гидравлический молот для погружения свай

Формула изобретения

Гидравлический молот для погружения свай, включающий станину, маховик со встроенной муфтой включения, управление которой осуществляется через ЭВМ с помощью прибора, определяющего остаточные деформации грунта, высоту погружения сваи, и упругие колебания сваи, кривошипно-шатунный механизм, ударный механизм, общую гидросистему, отличающийся тем, что общая гидросистема выполнена из двух замкнутых автономных гидросистем, одна из которых снабжена цилиндром-дозатором, полость которого сообщена с гидроаккумулятором и с главным гидроцилиндром, имеющим два поршня, один работающий от кривошипно-шатунного механизма, и поршень, на штоке которого расположен ударный боек, и фиксирующим механизмом, открываемым штоком-ключом, работающим по копиру, а другая - исполнительными гидроцилиндрами захвата и погружения сваи, расположенными в подвижном ползуне, который осуществляет с помощью плунжеров сцепление со сваей и передает от гидравлического молота импульс ударного усилия для погружения сваи.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для погружения свай при устройстве оснований под фундаменты гражданских и промышленных сооружений, при возведении мостов, пристаней, набережных и для защиты сооружений от подмыва. Также данную конструкцию гидравлического молота целесообразно применять для погружения свай под заданным углом к поверхности грунта.

Известен гидравлический молот, состоящий из рабочего цилиндра с распределительным золотником и гидроаккумулятором, корпуса с направляющей трубой, ударной части и шабота (Сергеев В.П. Строительные машины и оборудование. М.: Высшая школа, 1987, с.257-260).

Недостатком известного гидравлического молота, применяемого для погружения свай, является низкий КПД использования энергетических мощностей привода, сложность ремонта и обслуживания, т.к. почти вся конструкция гидравлического молота располагается на головной части сваи на значительной высоте; часто узлы гидравлического молота выходят из строя, т.к. практически трудно обеспечить хорошую амортизацию их от динамических ударов отдачи сваи после ударов по ней гидравлическим молотом.

Известно устройство для погружения свай, включающее ударник, наголовник и кривошипно-шатунный механизм с приводом (авторское свидетельство СССР 280338, БИ №27 от 16.11.1970, МПК E02B 7/18).

Недостатком известного устройства для погружения свай является низкий КПД, невозможность обеспечения регулирования энергии удара.

Наиболее близким техническим решением по сравнению с заявленным изобретением является свайный молот, состоящий из корпуса, ударной части, привода, шабота, гидроаккумулятора и гидрозажимов (авторское свидетельство СССР 197448, БИ №12 от 27.07.1967, МПК E02D).

Недостатком известного свайного молота является низкий КПД использования энергетических мощностей привода; невозможность регулирования энергии удара, а также сложность ремонта и обслуживания, т.к. почти вся конструкция гидравлического молота располагается на головной части сваи на значительной высоте.

Задачей, на которую направлено изобретение, является повышение КПД за счет использования кинетической энергии инерционных масс, обеспечение регулирования энергии удара, частоты ударов и упрощение обслуживания и ремонта гидравлического молота.

Низкая эффективность забивки сваи обусловлена и тем, что ударная нагрузка молота действует без учета импульсной отдачи сваи после удара. На фиг.1 изображена импульсная диаграмма колебаний сваи по вертикали после одного удара, где «+Н» - высота колебания сваи над поверхностью грунта после удара, «-Н» - высота колебания сваи вниз, Т - период, О - нулевая отметка поверхности грунта. H₁ - высота реального погружения сваи после удара, H ₂ - высота импульса максимального колебания сваи после первого удара, t₁ - начало и конец удара, t₂ - импульсная отдача сваи после удара - импульс идет вверх, t₃ - импульс вниз, t₄ - импульс вверх, показывает, что повторный и последующие удары нужно производить в период, когда импульс колебания направлен вниз, т.е. по ходу движения сваи.

Удар по свае вызывает вынужденный импульс колебания. Совпадение направления вынужденного колебания со свободным колебанием сваи дает возможность использовать эффект резонанса, т.е. производить работу с более высоким КПД и с меньшими затратами. Если же удары производить хаотично, то эффективность работы гидравлического молота резко падает.

Сущность изобретения заключается в том, что в гидравлическом молоте для погружения свай, включающем станину, маховик со встроенной муфтой включения, управление которой осуществляется через ЭВМ (с помощью прибора, определяющего остаточные деформации грунта (высоту погружения сваи) и упругие колебания сваи), кривошипно-шатунный механизм, ударный механизм, общая гидросистема выполнена из двух замкнутых автономных гидросистем, одна из которых снабжена цилиндром-дозатором, полость которого сообщена с гидроаккумулятором и с главным гидроцилиндром, имеющим два поршня, один работающий от кривошипно-шатунного механизма, и поршень, на штоке которого расположен ударный боек, и фиксирующим механизмом, открываемым штоком-ключом, работающим по копиру, а другая - исполнительными гидроцилиндрами захвата и погружения сваи, расположенными в подвижном ползуне, который осуществляет с помощью плунжеров сцепление со сваей и передает от гидромолота импульс ударного усилия для погружения сваи.

Изобретение поясняется следующими чертежами, где на фиг.1 представлена импульсная диаграмма колебания сваи по вертикали после одного удара, на фиг.2 - конструктивная схема расположения гидравлического молота для погружения свай, на фиг.3 - общая гидравлическая схема гидравлического молота, на фиг.4 - принципиальная схема системы управления, фиг.5 - расположение гидравлического молота на гусеничном ходу, на фиг.6 - погружение сваи под заданным углом.

Гидравлический молот для погружения свай содержит станину 1, к которой крепится электродвигатель 2, соединенный через клиноременную передачу 3 с маховиком 4, имеющим муфту включения 5, соединяющую маховик 4 с коленчатым валом 6, на котором установлен тормоз 7 и к кривошипу которого шарнирно крепится шатун 8. Шток главного гидроцилиндра 9 соединен с ударным бойком 10, который застопорен фиксатором 11, раскрывающимся от штока-ключа 12 копира 13, который находится на коленчатом валу 6. Гидравлический молот для погружения свай также содержит плунжер-наковальню 14, которая с помощью исполнительной части общей гидросистемы 15 сообщена с ударными плунжерами 16 и плунжерами сжатия 17, находящимися в ползуне 18, который перемещается по направляющим ползуна 19 в тумбе станины 20, на которой установлены пружинные амортизаторы 21 ползуна 18. В состав гидравлического молота для погружения свай также входит исполнительное устройство 22, производящее включение муфты 5. Свая 23 сжимается наголовниками 24 с пружинами растяжения 25. В гидросистему гидравлического молота для погружения свай входит цилиндр-дозатор 26, имеющий поршень 27 с ходовым винтом 28, соединяющийся через зубчатую понижающую передачу 29 с электродвигателем 30. К ходовому винту 28 присоединен указатель 31, перемещающийся по шкале 32. Полость цилиндра-дозатора 26 сообщена с гидроаккумулятором 33 и с главным гидроцилиндром 9, имеющим поршень 34, работающий от кривошипно-шатунного механизма, и поршень 35, на штоке которого расположен ударный боек 10. Вторая часть гидросистемы гидравлического молота состоит из центрального гидроцилиндра 36, сообщающегося через гибкий трубопровод 37 с гидроцилиндрами 38 и ударными гидроцилиндрами 39. Эта замкнутая часть гидросистемы подпитывается гидрожидкостью из компенсационного бачка 40 с обратным клапаном 41. Полости гидроцилиндров 38 и ударных гидроцилиндров 39 сообщены между собой с помощью трубопроводов 42. Поршень 35, на штоке которого расположен ударный боек 10, и ударный плунжер 16 подпружинены соответственно пружинами 43 и 44.

Гидравлический молот для погружения свай работает следующим образом: при пуске от электродвигателя 2 через клиноременную передачу 3 маховик 4 набирает кинетическую энергию, которая зависит от массы маховика и скорости его вращения. По заданной программе от ЭВМ через исполнительное устройство 22 производится включение муфты включения 5, и энергия маховика передается через коленвал 6 на шатун 8, который, двигаясь из верхнего положения (ВП) в крайнее нижнее положение (НП), с помощью поршня 34 в главном цилиндре 9 давит на гидрожидкость. Поршень 35, находясь в ВП, застопорен фиксатором 11, поэтому давление рабочей жидкости резко повышается и заряжается гидроаккумулятор 33. Регулирование давления производится в главном гидроцилиндре с помощью цилиндра-дозатора 26, в котором, перемещая поршень 27, с помощью ходового винта 28, вращаемого через зубчатую передачу 29 микроэлектродвигателем 30, можно изменять объем полости, а следовательно, и давление во всей гидросистеме на величину, фиксируемую по шкале 32 с помощью указателя 31, соединенного с ходовым винтом. Как только поршень с ходовым винтом 34 с помощью кривошипно-шатунного механизма опустится в НП, шток-ключ 12, работая от копира 13, раскроет фиксатор 11 и поршень 35 под давлением рабочей жидкости, находящейся в главном гидроцилиндре и аккумуляторе, резко устремляется вниз, увлекая боек 10, который, произведя удар по плунжеру-наковальне 14, резко повышает давление гидрожидкости в центральном гидроцилиндре 36, из которого гидрожидкость по гибкому трубопроводу 37 передается в гидроцилиндры 38 для зажима сваи 23 с противоположных сторон наголовниками 24, имеющие ребристые рабочие плоскости. В свою очередь гидроцилиндры 38, плунжеры 16 которых, срабатывая синхронно, резким импульсным ударом в перекрытие массивной тумбы станины 20, установленной непосредственно на грунте, перемещают ползун 18, а вместе с ним и сваю вниз. Так происходит процесс забивания сваи.

После удара кривошипно-шатунный механизм, делая второй полуоборот из ПП в ВП, с помощью шатуна 8 перемещает поршень 34 вверх, давление гидрожидкости в главном гидроцилиндре 9 падает, и поршень 35, на штоке которого находится ударный боек 10, под действием пружины 43 поднимается вверх и, занимая исходное положение для последующего удара, защелкивается фиксатором 11. Пружинные амортизаторы 21 возвращают ползун 18 в исходное положение, т.к. давление гидрожидкости в замкнутой гидросистеме ползуна тоже падает, а плунжеры 17 под действием пружин 25 вместе с наголовниками 24 возвращаются в исходное положение, освобождая тем самым сваю. Плунжеры 16 под действием пружин 44 тоже возвращаются в положение до удара.

При следующем повороте кривошипно-шатунного механизма из ВП в НП цикл забивания сваи повторятся.

Управление муфтой 5, электродвигателями 2 и 30 осуществляется с помощью ЭВМ. Данная система управления может работать как в автоматическом, так и в ручном режиме.

В автоматическом режиме ЭВМ работает на основе информации, получаемой от датчика, который позволяет определить остаточные деформации в грунте после удара (высоту погружения свая), а также упругие колебания сваи (частоту, амплитуду). Этот датчик может определять общую величину погружения сваи, что позволяет остановить процесс забивки при достижении заданной глубины или необходимого отказа. Контроллер на основе этой информации подбирает необходимую частоту и силу удара для наступления резонанса системы гидравлический молот - свая. Энергия удара будет как бы наращиваться, если свободные колебания сваи по направлению будут совпадать с направлением удара - за счет явления резонанса.

В ручном режиме все необходимые данные (частоту, силу, необходимый отказ) для забивки сваи вводит оператор через устройство ввода ЭВМ.

Аналоговый сигнал от датчика преобразуется с помощью аналогово-цифрового преобразователя (АЦП) в двоичный код и поступает на контроллер для обработки. Для управления исполнительными механизмами двоичный код управления преобразуется в аналоговый в цифроаналоговом преобразователе (ЦАП).

Повышение КПД гидравлического молота для погружения свай осуществляется за счет использования энергии маховых масс, передача которой для забивки сваи осуществляется с помощью двух замкнутых гидросистем. Одна гидросистема аккумулирует энергию маховых масс, причем она демпфирует все динамические удары механической системы кривошипно-шатунного механизма, а другая гидросистема является исполнительным механизмом для забивания сваи. С помощью первой гидросистемы осуществляется мощный импульсный удар, а с помощью другой гидросистемы идет распределение мощности на захват сваи и ее погружение в грунт во время синхронного удара.

Преимуществом конструкции является то, что если под ударный плунжер установить верхний подпятник 46 и нижний подпятник 45 под амортизаторы, а также направляющие 19 ползуна 18 под определенным углом , то можно забивать сваи под этим же углом . Таким образом, может выполнятся погружение сваи под заданным углом.