молот

Формула изобретения

Молот для погружения в грунт строительных элементов, включающий силовой привод, направляющие, в которых движется ударник, состоящий из отдельных секций, между которыми размещены демпфирующие элементы и которые скреплены между собой при помощи стяжек, пропущенных через отверстия в секциях, и шабот с наголовником, отличающийся тем, что секции ударника связаны между собой стяжками через амортизатор до соприкосновения секций с возможностью относительного перемещения секций и стяжек между собой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение предназначено для использования в строительстве для забивания в грунт металлических труб, свай, шпунта и других строительных элементов в вертикальном направлении.

Известен дизель-молот (см. А.В. Суровов, В.В. Лубнин, В.З. Заикина. Машины и оборудование для погружения свай. М. "Высшая школа", 1984 г.).

Дизель-молот работает по принципу двухтактного двигателя внутреннего сгорания со свободным падением ударника и состоит из цилиндра (направляющей трубы), поршня (ударника), шабота, топливного насоса и кошки. Работает следующим образом. Ударник лебедкой копра с помощью кошки поднимается в верхнее положение, в котором поршень автоматически расцепляется с кошкой и под влиянием собственного веса падает вниз. Не доходя до всасывающе-выхлопных окон, поршень приводит в действие насос и топливо подается в сферическое углубление шабота. В нижней мертвой точке происходит удар ударника по шаботу, топливо распыляется, воспламеняется и силой давления расширяющихся газов поршень (ударник) подбрасывается.

Дизель-молот отличается высокими ударными показателями. Недостатком является высокий уровень шума, возникающего при работе молота ввиду выхлопа отработанных, сгоревших газов в атмосферу и механических ударов массивного ударника по шаботу. Недостатком также является сложность конструкции. Ударник и направляющая труба должны быть выполнены по высокому классу точности и чистоты поверхности, т.к. их боковые поверхности образуют камеру сгорания. Ударник выполнен в виде цельного цилиндра, поэтому невозможно изменять массу ударника при погружении разного типа свай. В связи с этим необходимо иметь типоряд дизель-молотов с разными массами ударников для того, чтобы обеспечить различные условия погружения, встречающиеся в практике.

Известен механический молот (см. И. И. Косоруков. Свайные работы. М. "Высшая школа", 1974 г.), включающий ударник, который двигается по направляющим копровой мачты, и силовой привод, состоящий из двигателя внутреннего сгорания и фрикционной лебедки, размещенных на платформе базовой машины. Ударник с помощью троса фрикционной лебедки поднимается на необходимую высоту. Затем выключается барабан фрикционной лебедки. Ударник падает и в конце рабочего хода наносит удар по погружаемому элементу. Холостые и рабочие хода чередуются последовательными включениями и выключениями барабана лебедки. Механические молоты конструктивно просты и долговечны в работе. Ударник представляет собой чугунную или стальную болванку, состоящую из нескольких секций (плит), соединяемых между собой болтами. Такая конструкция ударника позволяет менять его массу в зависимости от массы погружаемых элементов. Недостатком механического молота является наличие механического шума, возникающего при работе молота, а также недолговечность ударника вследствие жесткой связи болтов ударника с его секциями. В момент удара стягивающие болты воспринимают большие ударные нагрузки, достигающие десятков тонн, и поэтому ввиду циклических нагрузок сравнительно быстро выходят из строя. Недостатком также является низкая производительность механического молота.

Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности и достигаемому результату аналогом (прототипом) является молот для погружения в грунт строительных элементов, включающий силовой привод, направляющие, в которых движется ударник, состоящий из отдельных секций, между которыми размещены демпфирующие элементы и которые скреплены между собой при помощи стяжек, пропущенных через отверстия в секциях, и шабот с наголовником (см. а.с. СССР 1770594, М. кл. E 02 D 17/08, 1992).

По сравнению с дизель-молотом при работе этого молота уменьшен шум, т.к. отсутствует аэродинамический шум от выхлопа отработанных газов и поэтому также уменьшено загрязнение окружающей среды. Недостатком молота является наличие механического шума, возникающего при ударе обсадной трубы по шаботу и далее по погружаемому элементу, а также недостаточная передача энергии удара при передаче ударного импульса от сердечника к погружаемому элементу из-за наличия демпфирующих элементов между секциями ударника.

Задача, решаемая изобретением, - снижение шума и увеличение долговечности молота.

Поставленная задача решается за счет того, что в молоте для погружения в грунт строительных элементов, включающем силовой привод, направляющие, в которых движется ударник, состоящий из отдельных секций, между которыми размещены демпфирующие элементы и которые скреплены между собой при помощи стяжек, пропущенных через отверстия в секциях, и шабот с наголовником, секции ударника связаны между собой стяжками через амортизатор до соприкосновения секций с возможностью относительного перемещения секций и стяжек между собой.

Такая конструкция молота обеспечивает быстрое затухание упругой волны, возникающей при ударе в теле ударника за счет того, что энергия волны расходуется в основном на преодоление сил трения в демпферах. Также эта конструкция обеспечивает значительное снижение ударных нагрузок, действующих на стяжки ударника.

Сущность предлагаемого технического решения иллюстрируется схематическим изображением общего вида молота в разрезе.

Конструкцию предлагаемого устройства проиллюстрируем на примере его конкретного исполнения.

Молот содержит направляющую, выполненную в виде направляющей трубы 1. В ней размещен ударник 2, состоящий из отдельных секций - стальных плит 3. Между секциями ударника установлены демпферы 4, которые находятся в напряженном сжатом состоянии при помощи амортизаторов 5 и стяжек 6. Демпферы 4 и амортизаторы 5 могут быть выполнены, например, из резиновых элементов. Стягивание ударника 2 выполняется до соприкосновения его секций с помощью гаек 7. К фланцу направляющей трубы 1 неподвижно прикреплен силовой привод, в качестве которого может быть использован пневматический или гидравлический силовой цилиндр. В рассматриваемом случае применен пневмоцилиндр 8 с поршнем 9, делящем пневмоцилиндр на две полости 10 и 11. К пневмоцилиндру 8 подсоединен пневматический шланг 12. Верхняя полость 10 пневмоцилиндра 8 соединена с атмосферой выхлопным отверстием 13. Переключение силового пневмоцилиндра 8 с рабочего хода на обратный ход и наоборот осуществляется пневмораспределителем 14, имеющем обратную связь с пневмоцилиндром 8. Шток 15 пневмоцилиндра 8 через шарнир 16 связан с ударником 2. К нижней части направляющей трубы 1 соосно, жестко прикреплено переходное устройство 17 с размещенным в нем шаботом 18 и амортизатором 19. Заодно с переходным устройством 17 выполнен опорный фланец 20. В переходное устройство 17 вставлен забиваемый в грунт строительный элемент 21 (в рассматриваемом случае в виде железобетонной сваи). Молот удерживается захватами 22, которые входят в зацепление с направляющими копровой мачты. В верхней и нижней части направляющей трубы 1 выполнены отверстия 23, 24.

Молот работает следующим образом. Для приведения молота в работу в пневмоцилиндр 8 через пневмораспределитель 14 подается сжатый воздух. В это же время воздух из полости 10 выходит в атмосферу через выхлопное отверстие 13. Поршень 9 под действием разности давлений сжатого воздуха под поршнем и над поршнем начинает двигаться вверх, увлекая за собой связанный с ним через шток 15 ударник 2. Происходит взвод ударника 2 - подъем его на необходимую высоту. По мере движения ударника 2 из крайнего нижнего положения до крайнего верхнего положения воздух из пространства над ударником выходит в атмосферу через выхлопное отверстие 23; и выходит в пространство под ударником через выхлопное отверстие 24. В крайнем верхнем положении ударника 2 происходит переключение пневмораспределителя 14. Теперь из полости 11 по пневматическому шлангу 12 через пневмораспределитель 14 отработанный сжатый воздух начинает выхлапываться в атмосферу, а через выхлопное отверстие 13 воздух из атмосферы засасывается в полость 10. В результате давление воздуха в обеих полостях 10 и 11 становится равным атмосферному. Поршень 9, шток 15 и шарнирно связанный с ним ударник 2 под действием силы тяжести начинает с ускорением падать и совершать рабочий ход. В конце рабочего хода ударник 2 наносит удар по шаботу 18, через который удар передается забиваемой железобетонной свае 21. Последняя на определенное расстояние углубляется в грунт и на такое же расстояние отходит вниз от амортизатора 19 шабот 18. Одновременно с этим направляющая труба 1 молота движется вниз до соприкосновения с шаботом 18, при этом удар направляющей трубы 1 о шабот 18 смягчается амортизатором 19, что исключает передачу динамических нагрузок на пневмоцилиндр 8. В крайнем нижнем положении ударника после удара происходит переключение пневмораспределителя 14 и цикл повторяется в той же последовательности.

Под действием удара в месте контакта ударника и шабота возникает местная деформация. Величины давлений (напряжений) на площадках контакта достигает 10⁴ кг/см². Затем деформация от места контакта начинает распространяться в теле ударника в виде упругой волны со скоростью 4900 м/с, дойдя до границ тела ударника волна отражается. В результате многократных отражений волн от контактной площадки и границ тела ударника возбуждается механический шум высокого тока. Механический шум продолжается до тех пор, пока упругая волна не затухнет вследствие потерь ее энергии на нагрев, на трение, на излучение механического шума и т.д. Но самым главным потребителем энергии упругой волны в предлагаемом молоте становятся демпферы 4, которые расположены внутри ударника между его секциями. Энергия упругой волны расходуется на преодоление сил трения в демпферах 4. Поэтому по сравнению с прототипом в предлагаемом молоте в теле ударника появляется новый, значительный потребитель энергии упругой волны. Ввиду этого энергия упругой волны израсходуется быстрее, а вследствие этого и механического шума предлагаемый молот будет издавать меньше.

В момент удара детали ударника воспринимают значительные ударные нагрузки, которые более всего действуют на стяжки 6, как наиболее слабый элемент ударника. В предлагаемом молоте стяжки 6 в момент удара имеют возможность осевого перемещения относительно ударника, т.к. не имеют жесткой связи с ударником. При ударе стяжка 6 движется относительно ударника вниз, при этом своей гайкой 7 производят сжатие амортизатора 5. В результате этого пиковую ударную нагрузку удается значительно снизить, растянув ее во времени. После удара стяжка 6 за счет сил упругости амортизатора 5 возвращается в исходное положение.

Таким образом в предлагаемом молоте за счет демпфирования высокочастотной вибрации, возникающей при многократном отражении упругой волны от границ тела ударника и снижения ударных нагрузок, действующих на стяжки, снижен механический шум и увеличена долговечность молота.