вибропогружатель
Классы МПК: | E02D7/18 вибропогружение |
Автор(ы): | Румянцев Р.А., Майоров Ю.П., Загорский Г.С., Смирнов Ю.Н., Денисов С.В., Ерошкин Л.А. |
Патентообладатель(и): | Фирма "Транстехновация" - Товарищество с ограниченной ответственностью |
Приоритеты: |
подача заявки:
1995-12-27 публикация патента:
10.12.1997 |
Использование: вибропогружение свай, используемых при строительстве промышленно-гражданских, транспортных и других объектов. Сущность изобретений: в вибропогружателе гидронасос снабжен регулятором мощности и предохранительным клапаном, гидромотор-согласующим редуктором, установленным между валом гидромотора и валами с дебалансами. При этом достигается предельная погружающая способность вибропогружателя при работе в пределах ограничения по мощности N в диапазоне
min
max скоростей вращения дебалансов при закрытом предохранительном клапане и
0 открытом клапане за счет согласования параметров режима работы и характеристик сопротивления грунта, обеспечиваемого установкой согласующего редуктора с передаточным числом i, определяемым по предложенной формуле. 4 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
![вибропогружатель, патент № 2098557](/images/patents/374/2098228/969.gif)
![вибропогружатель, патент № 2098557](/images/patents/374/2098011/8773.gif)
![вибропогружатель, патент № 2098557](/images/patents/374/2098228/969.gif)
![вибропогружатель, патент № 2098557](/images/patents/374/2098011/8773.gif)
![вибропогружатель, патент № 2098557](/images/patents/374/2098228/969.gif)
![вибропогружатель, патент № 2098557](/images/patents/374/2098228/969.gif)
![вибропогружатель, патент № 2098557](/images/patents/374/2098113/8805.gif)
Формула изобретения
Вибропогружатель, содержащий корпус, жестко соединенный с захватывающим сваю устройством, смонтированные в корпусе валы с дебалансами, связанные друг с другом с возможностью синхронизации, и привод валов с дебалансами, состоящий из гидронасоса и гидромотора, отличающийся тем, что гидронасос снабжен регулятором мощности и предохранительным клапаном, а гидромотор согласующим редуктором, установленным между валом гидромотора и валами с дебалансами, при этом передаточное число согласующего редуктора, параметры погружаемой сваи, грунта, дебалансов, гидронасоса, гидромотора связаны следующей зависимостью![вибропогружатель, патент № 2098557](/images/patents/374/2098557/2098557-12t.gif)
где F сопротивление погружению связи по боковой поверхности (определяется по известным зависимостям для наиболее тяжелого для погружения сваи грунта глины с консистенцией 0,2);
m масса вибропогружателя со сваей;
g ускорение силы тяжести;
N мощность гидронасоса (определяется установкой регулятора мощности);
![вибропогружатель, патент № 2098557](/images/patents/374/2098228/969.gif)
qгн номинальный рабочий объем гидронасоса;
qгм номинальный рабочий объем гидромотора;
K статический момент масс дебалансов;
i передаточное число согласующего редуктора.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к строительству, а более конкретно, к вибрационным машинам для погружения свай, используемых при строительстве промышленно-гражданских, транспортных и других объектов. Известен вибропогружатель, содержащий корпус, жестко соединенный с захватывающим сваю устройством, смонтированные в корпусе валы с дебалансами, связанные друг с другом с возможностью синхронизации, и привод дебалансов (см. например, SU N 1696644, кл. E 02 D 7/18, 1989). Привод вибропогружателя, состоящий из электродвигателя с зубчатыми шестернями, наличие в его конструкции механизма изменения статического момента, также включающего электродвигатель с зубчатыми шестернями, придают вибропогружателю громоздкость, увеличивают его вес и энергоемкость, усложняют его эксплуатацию. Более близким к предлагаемому техническому решению является вибропогружатель с нерегулируемым статическим моментом, содержащий корпус, жестко соединенный с захватывающим сваю устройством, смонтированные в корпусе залы с дебалансами, связанные друг с другом с возможностью синхронизации, и привод валов с дебалансами, состоящий из гидронасоса и гидромотора (см. например, EP 0116164 B1, E 02 D 7/18, 1988). Вибропогружатель снабжен виброгасителем, посредством которого корпус вибропогружателя гибко соединен со стрелой подъемного крана (с базовою машиной). Конструкция виброгасителя обеспечивает виброизоляцию базовой машины, но за счет снижения и ограничения диапазона скоростей снижает технические возможности применения вибропогружателя. Кроме того, применение виброгасителя сложной конструкции является неоправданно дорогостоящим техническим решением. Технический результат изобретения повышение предельной погружающей способности вибропогружателя с нерегулируемыми дебалансами в зависимости от характеристик участвующих в процессе погружения сваи всех звеньев динамической системы. Это достигается тем, что в вибропогружателе, содержащем корпус, жестко соединенный с захватывающим сваю устройством, смонтированные в корпусе валы с дебалансами, связанные друг с другом с возможностью синхронизации, и привод валов с дебалансами, состоящий из гидронасоса и гидромотора, гидронасос снабжен регулятором мощности и предохранительным клапаном, а гидромотор - согласующим редуктором, установленным между валом гидромотора и валами с дебалансами, при этом передаточное число согласующего редуктора, параметры погружаемой сваи, грунта, дебалансов, гидронасоса, гидромотора связаны следующей зависимостью:![вибропогружатель, патент № 2098557](/images/patents/374/2098557/2098557-2t.gif)
где:
F сопротивление погружению сваи по боковой поверхности (определяется по известным зависимостям для наиболее тяжелого для погружения сваи грунта - глины с консистенцией 0,2);
m масса вибропогружателя со сваей;
g ускорение силы тяжести;
N мощность гидронасоса (определяется установкой регулятора мощности);
![вибропогружатель, патент № 2098557](/images/patents/374/2098228/969.gif)
qгн номинальный рабочий объем гидронасоса;
qгм номинальный рабочий объем гидромотора;
K статический момент масс дебалансов;
i передаточное число согласующего редуктора. В отличие от ближайшего аналога повышение предельной погружающей способности вибропогружателя достигается тем, что привод дебалансов осуществляется от регулируемого в режиме постоянной мощности гидронасоса при установке согласующего редуктора с передаточным числом i, обеспечивающего автоматическую адаптацию параметров вибропогружателя к изменяющимся грунтовым условиям и глубине погружения и снижение воздействия динамических усилий на базовую машину. На фиг. 1 изображен вибропогружатель с погружаемой сваей; на фиг. 2 - вибропогружатель с захватывающим сваю устройством, в разрезе; на фиг. 3 - структурная схема системы вибропогружателя; на фиг. 4 графическое изображение режима работы гидропривода. Вибропогружатель состоит из корпуса 1, жестко соединенного с захватывающим сваю устройством 2, в которое закрепляют сваю 3. В корпусе смонтированы залы 4 с дебалансами 5, привод которых осуществляется гидромотором 6 через согласующий редуктор 7 с передаточным числом i. Вращение вала гидромотора обеспечивается работающим от силовой установки гидронасосом 8 с регулятором мощности и предохранительным клапаном (на чертеже не показаны). Гидронасос и силовая установка расположены на базовой машине. В качестве силовой установки обычно используют дизельный, либо электрический двигатель. Как видно из структурной схемы на фиг. 3 вибропогружатель с приводом и свая образуют сложную систему, состоящую из отдельных динамических: звеньев, связанных прямым и обратным связями. На основании исследования различных режимов вибропогружения установлено, что наибольшей погружающею способности вибропогружателя в пределах ограничений по мощности и массе соответствуют режимы, при которых скорость вращения валов дебалансов не становится меньше критической, определяемой параметрами глубины погружения и самого грунта. Свойства системы при заданном функциональном назначении определяются выбором структурных звеньев, их параметрами и установленной между ними зависимостью, выраженной вышеприведенной на стр. 2 формулой. Структурная схема системы вибропогружателя включает следующие основные звенья и характеризующие их параметры:
гидронасос с приводом от силовой установки, у которого расход Qгн функционально зависит от давления P в гидросистеме и скорости вращения вала
![вибропогружатель, патент № 2098557](/images/patents/374/2098228/969.gif)
![вибропогружатель, патент № 2098557](/images/patents/374/2098228/969.gif)
Qгн Qгн max Const при P
![вибропогружатель, патент № 2098557](/images/patents/374/2098011/8773.gif)
![вибропогружатель, патент № 2098557](/images/patents/374/2098557/2098557-3t.gif)
Qгн Qгн min Const при P
![вибропогружатель, патент № 2098557](/images/patents/374/2098113/8805.gif)
где
[N] номинальная мощность гидронасоса с регулятором мощности при
![вибропогружатель, патент № 2098557](/images/patents/374/2098228/969.gif)
P1 и P2 давления, соответствующие границам диапазона характеристик постоянной мощности насоса;
предохранительный клапан с расходом Qкл, зависящим от давления P в гидросистеме;
Qкл 0 при P
![вибропогружатель, патент № 2098557](/images/patents/374/2098011/8773.gif)
Qкл (P P0)
![вибропогружатель, патент № 2098557](/images/patents/374/2098007/183.gif)
где
P0 давление открытия клапана;
Sкл параметр характеристики клапана, определяющий возрастание давления в системе при увеличении расхода;
гидромотор с номинальным рабочим объемом qгм, вращающий через cогласующий редуктор с передаточным числом i валы дебалансов со скоростью
![вибропогружатель, патент № 2098557](/images/patents/374/2098228/969.gif)
![вибропогружатель, патент № 2098557](/images/patents/374/2098557/2098557-4t.gif)
и давлением P, определяемым зависимостью:
![вибропогружатель, патент № 2098557](/images/patents/374/2098557/2098557-5t.gif)
где
J момент инерции масс дебалансов;
g ускорение силы тяжести;
a ускорение колебаний сваи;
K статический момент масс дебалансов;
Cг приведенная гидравлическая жесткость гидросистемы;
дебалансы, вращающиеся со скоростью
![вибропогружатель, патент № 2098557](/images/patents/374/2098228/969.gif)
Z = K
![вибропогружатель, патент № 2098557](/images/patents/374/2098007/183.gif)
![вибропогружатель, патент № 2098557](/images/patents/374/2098228/969.gif)
![вибропогружатель, патент № 2098557](/images/patents/374/2098213/981.gif)
![вибропогружатель, патент № 2098557](/images/patents/374/2098228/969.gif)
![вибропогружатель, патент № 2098557](/images/patents/374/2098228/969.gif)
где
![вибропогружатель, патент № 2098557](/images/patents/374/2098213/981.gif)
Z возмущающая сила дебалансов;
w скорость вращения валов с дебалансами;
wгм скорость вращения вала гидромотора;
i передаточное число редуктора;
вибропогружатель со сваей массой m, двигающейся с ускорением a под действием силы Z в грунте, создающем сопротивление F по боковым поверхностям сваи и R по торцу сваи. Работа вибропогружателя осуществляется следующим образом. Силовая установка вращает вал гидронасоса с регулятором мощности, который обеспечивает подачу рабочей жидкости в гидросистему и далее в гидромотор. Вращение вала гидромотора через согласующий редуктор с передаточным числом i передается на валы дебалансов, вращающиеся со скоростью
![вибропогружатель, патент № 2098557](/images/patents/374/2098228/969.gif)
![вибропогружатель, патент № 2098557](/images/patents/374/2098557/2098557-6t.gif)
![вибропогружатель, патент № 2098557](/images/patents/374/2098228/969.gif)
![вибропогружатель, патент № 2098557](/images/patents/374/2098557/2098557-7t.gif)
![вибропогружатель, патент № 2098557](/images/patents/374/2098557/2098557-8t.gif)
![вибропогружатель, патент № 2098557](/images/patents/374/2098557/2098557-9t.gif)
![вибропогружатель, патент № 2098557](/images/patents/374/2098557/2098557-10t.gif)
![вибропогружатель, патент № 2098557](/images/patents/374/2098011/8773.gif)
![вибропогружатель, патент № 2098557](/images/patents/374/2098011/8773.gif)
При выходе за пределы регулировочной характеристики N Const в зону меньших давлений P <P дебалансы вращаются с наибольшей постоянной частотой (
![вибропогружатель, патент № 2098557](/images/patents/374/2098228/969.gif)
![вибропогружатель, патент № 2098557](/images/patents/374/2098228/969.gif)
![вибропогружатель, патент № 2098557](/images/patents/374/2098228/969.gif)
![вибропогружатель, патент № 2098557](/images/patents/374/2098228/969.gif)
При возрастании мощности до максимально допустимой (фиг. 4) N P x[N]/P2
![вибропогружатель, патент № 2098557](/images/patents/374/2098011/8773.gif)
![вибропогружатель, патент № 2098557](/images/patents/374/2098173/8776.gif)
![вибропогружатель, патент № 2098557](/images/patents/374/2098557/2098557-11t.gif)
![вибропогружатель, патент № 2098557](/images/patents/374/2098228/969.gif)
![вибропогружатель, патент № 2098557](/images/patents/374/2098011/8773.gif)
![вибропогружатель, патент № 2098557](/images/patents/374/2098228/969.gif)
![вибропогружатель, патент № 2098557](/images/patents/374/2098011/8773.gif)
![вибропогружатель, патент № 2098557](/images/patents/374/2098228/969.gif)
![вибропогружатель, патент № 2098557](/images/patents/374/2098228/969.gif)
![вибропогружатель, патент № 2098557](/images/patents/374/2098113/8805.gif)
Класс E02D7/18 вибропогружение