использующих разработанные МКИЭД и системы импульсного возбуждения магнитного поля. Эти сейсмоисточники выпускаются по несколько десятков штук в год, ими оснащены приблизительно 150 сейсморазведочных партий. Их использование позволило ограничить применение взрывных методов распространением невзрывной сейсморазведки в северные труднодоступные районы и уменьшить вред экологии места проведения сейсморазведочных работ. В настоящее время при поиске нефти и газа сейсмоисточники на основе МКИЭД практически вытеснили источники иных типов благодаря своей высокой эффективности и низкой стоимости. Постоянно ведутся работы по расширению их применения - сейсморазведка на мелководье, в переходных зонах вода - суша, инженерная и т. д.

Отсутствие у зарубежных нефтегазопоисковых компаний аналогов таких сейсмоисточников обусловливает возрастающий интерес к их закупкам и использованию. В 2009 г. корпорация PGS Onshore inc.(CIIIA) закупила силовые модули и блоки питания сейсмоисточников "Енисей" для установки на гусеничную транспортную базу своей разработки.

Разработанные короткоходовой электромагнитный двигатель, система импульсного возбуждения магнитного поля и отдельные элементы конструкции сейсмоисточников перспективны также для применения в промышленных устройствах, использующих источники силовых воздействий для технологических целей [8], [37].

Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях:

- в ведущих рецензируемых периодических изданиях:

1. Певчев, В. П. Использование программы Micro-CAP при моделировании процесса срабатывания импульсных электромеханических устройств / В. П. Певчев // Электротехника, 2010 - № 4,- С. 55-59..

2. Певчев, В. П. Анализ влияния неравномерности зазора мощного электромагнитного двигателя на развиваемые механическую силу и энергию/ В. В. Ивашин, В. П. Певчев // Электротехника, 2010 - № 9.- С.9-12

3. Певчев, В. П. Составление схем замещения электромагнитных систем /

A. К. Кудинов, В. П. Певчев // Электротехника, 2012 -№ 3.- С. 32-36.

4. Певчев, В. П. Определение главных размеров короткоходового электромагнитного двигателя источника сейсмических волн и их соотношений /

B. П. Певчев // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых, 2009 - № 4 - С. 76-86.

5. Певчев, В. П. Анализ влияния форсировки короткоходового импульсного электромагнитного двигателя сейсмоисточника на КПД / В. П.

Певчев // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых, 2010.-№6-С. 77-87.

6. Певчев, В. П. Выбор параметров элементов конструктивной схемы импульсного источника сейсмических волн / В. П. Певчев // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых, 2012 - № 2.

7. Певчев, В. П. О возможности повышения механической энергии короткоходового импульсного элеюромагнитного двигателя сейсмоисточника / В. П. Певчев // Известия ВУЗов. Электромеханика, 2010 - № 3 - С. 43-46.

8. Певчев, В. П. Электромагнитные приводы для импульсных и виброимпульсных технологий / В. В. Ивашин, А. К. Кудинов, В. П. Певчев // Известия ВУЗов. Электромеханика, 2012 - № 1- С.72-75.

9. Певчев, В. П. Максимальное значение механической энерпш мощного короткоходового импульсного электромагнитного двигателя сейсмоисточника /

B. П. Певчев // Известия Самарского научного центра РАН, 2011- Т. 13.-№ 6-

C. 62-66.

10. Певчев, В. П. О выборе коэффициента преобразования кодо-импульсного сейсмоисточника / А. К. Кудинов, В. П. Певчев // Известия ВУЗов. Электромеханика, 2011.- №. 2- С. 34-38.

11. Певчев, В. П. Плотность тока в обмотке импульсного электромагнитного двигателя сейсмоисточника / В. П. Певчев // ЭЛЕКТРОЭлектротехника, электроэнергетика, электротехническая промышленность, 2010.- №2,- С. 26-29.

12. Певчев, В. П. Особенности системы импульсного питания электромагнитного двигателя источника сейсмических волн / В. П. Певчев // Вестник Казанского государственного технического университета им. А. Н. Туполева, 2009,- № 3 - С. 62-66.

13. Певчев, В. П. О стабилизации распределения магнитного потока по площади полюсов мощного электромагнита при неравномерном зазоре / В. В. Ивашин, В. П. Певчев // Вестник Казанского государственного технического университета им. А. Н. Туполева, 2010.- № 3 - С. 72-78.

14. Певчев, В. П. Электромагнитный порошковый демпфер повторных ударов для импульсного сейсмоисточника / В. П. Певчев // Вестник Самарского государственного технического университета, 2009- № 3(25).- С. 95-99.

15. Певчев, В. П. Схема замещения механоакустической системы сейсмоисточника с мультипликатором / А. К. Кудинов, В. П. Певчев // Вестник Донского государственного технического университета, 2011- Т. 11- № 3(54).-С 343-348.

16. Певчев, В. П. Моделирование нагрузки импульсного наземного источника сейсмических волн / В. П. Певчев // Вестник Донского государственного технического университета, 2011- Т. 11.- № 5(56).- С. 706714.

17. Певчев, В. П. Исследование импульсного электромагнитного поверхностного водного сейсмоисточника / В. П. Певчев, А. Н. Трохачёв, Д. А. Яковлев // Наука - производству, 2004 - № 4(72).- С. 38-40 (в списке до 2006г.).

18. Певчев, В. П. Умножители напряжения в качестве зарядных устройств

конденсаторных накопителей энергии / В. П. Певчев // Вектор науки Тольятгинского государственного университета, 2010 - № 3(13).- С. 60-63.

19. Певчев, В. П. О влиянии параметров электромагнитных сейсмоисточников, работающих в одиночку и в группе, и их нагрузки на идентичность генерируемых в грунте сейсмических сигналов / В. П. Певчев // Вектор науки Тольятгинского государственного университета, 2011- № 1(15).-С. 37-40.

20. Певчев, В. П. Математическое моделирование работы электромагнитного сейсмоисточника со свободным разгоном якоря / В. П. Певчев, М. В. Позднов, А. В. Прядилов // Вектор науки Тольятгинского государственного университета, 2011- № 3(17).- С. 53-56.

21. Певчев, В. П. К вопросу развития импульсных наземных сейсмоисточников для сейсморазведки / В. В. Ивашин, В. П. Певчев // Научное обозрение, 2012.-№2.

- в прочих сборниках:

22. Pevchev, V. P. The use of micro-CAP software to simulate operating processes of electromechanical impulse devices / V. P. Pevchev // Russian Electrical Engineering, 2010 - Vol. 81.- № 4- pp. 213-216.

23. Pevchev, V. P. Effect of gap nonuniformity on generated mechanical force and energy generated by powerful electromagnetic motor / V. V. Ivashin, V. P. Pevchev // Russian Electrical Engineering, 2010,- Vol. 81.- № 9 - pp. 469-472.

24. Pevchev, V. P. Principal dimensions of the short-stroke electromagnetic motor for a seismic wave generator / V. P. Pevchev // Journal of Mining Science, 2009.-Vol. 45, № 4.-pp. 372-381.

25. Pevchev, V. P. The superexitation and efficiency relation in a short-stroke pulsed electromagnetic motor of a seismic source / V. P. Pevchev // Journal of Mining Science, 2010 - Vol. 46, № 6 - pp. 656-665.

26. Информационный листок № 89-29. Излучатель продольных сейсмических колебаний / Ивашин. В. В., Милорадов И. А., Певчев В. П., Симкин С. А. // Куйбышевский межотраслевой территориальный центр научно-технической информации и пропаганды, 1989.

27. Певчев, В. П. Мощные короткоходовые электромагниты для создания усилий в десятки тонн / В. В. Ивашин, В. П. Певчев // Состояние и перспективы развития производства аппаратов низкого напряжения: тез. докладов VI Всесоюзной научно-технической конференции - Дивногорск: ВНИИэлектроап-парат, 1990-С. П.

28. Певчев, В. П. Электромагнитный двигатель для наземного источника сейсмических колебаний / Н.А. Иванников, В.П. Певчев, В.И. Ревякин // Взры-возащшцённое и рудничное электрооборудование,- Кемерово: ПИИ НПО "Кузбассэлектромотор", 1991- Вып. 14-С.40-48.

29. Певчев, В. П. Импульсный сейсмоисточник с электромагнитным приводом / В.В. Ивашин, В.П. Певчев // Наука, техника, образование города Тольятти и Волжского региона: межвузовский сборник научных трудов-Тольятти: ТПИ, 2001.- Вып. 4, Ч. 2,- С. 383.

30. Певчев, В. П. Согласование работы импульсного электромагнитного

сейсмоисточника с нагрузкой - грунтом. / В. В. Ивашин, В. П. Певчев // Автоматизация технологических процессов и производственный контроль: сб. докладов Международной научно-технической конференции.- Тольятти: ТГУ, 2006,- Ч. 2,-С. 48-51.

31. Певчев, В. П. Форсирование электромагнитного двигателя для источника сейсмических сигналов / В. П. Певчев // Актуальные проблемы электронного приборостроения: материалы Международной научно-технической конференции.- Саратов: СГТУ, 2006 - С. 354-359.

32. Певчев, В. П. Возбуждение импульсного электромеханического преобразователя энергии с оперативным регулированием длительности импульса / В. П. Певчев // Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов. ELPIT-2007: материалы первого Международного научно-технического конгресса - Тольятти: ТГУ, 2007. - С. 140-143.

33. Певчев, В. П. Высокочастотный кодоимпульсный сейсмоисточник с электромеханическим приводом / Е. А. Караваев, В. П. Певчев, И. М. Чуркин // Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов. ELPIT-2007: материалы первого Международного научно-технического конгресса-Тольятти: ТГУ, 2007. - С. 144-146.

34. Певчев, В. П. Схема питания импульсного электромагнитного двигателя сейсмоисточника / В. В. Ивашин, В. П. Певчев // Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии: сб.трудов Международной научно-технической конференции - Тольятти: ТГУ, 2009 - Ч. 3 - С. 25-29.

35. Певчев, В. П. О выборе параметров паза под обмотку импульсного электромагнитного двигателя сейсмоисточника и о плотности тока в её витках / В. В. Ивашин, В. П. Певчев // Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии: сб.трудов Международной научно-технической конференции.- Тольятти: ТГУ, 2009,- Ч.З.- С. 29-32.

36. Певчев, В. П. Определение перемещения излучающей плиты импульсного электромагнитного сейсмоисточника с использованием осциллограммы импульса тока / Д. А. Борисенков, В. П. Певчев, А. Е. Пестряков / Проведение научных исследований в области машиностроения: сб. трудов Всероссийской научно-технической конференции- Тольятти: ТГУ, 2009.-С. 21-25.

37. Певчев, В. П. Применение мощных импульсных короткоходовых электромагнитных двигателей в технологическом процессе уплотнения бетонной смеси / Н. А. Иванников, М. С. Макоткин, В. П. Певчев, А. Н. Чичков / Проведение научных исследований в области машиностроения: сб. трудов Всероссийской научно-технической конференции- Тольятти: ТГУ, 2009 - С. 13-16.

- книжные и депонированные работы:

38. Певчев, В. П. Проектирование мощных короткоходовых импульсных электромагнитных двигателей: монография, ISBN 978-5-8259-0636-2 / В. В. Ивашин, В. П. Певчев - Тольятти: изд-во ТГУ, 2012 - 159 с.

39. Певчев, В. П. Короткоходовой импульсный электромагнитный двигатель сейсмоисточника: монография, ISBN 978-3-8443-5261-0 / В. В. Ивашин, В.

П. Певчев- Саарбрюккен, Германия : LAP - Lambert Academic Publishing GmbH&Co.KG, 2011.- 157 с.

40. Певчев, В. П. Устройства заряда электрических конденсаторов от удвоителей напряжения: монография, ISBN 978-3-8465-2147-2 / В. П. Певчев-Саарбрюккен, Германия : LAP - Lambert Academic Publishing GmbH&Co.KG, 2011.-60 с.

41. Певчев, В. П. Составление электрических схем замещения электротехнических систем на основе метода аналогий: учебное пособие / В. П. Певчев- Тольятти: изд-во ТГУ, 2010 - 88 с.

42. Певчев, В. П. Анализ схем и разработка печатных плат: учебное пособие, ISBN 5-8259-023-7 / В. П. Певчев.- Тольятти: ТГУ, 2006 - 154 с.

43. Певчев, В. П. Короткоходовой импульсный электромагнитный двигатель источника сейсмических волн: автореф. дис.... канд. техн. наук: 05.09.01 -Тольятги, 2008- 18 с.

44. Анализ влияния геометрических размеров электромагнитного привода ИСК на массу его активных материалов / Н. П. Бахарев, В. П. Певчев; Тольятти: ТЛИ- 1986- 14 е.: 6 ил- Библиогр. 2 назв. рус,- Деп. в Информэлектро 12.03.87, № 709-эт; опубл. в реферат, журн. ВИНИТИ, серия электротехника, 1987.-С. 151.

45. Влияние основных параметров электромагнитного привода на эффективность работы импульсного сейсмоисточника / Н. П. Бахарев, В. П. Певчев; Тольятти: ТПИ.- 1986.- 17 е.: 10 ил- Библиогр. 4 назв. рус- Деп. в Информэлектро 12.03.87, № 710—эт; опубл. в реферат, журн. ВИНИТИ, серия электротехника, 1987-С. 151.

46. Уменьшение механической энергии импульсного броневого электромагнита с притягивающимся якорем из-за неравномерности рабочего зазора. / В. В. Ивашин, В. П. Певчев; Тольятти: ТПИ - 1987 - 16 е.: 6 ил - Библиогр. 2 назв. рус - Деп. в Информэлектро 20.10.87, № 958-эт; опубл. в реферат, журн. ВИНИТИ, серия электротехника, 1988 - С. 198.

47. Особенности энергопреобразования в импульсном электромагнитном двигателе / В. П. Певчев; Тольятти: ТГУ.- 2009 - 15 с. рус.- Деп. в ВИНИТИ, № 947-В2008; опубл. в библ. указ. "Деп. научные работы". № 2. 2009.

48. Модель процесса срабатывания импульсного электромагнитного сейсмоисточника / В. П. Певчев; Тольятти: ТГУ - 2009- 15 с. рус- Деп. в ВИНИТИ, № 948-В2008; опубл. в библ. указ. "Деп. научные работы". № 2. 2009.

Охранные документы:

49. A.c. № 1390647 СССР: МКИ Н 01 F 7/16, Н 02 К 33/02 Электромагнит / Ивашин В. В., Певчев В. П.; приоритет 17.12.87; опубл. в Бюл. "Открытия. Изобретения" № 15,1988.

50. A.c. № 1580443 СССР: МКИ Н 01 F 7/16, Н 02 К 33/02 Электромагнит / Ивашин В. В., Певчев В. П.; приоритет 17.12.87; опубл. в Бюл. № 27, 1990.

51. A.c. № 1508783. СССР: МКИ G 01 V 1/04 Источник сейсмических колебаний / Бахарев Н. П., Певчев В. П.; приоритет 30.09.1987.

52. A.c. № 1563557 СССР: МКИ Н 02 М 1/135 Импульсный привод элек-

тромеханического преобразователя энергии / Ивашин В. В., Певчев В. П.; приоритет 28.12.1988.

53. А.с. № 1687961 СССР: МКИ Р 16 Б 9/30 Электромагнитный тормоз / Ивашин В.В., Певчев В. П.; приоритет 14.10.88; опубл. в Бюл. № 40, 1991.

54. А.с. № 1752695 СССР: МКИ В 65 О 67/04,67/24, В 21 3 7/30 Устройство для виброударного воздействия на поверхность / Власов В. Г., Ивашин В. В., Иванников Н. А., Иванов В. П., Певчев В. П., Ревякин В. И.; приоритет 09.07.90; опубл. в Бюл. № 29,1992.

55. Патент № 2171478 РФ: МКИ О 01 V 1/145. Импульсный невзрывной сейсмоисточник с электромагнитным приводом / Детков В. А., Ивашин В. В., Певчев В. П.; приоритет 20.08.2000; опубл. в Бюл. № 21,2001.

56. Патент № 2172496 РФ: МКИ Н 02 М 3/135. Импульсный электромагнитный привод невзрывного сейсмоисточника / Ивашин В. В., Певчев В. П.; приоритет 23.02.2000; опубл. в Бюл. № 23,2001.

57. Патент № 2172497 РФ: МКИ Н 02 К 33/02. Силовой электромагнит импульсного невзрывного сейсмоисточника / Ивашин В. В., Певчев В. П.; приоритет 23.02.2000; опубл. в Бюл. № 23,2001.

58. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2009615648 Расчёт переходных процессов в импульсном электромагнитном двигателе источника сейсмических волн / Певчев В. П.- реф.опубл. в Бюл. "Программы для ЭВМ", 2010.- № 1(70).- С. 53.

59. Патент № 2398247 РФ, МПК в 01 V 1/04. Импульсный привод электромагнитного сейсмоисточника / Ивашин В. В., Певчев В. П.; приоритет 15.04.2009; опубл. в Бюл. № 24, 2010.

60. Патент № 2405175 РФ, МПК в 01 V 1/147 Способ возбуждения сейсмических волн / Ивашин В. В., Певчев В. П.; приоритет 10.09.09 - опубл. в Бюл. №33, 2010.

Личный вклад автора. Работы [1], [4]—[7], [9], [11], [12], [14], [16], [18], [19], [22], [24], [25], [31], [38]—[43], [47], [48], [58] написаны автором лично. В написанных в соавторстве работах [3], [8], [13], [15], [23], [35]—[39] автору принадлежат постановка задачи, идея, методика, вывод формул; в работах [2], [10], [21], [23], [26], [27], [29]—[31], [34], [44]—[46] - разработка математических моделей, расчёты; в работах [49]—[57], [59], [60] - обобщения и анализ; в работах [17], [20], [28], [33] - обоснование выбора параметров, подготовка и проведение экспериментов.

Автореферат отпечатан с разрешения диссертационного совета Д212.217.04

ФГБОУ ВПО Самарский государственный технический университет (протокол № 3 от 24 апреля 2012 г.)

Подписано в печать 27.04.2012. Формат 60x84/16 Печать оперативная. Усл. п.л. 2,25. Тираж 100 экз. Заказ № 3-101-12.

Издательство Тольяттинский государственный университет 445667, г. Тольятти, ул. Белорусская, 14

2-13445

2012094809

2012094809

Введение.

Глава 1. Область применения мощных короткоходовых импульсных электромагнитных двигателей.

1.1. Возможности применения МКИЭД в приводе сейсмоисточника

1.1.1. Сейсмоисточники, их основные свойства.

1.1.2. Обзор основных разновидностей сейсмоисточников, их режимов работы и кинематических схем.

1.1.3. Механическая нагрузка импульсного двигателя сейсмоисточника.

1.1.4. Исходные параметры и технические требования к двигателям сейсмоисточников.

1.2. Влияние параметров конструктивной схемы сейсмоисточника с силовым типом действия на эффективность преобразования механической энергии его двигателя в сейсмические колебания.

1.2.1. Влияние величины рабочего хода двигателя.

1.2.2. Влияние массы излучателя.

1.2.3. Влияние массы пригруза.

1.3. Обоснование выбора двигателя для сейсмоисточника.

1.3.1. Обзор электромагнитных двигателей.

1.3.2. Концепция импульсного электромагнитного сейсмоисточника.

Выводы.

Глава 2. Моделирование динамических режимов короткоходовых импульсных электромагнитных двигателей при работе в составе сейсмоисточника.

2.1. Моделирование электрической подсистемы МКИЭД.

2.2. Магнитная подсистема МКИЭД и её электрическая схема замещения.

2.2.1. Вопросы представления магнитной системы электрической схемой замещения и стыковки её с системой электропитания.

2.2.2. Параметры элементов электрической схемы замещения симметричной магнитной цепи.

2.2.3. Особенности электрической схемы замещения несимметричной магнитной цепи МКИЭД.

2.3. Механическая подсистема сейсмоисточника и её электрическая схема замещения.

2.3.1. Вопросы моделирования механической подсистемы импульсного устройства электрической схемой замещения.

2.3.2. Схема замещения механической системы сейсмоисточника с МКИЭД.

2.3.3. Особенности моделирования нагрузки — грунта.

2.4. Алгоритмическое численное моделирование динамических режимов сейсмоисточника с МКИЭД.

2.4.1. Модель сейсмоисточника с силовым способом воздействия на грунт.

2.4.2. Модель механической системы сейсмоисточника при воздействии на грунт посредством упругих элементов.

2.4.3. Модель механической системы сейсмоисточника при ударном взаимодействии якоря с излучателем.

В импульсных и вибрационных технологиях ряда отраслей в качестве технических средств, реализующих низкочастотные (5—150 Гц) механические колебания с ускорениями в несколько сотен м/с" [1], [2], [3], используются механические, пневматические, гидравлические, электромеханические преобразователи возвратно-поступательного движения. В настоящее время в связи со значительными достижениями в отрасли производства новых электронных приборов и электротехнических материалов конкурентоспособность импульсных электромеханических преобразователей по сравнению с устройствами других типов возрастает. Имеются перспективы более широкого их применения за счёт повышения энергетической эффективности, надёжности и, особенно, за счёт технологичности и возможности создания механических сил и ускорений с параметрами, необходимыми для непосредственного воздействия на нагрузку.

В отрасли разведки полезных ископаемых используется технология формирования сейсмических волн источниками мощных механических воздействий на землю (до нескольких миллионов Ватт при создаваемой силе в миллионы Ньютонов). В традиционной технологии применяются взрывчатые вещества, что делает её опасной и экологически вредной. Альтернативная технология, использующая импульсные сейсмоисточники с различными системами силового привода и различными способами воздействия на грунт, развивалась многими организациями в нашей стране и за рубежом в 70—80-х г. XX века. И хотя с её применением себестоимость сейсморазведочных работ ниже, чем у сейсморазведки с взрывами, составить ей конкуренцию по совокупности параметров в то время новая технология не смогла, особенно в северных регионах. Причина была в низкой эффективности работы сейсмои-сточников при необходимой малой скорости воздействия на грунт (до 1.5 м/с). Обозначилась отраслевая проблема - отсутствие импульсного сейсмои-сточника, способного составить конкуренцию взрывам и вытеснить экологически вредную и опасную технологию.

Для решения этой проблемы впервые в 1985 г. была предложена концепция сейсмоисточника с мощным короткоходовым импульсным электромагнитным двигателем (МКИЭД), способным работать с высоким КПД при необходимой величине скорости воздействия сейсмоисточника на грунт. МКИЭД обеспечивает также необходимые стабильность повторения параметров воздействия и возможность управления процессом воздействия.

В электротехнике накоплен большой опыт решения вопросов энергопреобразования, расчёта и практической реализации разнообразных линейных импульсных электрических машин. Важный вклад в решение этих проблем внесли Н.Е. Лысов, A.A. Харкевич, Б.К. Буль, М.А. Любчик, И.И. Пек-кер, П.М. Алабужев, Н.П. Ряшенцев, Б.Ф. Симонов, Г.Г. Угаров, В.В. Ивашин и многие другие учёные и специалисты. Тяговые электромагниты широко применяются в приводах электрических аппаратов, молотов и т. д. Однако они имеют недостаточные для технологий сейсморазведки импульсную мощность и быстродействие. То есть отраслевой проблеме соответствует научная - необходимость разработки нового электромагнитного двигателя, способного создавать в течение нескольких миллисекунд указанную большую силу при малой скорости движения якоря. Технологии разработки электромагнитных двигателей с такими параметрами в 80-е не существовало. Не было также необходимых методик их исследования. Так при выполнении расчётов импульсных электромагнитов, функционирование которых непосредственно определяется переходными процессами, следует учитывать насыщение магнитопроводов, диффузный характер распределения магнитного поля по объёму электропроводящих элементов, взаимное перемещение элементов, влияние нагрузки и пр.

Цель диссертационной работы - решение комплексной научно-технической проблемы разработки методов анализа и синтеза МКИЭД, его исследование и практическая реализация на его основе сейсмоисточников, обеспечивающих снижение себестоимости и эксплуатационных затрат, повышение эффективности, экологичности и безопасности сейсморазведочных работ.

Основные задачи исследования

1) Определить параметры элементов сейсмоисточника и его двигателя, позволяющие эффективно использовать механическую энергию двигателя.

2) Разработать подход к моделированию динамики МКИЭД, ориентированный на многовариантный анализ и синтез. Разработать модели процесса срабатывания электромагнитного двигателя в составе сейсмоисточника. Проверить адекватность моделей. Провести моделирование процесса срабатывания МКИЭД, исследование и оптимизацию конструктивных решений.

3) Разработать конструкцию и технологию изготовления МКИЭД, способного создавать импульсы силы с величиной в миллионы Ньютонов и длительностью в несколько миллисекунд с высоким КПД электромеханического преобразования.

4) Исследовать особенности энергопреобразования в МКИЭД.

5) Обосновать параметры системы электропитания МКИЭД, обеспечивающей необходимую длительность рабочего хода и позволяющей создавать максимально идентичные механические воздействия на нагрузку.

6) Выдать практические рекомендации по совершенствованию сейс-моисточников с МКИЭД и их диагностике.

Исследования проведены по основному направлению работ научно-образовательного центра "Импульсные и виброимпульсные электромеханические преобразователи специального и общепромышленного назначения" (включающего кафедру промышленной электроники) ТГУ. Они соответствуют приоритетному направлению развития науки и техники РФ "Рациональное природопользование", приоритетному направлению модернизации и технологического развития экономики России "Энергоэффективность и энергосбережение", а также критическим технологиям федерального уровня — 6.2.1 "Прогрессивные методы, технологии и технические средства поиска, разведки и оценки запасов нефти и газа" и 6.2.8 "Обеспечение высоконадёжной и экологически безопасной разведки и эксплуатации месторождений нефти и газа".

Работа выполнялись в соответствии с планом работ по:

1) проектам 2.1.2/7201 и 2.1.2/10010 "Исследование динамики работы и разработка методики проектирования силовых импульсных электромеханических преобразователей энергии специального и общепромышленного назначения" аналитической ведомственной целевой программы министерства образования и науки РФ "Развитие научного потенциала высшей школы" (2009—2011 г.);

2) проектам 1.2.1/П247 "Разработка и создание методики проектирования экологически безопасных невзрывных импульсных источников сейсмического сигнала для сейсмической разведки и интенсификации дебита нефти" и 1.2.1/П1361 "Экологически безопасный невзрывной импульсный источник сейсмического сигнала для сейсмической разведки в водной среде" федеральной целевой программы "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" (2009—2013 г.).

Объект исследования - электромагнитная система с импульсной мощностью до нескольких миллионов Ватт и развиваемой в течение нескольких миллисекунд силой до нескольких миллионов Ньютонов. Основной предмет исследования - мощный короткоходовой импульсный электромагнитный двигатель со специальной системой возбуждения магнитного поля, интегрированный в источник механических воздействий.

Исследования проведены с использованием фундаментальных основ теории электрических машин и электромагнитного поля, методов решения систем дифференциальных уравнений, теории электрических, магнитных, механических, акустических и тепловых цепей, а также аналогий и дуальности. Для ускорения решения поставленных задач использовались программы MicroCAP, Altium Designer, Elcut, Maxwell. Экспериментальные исследования проводились на уменьшенных и полноразмерных образцах в лабораториях с использованием методов экспериментального исследования электромагнитных систем, а также в полевых условиях на серийных сейсмоисточниках по методикам проведения сейсморазведочных работ.

Научная новизна исследования:

1) Разработана новая научная концепция импульсного сейсмоисточни-ка с короткоходовым электромагнитным двигателем, имеющим высокий КПД электромеханического преобразования. Разработан способ воздействия на грунт и выведены аналитические выражения для определения рациональных значений параметров излучателя и пригруза, а также рабочего хода импульсного электромагнитного двигателя, обеспечивающие эффективное использование механической энергии двигателя при создании сейсмических волн.

2) Предложен методический подход к моделированию динамики МКИЭД, ориентированный на многовариантный анализ и синтез. Разработаны методики составления электрических схем замещения электромагнитных систем с магнитосвязанными обмотками и механоакустических систем с частично-упругим ударным взаимодействием нескольких массивных элементов. Разработаны графические и алгоритмические модели для расчёта процесса срабатывания сейсмоисточника с МКИЭД.

3) Разработана технология проектирования МКИЭД с шихтованными из листов электротехнической стали магнитопроводами и системой форсированного возбуждения магнитного поля, обеспечивающая значительное уменьшение длительности его рабочего хода. Установлено ограничение максимальных размеров и механической энергии одного электромагнита. Рассчитаны зависимости для определения значений электромагнитных нагрузок. Выведены аналитические выражения для определения соотношений размеров МКИЭД.

4) Получены неизвестные ранее зависимости механической энергии, развиваемого усилия и длительности рабочего хода короткоходового электромагнитного двигателя от неравномерности зазора между якорем индуктором.

5) Доказана перспективность способа возбуждения магнитного поля

МКИЭД с близким к постоянному потокосцеплением обмотки при рабочем ходе, обеспечивающего максимальную механическую работу, совершаемую как при равномерном, так и при неравномерном зазоре между якорем и индуктором, а также максимальную идентичность механических воздействий на нагрузку. Выведены аналитические выражения для определения параметров формы импульса тока в обмотке МКИЭД. На основе предложенного алгоритма формирования импульса тока в обмотке разработаны и внедрены реализующие его тиристорно-конденсаторные схемы.

6) Разработана методика диагностики МКИЭД по осциллограммам импульсов тока и потокосцепления.

Новизна полученных технических решений защищена авторскими свидетельствами и патентами.

Практическая ценность и реализация результатов работы

Установленные и проверенные экспериментально зависимости, параметры и соотношения, использованы при разработке конструкций МКИЭД для ряда сейсмоисточников. Применение этих сейсмоисточников позволило повысить эффективность сейсморазведочных работ и уменьшить вред экологии места их проведения, распространить невзрывную сейсморазведку в ранее труднодоступные для неё районы Крайнего Севера.

Разработанные схема конструкции сейсмоисточника, МКИЭД и система возбуждения его магнитного поля, обеспечивающие технологичность, малое энергопотребление и продолжительную автономную работу, могут использоваться при проектировании новых серий сейсмоисточников, а также импульсных и виброимпульсных систем для иных областей промышленности.

С использованием результатов диссертационной работы при участии автора был рассчитан, а затем изготовлен, испытан и внедрён в ВО ИГиРГИ АН СССР г.Куйбышев (г.Самара) экспериментальный образец сейсмоисточника в санном варианте с МКИЭД из двух электромагнитов с общей силой воздействия 4.5-105 Н. С использованием опыта разработки и эксплуатации этого сейсмоисточника в ходе работ с участием автора было подготовлено и начато серийное производство в Минусинской опытно-методической экспедиции (ныне "Геотехноцентр") ПГО "Енисейгеофизика" электромагнитных сейсмоисточников "Енисей-СЭМ" с силой воздействия 6-105 Н. С использованием результатов диссертационной работы разработаны и в настоящее время серийно выпускаются наземные электромагнитные сейсмоисточники с силой воздействия до НО6 Н на санной и колёсной транспортной базе, а также плавающие. Ими оснащено приблизительно 150 сейсморазведочных партий в стране.

Разработанные методы проектирования и моделирования процесса срабатывания электромеханических преобразователей внедрены в учебном процессе ТГУ в виде пособий и используются в дисциплинах математического моделирования и автоматизированного проектирования.

Достоверность полученных результатов обеспечивается обоснованностью и корректностью принятых допущений, адекватностью используемых математических методов, моделей и алгоритмов, совпадением результатов расчётов одних и тех же процессов различными методами, а также подтверждением их физическими экспериментами на лабораторных и серийных установках. Основные результаты работы критически обсуждались ведущими специалистами ТГУ, Самарского ГТУ, Саратовского ГТУ, ИГД СО РАН, в управляющих и сейсморазведочных организациях ГЕОТЕК-холдинга и др.

Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили положительные отзывы на: научно-технических семинарах кафедр "Электрические машины", "Электрические аппараты", "Промышленная электроника" и НИЛ-6 ТГУ (г.Тольятти, 1986—2011); всесоюзной научно-технической конференции "Состояние и перспективы развития производства аппаратов низкого напряжения" (г.Дивногорск, 1990); всероссийских научно-технических конференциях "Наука, техника, образование города Тольятти и Волжского региона" (г.Тольятти, 2001) и "Проведение научных исследований в области машиностроения" (г.Тольятти, 2009); международных научно-технических конференциях "Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии" (г.Тольятти, 2004—2009); "Автоматизация технологических процессов и производственный контроль" (г.Тольятти, 2006); международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы электронного приборостроения" (г.Саратов, 2006); международном научно-техническом конгрессе "Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов. ELPIT-2007" (г. Тольятти); на научно-технических семинарах в институте горного дела СО РАН (г.Новосибирск, 2008); всероссийских научно-технических конференциях "Успехи современной электротехнологии" и "Геотех. Аппаратурное обеспечение современных технологий геофизических исследований" (г.Саратов, 2009—2011); технологических семинарах "Импульсная невзрывная технология и техническое обеспечение сейсморазведки в Восточной Сибири" (респ. Хакасия, п.Жемчужный, 2008, 2009).

Электромагнитные сейсмоисточники экспонировались на Московских международных салонах инноваций и инвестиций (Москва, ВВЦ), на VIII и X салонах получили дипломы о награждении золотыми медалями.

По материалам диссертационной работы опубликовано 60 научных работы общим объёмом 62 п. л. В их числе 3 монографии и 21 статья в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендуемых ВАК. Получено 6 авторских свидетельств СССР и 5 патентов РФ на изобретение, свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ. Результаты исследований отражены в 11 отчётах о хоздоговорных НИР, 2 отчётах о г/б ПНИР и отчёте о проведении фундаментальных исследований в области технических наук.

Основное содержание диссертации изложено в 6 главах на 383 страницах, содержит 165 рисунков, 6 таблиц и список литературы из 182 наименований. В общее количество листов входят 2 приложения на 18 страницах.

Выводы

1) Базовой областью применения МКИЭД следует считать сейсмои-сточники, так как эти двигатели специально разработаны для такого применения и могут составить максимальную конкуренцию иным типам приводов. Это подтверждается результатами внедрения сейсмоисточников с МКИЭД. В иных отраслях, например в строительстве, у источников механических воздействий на основе МКИЭД также имеется преимущество, выражающееся в высоком КПД электромеханического преобразования и надёжности, однако, чтобы убедить пользователей и изготовителей таких источников в необходимости замены парка техники, нужны значительные усилия.

2) Проанализированные перспективные режимы работы сейсмоисточника со свободным перед воздействием на излучатель движением якоря и настраиваемой податливостью опор якоря на излучатель позволяют значительно повысить эффективность использования механической энергии МКИЭД. Особенно это необходимо для совершенствования водных сейсмоисточников.

3) Разработанная методика диагностики работы сейсмоисточника путём косвенного определения характера изменения зазора рекомендуется к внедрению, так как она позволяет получать необходимые данные о параметpax процесса срабатывания сейсмоисточника. Существующая система диагностики, использующая не соответствующие измеряемым параметрам датчики виброускорений, способна лишь индицировать факт срабатывания сейсмоисточника, что могло быть сделано гораздо более дешёвым способом.

Заключение

Проведённый анализ позволил выделить базовую область применения МКИЭД - источники механических воздействий на поверхность грунта или воды, предназначенные для возбуждения сейсмических волн с заданными параметрами. Разработан способ силового воздействия на грунт, регламентирующий длительность и скорость деформаций грунта, что обеспечивает упругие деформации грунта и эффективное использование выработанной двигателем механической энергии для создания сейсмических волн. Выведены аналитические выражения для рационального выбора параметров излучателя и пригруза импульсного сейсмоисточника и рабочего хода его двигателя. Доказана возможность построения реализующей этот способ конструкции сейсмоисточника без согласующего величины скоростей и перемещений мультипликатора на основе форсированного МКИЭД, обладающего высоким КПД при необходимых параметрах рабочего хода.

При реализации этой концепции электромагнитного сейсмоисточника решены ряд задач теории МКИЭД прямоугольной формы с многополюсным индуктором и продольным движению якоря магнитным потоком, магнито-проводами якоря и индуктора, собираемыми из листов электротехнической стали, и системой форсированного возбуждения магнитного поля.

1) Разработан методический подход к моделированию динамики МКИЭД. Разработаны методики построения с использованием системы аналогий электрических схем замещения многообмоточных электромагнитных преобразователей, механоакустических систем с распределёнными параметрами, ударным взаимодействием элементов и гидравлическими мультипликаторами, а также приёмы объединения схем.

2) Разработаны математические модели сейсмоисточников и их МКИЭД в аналитической форме. Составлены компьютерные модели (графические - схемные и алгоритмические) для численного расчёта процесса срабатывания МКИЭД в составе сейсмоисточника, позволяющие исследовать влияние различных параметров, режимов и особенностей конструкции на выходные

343 характеристики. Адекватность моделей проверена экспериментами и сравнением с аналитическими решениями.

3) Установлены требования к параметрам конструкции МКИЭД и его системы возбуждения, обеспечивающие высокий КПД при заданных величине и длительности рабочего хода. Выведены аналитические выражения для рационального выбора главных размеров электромагнита и их соотношений, а также параметров формы импульса тока в обмотке возбуждения. Разработана технология изготовления обмоток и шихтованных из листовой электротехнической стали магнитопроводов, выдерживающих многократные ударные воздействия. Численно обоснован выбор значений нагрузок активных материалов и вводимой в магнитное поле МКИЭД энергии, установлены максимальные размеры электромагнита и развиваемое усилие. Установлено влияние на выходные характеристики сейсмоисточника отклонений основных параметров конструкции МКИЭД и нагрузки от заданных значений.

4) Разработан и осуществлён способ форсированного возбуждения магнитного поля МКИЭД, обеспечивающий необходимые значения длительности выбора его зазора (4—б мс) при высоком КПД электромеханического преобразования. Установлено, что режим с близким к постоянному потокос-цеплением обмотки позволяет достигнуть требуемых значений удельной на единицу массы якоря силы (до 1000 Н/кг) и механической энергии МКИЭД (до 10 Дж/кг), а при неравномерном зазоре между якорем и индуктором существенно улучшает использование магнитопровода и ограничивает уменьшение механической энергии. Разработаны реализующие этот способ тири-сторно-конденсаторные схемы,.

5) Проведено моделирование процесса срабатывания МКИЭД сейсмоисточника, расширенные исследования и оптимизация конструктивных решений. Проведены комплексные теоретические и экспериментальные исследования работы МКИЭД с различными режимами возбуждения, в том числе при неравномерном рабочем зазоре.

6) Даны рекомендации по совершенствованию сейсмоисточников

МКИЭД, контролю и диагностике функционирования их приводов.

Новизна полученных технических решений и способов защищена авторскими свидетельствами и патентами на изобретение, подтверждена дипломами.

Результатом исследований явилось внедрение ряда конструкций электромагнитных сейсмоисточников, использующих разработанные МКИЭД и системы импульсного возбуждения их магнитного поля. Эти сейсмоисточни-ки выпускаются по несколько десятков штук в год, ими оснащены приблизительно 150 сейсморазведочных партий. Их использование позволило ограничить применение взрывных методов распространением невзрывной сейсморазведки в северные труднодоступные районы и уменьшить вред экологии места проведения сейсморазведочных работ. В настоящее время при поиске нефти и газа сейсмоисточники на основе МКИЭД благодаря своей высокой эффективности и низкой стоимости практически вытеснили источники иных типов. Постоянно ведутся работы по расширению их применения (сейсморазведка на мелководье, в переходных зонах вода - суша, инженерная и т. д.).

Отсутствие в зарубежных нефтегазопоисковых компаниях аналогов таких сейсмоисточников обусловливает возрастающий интерес к их закупкам и использованию. Корпорация PGS Onshore в 2009г. закупила у ОАО "Енисей-геофизика" силовые модули и блоки питания для создания сейсмоисточника на своей транспортной базе.

Разработанные электромагнитный двигатель, системы возбуждения и отдельные элементы конструкции сейсмоисточников перспективны таюке для применения в иных промышленных технологиях, в устройствах, использующих генераторы силовых воздействий для технологических целей.

1. Лавенделл, Э. Э. Вибрации в технике: справочник в 6 т.- Т.4. Вибрационные процессы и машины / под ред. Э. Э. Лавенделла М. : Машиностроение, 1981- 510 с.

2. Бауман, В. А. Вибрационные машины и процессы в строительстве / В. А. Бауман, И. И. Быховский- М. : Высшая школа, 1977 255 с.

3. Бабичев, А. П. Технологическое применение колебаний или вибрационные технологии / А. П. Бабичев // Вестник ДГТУ, 2005- Т. 5 № 3(25).- С. 289-306.

4. Харкевич, А. А. Избранные труды Т. 1. Теория электроакустических преобразователей. Волновые процессы. / А. А. Харкевич - М. : Наука, 1973.-399 с.

5. Иванов-Смоленский, А. В. Электрические машины: Учебник для вузов. / А. В. Иванов-Смоленский 3-е изд.- Т. 1- М. : Издательский дом МЭИ, 2006.- 652 с.

6. Певчев, В. П. Проектирование мощных короткоходовых импульсных электромагнитных двигателей: монография, ISBN / В. В. Ивашин, В. П. Певчев-Тольятти: изд-во ТГУ, 2012 159 с.

7. Шнеерсон, М. Б. Теория и практика наземной сейсморазведки / М. Б. Шнеерсон- М. : ОАО "Издательство Недра", 1998.- 527 с.

8. Шнеерсон, М. Б. Установки для возбуждения упругих колебаний в наземной невзрывной сейсморазведке / М. Б. Шнеерсон, В. А. Гродзенский и др. // Разведочная геофизика.-М. : 1985 157 с.

9. Хархута, Н. Я. Машины для уплотнения грунта / Н. Я. Хархута- Л.: Машиностроение, 1973- 173 с.

10. Ленда, В. А. Виброударная формовка элементов шахтной железобетонной крепи / В. А. Ленда // Науковий bïchhk НГАУ, 1998 № 3 - С. 39-41.

11. Боганик, Г. Н. Сейсмическая разведка: учебник для вузов / Г. Н. Бо-ганик, И. И. Гурвич. 3 изд. - М. : Недра, 1980. - 551 с.

12. Бадиков, Н. В. Пневматические источники сейсмического волнового поля "Пульс" / Н. В. Бадиков, Ю. А. Москаленко, Н. В. Захаров, Б. В. Шумский // Приборы и системы разведочной геофизики., Саратов: 2003.-№ 1.-С. 30-32.

13. Щадин, П. Ю. Импульсный источник "Енисей-ВЭМ" для водных акваторий и транзитных зон / В. А. Богдан, П. Ю. Щадин // Приборы и системы разведочной геофизики -Саратов: 2010-№ 2 -С. 41-49.

14. Щадин, П. Ю. Импульсные электромагнитные сейсмоисточники "Енисей". Обзор моделей и опыт практического применения / П. Ю. Щадин // Приборы и системы разведочной геофизики Саратов, 2005 - №4 — С. 6-12.

15. Чичинин, И. С. Вибрационное излучение сейсмических волн / И. С. Чичинин-М.: Наука, 1984.-223 с.

16. Разработка и изготовление схемы питания головного образца кодо-импульсного сейсмоисточника "Енисей-КЭД" : отчёт о НИР / Тольятти: ТГУ, 2004 Исполн.: Ивашин В. В., Иванников Н. А., Кудинов А. К., Певчев В. П.- № ГР 01.2.00310351.- 42 с.

17. Кострыгин, Ю. П. Сейсморазведка на сложных сигналах / Ю. П. Кострыгин.- Тверь: Издательство ГЕРЕС, 2002 416 с.

18. Кузнецов, О. Л. Физические основы вибрационного и акустического воздействия на нефтегазовые пласты / О. Л. Кузнецов, Э. М. Симкин, Дж. Чилингар.-М. : Мир, 2001.-260 с.

19. Повышение удельных характеристик мощных сейсмоисточников для поиска месторождений нефти и газа и повышения нефтеотдачи скважин: отчёт о НИР / Тольятти: ТПИ, 1998 Исполн.: Ивашин В. В., Иванников Н. А., Певчев В. П.- № ГР 01.9.40002328.-40 с.

20. Патент № 2851 США, 1021 кл.в 01 V 1/14; опубл. 1958.

21. Молоканов, Г. И. Преобразование механической энергии в сейсмическую при ударе по поверхности / Г. И. Молоканов // Разведочная геофизика.-вып. 65.-М.: 1979.-С. 3-12.

22. Смирнов, В. П. Технические средства и содержание проверки источников ряда "Енисей" в цикле накопления одиночных и групповых воздействий / В. П. Смирнов // Приборы и системы разведочной геофизики Саратов.- 2005.- № 4.- С. 38-45.

23. Певчев, В. П. Математическое моделирование работы электромагнитного сейсмоисточника со свободным разгоном якоря / В. П. Певчев, М. В. Позднов, А. В. Прядилов // Вектор науки Тольяттинского государственного университета 2011.- № 3(17).- С. 53-56.

24. А.с. № 213360 СССР, МПК в 01 С. Способ возбуждения сейсмических колебаний / Ю. П. Бевзенко и Ф. С. Тишинский; 18.11.1965; опубл. 12.03.1968.-Бюл.№ 10.

25. Геосвип Электронный ресурс.- Режим доступа: www.geosvip.ru

26. Баранов, В. Н. Электрогидравлические и гидравлические вибрационные механизмы / В. Н. Баранов, Ю. Е. Захаров М. : Машиностроение,1966.-243 с.

27. Бутырин, H. Г. К вопросу о применении электрогидравлических вибраторов для сейсмических исследований / Н. Г. Бутырин, В. Н. Рыбаков // Вопросы возбуждения сейсмических волн вибрационным источником — Новосибирск: СО АН СССР, 1976 .- С. 95-104.

28. Патент № 4632215 США, кл. G 01 V 1/047, G 01 V 1/133. Двухмо-дульный гидравлический вибратор / Farris Richard С.; заявл. 20.04.84; опубл. 30.12.86.

29. SERSEL объявляет о вездеходном вибраторе нового поколения NOMAD 65. // Приборы и системы разведочной геофизики Саратов, 2003— № 1.-С. 1-3.

30. Сипайлов, Г. А. Электромашинные вибраторы для сейсмической разведки / А. В. Игнатьев, В. Ф. Кулаков, Г. А. Сипайлов // Вопросы возбуждения сейсмических волн вибрационным источником Новосибирск, 1976 — С. 115-127.

31. Ряшенцев, Н. П. Обоснование принципиальной конструктивной схемы вибросейсмического источника / Н. П. Ряшенцев, В. А. Сухарев // Электромагнитные силовые импульсные системы : сб. науч. тр.— Новосибирск: СО АН СССР, 1982 С. 142-147.

32. Ивашин, В. В. Энергетика электромагнитного резонансного вибратора в автоколебательном режиме / В. В. Ивашин, С. А. Симкин // Геология и геофизика, 1978.-№ 10.-С. 124-130.

33. Генкин, M. JI. Электродинамические вибраторы / M. J1. Генкин, А. И. Русаков, В. В. Яблонский М. : Машиностроение, 1975 - 94 с.

34. Малахов, А. П. Высокочастотные электродинамические вибросейсмоисточники / А. П. Малахов // Электротехника, 2003- № 9 С. 58-60.

35. Симкин, С. А. Исследование динамики и особенностей проектирования автоколебательного вибратора с индукционно-динамическим двигателем для вибрационной сейсморазведки:дис.канд.техн.наук-Тольятти, 1981-260с.

36. Милорадов, И. А. Импульсные и кодоимпульсные невзрывные источники сейсмических колебаний с индукционно-динамическим приводом для геологоразведочных работ: дис.докт.техн.наук Тольятти, 1987 - 381с.

37. Белозёров, Н. П. Невзрывные поверхностные источники ударного типа / Н. П. Белозёров, Е. Э.Львов, В. А. Теплицкий и др. // Исследования и разработка наземных невзрывных источников сейсмических колебаний—М., 1988.-С. 77-85.

38. Борисевич, В. А. Электроискровой источник сейсмических волн "Искра-20/70" / В. А. Борисевич, Н. П. Лукьянов, Н. М. Яковлев // Исследования и разработка наземных невзрывных источников сейсмических колебаний.-М., 1988.-С. 101-109.

39. Гурин, А. Г. Электродинамические ударные устройства для сейсмических исследований / А. Г. Гурин, В. В. Конотоп, Н. И. Кругл и к // Проблемы вибрационного просвечивания Земли.-М. : Наука, 1977.-С. 137-146.

40. Бару, Ю. А. Электродинамический источник сейсмических колебаний "Сейсмодин" / Ю. А. Бару, Е. Т. Безручко, Н. В. Волошин // Электротехническая промышленность, серия "Электрические машины", вып. 3(85), 1978.-С. 7-14.

41. Бахарев, Н. П. Анализ динамики и разработка импульсного источника сейсмических колебаний с индукционно-динамическим приводом длягеологоразведочных работ-дис. .канд. техн. наук.-Тольятти, 1983.-262 с.

42. Информационный листок № 89-29. Излучатель продольных сейсмических колебаний / Ивашин. В. В., Милорадов И. А., Певчев В. П., Симкин С. А. // Куйбышевский межотраслевой территориальный центр научно- технической информации и пропаганды, 1989.

43. Бритков, Н. А. Исследование передвижного электромагнитного импульсного источника сейсмических колебаний / Н. А. Бритков, Н. П. Ряшен-цев и др. // Электромагнитные силовые импульсные системы.- Новосибирск: ИГД СО АН СССР, 1982.- С. 30-41.

44. Патент 2171478 РФ, МКИ7 в 01 V 1/02. Импульсный невзрывной сейсмоисточник с электромагнитным приводом / Детков В. А., Ивашин В. В., Певчев В. П.; приоритет 20.08.00; опубл. 27.07.01 Бюл. № 21.

45. Типы источников "Енисей".- Электронный ресурс. / ОАО "Ени-сейгеофизика".- Режим доступа: http://www.e-geo.ru/ru/enisey-geo-рЫБкз/риЬеё-зоигсе-рго^сиоп/БоигсеЧурез.Мт!

46. Геотон. Принцип работы сейсмоисточника "ГЕОТОН", применяемого для геологоразведки Электронный ресурс. / ООО Фирма "Геосейся-Режим доступа: http://geoton.rU/l

47. Чуркин, И. М. Разработка, исследование индукционно-динамических двигателей и их систем импульсного питания для возбужденияисточников сейсмических волн — дисс. .канд.техн.наук- Тольятти, 1979 — 262 с.

48. Кордик, В. Н. Технические средства для возбуждения сейсмических сигналов в морской сейсморазведке. Региональная и морская геофизика. Обзор / В. Н. Кордик, В. Н. Кныш. М.: ВНИИЭМС, 1990. - 55 с.

49. A.c. 936708 СССР, Морской сейсмический источник: / В. А. Ежов, И. В. Паличев, В. И. Тюхалов, Н. И. Федорчуков. № 2877331/25 ; заявл. 29.12.79 ; опубл. 15.02.91, Бюл. № 6. - 205 с.

50. Яковлев Д. А. Исследование импульсного электромагнитного поверхностного водного сейсмоисточника / В. П. Певчев, А. Н. Трохачёв, Д. А. Яковлев // Наука производству, 2004 - № 4(72).- С. 38-40.

51. Певчев, В. П. Особенности системы импульсного питания электромагнитного двигателя источника сейсмических волн / В. П. Певчев // Вестник КГТУ им. А. Н. Туполева, 2009.- № 3.- С. 47-50.

52. Ивашин, В. В. Анализ влияния уменьшения длительности механического импульса двигателя сейсмоисточника на его выходные характеристики / В. В. Ивашин, К. X. Узбеков // Вектор науки ТГУ, 2010 № 3(13).- С.

53. Шехтер, О. J1. Об учёте инерционных свойств грунта при расчёте вертикальных вынужденных колебаний массивного фундамента / О. JT. Шехтер //труды НИИ оснований "Машстройиздат", 1948- № 12 - С. 6-18.

54. Гольдштейн, М. Н. Механические свойства грунтов / М. Н. Гольд-штейн- М. : Изд-во по строительству, 1971.- 210 с.

55. Справочник (кадастр) физических свойств горных пород.- М. : Недра, 1975.

56. Пат. № 2405175 РФ, МПК G 01 V 1/147 Способ возбуждения сейсмических волн / Ивашин В. В., Певчев В. П.; приоритет 10.09.09 опубл. в Бюл. № 33, 2010.

57. Цытович, Н. А. Механика грунтов / Н. А. Цытович- М. : Госстрой-издат, 1963.

58. Копылов, И. П. Проектирование электрических машин / И. П. Копылов, Ф. А. Горяинов, В. К. Клоков, В. П. Морозкин, В.Ф. Токарев // Учебное пособие для ВУЗов.- М. : Энергия, 1980 494 с.

59. Сопровождение опытно-методических работ по изучению сейсмической эффективности сейсмоисточника "Енисей-СЭМ" повышенной мощности: отчёт о НИР / Тольятти: ТПИ, 1991- Исполн.: Ивашин В. В., Певчев В. П.- № ГР 01.9.10024052.- 35 с.

60. Разработка, исследование и внедрение импульсного электромагнитного сейсмоисточника: отчёт о НИР / Тольятти: Тольяттинский политехнический институт, 1990.- Исполн.: Ивашин В. В., Певчев В. П. № ГР 01.8.90001409.-58 с.

61. Певчев, В. П. Определение главных размеров короткоходовогоэлектромагнитного двигателя источника сейсмических волн и их соотношений / В. П. Певчев // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых, 2009.-№ 4.- С. 76-85.

62. Молоканов, Г. И. Импульсный возбудитель без уплотнения грунта / Г. И. Молоканов, Ю. П. Кострыгин // Прикладная геофизика, 1979 вып. 75-С. 52-58.

63. Певчев, В.П. Плотность тока в обмотке импульсного электромагнитного двигателя сейсмоисточника / В.П. Певчев // ЭЛЕКТРО. Электротехника, электроэнергетика, электротехническая промышленность, 2010,-№ 2-С. 26-29.

64. Певчев, В. П. Электромагнитный двигатель для наземного источника сейсмических колебаний / Н. А. Иванников, В. П. Певчев, В. И. Ревякин // Взрывозащищённое и рудничное электрооборудование- Кемерово: НИИ НПО Кузбассэлектромотор- 1991, вып. 14-С. 40-48.

65. Григолюк, Э. И. Взаимодействие упругих конструкций с жидкостью / Э. И. Григолюк, А. Г. Горшков.- Л: Судостроение, 1976 200 с.

66. Певчев, В. П. Выбор параметров элементов конструктивной схемы импульсного источника сейсмических волн / В. П. Певчев // Физико- технические проблемы разработки полезных ископаемых, 2011.-№ 6 С.

67. Певчев, В. П. О выборе коэффициента преобразования кодо-импульсного сейсмоисточника / А. К. Кудинов, В. П. Певчев // Известия ВУЗов. Электромеханика, 2011.-№.2- С. 34-38.

68. Пеккер, И. И., Расчёт электромагнитных механизмов на вычислительных машинах / И. И. Пеккер, А. Г. Никитенко // Библиотека по автоматике.-Вып. 243.-М.: Энергия, 1967 168 с.

69. Львицын, А. В. Силовые приводные электромагниты цилиндрической структуры с высокими удельными показателями /А. В. Львицын, Г. Г. Угаров, В. Н. Федонин // Электромагнитные машины ударного действия.-Новосибирск, 1978.-С. 27-39.

70. Симонов, Б. Ф. Обоснование рациональных геометрических соотношений в электромагнитах постоянного тока больших радиусов / А. И. Ка-дышев, Б. Ф. Симонов // Импульсный электромагнитный привод Новосибирск, 1988.-С. 22-29.

71. А.с. № 1508783. СССР: МКИ G 01 V 1/04 Источник сейсмических колебаний / Бахарев Н. П., Певчев В. П.; приоритет 30.09.1987 ДСП.

72. Патент № 2405175 РФ, МПК G 01 V 1/147 Способ возбуждения сейсмических волн / Ивашин В. В., Певчев В. П.; приоритет 10.09.09 опубл. 27.11.2010, Бюл. № 33.

73. Певчев, В. П. Короткоходовой импульсный электромагнитный двигатель сейсмоисточника: монография, ISBN 978-3-8443-5261-0 / В. В. Ивашин, В. П. Певчев Саарбрюккен, Германия: LAP - Lambert Academic Publishing GmbH&Co.KG, 2011.- 157 с.

74. Певчев, В. П. Электромагнитные приводы для импульсных и виброимпульсных технологий / В. В. Ивашин, А. К. Кудинов, В. П. Певчев // Известия ВУЗов. Электромеханика, 2012 № 1- С.

75. Певчев, В. П. Импульсный сейсмоисточник с электромагнитным приводом / В. В. Ивашин, В. П. Певчев // Наука, техника, образование города Тольятти и Волжского региона: межвузовский сборник научных трудов — Тольятти: ТПИ, 2001.-Вып. 4, Ч. 2.- С. 383-386.

76. Мошкин, В. И. Импульсные линейные электромагнитные двигатели: монография / В. И. Мошкин, В. Ю. Нейман, Г. Г. Угаров Курган: Изд.1. КуГУ, 2010.- 220 с.

77. Экомасов, С. П. К определению присоединенной массы грунта в рабочем цикле импульсного источника сейсмических колебаний / С. П. Экомасов, В. В. Федоренко // Известия вузов. Геология и разведка, 1984.- № 12 С. 17-20.

78. Разевиг, В. Д. Применение программ P-CAD u PSpise для схемотехнического моделирования на ПЭВМ / В. Д. Разевиг М. : Радио и связь, 1992.-в 4 кн.

79. Певчев, В. П. Анализ схем и разработка печатных плат: учебное пособие, ISBN 5-8259-023-7 / В. П. Певчев.- Тольятти: ТГУ, 2006.- 154 с.

80. Певчев, В. П. Составление электрических схем замещения электротехнических систем на основе метода аналогий: учебное пособие / В. П. Пев-чев Тольятти : изд-во ТГУ, 2010 - 88 с.

81. Павленко, А. В. Компьютерное моделирование нестационарных режимов в электромагнитных механизмах : автореф. дис. . докт. техн. наук/ А. В. Павленко-Новочеркасск: ЮРГТУ, 2000 -35 с.

82. Тетельбаум, И. М. Электрическое моделирование динамики электропривода механизмов / И. М. Тетельбаум, Ф. М. Шлыков. М. : Энергия, 1970.- 191 с.

83. Певчев, В. П. Составление схем замещения электромагнитных систем / А. К. Кудинов, В. П. Певчев // Электротехника, 2012 № 1С.

84. Гамбурцев, Г. А. О составлении электромеханических аналогий. Доклады академии наук / Г. А. Гамбурцев, 1935 № 8 — 9 - 303 с.

85. Певчев, В. П. Использование программы Micro-CAP при моделировании процесса срабатывания импульсных электромеханических устройств

86. В. П. Певчев // Электротехника, 2010.- № 4 С. 55-59.

87. Гордон, А. В. Электромагниты постоянного тока А. В. Гордон, А. Г. Сливинская.-М.: Госэнергоиздат, 1963- 115 с.

88. Буль, Б. К. Основы теории и расчета магнитных цепей / В.К. Буль М. : Энергия, 1967.-463 с.

89. Ротерс, Г. Электромагнитные механизмы-Госэнергоиздат, 1949.

90. Ленк, А. Электромеханические системы / А. Ленк- М. : Мир, 1978.-283 с.

91. Ивашин В. В. Построение электрических цепей аналогов механических систем с преобразовательными элементами / В. В. Ивашин, И. А. Милорадов // Известия вузов. Электромеханика, 1983- № 7 - С. 108-111.

92. Гудинаф, Ф. Новое поколение средств смешанного моделирования / Ф. Гудинаф // Электроника, 1988.- № 22.- С.28-40.

93. Особенности энергопреобразования в импульсном электромагнитном двигателе / В.П. Певчев; Тольятти: ТГУ, 2009 15 с. рус - Деп. в ВИНИТИ, № 947-В2008; опубл. в библ. указ. "Депонир. научные работы".-№ 2, 2009.

94. Яблонский, А. А. Курс теоретической механики. ч.2. Динамика: Учебник для технических вузов.-М. : ВШ, 1984.-423 с.

95. Яковлев, Д. А. Силовая электромагнитная импульсная система для возбуждения сейсмических волн в водной среде: дис. .канд.техн.наук Саратов: СГТУ, 2007.- 175 с.

96. Певчев, В. П. Схема замещения механоакустической системы сейсмоисточника с мультипликатором / А. К. Кудинов, В. П. Певчев // Вестник Донского государственного технического университета, 2011- № 3(54).-Т. 11,-С 343-348.

97. Ивашин, В. В. Электромеханические аналогии: учебное пособие /

98. B. В. Ивашин.-Куйбышев: КуАИ, 1983.- 70 с.

99. Певчев, В. П. Моделирование нагрузки импульсного наземного источника сейсмических волн / В. П. Певчев // Вестник Донского государственного технического университета, 2011— № 5(56).- С. 706-714.

100. Miller G. F., Pursey H. Partition of energy between elastic waves // Proc. Roy. Soc.- 1955.- A 233.

101. Коган, С. Я. Сейсмическая энергия и методы её определения / С. Я. Коган.-М. : Наука, 1975.

102. Петрашень, Г. И. О задаче Лэмба в случае полупространства / Г. И. Петрашень, Г. И. Марчук, К. И. Огурцов // учён.зап, 1950 Вып. 21 - № 135.

103. Юшкин, В. Ф. Дифференциальные уравнения системы виброисточник-грунт-твёрдое тело / В. Ф. Юшкин // Исследование по поискам предвестников землетрясений в Сибири-Новосибирск : Наука, 1988.

104. Бородачёв, H. М. Вынужденные колебания жёстких плит и массивов, лежащих на упругом полупространстве H. М. Бородачёв // Основания, фундаменты и механика грунтов, 1966-№ 1.

105. Амарян, JI. С. Свойства слабых грунтов и методы их изучения / Л.

106. C. Амарян. М. : Недра, 1990. - 220 с.

107. Опарин, В. Н. Геомеханические и теоретические основы увеличения нефтеотдачи пластов в виброволновых технологиях В. Н. Опарин, Б. Ф. Симонов, В. Ф. Юшкин, В. И. Востриков, Ю. В. Погарский, Л. А. Назаров

108. Новосибирск : Наука, 2010-404 с.

109. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2009615648 Расчёт переходных процессов в импульсном электромагнитном двигателе источника сейсмических волн / Певчев В. П.— опубл. в бюл. "Программы для ЭВМ" № 1(70) 20.03.10.- С. 53.

110. Разработка санного сейсмического электромагнитного источника повышенной мощности: отчёт о НИР / Тольятти: ТПИ, 1992 Исполн.: Ивашин В. В., Кудинов А. К., Певчев В. П., Щербинин С. И- № ГР 01.9.10036388.-48 с.

111. Патент № 2233000 РФ, МКИ 7С01У 1/02 Импульсный невзрывной наземный сейсмоисточник / Ивашин В. В., Иванников Н. А.; приоритет 18.04.03; опубл. 20.07.04.

112. Модернизация импульсного электромагнитного сейсмоисточника: отчёт о НИР / Тольятти: ТПИ, 1991.- Исполн.: Ивашин В. В., Певчев В. П-№ГР 01.9.00016386-28 с.

113. Электротехнический справочник. Под ред. П. Г. Грудинского-Изд. 5,-Т. 1.-М.: Энергия, 1974.-775 с.

114. Данилевич, Я. Б. Перспективные электромеханические преобразователи энергии на основе новых материалов и покрытий / Я. Б. Данилевич, В. Н. Антипов, И. Ю. Кручинина, Ю. Ф. Хозиков, В. В. Московская // Электротехника, 2010.- № 9.- С. 2-9.

115. Певчев, В. П. Анализ влияния неравномерности зазора мощного электромагнитного двигателя на развиваемые механическую силу и энергию / В.В. Ивашин, В. П. Певчев // Электротехника, 2010 № 9 - С. 9-12

116. Певчев, В. П. Максимальное значение механической энергиимощного короткоходового импульсного электромагнитного двигателя сейсмоисточника / В. П. Певчев // Известия Самарского научного центра РАН, 2011.- Т. 13№ 6,- С. 62-66.

117. Львицын, А. В. Силовые приводные электромагниты цилиндрической структуры с высокими удельными показателями /А. В. Львицын, Г. Г. Угаров, В. Н. Федонин // Электромагнитные машины ударного действия — Новосибирск, 1978.-С. 27.

118. Долинский, Ф. В. Краткий курс сопротивления материалов / Ф. В. Долинский, М. Н. Михайлов.- М.: В.Ш., 1986.- 152 с.

119. Певчев, В. П. О возможности повышения механической энергии короткоходового импульсного электромагнитного двигателя сейсмоисточника / В. П. Певчев // Известия ВУЗов. Электромеханика, 2010 № 3 - С. 43-46.

120. Патент № 2172497 РФ, МКИ7 в01У 1/04. Силовой электромагнит импульсного невзрывного сейсмоисточника / Ивашин В. В., Певчев В. П.;приоритет 23.02.00; опубл. 20.08.01. Бюл. № 23.

121. Модель процесса срабатывания импульсного электромагнитного сейсмоисточника / В. П. Певчев; Тольятти: ТГУ- 2009- 15 с. рус. Деп. в ВИНИТИ, №948-В2008; опубл. в библ. указ. "Депонирование научные работы". № 2, 2009.

122. Угаров, Г. Г. Импульсные линейные электромагнитные двигатели с повышенными силовыми и энергетическими показателями: дисс.докт. техн. наук. 05.09.01 / Г. Г. Угаров Новосибирск, 1992 - 492 с.

123. Угаров, Г. Г. Линейные импульсные электромагнитные двигатели: монография / Г.Г. Угаров, В.И. Мокшин, В.Ю. Нейман Курган, 2008 - 300с.

124. Патент № 2398247 РФ, МПК в 01 V 1/04. Импульсный привод электромагнитного сейсмоисточника / Ивашин В. В., Певчев В. П.; приоритет 15.04.2009; опубл. 27.08.2010, Бюл. № 24.

125. А.с. № 1390647 СССР, МКИ Н01Г 7/16, Н02К 33/02 Электромагнит / Ивашин В. В., Певчев В. П.; приоритет 10.11.85; опубл. 23.04.88, Бюл. № 15.

126. A.c. № 1580443 СССР, MICH H02K 33/02 Электромагнит / Ивашин

127. B. В., Певчев В. П.; приоритет 17.12.87; опубл. 23.07.90, в Бюл. № 27.

128. Яковлев В. И. Классическая электродинамика. Ч. 1 Электричество и магнетизм / В. И. Яковлев.- Новосибирск: НГУ, 2003- 267 с.

129. Медведев, В. А. Повышение эффективности систем охлаждения индукционно-динамических двигателей кодоимпульсных источников сейсмических волн : дис. .канд.техн.наук-Томск :ТПИ, 1988 162 с.

130. Бар, В. И. Исследование электромагнитных процессов в импульсном электромагните индукционно-динамического типа с магнитопроводом: дис. .канд.техн.наук-Киев: КИЭД, 1983.-220 с.

131. Зиновьев, Г. С. Основы силовой электроники: Учеб. пособие.- Изд. 2-е, испр. и доп.- Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2003. 664 с.

132. Костырев, М. JI. Комбинированные автономные системы электроснабжения космических летательных аппаратов / М. JI. Костырев, А. А. Дружков, Н. В. Мотовилов, А. А. Галимова // Электротехника, 2001.- № 4.

133. Ивашин, В. В. Влияние форсировки магнитного поля короткохо-дового электромагнита на его быстродействие и К.П.Д. преобразования энергии / В. В. Ивашин // Известия ВУЗов. Электромеханика 1986 - № 2 —1. C. 103-107.

134. Певчев, В.П. Форсирование электромагнитного двигателя для источника сейсмических сигналов / В. П. Певчев // Актуальные проблемы электронного приборостроения: материалы Международной научно-технической конференции.- Саратов: СГТУ, 2006 С. 354-359.

135. Певчев, В. П. Анализ влияния форсировки короткоходового импульсного электромагнитного двигателя сейсмоисточника на КПД / В. П. Певчев // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых,2010-№ 6 С.

136. Патент 2172496 РФ, МКИ Н02М 3/135 Импульсный электромагнитный привод невзрывного сейсмоисточника / Ивашин В. В., Певчев В. П.; приоритет 23.02.2000; опубл. 27.07.01, Бюл. № 23.

137. Совершенствование электромагнитных сейсмоисточников и их систем питания: отчёт о НИР / Тольятти: ТГУ, 2004.- Исполн.: Ивашин В. В., Иванников Н. А., Певчев В. П., Трохачёв А. Н.-№ ГР 01.0.40001567 59 с.

138. Ивашин, В. В. Генератор однополярных импульсных токов треугольной и трапецеидальной формы / В. В. Ивашин,, Г. А. Сипайлов // Приборы и техника эксперимента, 1966- №5- С. 151-155.

139. R. Carruthers, Pros.Jnstr., Electr.Eng., А-106, SN2, 1959.

140. A.c. № 1563557 СССР, МКИ Н02М 3/135 Импульсный привод электромеханического преобразователя энергии / Ивашин В. В., Певчев В. П.; приоритет 28.12.88; (ДСП).

141. Болотовский, Ю. И. Разработка систем заряда ёмкостных накопителей энергии / Ю. И. Болотовский и др. // Силовая электроника, 2008. № 4. - С. 49-56.

142. Пентегов, И. В. Основы теории зарядных цепей ёмкостных накопителей энергии / И. В. Пентегов Киев: Наукова думка, 1982 - 419 с.

143. Булатов, О. Г. Полупроводниковые зарядные устройства емкостных накопителей энергии / О. Г. Булатов М. : Радиосвязь, 1986 - 159 с.

144. Бердников, С. В. Автономные импульсные системы питания электромеханического преобразователя энергии источника сейсмических волн : автореф. дис. канд. техн. наук-Томск, 1987 18 с.

145. Певчев, В. П. Устройства заряда электрических конденсаторов отудвоителей напряжения: монография, ISBN 978-3-8465-2147-2 / В. П. Певчев- Саарбрюккен, Германия: LAP Lambert Academic Publishing GmbH&Co.KG, 2011.- 60 с.

146. Шрайбер, Г. 300 схем источников питания / Г. Шрайбер / СПб. : ДМК Пресс, 2001.- 189 с.

147. Певчев, В. П. Умножители напряжения в качестве зарядных устройств конденсаторных накопителей энергии / В. П. Певчев // Вектор науки ТГУ, 20Ю.-№ 3(13).-С.

148. Информационный листок № 374-90. Источник сейсмических волн ИСВК-2000 / Иванников Н. А., Ивашин. В. В., Милорадов И. А. // Куйбышевский межотраслевой территориальный центр научно-технической информации и пропаганды, 1990.

149. Патент № 2369883 РФ, МПК GOIV 1/155 Импульсный невзрывной наземный сейсмоисточник / Ивашин В. В., Иванников Н. А., Позднов М. В., Узбеков К. X.; приоритет 11.04.08; опубл. 10.10.09. Бюл. № 28.

150. Позднов М. В. Особенности энергопреобразования и режимы работы электромагнитного резонансного вибратора с регулируемой частотой колебаний: дис. .канд.техн.наук Саратов: СГТУ, 2007 - 137 с.

151. Лисовский, Н. Н. Совершенствование технологий разработки нефтяных месторождений / Н. Н. Лисовский, С. А. Жданов, И. Т. Мищенко // Нефтяное хозяйство, 1996.- № 9.

152. Николаевский, В. Н. Механизм вибровоздействия на нефтеотдачу месторождений и доминантные частоты / В. Н. Николаевский // ДАН, 1989Т. 107, №3.

153. Гадиев, С. М. Использование вибрации при добыче нефти / С. М. Гадиев.-М. : Недра, 1977.

154. А.с. №1752695 СССР, МКИ B65G 67/04,67/24, B21J 7/30 Устройство для виброударного воздействия на поверхность / Власов В. Г., Ивашин В. В., Иванников Н. А., Иванов В. П., Певчев В. П., Ревякин В. И.; приоритет 09.07.90; опубл. 07.08.92, Бюл. № 29.

155. Ивашин, В. В. Импульсные электромагнитные сейсмоисточники: особенности и перспективы совершенствования / В. В. Ивашин, Н. А. Иван-ников // Приборы и системы разведочной геофизики Саратов, 2005-№ 2-С. 9-11.

156. Певчев, В. П. Электромагнитный порошковый демпфер повторных ударов для импульсного сейсмоисточника / В. П. Певчев // Вестник Самарского государственного технического университета, 2009 — № 25 — С. 95-99.

157. A.c. № 1687961 СССР, МКИ F16F 9/30 Электромагнитный тормоз / Ивашин В. В., Певчев В. П.; приоритет 14.10.88; опубл. 30.10.91, Бюл. № 40.

158. Александров, М. П. Тормозные устройства / М. П. Александров-М.: Транспорт, 1980 36 с.