способ подъема и подачи сваи в зев зажима сваепогружателя и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Устройство подъема и подачи сваи в зев зажима сваепогружателя, характеризующееся тем, что включает в себя прикрепляемый к нижней части зажима вибропогружателя кронштейн, в котором на оси смонтирован рычаг, установленный с возможностью поворота вокруг этой оси в направлении к зажиму вибропогружателя или от него и выполненный на другом конце с наконечником, входящим в зацепление с элементом зацепления на оголовке сваи, а элемент зацепления на оголовке сваи выполнен в виде закрепляемой на свае направляющей, или в виде ответного элемента в свае, выполненного в ней или изготовленного в процессе производства сваи.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что рычаг выполнен в виде вилки, на конце которой установлены ролики или выступы, а элемент зацепления, предназначенный для прикрепления к наружной стенке сваи, имеет в поперечном сечении форму двутавра для размещения роликов или выступов под верхними горизонтальными полками, а по длине направляющий элемент выполнен с участком постоянной высоты, который заканчивается закрытым участком.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно имеет фиксирующий механизм предотвращающий маятниковые колебания рычага вокруг своей оси при вибропогружении сваи.

4. Способ подъема и подачи сваи в зев зажима сваепогружателя, заключающийся в захвате горизонтально расположенной на опорной поверхности сваи и подъеме ее до вертикального положения для закрепления оголовка сваи в зеве зажима сваепогружателя, отличающийся тем, что к оголовку горизонтально расположенной на опорной поверхности сваи прикрепляют направляющую, куда заводят шарнирно прикрепленную к закрепленному в нижней части зажима сваепогружателя кронштейну, затем подъемом сваепогружателя осуществляют подъем оголовка сваи в направлении к зеву по дуговой траектории до упора оголовка сваи в кронштейн, оставляя другой конец сваи на опорной поверхности, и заводят оголовок сваи в зев зажима, после чего отводят тягу от контакта с направляющей и фиксируют сваю в зажиме.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при свайных работах в машинах для погружения и извлечения свай (шпунтовых, балочных, трубных). Эти машины могут быть как экскаваторными, так и свободно подвешенными на кранах.

В качестве примера для описания работы устройства взят гидравлический вибропогружатель и стальная шпунтовая свая типа Ларсен. Для вибропогружателей, свободно подвешенных на кранах, не существует известного специального устройства для подъема сваи из горизонтального положения и подачи ее в зев вертикального зажима вибропогружателя.

Из существующего уровня техники известны экскаваторные вибропогружатели с поворотным захватом фирмы ICE (типа SH) holland.com/producten/36551/Trilblokken/ и подобные других фирм, имеющие конструкцию, позволяющую взять шпунтовую сваю из горизонтального положения с грунта.

Наиболее близким устройством того же назначения по совокупности признаков является поворотный зажим фирмы РТС, имеющий название "Tiltex 60t", представленный на сайте этой компании «РТС Fayat Group» компании в сети Интернет по адресу http://www.ptc.fayat.com/1-1465-1566-1573/Excavator-mounted-PNF-PHC-PHFV.Htm, в статье «Excavator mounted: PHF, РНС, PHFV» (обнаружено 01.02.2012 г.). Известное решение принято в качестве прототипа для обоих заявленных объектов.

На этом устройстве гидравлический зажим смонтирован на поворотном рычаге, свободно подвешенном на шарнире в нижней части вибропогружателя, и он может менять свое положение вместе с поворотным шарниром. Первоначально поворотный рычаг, вместе с зажимом, висит под действием силы тяжести вертикально, зев зажима при этом находится в горизонтальном положении, его надевают на лежащую шпунтовую сваю и зажимают. При подъеме сваи до вертикального положения поворотный рычаг принимает горизонтальное положение и противоположный от шарнира его конец защелкивается в замке, закрепленном в нижней части коробки возбуждения вибропогружателя. Зев зажима при этом, как и свая, находятся в вертикальном положении и готовы для начала процесса погружения. Недостатком этих устройств является узкая область их применения - только для экскаваторных вибропогружателей с усилием зажима до 60 тонн из-за больших нагрузок на шарнир и замок, которые воспринимают всю динамическую нагрузку во время погружения сваи.

Таким образом, все узлы известного устройства направлены на решение двух задач: захват сваи и обеспечение ее погружения. При этом все узлы известного устройства участвуют в решении этих двух задач, то есть воспринимают все динамические нагрузки, что и определяет предел эксплуатационной надежности известного устройства.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание устройства, не подвергающегося вертикальным нагрузкам во время погружения сваи и способного функционировать как на экскаваторных, так и на крановых сваепогружателях.

Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении эффективности и упрощения процесса подъема и подачи сваи в зев сваепогружателя за счет обеспечения перемещения захваченной сваи только в одном направлении строго между губками зажима и исключения участия узла направления сваи в зев в процесс погружения сваи в грунт.

Указанный технический результат в части устройства достигается тем, что устройство подъема и подачи сваи в зев зажима сваепогружателя включает в себя прикрепляемый к нижней части гидравлического зажима вибропогружателя кронштейн, в котором на оси смонтирован поворотный рычаг, установленный с возможностью поворота вокруг этой оси и имеющий на конце вилку, на которой соосно закреплены два ролика. Ролики заводятся в направляющую имеющую форму двутавровой балки с упором для роликов в передней части. Направляющая закреплена на верхней части сваи. По другому варианту исполнения рычаг оснащен крюком для зацепления со сваей. По другому варианту исполнения рычаг оснащен крюком для зацепления с осью направляющей или со сваей.

Кроме того, в частных формах исполнения технический результат может достигаться за счет того, что рычаг может быть выполнен в виде вилки, на конце которой установлены ролики или выступы, а элемент зацепления, предназначенный для прикрепления к наружной стенке сваи, имеет в поперечном сечении форму двутавра для размещения роликов или выступов под верхними горизонтальными полками, а по длине направляющий элемент выполнен с участком постоянной высоты, который заканчивается закрытым участком.

Кроме того, в частных формах исполнения технический результат может достигаться за счет того, что устройство имеет фиксирующий механизм предотвращающий маятниковые колебания рычага вокруг своей оси при вибропогружении сваи.

Кроме того, в частных формах исполнения технический результат может достигаться за счет того, что направляющий элемент может быть выполнен с возможностью его прикрепления к наружной стенке сваи посредством резьбовых соединений или газовой или электрической сваркой.

Кроме того, в частных формах исполнения технический результат может достигаться за счет того, что рычаг может быть выполнен в виде двух шарнирно связанных между собой двух звеньев, одно из которых представляет собой тягу, шарнирно связанную с кронштейном, а второе звено шарнирно соединено с первым и выполнено в виде крюка с утолщением на носу, а ответный элемент выполнен в виде закрепляемой на стенке сваи оси для захвата ее крюком или в виде выполненного в стенке сваи сквозного выреза, состоящего из участка шириной более расстояния между крайними торцами утолщений на носу для ввода крюка внутрь сваи, и участка с шириной более толщины самого крюка и менее ширины первого участка паза.

Указанный технический результат в части способа достигается тем, что в способе подъема и подачи сваи в зев зажима сваепогружателя, заключающемся в захвате горизонтально расположенной на опорной поверхности сваи и подъеме ее до вертикального положения для закрепления оголовка сваи в зеве зажима сваепогружателя, на оголовке сваи закрепляют, или делают направляющий элемент, в который заводят наконечник рычага, шарнирно прикрепленного к сваепогружателю, затем подъемом сваепогружателя осуществляют подъем оголовка сваи в направлении к зеву по дуговой траектории. После упора оголовка сваи в кронштейн, оставляя другой конец сваи на опорной поверхности, заводят оголовок сваи в зев зажима, после чего фиксируют поворотный рычаг отклоняя сваю влево в другую сторону от вертикального положения, затем фиксируют сваю в вертикальном положении в зажиме.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.

Настоящее изобретение поясняется конкретными примерами исполнения, которые, однако, не являются единственно возможными, но наглядно демонстрируют возможность достижения требуемого технического результата:

фиг.1 - общий вид устройства в момент захвата горизонтально лежащей сваи, первый пример исполнения;

фиг.2 - общий вид устройства для захвата направляющей для сваи, вид А по фиг.1;

фиг.3 - закрепление направляющей на горизонтально лежащей свае, вид сбоку;

фиг.4 - то же, что на фиг.3, вид Б;

фиг.5 - показано перемещение верхнего конца сваи к упору кронштейна при ее подъеме краном вместе со сваепогружателем;

фиг.6 - разрез А-А по фиг.5;

фиг.7 - показаны положения сваи в крайнем левом, для фиксации поворотного рычага, и конечном зажатом между губками зажима;

фиг.8 - общий вид устройства второго примера исполнения в свободном состоянии, в момент захвата перед началом подъема горизонтально лежащей сваи и в правом зафиксированном состоянии;

фиг.9 - общий вид устройства для захвата направляющей для сваи, вид Б по фиг.8;

фиг.10 - общий вид устройства в момент захвата горизонтально лежащей сваи, третий пример исполнения;

фиг.11 - вид В по фиг.11;

фиг.12 - разрез Б-Б по фиг.10, первый пример исполнения паза;

фиг.13 - разрез Б-Б по фиг.10, второй пример исполнения паза;

фиг.14 - разрез Б-Б по фиг.10, третий пример исполнения паза;

фиг.15 - разрез Б-Б по фиг.10, четвертый пример исполнения паза.

Согласно настоящему изобретению рассматривается конструкция устройства подъема и подачи свай в зев зажима сваепогружателя, обеспечивающее повышение техники безопасности, удобство и увеличение арсенала средств при выполнении данного этапа работы. Заявленное устройство подачи свай в зажим сваепогружателей разрешает ее движение только в одной плоскости, ориентирует сваю строго между губками зажима и не подвергается основным нагрузкам после выполнения своей части работы. В рамках настоящего изобретения рассматривается способ и устройство подъема и подачи сваи в зев зажима сваепогружателей, механизм которого не будет подвергаться разрушительным нагрузкам во время погружения сваи и будет способен функционировать как на всех экскаваторных сваепогружателях, так и свободно подвешенных на крюках крана.

Устройство подъема и подачи сваи в зев зажима сваепогружателя по настоящему изобретению включает себя шарнирно соединенный с нижней частью зажима сваепогружателя поворотный рычаг, предназначенный для захвата лежащей горизонтально сваи в зоне ее оголовка и для подъема лежащей горизонтально сваи до положения ее ввода в зев зажима сваепогружателя. Особенностью данного устройства также является то, что рычаг, установленный с возможностью поворота вокруг оси в направлении к зажиму вибропогружателя или от него, выполнен с наконечником на другом конце, который взаимодействует с закрепляемой на свае направляющей, или ответного элемента в свае, выполненным в ней или изготовленным в процессе производства сваи.

Для захвата и подъема сваи используется специальная направляющая, которая закрепляется на свае в зоне ее оголовка, или делается непосредственно в ней, или изготавливается в процессе производства сваи, являясь составной часть самой сваи.

При использовании данного устройства для подъема и подачи сваи в зев зажима сваепогружателя сначала на оголовке сваи закрепляют направляющий элемент и заводят в него ролики поворотного рычага, который прикреплен к сваепогружателю, затем подъемом сваепогружателя осуществляют подъем оголовка сваи в направлении к зеву по дуговой траектории, при этом другой конец сваи находится на земле до полного зажима сваи между неподвижной и подвижной губками зажима, после касания оголовком сваи упора кронштейна крановщик прекращает подъем и начинает горизонтальное перемещение вибропогружателя вместе с зажимом и устройством подачи в сторону вертикального положения сваи, при этом поворотный рычаг откланяется вправо, оголовок сваи отходит от упора кронштейна, нижний конец сваи находится на земле а верхний конец поднимается вверх по дуге окружности, диаметр которой равен диаметру сваи. По мере продвижения сваи вверх направляющая перемещается по роликам поворотного рычага, которые поддерживают ее. Аккуратно заводят оголовок сваи в зев зажима до верхнего края губок, затем сваю подают еще влево в сторону противоположную от вертикального положения, чтобы поворотный рычаг принял крайнее правое положение 1 и зафиксировался. Фиксация поворотного рычага в положении 1 нужна для того, чтобы он во время вибрации при погружении сваи не совершал маятниковые колебательные движения вокруг своей оси и не разбивал ролики и направляющую. Проверив, чтобы верхний край сваи не выступал над верхним краем подвижной губки, включают гидроцилиндр зажима и прижимают стенку сваи подвижной губкой к неподвижной. При этом верхние полки направляющей отходят от роликов и не будут их касаться во время вибрации и погружении сваи. Теперь зажатую сваю вместе со сваепогружателем перемещают в нужное место для погружения.

По первому примеру исполнения (фиг.1-7) это устройство состоит из кронштейна 1, который закреплен на нижней части гидравлического зажима вибропогружателя 2 (вибрационная машина), с кронштейном соединен поворотный рычаг 3, имеющий возможность поворота вокруг оси 4, закрепленной в стенках кронштейна. Другой конец поворотного рычага выполнен в форме вилки, на которой соосно закреплены два ролика, обращенных навстречу друг другу. Ролики заводятся в направляющую 6, которую закрепляют на шпунте, балке, трубе, свае 7. Это устройство предназначено для удержания сваи при подъеме вибрационной машины крюком крана или стрелой экскаватора и направления сваи в зев зажимного устройства 8 вибропогружателя 2. Таким образом, поворотный рычаг 3 имеет возможность поворота только в одной вертикальной плоскости, которая проходит через зев зажимного устройства (гидравлического зажима 8) и только в направлении к этому зеву или от него. В целях упрощения конструкции ролики могут быть заменены выступами цилиндрической, или иной формы.

Поворотный рычаг снабжен двойным шариковым фиксатором 9 и имеет два крайних фиксируемых положения рабочее «I» и транспортное «II». Применение фиксатора обеспечивает возможность фиксирования поворотного рычага при транспортировке

машины и перед началом погружения сваи. Надежность его работы определена тем, что он функционирует при ненагруженном поворотном рычаге. При его отсутствии устройство остается работоспособным, но его наличие исключает ненужные маятниковые колебания поворотного рычага вокруг своей оси в процессе вибропогружения.

Эксплуатационная надежность и долговечность шарнирного соединения «поворотный рычаг-ось 4» определена не только расчетом по динамике нагружения, но и тем, что в момент нагрузки от веса сваи поворотный рычаг не вращается, и поэтому вся нагрузка через ось 4 передается в заделку оси в корпусе кронштейна. При выборе соответствующего металла для материла оси и кронштейна такой шарнир обеспечивает возможность очень высокого нагружения при сохранении долговременной работоспособности, тем более, что это весовое нагружение проводится в момент, когда и рычаг и ось статичны, то есть не имеют относительных перемещений.

Гидравлический зажим 8, находящийся в нижней части гидравлического вибропоружателя 2, зажим имеет неподвижную 10 и подвижную 11 губки. Для подъема сваи используется направляющая 6, которую предварительно закрепляют газовой или электрической сваркой на свае 8 (шпунтовой или иного типа свае). Направляющая 6 может крепиться к стенке сваи резьбовыми соединениями (фиг.3). Для резьбовых элементов в направляющей оформляются места под болты спереди и сзади, а для уменьшения нагрузок на болты под гайки установлен пакет тарельчатых пружин. Направляющую выполняют с возможностью ее прикрепления к наружной стенке сваи разъемным или неразъемным способом. Направляющий элемент имеет с одной стороны заход, с другой стороны упор для наконечника поворотного рычага. Направляющая 5 представляет собой, как это показано на фиг.1, 3, 4 и 6, деталь, по форме поперечного сечения совпадающая с двутавром, то есть выполнена с двумя полками, разделенными общей продольной перегородкой. Эти полки необходимы для того, чтобы поддерживать направляющую и сваю непосредственно перед заходом ее в зев зажима, из них же формируется упор в передней части направляющей. Направляющая 6 имеет участок постоянной высоты, открытый с одной стороны (для заведения под полки роликов), с другой стороны расположен упор, за который производится подъем направляющей и сваи из горизонтального положения в вертикальное. Как только свая в при подъеме упирается в упор 12 кронштейна 1, начинают горизонтальное перемещение сваепогружателя и свая, опираясь одним концом на грунт, другим, поднимаясь по окружности, заводится в зев зажима, выравнивается с губками зажима по высоте и прижимается подвижной губкой к неподвижной.

На фиг.5 показано перемещение верхнего конца сваи к упору кронштейна при ее подъеме краном вместе со сваепогружателем. Верхняя поверхность сваи вращается по касательной к окружности диаметром D=2(h-t-d/2) где: h - высота; t - толщина полки двутавровой балки с параллельными гранями полок; d - диаметр ролика поворотного рычага, или D/2=oa - меньшая сторона прямоугольного треугольника oab, вращающегося вокруг «0», где «ob» радиус описываемый концом сваи, a «ab» - расстояние от точки пересечения перпендикуляра «оа» с поверхностью сваи до конца сваи (фиг.6).

На фиг.7 показаны два положения сваи, первое - верхняя часть сваи в крайнем левом положении - поворотный рычаг уже зафиксирован в рабочем положении и неподвижен (штриховая линия) и второе окончательное положение сваи перед погружением, где поворотный рычаг остается зафиксированным в рабочем положении, а верхняя полка направляющей отошла от него на расстояние «з».

Требуемое расстояние «к» установки направляющей на сваю должно быть таким, чтобы был обеспечен зазор «е» над ней, и равный или немного больший ему зазор «ж» между направляющей и упором кронштейна. Зазор «е» должен быть не менее половины диаметра ролика направляющей и нужен для выхода роликов из направляющей после окончания погружения сваи, разжатия губок и опускания сваепогружателя на расстояние, равное зазору «е» до упора в сваю.

Длина «л» направляющей сваи должна позволять выходу роликов и освобождения поворотного рычага в этом случае.

Подъем и подачу сваи в зев зажима сваепогружателя предлагается производить следующим образом: к направляющей, предварительно закрепленной на свае, подается вибропогружатель, подвешенный на крюке крана, или на рукояти экскаватора, ролики поворотного рычага заводятся в направляющую и перемещаются до упорной ее части (фиг.1), затем сваю поднимают до соприкосновения с упором 12 кронштейна (фиг.4). После этого вибропогражатель начинают перемещать стрелой крана по горизонтали, при этом нижний конец сваи находится на земле, а верхний движется по окружности влево, при этом он поднимается вверх по окружности, радиус которой равен длине сваи. При подъеме до вертикального положения на угол « » (фиг.7) верхний край сваи поднимется на расстояние «z», которое равно z=l-lcos , при стандартном размере сваи l=12 м, в нашем случае угол =15 град. см фиг.4, z=12-12cos15=0,409м=409мм. Для нашего примера взят гидравлический зажим с усилием сжатия 160 тонн. У него расстояние «к» от верхнего края сваи до верхнего края губок зажима будет 375 мм (фиг.7). Т.е. при переходе в вертикальное положении, в нашем случае, верхний край поднимется больше, чем достаточно, машинисту крана даже надо будет чуть приподнять вибропогружатель. В процессе подъема свая заводится в зев зажима до вертикального положения, затем отклоняется в противоположную сторону для фиксации поворотного рычага, выравнивается с верхним краем губок и зажимается между ними. Перемещается вместе с вибропогружателем в нужное место и погружается. Процесс извлечения сваи происходит в обратном порядке.

По второму примеру исполнения поворотный рычаг выполнен из двух шарнирно связанных между собой двух звеньев 13 и 14, одно 13 из которых представляет собой тягу, шарнирно связанную с кронштейном так, как это показано на примера поворотного рычага на фиг.1 и 2, а второе звено 14 шарнирно (осью) соединено с первым и выполнено в виде наконечника - крюка с требуемым утолщением на носу. Пружина 15 между первым и вторым звеном в разгруженном состоянии устанавливает их относительно друг друга под заданным углом . Крюк имеет возможность поворота в плоскости поворота первого звена 13. Для этого примера направляющая 16, которую прикрепляют к стенке сваи сваркой или посредством болтовых соединений, содержит боковые стенки, в которых закреплена ось 17 для того, чтобы можно было крюк завести под ось. При подъеме сваи крюк удерживает сваю за эту ось. Эта направляющая выполнена таким образом, что является охватывающей для крюка поворотного рычага.

Оба рассмотренных примера основаны на том, что для захвата поворотным рычагом горизонтально лежащей сваи и ее подъема необходимо использовать направляющую, которую прикрепляют к каждой свае сваркой или разъемным соединением. Но возможно исполнение такой части как направляющая непосредственно в свае при ее изготовлении. Так, для примера применения поворотного рычага, состоящего из двух шарнирно связанных звеньев, одно из которых выполнено в виде крюка (пример на фиг.8), возможно не использовать специальную направляющую как отдельную деталь. На фиг.10 показана свая, в теле которой в зоне оголовка выполнен сквозной вырез 18. Так как крюк на конце имеет утолщения 19, то вырез имеет фигурную форму в плане. Вырез состоит из участка шириной, равной или более расстояния между крайними торцами утолщений крюка с тем, чтобы можно было часть крюка с этими утолщениями на конце ввести через вырез внутрь сваи, и участка с шириной не более толщины самого крюка и менее ширины первого участка выреза. Второй участок в вырезе необходим для того, чтобы крюк смог упереться в сваю изнутри в ее стенку. Это позволяет осуществлять подъем сваи по примеру подъема ранее рассмотренного для поворотного рычага с направляющей, прикрепляемой к свае снаружи ее стенки. На фиг.12-15 приведены примеры форм выреза, которые могут быть выполнены в свае при ее изготовлении в промышленном производстве. Вырез может иметь различную форму входа для наконечника поворотного рычага в зависимости от его формы или технологии выреза. Поэтому можно считать, что направляющий элемент выполнен таким образом, что является вырезанным непосредственно в стенке сваи. Данные изменения не нарушают эксплуатационных качеств сваи, но позволяют существенно сократить время на подъем сваи и упростить процесс подъема за счет исключения операций по прикреплению специальной направляющей.

Настоящее изобретение промышленно применимо, опробовано в опытном режиме и показало высокую эффективность проведения работ по захвату с земли свай и введения их в грунт, при этом сильно сокращено время на операцию по подъему сваи в вертикальное положение.