УНИВЕРСАЛЬНОЕ ВДАВЛИВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к строительному оборудованию, а именно к вдавливающим устройствам, и направлено на увеличение коэффициента несимметрии суммарной направленной инерционной силы, повышение производительности труда, уменьшение потребляемой мощности, снижение материалоемкости и снижение шума в работе, предназначено для безударного и бесшумного погружения в грунт свай, свай-оболочек, труб, шпунтов любых существующих типоразмеров и других свайных элементов и может быть использовано в гражданском, промышленном, энергетическом и дорожном строительстве.
Анализ различных погружающих устройств показывает, что удельный вес зубчатых инерционых самобалансных вибраторов направленного действия в общей компоновке ударных, вибропогружающих и комбинированных устройств составляет наибольшую долю, несет наибольшую функциональную нагрузку, и это обеспечивает наибольшую составляющую эффекта использования этого оборудования.
Известны различные по конструкции виброударные, вибропогружающие и комбинированные устройства, содержащие в своей компоновке зубчатые инерционные самобалансные разноразмерные вибраторы, включающие корпус с размещенными в нем одной, двумя, тремя и даже четырьмя парами равнозначных жестко связанных друг с другом дебалансных зубчатых колес и валов, создающих при вращении в противоположные стороны направленные инерционные силы, периодически и симметрично изменяющиеся по величине, предназначенные для возбуждения колебаний и широко применяемые во всем мире в различных вибрационных устройствах и установках.
Широко известны также вибропогружатели типа ВП отечественного производства, предназначенные (например, модели ВП-2 и ВП-3 с возможностью работы в двухчастотном режиме) для погружения тяжелых железобетонных свай и свай-оболочек, включающие зубчатые инерционные самобалансные бигармонические вибраторы, содержащие целочисленные группы попарно-равнозначных, синхронно вращающихся в противоположные стороны дебалансных зубчатых колес и валов, объединенных в едином корпусе, и создающих суммарную направленную инерционную силу, изменяющуюся по величине периодически, как симметрично, так и не симметрично, предназначенную для возмущения колебаний в О.А.Савинов, А.Я.Лускин // Вибрационный метод погружения свай и его применение в строительстве, государственное издательство литературы по строительству, архитектуре и строительным материалам: Л., М, 1960, стр.63-66.
н
и∑наиб
и∑наим
Недостатки: технологические возможности данного механизма ограничены вследствие недостаточной величины коэффициента несимметрии суммарной направленной инерционной силы, коей является отношение наибольшего значения суммарной направленной инерционной силы к наименьшему (K=F/F=2), для зубчатого самобалансного бигармонического вибратора равное двум. Достичь же больших величин коэффициента несимметрии суммарной направленной инерционной силы при помощи бигармонического вибратора невозможно. Серьезным недостатком является и передача разрушающих колебаний от вибропогружателя на базовую машину. Конструкция аналога предназначена для работы только в водонасыщенных грунтах и не применима в сухих тяжелых грунтах. Также рассматриваемый аналог имеет высокую потребляемую мощность. Указанные недостатки не могут обеспечить высокой производительности труда.
Известен прототип универсальное вдавливающее устройство в описании изобретения к патенту РФ №2388868, МПК E02D 7/00 от 24.02.2009, опубл. 10.05.2010, которое содержит грузовую траверсу, направляющие, сменный свайный наголовник и зубчатый инерционный самобалансный вибратор, включающий корпус, подшипниковые опоры, попарно-равнозначные жестко связанные между собой дебалансные зубчатые колеса и валы, объединенные в отдельные группы, связанные с приводом. Зубчатый инерционный самобалансный вибратор выполнен полигармоническим, попарно-равнозначные дебалансные зубчатые колеса и валы последовательно в мультиплицирующем порядке соединены друг с другом в два равнозначных вертикальных ряда. Дебалансные валы конечной верхней пары кинематически связаны с приводом вращательного движения, выполненным в виде блока из двух равнозначных механических передач и двух равнозначных двигателей, статические моменты дебалансов каждой дополнительной пары выбраны из условия необходимой несимметрии направленной суммарной направленной инерционной силы из диапазона 3÷7, при этом собственный вес универсального вдавливающего устройства выбран с учетом величины вышеуказанной несимметрии суммарной инерционной силы и величины наименьшего критического сопротивления срыву погружаемого элемента. В приводе вращательного движения могут быть применены асинхронные двигатели или серводвигатели.
н
и∑наиб
и∑наим
Недостатки: недостаточная величина коэффициента несимметрии суммарной направленной инерционной силы, коей является отношение наибольшего значения суммарной направленной инерционной силы к наименьшему (K=F/F=7), для зубчатого инерционного полигармонического самобалансного вибратора, выполненного по семиступенчатой схеме равное семи, недостаточно высокая производительность труда, высокая потребляемая мощность и материалоемкость, высокий уровень шума при работе. Применяемые цилиндрические зубчатые передачи сами по себе создают дополнительный шум в работе, требуют смазки и дополнительной герметизации конструкции.
Технический результат: увеличение коэффициента несимметрии суммарной направленной инерционной силы, повышение производительности труда, уменьшение потребляемой мощности, снижение материалоемкости и снижение шума в работе.
Технический результат достигается за счет того, что универсальное вдавливающее устройство, содержащее грузовую траверсу, направляющие, зубчатый инерционный самобалансный вибратор, включающий корпус, подшипниковые опоры, попарно-равнозначные, жестко связанные между собой дебалансные валы, объединенные в отдельные группы, связанные с приводом вращательного движения, отличающееся тем, что универсальное вдавливающее устройство, выполненное одноимпульсным или двухимпульсным, содержит сменное захватное устройство, инерционный полигармонический самобалансный вибратор включающий зубчатые шкивы, ремни, натяжные ролики, попарно-равнозначные дебалансные валы, при этом зубчатые шкивы, попарно-равнозначные дебалансные валы, оси которых расположены преимущественно в разных вертикальных плоскостях, последовательно в мультиплицирующем порядке соединены друг с другом посредством зацепления зубчатых шкивов, зубчатых ремней, количество которых может быть отлично от двух, в два равнозначных ряда, смонтированных в подшипниковых опорах несущих стенок корпуса, а зубчатые шкивы начальной пары рядовых соединений кинематически также связаны друг с другом, при этом количество дополнительных попарно-равнозначных дебалансных валов, присоединенных к начальной паре, выбрано из диапазона 2÷9, порядок частоты вращения каждой из них по отношению к начальной паре выбран целочисленным из диапазона 1÷18, дебалансные валы преимущественно конечной верхней пары кинематически соединены с приводом вращательного движения, связанного с выносным пультом и выполненного в виде блока из двух равнозначных механических передач и двух равнозначных двигателей, количество которых может быть отлично от двух, размещенных на верхней крышке корпуса или на боковых стенках корпуса работающих синхронно с возможностью плавного регулирования частоты вращения, статические моменты дебалансных валов каждой дополнительной пары выбраны из условия необходимого коэффициента несимметрии суммарной направленной инерционной силы из диапазона 3÷10, приэтом в приводе вращательного движения в качестве равнозначных двигателей могут быть применены электродвигатели или гидромоторы, или серводвигатели, работающие синхронно с возможностью плавного регулирования частоты вращения и управляемые выносным пультом, а создаваемые суммарные направленные инерционные силы выбраны из диапазона: 0,1-0,5, 0,5-25, 25-75, 75-110, 110-250, 250-500, 500-800, 800-1200, 1200-1500, 1500-3000 тонн.
Увеличение коэффициента несимметрии суммарной направленной инерционной силы, повышение производительности труда, уменьшение потребляемой мощности достигается за счет того, что введенные зубчатые шкивы, зубчатые ремни и натяжные ролики, позволяют увеличить количество дополнительных попарно-равнозначных дебалансных валов присоединенных к начальной паре, выполнить универсальное вдавливающее устройство восьми и более ступенчатым, что позволяет увеличить коэффициент несимметрии суммарной направленной инерционной силы и выбор статических моментов дебалансных валов и параметров частоты вращения каждой дополнительной пары дебалансных валов по отношению к начальной паре, позволяющих получить два импульса за один оборот начальной пары дебалансных валов (фиг.3) позволяет увеличить производительность труда в 2-2,5 раза.
Уменьшение потребляемой мощности достигается за счет того, что введенные зубчатые шкивы, зубчатые ремни и натяжные ролики, позволяют увеличить количество дополнительных попарно-равнозначных дебалансных валов присоединенных к начальной паре и выполнить универсальное вдавливающее устройство восьми и более ступенчатым, увеличивая передаточное отношение от привода вращательного движения к начальной паре дебалансных валов.
Снижение материалоемкости достигается за счет того, что введенные зубчатые шкивы, зубчатые ремни и натяжные ролики позволяют уменьшить межосевые расстояния между попарно-равнозначными дебалансными валами, оси которых расположены преимущественно в разных вертикальных плоскостях, и даже увеличенное количество дополнительных попарно-равнозначных дебалансных валов присоединенных к начальной паре, позволяет получить конструкцию универсального вдавливающего устройства более компактной и легкой.
Снижение шума в работе достигается за счет того, что введены зубчатые шкивы, зубчатые ремни и натяжные ролики.
Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенных в формуле полезной модели, неизвестна. Установлено, что заявленное техническое решение не следует явным образом из известного уровня техники. Это позволяет сделать вывод о ее соответствии условию патентоспособности «новизна» и условию промышленной применимости. Использование заявляемого устройства обеспечивает достижение технического результата: увеличение коэффициента несимметрии суммарной направленной инерционной силы, повышение производительности труда, уменьшение потребляемой мощности, снижение материалоемкости и снижение шума в работе.
Сущность полезной модели поясняется рисунками, где
на фиг.1 изображена схема универсального вдавливающего устройства;
на фиг.2 представлена диаграмма изменения суммарной направленной инерционной силы одноимпульсного инерционного полигармонического самобалансного вибратора, выполненного по восьмиступенчатой схеме устройства;
на фиг.3 представлена диаграмма изменения суммарной направленной инерционной силы двухимпульсного инерционного полигармонического самобалансного вибратора, выполненного по девятиступенчатой схеме устройства.
Универсальное вдавливающее устройство, выполненное одноимпульсным или двухимпульсным, содержит грузовую траверсу - 1, направляющие - 2, сменное захватное устройство - 3, инерционный полигармонический самобалансный вибратор - 4, включающий корпус - 5, подшипниковые опоры - 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, зубчатые ремни 14, 15, количество которых может быть отличным от двух, натяжные ролики 16, зубчатые шкивы 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24 и попарно-равнозначные дебалансные валы 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, объединенные в отдельные группы, связанные с приводом вращательного движения 33 (далее ПВД).
Оси попарно-равнозначных дебалансных валов 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32 расположены преимущественно в разных вертикальных плоскостях. В корпусе 5 указанные зубчатые шкивы 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24 и попарно-равнозначные дебалансные валы 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32 с определенными расчетными параметрами и определенными расчетными статическими моментами дебалансов: начальные - 17 и 25 и дополнительные - 18 и 26, 19 и 27, 20 и 28, 21 и 29, 22 и 30, 23 и 31, 24 и 32 размещены в два восьмиступенчатых равнозначных ряда. При этом названные дебалансные пары последовательно в мультиплицирующем порядке кинематически, с помощью зацепления своих соответствующих пар зубчатых шкивов: - 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, жестко связанные между собой зубчатыми ремнями 14, 15 и натяжными роликами 16, смонтированы в соответствующих подшипниковых опорах 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 несущих стенок корпуса - 5 с возможностью попарно синхронно и синфазно вращаться в противоположных направлениях.
Количество дополнительных попарно-равнозначных дебалансных валов 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, присоединенных к начальной паре принято равным семи. Порядок частоты вращения каждой дополнительной пары по отношению к начальной паре выбран целочисленным из диапазона 1-16.
Углы сдвига фаз каждой дополнительной пары относительно начальной приняты равными нулю. Дебалансные валы 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32 преимущественно конечной верхней пары кинематически связаны с ПВД, выполненным в виде блока 33, состоящего из двух равнозначных механических передач и двух равнозначных электродвигателей 36, также могут применяться серводвигатели или гидромоторы, или др. приводы вращательного движения, работающие синхронно с возможностью плавного регулирования частоты вращения и управляемые выносным пультом 34. Количество электродвигателей 36 может быть отличным от двух. Электродвигатели 36 могут быть размещены на верхней крышке 37 корпуса 5 или Набоковых стенках 38 корпуса 5.
Представленная на фиг.2 несимметрия суммарной направленной инерционной силы одноимпульсного инерционного полигармонического самобалансного вибратора, выполненного по восьмиступенчатой схеме предлагаемого универсального вдавливающего устройства, по определению равна
и∑наиб
и∑наим
Kн=F/F=8, где:
Kн - коэффициент несимметрии суммарной направленной инерционной силы;
∑наиб
Fи - наибольшее значение суммарной направленной инерционной силы;
∑наим
Fи - наименьшее значение суммарной направленной инерционной силы.
Представленная на фиг.3 диаграмма изменения суммарной направленной инерционной силы двухимпульсного инерционного полигармонического самобалансного вибратора, выполненного по девятиступенчатой схеме предлагаемого универсального вдавливающего устройства, по определению равна
∑наиб
∑наим
Kн=Fи/Fи=8, где:
Kн - коэффициент несимметрии суммарной направленной инерционной силы;
∑наиб
Fи - наибольшее значение суммарной направленной инерционной силы;
∑наим
Fи - наименьшее значение суммарной направленной инерционной силы.
Устройство работает следующим образом.
Универсальное вдавливающее устройство, закрепленное посредством грузовой траверсы 1 на крюковой обойме грузоподъемного крана и установленное в направляющих его копровой стойки посредством направляющих 2 (допускается в отсутствие копровой стойки и простой подвес на крюковой обойме), подводится машинистом крана к специальному стеллажу с уложенными на нем под уклоном 6-7 град к горизонту свайными элементами и надевается на свайный элемент 35 сменное захватное устройство 3. Помощник машиниста с помощью выносного пульта 34 сменным захватным устройством 3 зажимает свайный элемент 35. Машинист крана по команде помощника выставляет свайный элемент 35 в вертикальное положение, выводит его на точку погружения и переводит грузовую лебедку в режим растормаживания. Помощник машиниста посредством выносного пульта 34 включает ПВД 33, крутящий момент валов электродвигателей 36, расположенных на верхней крышке 37 или боковых стенках 38 корпуса 5, через механические передачи передается на зубчатые шкивы 24 связанные неподвижным соединением с своими дебалансными валами 32 и находящимися в своих подшипниковых опорах 13, далее крутящий момент передается на зубчатые шкивы 23, 22, 21, 20, 19, 18, 17 посредством зубчатых ремней 14 и 15, натянутых с помощью своих натяжных роликов 16, связанные неподвижным соединением с своими дебалансными валами 31, 30, 29, 28, 27, 26, 25 находящимися в своих подшипниковых опорах 12, 11, 10, 9, 8, 7, 6 расположенных в несущих стенках корпуса 5. Попарно синхронно и синфазно вращающиеся в противоположных направлениях дебалансные валы 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32 создают суммарную направленную инерционную силу инерционного полигармонического самобалансного вибратора 4, диаграмма изменения которой поясняется фигурами 2 и 3. Эта сила посредством захватного устройства 3 передается на свайный элемент 35 и происходит его плавное погружение на заданную глубину. Затем помощник машиниста посредством выносного пульта 34 освобождает свайный элемент 35 от зажима в захватном устройстве 3. Машинист крана по команде помощника поднимает устройство и… далее цикл повторяется.
Технико-экономический эффект от использования предлагаемого технического решения выражается в увеличении коэффициента несимметрии суммарной направленной инерционной силы, повышении производительности труда в 2-2,5 раза, уменьшении потребляемой мощности, снижении материалоемкости и снижении шума в работе и на его основе создании новых высокопроизводительных энергоресурсосберегающих технологий и устройств в первую очередь для строительной отрасли: безударных и бесшумных универсальных вдавливающих устройств, вибропогружающих и виброударных устройств, вибропробивных инъекционных устройств для изготовления колодцев без выемки грунта и высококачественных набивных свай повышенной несущей способности, прокалывающих устройств для скважин под воду и мн. др.
Заявляемая полезная модель экспериментально осваивается в г.Воронеже на предприятии ООО «Инжиниринговый центр «Виброновации» с 2011 г.
Перечень позиций.
1 - грузовая траверса;
2 - направляющие;
3 - сменное захватное устройство;
4 - инерционный полигармонический самобалансный вибратор;
5 - корпус;
6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 - подшипниковые опоры;
14, 15 - зубчатые ремни;
16 - натяжные ролики;
17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24 - зубчатые шкивы;
25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32 - дебалансные валы;
33 - привод вращательного движения;
34 - выносной пульт;
35 - свайный элемент;
36 - электродвигатель;
37 - верхняя крышка;
38 - боковая стенка.