пневмоударная машина для забивания стержней в грунт

Формула изобретения

1. Пневмоударная машина для забивания стержней в грунт, содержащая ударную массу, направляющий узел для движения ударной массы, узел подъема ударной массы, имеющий корпус с полостью, в которой размещено распределительное устройство, и рабочую камеру для сжатого воздуха, образованную корпусом узла подъема ударной массы и мембраной, имеющей отверстие для выхлопа сжатого воздуха, при этом корпус узла подъема ударной массы имеет канал для подачи сжатого воздуха из магистрали и отверстие для подачи сжатого воздуха в рабочую камеру из полости, в которой размещено распределительное устройство, причем ударная масса установлена с возможностью взаимодействия с мембраной и через упомянутые отверстия - для выхлопа сжатого воздуха в мембране и для подачи сжатого воздуха в корпусе узла подъема ударной массы - с распределительным устройством, выполненным в виде подпружиненного клапана отсечки, при этом направляющий узел для движения размещенной в нем ударной массы имеет выхлопные окна и выполнен в виде установленной вертикально трубы с крышкой, которые соединены с корпусом узла подъема ударной массы, отличающаяся тем, что корпус узла подъема ударной массы имеет ступенчатую полость, в которой размещен подпружиненный трехступенчатый стержень, по меньшей мере, два отверстия для подачи сжатого воздуха в рабочую камеру из полости, в которой размещено распределительное устройство, и крышку, выполненную заодно с трубой, в полости которой размещен нижний торец трехступенчатого стержня и верхний торец забиваемого стержня, при этом трехступенчатый стержень установлен с возможностью осевого смещения относительно корпуса узла подъема ударной массы и взаимодействия верхним торцом с ударной массой, а нижним - с забиваемым стержнем, причем распределительное устройство установлено с возможностью взаимодействия с ударной массой через мембрану, кольцевую пластину и жесткие связи, свободно пропущенные через указанные отверстия корпуса узла подъема ударной массы, при этом центральная ступень трехступенчатого стержня имеет поперечный размер больше поперечного размера меньшей части ступенчатой полости корпуса узла подъема ударной массы.

2. Пневмоударная машина по п.1, отличающаяся тем, что выхлопные окна выполнены в нижней части трубы направляющего узла для движения ударной массы.

3. Пневмоударная машина по п.1, отличающаяся тем, что труба, в полости которой размещен верхний торец забиваемого стержня, снабжена уплотнительным приспособлением.

Описание изобретения к патенту

Техническое решение относится к горной и строительной технике, а именно к пневматическим ударным устройствам для забивания в грунт стержневых элементов различного профиля (круг, уголок, швеллер и т.п.).

Известно пневматическое ударное устройство для забивания в грунт стержневых элементов, например труб, по первому варианту патента РФ №2229558, кл. E 02 D 7/08, F 16 L 1/028, опубл. в БИ №15 за 2004 г., содержащее ударную массу, направляющий узел для движения ударной массы, включающий подвес на шарнире для движения ударной массы, прикрепленном к кронштейну над забиваемым стержневым элементом, и узел подъема ударной массы, имеющий корпус с полостью, в которой размещено распределительное устройство, и рабочую камеру для сжатого воздуха. Рабочая камера образована корпусом узла подъема ударной массы и мембраной, имеющей отверстие для выхлопа сжатого воздуха. Корпус узла подъема ударной массы имеет канал для подачи сжатого воздуха из магистрали и отверстие для подачи сжатого воздуха в рабочую камеру из полости, в которой размещено распределительное устройство. Ударная масса установлена с возможностью взаимодействия с мембраной и через упомянутые отверстия - для выхлопа сжатого воздуха в мембране и для подачи сжатого воздуха в корпусе узла подъема ударной массы - с распределительным устройством. Мембрана выполнена в виде усеченного конуса, распределительное устройство - в виде подпружиненного клапана отсечки.

Недостатком известного устройства является его неспособность забивать стержневые элементы в грунт в вертикальном направлении.

Наиболее близким аналогом по технической сущности и достигаемому эффекту является пневматическое ударное устройство для забивания в грунт стержневых элементов, например труб, по второму варианту патента РФ №2229558, кл. E 02 D 7/08, F 16 L 1/028, опубл. в БИ №15 за 2004 г., содержащее ударную массу, направляющий узел для движения ударной массы, узел подъема ударной массы, имеющий корпус с полостью, в которой размещено распределительное устройство, и рабочую камеру для сжатого воздуха, образованную корпусом узла подъема ударной массы и мембраной, имеющей отверстие для выхлопа сжатого воздуха. Корпус узла подъема ударной массы имеет канал для подачи сжатого воздуха из магистрали и отверстие для подачи сжатого воздуха в рабочую камеру из полости, в которой размещено распределительное устройство. Ударная масса установлена с возможностью взаимодействия с мембраной и через упомянутые отверстия - для выхлопа сжатого воздуха в мембране и для подачи сжатого воздуха в корпусе узла подъема ударной массы - с распределительным устройством. Мембрана выполнена в виде усеченного конуса, а распределительное устройство - в виде подпружиненного клапана отсечки. Направляющий узел для движения размещенной в нем ударной массы выполнен в виде установленной вертикально трубы с крышкой, которые соединены с корпусом узла подъема ударной массы.

Недостатком этого пневматического ударного устройства является невозможность забивания в грунт стержней без применения приспособления для передачи ударного импульса от корпуса узла подъема ударной массы забиваемому стержню, которое может быть выполнено, например, в виде цилиндрической насадки, неподвижно соединяющей нижнюю часть машины с торцом забиваемого стержня. Однако указанное приспособление увеличивает потери ударного импульса в системе: ударник - корпус узла подъема ударной массы - приспособление для передачи ударного импульса - забиваемый стержень. Все это снижает эффективность работы устройства.

Технической задачей предлагаемого решения является повышение эффективности работы пневмоударной машины за счет обеспечения центрального жесткого удара по торцу забиваемого стержня, при котором ударный импульс не распространяется в корпусе узла подъема ударной массы.

Поставленная задача решается следующим образом. Предлагается пневмоударная машина для забивания стержней в грунт, содержащая ударную массу, направляющий узел для движения ударной массы, узел подъема ударной массы, имеющий корпус с полостью, в которой размещено распределительное устройство, и рабочую камеру для сжатого воздуха, образованную корпусом узла подъема ударной массы и мембраной, имеющей отверстие для выхлопа сжатого воздуха. Корпус узла подъема ударной массы имеет канал для подачи сжатого воздуха из магистрали и отверстие для подачи сжатого воздуха в рабочую камеру из полости, в которой размещено распределительное устройство. Ударная масса установлена с возможностью взаимодействия с мембраной и через упомянутые отверстия - для выхлопа сжатого воздуха в мембране и для подачи сжатого воздуха в корпусе узла подъема ударной массы - с распределительным устройством, выполненным в виде подпружиненного клапана отсечки. Направляющий узел для движения размещенной в нем ударной массы имеет выхлопные окна и выполнен в виде установленной вертикально трубы с крышкой, которые соединены с корпусом узла подъема ударной массы. Согласно техническому решению корпус узла подъема ударной массы имеет ступенчатою полость, в которой размещен подпружиненный трехступенчатый стержень, по меньшей мере, два отверстия для подачи сжатого воздуха в рабочую камеру из полости, в которой размещено распределительное устройство, и крышку, выполненную заодно с трубой, в полости которой размещен нижний торец трехступенчатого стержня и верхний торец забиваемого стержня. Трехступенчатый стержень установлен с возможностью осевого смещения относительно корпуса узла подъема ударной массы и взаимодействия верхним торцом с ударной массой, а нижним - с забиваемым стержнем. Распределительное устройство установлено с возможностью взаимодействия с ударной массой через мембрану, кольцевую пластину и жесткие связи, свободно пропущенные через указанные отверстия корпуса узла подъема ударной массы. Центральная ступень трехступенчатого стержня имеет поперечный размер больше поперечного размера меньшей части ступенчатой полости корпуса узла подъема ударной массы.

Введение в конструкцию устройства трехступенчатого стержня, установленного в корпусе узла подъема ударной массы с возможностью осевого смещения, позволяет обеспечить центральный жесткий удар по забиваемому стержню и значительно снизить, по сравнению с прототипом, потери переданного ему импульса ударной массы. Кроме того, наличие крышки у узла подъема ударной массы, выполненной заодно с трубой, в полости которой помещен верхний торец забиваемого стержня, дает возможность устанавливать машину на торце стержня и обходиться без приспособления для передачи ударного импульса. Все это позволяет повысить эффективность работы пневмоударной машины.

Целесообразно выхлопные окна выполнить в нижней части трубы направляющего узла для движения ударной массы. Это дает возможность исключить остаток избыточного давления в рабочей камере и в полости под ударной массой при ее прямом ходе, что позволяет увеличить кинетическую энергию ударной массы при ударе и, следовательно, повысить эффективность работы пневмоударной машины.

Целесообразно трубу, в полости которой размещен верхний торец забиваемого стержня, снабдить уплотнительным приспособлением. Это дает возможность неподвижно устанавливать пневмоударную машину на торце забиваемого стержня, обеспечивая более жесткий удар по нему, и тем самым повышать эффективность работы пневмоударной машины.

Сущность технического решения поясняется примером конкретного исполнения и чертежом, на котором изображен общий вид пневмоударной машины для забивания стержней в грунт (продольный разрез, слева от оси - в момент отрыва ударной массы от мембраны, справа - в момент удара), содержащей ударную массу 1, направляющий узел (поз. не обозначен) для движения ударной массы 1, выполненный в виде установленной вертикально трубы 2 с крышкой 3, узел (поз. не обозначен) подъема ударной массы 1, соединенный с трубой 2, и трехступенчатый стержень 4 для передачи ударного импульса от ударной массы 1 забиваемому в грунт 5 стержню 6. Узел подъема ударной массы 1 имеет корпус 7 с крышкой 8, образующие полость 9, в которой установлено распределительное устройство (поз. не обозначено) и которая соединена с каналом 10 для подачи сжатого воздуха из магистрали. Распределительное устройство выполнено в виде клапана 11 отсечки, снабженного пружиной 12 сжатия. В передней части корпуса 7 по периферии закреплена мембрана 13, имеющая отверстие (поз. не обозначено) для выхлопа сжатого воздуха, которая совместно с передним торцом корпуса 7 образует рабочую камеру 14. Клапан 11 отсечки установлен с возможностью взаимодействия с ударной массой 1 через мембрану 13, кольцевую пластину 15, жестко соединенную с клапаном 11 отсечки связями 16, свободно пропущенными через отверстия 17 для подачи сжатого воздуха в рабочую камеру 14 корпуса 7. Корпус 7 имеет сквозную ступенчатою полость (поз. не обозначена), в которой установлен подпружиненный трехступенчатый стержень 4 с возможностью осевого смещения относительно корпуса 7 и взаимодействия верхним торцом с ударной массой 1, а нижним - с торцом забиваемого стержня 6. Крышка 8 выполнена заодно с трубой 18, в полости которой размещен нижний торец трехступенчатого стержня 4 и верхний торец стержня 6. Труба 18 имеет уплотнительное приспособление (поз. не обозначено) для неподвижного соединения машины с верхним торцом забиваемого стержня 6, которое содержит уплотнительные элементы 19 и зажимную гайку 20. Труба 2 в нижней части имеет выхлопные окна 21. Центральная ступень трехступенчатого стержня 4 имеет поперечный размер больше поперечного размера меньшей части ступенчатой полости корпуса 7 узла подъема ударной массы 1.

Пневмоударная машина работает следующим образом. Перед включением машины ее неподвижно устанавливают на верхнем торце забиваемого стержня 6 (см. чертеж) с помощью трубы 18 и уплотнительного приспособления. При этом ударная масса 1 находится в нижнем положении, а трехступенчатый стержень 4 - в верхнем относительно корпуса 7. Клапан 11 отсечки открыт. При включении машины сжатый воздух поступает в рабочую камеру 14 через полость 9 и отверстия 17 корпуса 7, создавая тем самым необходимое (для подъема ударной массы 1) давление в ней. Из нижнего положения под действием давления сжатого воздуха ударная масса 1 начинает движение вверх, накапливая кинетическую энергию до момента отрыва ее от мембраны 13. В этот момент происходит разгерметизация камеры 14 и выхлоп сжатого воздуха в атмосферу через отверстие в мембране 13 и выхлопные окна 21 в трубе 2. Одновременно под действием пружины 12 клапан 11 перекрывает доступ сжатого воздуха из полости 9 в камеру 14. Далее ударная масса 1 под действием силы инерции продолжает движение вверх до некоторой высоты, после чего возвращается в исходное положение и наносит удар по верхнему торцу трехступенчатого стержня 4, который передает ударный импульс забиваемому стержню 6. В момент удара, при погружении в грунт 5 стержня 6, происходит кратковременное смещение трехступенчатого стержня 4 по направлению ударного импульса относительно корпуса 7, после чего корпус 7 под собственным весом смещается вниз и принимает исходное положение относительно трехступенчатого стержня 4. Одновременно с ударом ударная масса 1 перекрывает отверстие для выхлопа сжатого воздуха в мембране 13 и воздействует на клапан 11 отсечки через мембрану 13, пластину 15 и связи 16, смещая его и открывая доступ сжатому воздуху из полости 9 в камеру 14. Затем цикл повторяется.