гидромолот для забивания свай

Формула изобретения

Гидромолот для забивания свай, содержащий ударную массу, гидроцилиндр для разгона ударной массы, гидронасос для подъема ударной массы, гидроаккумулятор для быстрого сброса гидромасла из гидроцилиндра во время разгона ударной массы, гидрораспределитель для управления потоками гидромасла, напорную и сливную гидролинии, отличающийся тем, что гидромолот выполнен с корпусом-цилиндром, в котором расположена сдвоенная газовая камера высокого и низкого давлений, с которой совмещены соответственно поршневые полости гидроцилиндра для разгона ударной массы и гидроаккумулятор, выполненный в виде гидроцилиндра, при этом гидромолот снабжен гидравлическим распределителем с электрическим управлением, а сливная гидролиния подключена ко входу в гидронасос и связана через гидравлический распределитель с гидроаккумулятором для обеспечения потока гидромасла через гидронасос в гидроцилиндр в процессе сброса ударной массы.

Описание изобретения к патенту

Гидромолот для забивания свай, далее по тексту гидромолот, относится к строительному оборудованию для забивания свай при строительстве фундаментов, в частности, и больших длинных гидротехнических кессоных свай.

Наиболее близким аналогом, реализующим приведенный в изобретении способ забивания свай гидромолотом, является описанный в патенте RU 2233364 C1, кл. Е02D 7/10, 04.01.2003 г., являющийся разработкой Омского государственного технического университета /1/.

Принцип работы гидромолота, описанного в (1), состоит в следующем. Ударная масса поднимается штоком гидроцилиндра давлением гидромасла. Сброс ударной массы осуществляется давлением газа на поршень гидроцилиндра. За счет быстрого сброса гидромасла из штоковой полости гидроцилиндра в расположенный рядом гидроаккумулятор и сливную линию падение ударной массы происходит с ускорением, большим ускорения свободного падения g в несколько раз. Далее цикл повторяется.

Отличием разработанного гидромолота сваебоя является то, что гидромасло из гидроаккумулятора не сбрасывается в гидробак маслостанции, гидромасло из гидроаккумулятора подается напрямую на гидронасос, в результате чего входное давление на нем не менее 0,9 Pa, где Pa-давление газа в гидроаккумуляторе, что дает неразрывность потока рабочей жидкости (гидромасла) и улучшает нагрузочную характеристику гидронасоса. Это позволяет с сохранением высоких параметров технических характеристик гидромолота применить в маслостанции гидромолота менее мощные ДВС и гидронасос. А отсутствие гидробака ведет к резкому уменьшению объема применяемого гидромасла. Эти преимущества хорошо видны в сравнительных таблицах 1 и 2, приведенных ниже.

Математическое описание работы гидромолота-сваебоя.

Введем условные обозначения физических величин.

En - потенциальная энергия давления газа на поршень и веса поднятой ударной массы (Нм);

Ек - кинетическая энергия удара (Нм);

Ега - энергия, затрачиваемая на сброс гидромасла в гидроаккумулятор (Нм);

Е_R - энергия, затраченная на местные сопротивления потоку гидромасло (Нм);

Fg - вес ударной массы (кг·с);

P _г - давление газа на поршень в главном гидроцилиндре (кг·с/см ²);

Ра - давление газа на поршень в гидроаккумуляторе;

Qг - расход гидромасла в гидроцилиндре за время движения штока вниз (л/с);

Qн - расход гидромасла гидронасосом (л/с);

v - скорость ударной массы в момент удара (м/с);

h - высота подъема ударной массы (м);

Sn - площадь поршня гидроцилиндра (см²);

Sшт - площадь поршня со стороны штока (см²);

Sотв - площадь отверстий на пути сброса гидромасла (см²);

Vм - объем гидромасла в штоковой полости (л);

t ^*- время разгона ударной массы (с);

t - время подъема ударной массы (с);

С учетом приведенных размерностей уравнение объема масла, участвующего в процессе работы, будет иметь вид:

потенциальная энергия давления газа на поршень и веса ударной массы:

расходуется на энергию удара, равную кинетической энергии ударной массы перед ударом:

или с учетом

энергию, затраченную на преодоление местных сопротивлений на пути сброса гидромасла из штоковой области гидроцилиндра в гидроаккумулятор:

с учетом

энергию, затраченную на заполнение гидромаслом гидроаккумулятора:

полное уравнение баланса энергий для гидромолота в процессе разгона ударной массы будет иметь вид:

En=Ек+Е _R+Еа

или в развернутом виде:

с учетом (1) и сделав преобразование уравнения (6), получим:

разрешив его относительно t, получим время разгона ударной массы:

время подъема ударной массы:

частота ударов в герцах:

Ускорение ударной массы во время ее разгона:

Скорость ударной массы в момент удара:

Мощность, отбираемая гидронасосом у ДВС:

На основании вышеизложенного был разработан промышленный образец гидромолота-сваебоя со следующими конструктивными параметрами:

Диаметр главного цилиндра - 200 мм

Ход штока гидроцилиндре - 0,7 м

Давление газа в гидроцилиндре - 110 атм.

Давление газа в гидроаккумуляторе - 12 атм.

Ударная масса - 3,2 т.

Производительность насоса номинальная - 375 л/мин.

Приводим сравнительную таблицу рабочих параметров разработанного гидромолота с аналогичным гидромолотом-сваебоем фирмы IHC Hydrohammer S-200.

Таблица 1
Сравнительная таблица гидромолотов S-200 и ВАЛ-2
Марка гидромолота	Энергия удара max/min (кНм)	Частота удара с Emax (уд/мин)	Вес ударной массы (тн)	Вес гидромолота с юбкой (тн)	Длина гидромолота(без юбки) (м)
S-200	200/10	45	10	24,5	8,9
ВАЛ-2	210/10	36	3,2	12	3,3

Таблица 2.
Сравнительная таблица маслостанции гидромолотов S-200 и ВАЛ-2
Марка маслостанции	Рабочее давление (атм.)	Объем камеры в гидронасосе (см)	Объем масла в гидросистеме (л)	Мощность ДВС (кВт)
Р-750 (S-200)	250	400	350	435
МВ-2 (ВАЛ-2)	275	250	130	184

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображена конструктивная схема заявляемого устройства.

Гидромолот состоит из корпуса-цилиндра 1, в котором расположена сдвоенная газовая камера высокого 5 и низкого 10 давлений, с ними совмещены соответственно главный гидроцилиндр 2, с расположенными в нем поршнем 4 и штоком 3, и гидроцилиндр гидроаккумулятора 9. Шток гидроцилиндра 2 соединен цапфой 6 с ударной массой 7, которая бьет в процессе работы по демпферу шабота 11. Шабот 11 опирается на сваю 24, оголовок которой входит в юбку 12. Напорная гидролиния 18 идет от гидронасоса 22 с предохранительным гидроклапаном 21, входит в гидрораспределитель 17, управляемый гидрораспределителем с электрическим управлением 15. Гидрораспределитель имеет встроенный дроссель, на котором создается перепад давления 8-10 атмосфер 16, и соединен с гидроцилиндром 2 гидролинией 14 и с гидроаккумулятором 2 гидролинией 13. Подающая гидролиния 19 входит в калорифер 23 охлаждения гидромасла, содержит пневмогидроаккумулятор 20 и далее подключена ко входу в гидронасос. Автоматическая и потактовая работа гидромолота осуществляется электронным блоком управления, который снимая сигналы с индукционного датчика нижнего положения поршня гидроцилиндра обеспечивает необходимый режим работы гидромолота, задавая высоту подъема ударной массы, при этом изменяется и частота ударов. Так как у шабота имеется свободный ход, то становится возможным применение гидромолота для выдергивания свай, потому что на малых высотах подъема штока (от 2 до 9 сантиметров) ударная масса не отрывается от демпфера шабота и гидромолот работает в режиме вибратора. Например, при подъеме штока на высоту h=5 см на основании формул (3), (7) и (9), приведенных в разделе "Математическое описание работы гидромолота-сваебоя", частота вибраций составляет 7,15 герц (что соответствует 430 уд./мин) с энергией в одном цикле Ек=1,8 тм (18 кДж).

Поясним процесс работы гидромолота согласно гидросхеме, приведенной на чертеже. Рабочий процесс гидромолота состоит из двух операций: подъема и сброса с разгоном ударной массы 7. Для подъема ударной массы гидромасло из гидроаккумулятора 9 по гидролинии 13, через гидрораспределитель 17, который электрораспределителем 15 перекинут в положение А, далее через обратный клапан 16 по гидролинии 19 через калорифер 23 подается гидронасосом 22 по гидролинии 18, через второй канал гидрораспределителя 17 далее по гидролинии 14 в штоковую полость гидроцилиндра 2. Так как гидромасло на гидронасос подается из гидроаккумулятора, то давление на входе в гидронасос Рвх равно разности давлений газа в гидроаккумуляторе Ра и потерь давления на падающей гидролинии 19, которые составляют около 0,1 Ра, т.е Рвх=0,9 Ра.

По достижении, заданной блоком управления, высоты подъема ударной массы гидрораспределитель 17 переключается на гидрораспределитель с электрическим управлением 15 в положение В. Тогда гидромагистраль давления 18 переключается на гидролинии слива 19. Гидронасос перекачивает гидромасло по гидролинии 18, через гидрораспределитель 17, дроссель 16 в сливную гидролинию 19 и через калорифер 23 на свой вход. А штоковая полость гидроцилиндра 2 через гидролинию 14, гидрораспределитель 17 и гидролинию 13 подключена к гидроаккумулятору 9. Давлением газа на поршень 4 гидроцилиндра и силой веса ударной массы 7 гидромасло из штоковой полости гидроцилиндра 2 быстро сбрасывается в гидроаккумулятор 9 по выше описанному маршруту. При этом ударная масса движется с ускорением, большим в несколько раз ускорения свободного падения g. По достижении поршнем 4 нижнего положения в гидроцилиндре индуктивный датчик подает сигнал в электронный блок управления о начале нового цикла.