УСТРОЙСТВО УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ ДЛЯ ПОГРУЖЕНИЯ СТЕРЖНЕЙ В ГРУНТ
IMPACT DEVICE TO SUBMERGE RODS INTO SOIL

Изобретение относится к области строительной техники и может быть использовано для погружения в грунт длинномерных гибких стержневых элементов, например арматурных стержней или труб.
Известны различные устройства для погружения труб, например, по патентам RU №2324031 (2006 г.), №2231598 (2002 г.) и др. Так, устройство для забивания в грунт металлических конструкций по патенту №2231598 предназначено для забивки стоек дорожного барьерного ограждения и других подобных металлических предметов. Данное устройство содержит корпус, в котором расположен ударник в виде массивного ударника и механизм для взвода и спуска ударника, выполненного в виде кулачка и пружины.
Недостатком известного устройства является возможность нанесения удара только по верхнему торцу погружаемого элемента, в связи с чем оно может применяться для погружения только достаточно жестких и коротких элементов, не теряющих устойчивости при нанесении удара. Кроме того, с помощью данного устройства можно погружать элементы только в вертикальном направлении.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство по а.с. SU №607885 (1976 г.). Известное пневматическое устройство содержит корпус, в полости которого с возможностью возвратно-поступательного перемещения под действием сжатого воздуха камер рабочего и обратного ходов установлен ступенчатый ударник, в теле которого выполнены осевой и радиальный каналы, и гайку с каналами для подвода и выхлопа воздуха. Данное устройство имеет трубку для размещения в ней стержневого элемента, которая установлена в осевом канале ударника и неподвижно закреплена в корпусе и гайке. При этом на внутренней поверхности ударника выполнена расточка, которая оканчивается за его радиальным каналом и образует с трубкой кольцевой канал для периодического сообщения камеры обратного хода с выхлопной камерой и камерой рабочего хода. Кроме того, на корпусе устройства монтировано зажимное приспособление для закрепления погружаемого стержневого элемента.
Таким образом, известное устройство содержит корпус с камерами рабочего и обратного хода, в полости которого с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль оси установлен ступенчатый ударник, в теле которого выполнен осевой канал для размещения погружаемого стержня, а также зажимное устройство для сцепления его с корпусом устройства.
Недостатком данного устройства является низкая производительность и большой объем ручного труда. Установка устройства на забиваемый стержень и перестановка его по мере забивания стержня в грунт осуществляется вручную. Кроме того, применение пневматического привода связано с низким КПД.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является максимальная механизация работ, повышение производительности и КПД устройства.
Для решения поставленной задачи сущность изобретения состоит в том, что, в отличие от известного устройства ударного действия для погружения в грунт гибких стержневых элементов, содержащего корпус, в осевой цилиндрической полости которого с возможностью возвратно-поступательного движения установлен полый ступенчатый ударник, совместно с корпусом образующий кольцевые камеры рабочего и холостого хода, и закрепленное на корпусе зажимное приспособление для захвата погружаемого элемента, взаимодействующее с торцем ударника в конце его рабочего хода, согласно изобретению упомянутый корпус жестко закреплен на переднем, обращенном к поверхности грунта наружном конце полого, снабженного поршнем двустороннего штока гидравлического цилиндра, расположенного в плоскости, перпендикулярной к поверхности грунта и закрепленного с возможностью углового поворота на ±90° в каретке, которая поступательно подвижна в вертикальных направляющих рамы, параллельной упомянутой плоскости и жестко закрепленной в задней части гидрофицированной базовой машины, при этом погружаемый элемент входит в грунт через торцевое отверстие в заднем наружном конце штока и, по существу, постоянно размещен в его осевой полости.
Кроме того, в рабочем положении расположенная в передней части корпуса ударного устройства камера холостого хода постоянно сообщается с напорной магистралью гидравлической системы и задней полостью гидравлического цилиндра. В это же время большая по площади поперечного сечения камера рабочего хода, расположенная в задней части упомянутого корпуса, периодически посредством подпружиненного гидравлического золотника управления сообщается либо с напорной магистралью, либо со сливной линией гидросистемы, при этом передняя полость гидравлического цилиндра постоянно сообщается со сливным баком.
Кроме того, на каретке устройства имеется гидропневматический аккумулятор с подвижным вдоль его оси двухступенчатым поршнем, торцевая поверхность большей по диаметру ступени которого совместно с корпусом аккумулятора образует изолированную полость, заполненную сжатым газом, а его меньшая ступень своей торцевой поверхностью образует постоянно сообщенную с напорной магистралью гидравлическую полость и на своей боковой поверхности снабжена кольцевой канавкой. Посредством этой канавки противолежащая подпружиненному торцу золотника управления гидравлическая полость сообщается со сливной линией в случае отсутствия жидкости в гидравлической полости аккумулятора и сообщается с напорной магистралью при поступлении в аккумулятор заданного объема жидкости.
Кроме того, охватывающее погружаемый элемент зажимное приспособление закреплено в корпусе ударного устройства с возможностью ограниченного относительно корпуса осевого перемещения совместно с погружаемым элементом и содержит по меньшей мере два охватывающих стержень подпружиненных кулачка специального профиля, которые шарнирно с возможностью ограниченного углового поворота в диаметральной плоскости закреплены в корпусе. Причем при перемещении двухстороннего штока гидроцилиндра в направлении на грунт происходит зажим, а при противоположном перемещении - освобождение элемента, погружаемого в грунт.
Технический результат, который может быть получен при использовании изобретения, заключается в возможности максимальной механизации работ, а также в повышении КПД и производительности устройства.
Изобретение поясняется чертежами: на фиг.1 схематически представлено заявляемое устройство, а на фиг.2 и фиг.3 - базовая машина с манипулятором и установленным на нем устройством.
Базовая машина 1 с манипулятором 2, на котором установлено устройство 3 для погружения стержня 4 (нагеля) в грунт, показана на фиг.2 и фиг.3. Манипулятор 2 состоит из рамы 5, в вертикальных направляющих которой перемещается каретка 6 посредством гидроцилиндра 7.
На оси каретки 6 с возможностью поворота и фиксации в любом положении в пределах 90° установлена планшайба 8 с закрепленным устройством для погружения стержней. Рама 5 жестко закреплена на базовой машине 1 посредством кронштейна 9.
Устройство ударного действия для погружения гибких стержней (см. фиг.1) состоит из гидравлического цилиндра 10, внутри которого расположен поршень 11 с двусторонним штоком 12 со сквозным осевым отверстием 13 для размещения стержня 4. Шток 12 совместно с гидроцилиндром 10 образуют гидравлические полости 14 и 15. На левом (по фиг.1) конце штока 12 закреплен ударный механизм 16, который включает корпус 17, во внутренней полости которого, коаксиальной с цилиндром 10, установлен ударник 18, имеющий три ступени, из которых средняя 19 имеет наибольший, а задняя 20 - наименьший диаметр.
В пространстве между внутренней поверхностью корпуса 17 и наружной боковой поверхностью ступени 21 образована камера холостого хода 22, а в пространстве между внутренней поверхностью корпуса 17 и наружной боковой поверхностью ступени 20 ударника - камера рабочего хода 23.
На переднем торце корпуса 17 закреплен механизм захвата 24, содержащий корпус 25, внутри которого шарнирно закреплены кулачки 26 и пружина 27.
Корпус 25 механизма захвата имеет возможность ограниченного осевого перемещения относительно корпуса 17 на величину S (см. фиг.1).
На планшайбе 8 (фиг.3) помимо устройства 3 для погружения стержней установлен гидроаккумулятор 28 и клапан 29.
Во внутренней полости корпуса 30 гидроаккумулятора 28 расположен двухступенчатый поршень 31, снабженный уплотнением 32. Полость 33, образованная внутренней полостью корпуса 30 и свободным торцом большей ступени поршня 31, заполнена сжатым газом.
Полость 34, образованная внутренней полостью корпуса 30 и торцом меньшей ступени поршня 31, по каналу 35 сообщена с полостью 14 гидроцилиндра 10, по каналу 36 - с гидрораспределителем 38, а по каналам 36, 58 и 57 посредством клапана 29 - с камерой рабочего хода 23. В средней части боковой поверхности меньшей ступени выполнена кольцевая канавка 39, а в корпусе 30 - кольцевые расточки 40 и 41. В корпусе 42 клапана 29 с возможностью ограниченного продольного перемещения установлен золотник 43 с пружиной 44.
На наружной поверхности золотника 43 имеются две кольцевые проточки 45 и 46. Проточка 45 посредством радиальных отверстий 47 сообщена с внутренней расточкой 48. Полость 49, образованная внутренней поверхностью корпуса 42 и верхней торцевой поверхностью золотника 43 каналом 50 сообщена с кольцевой расточкой 40 гидроаккумулятора 28.
На внутренней поверхности корпуса 42 выполнены кольцевые расточки 51, 52 и 53. Расточка 51 посредством линии 54 сообщена со сливной линией 55, а каналом 56 - с расточкой гидроаккумулятора 28. Расточка 52 каналом 57 сообщена с камерой рабочего хода 23. Расточка 53 каналами 58 и 36 сообщена с гидрораспределителем 38. Камера холостого хода 22 посредством канала 37 сообщена с полостью 14 цилиндра 10, которая, в свою очередь, каналом 36 сообщена с гидрораспределителем 38. Полость 15 цилиндра 10 линией 59 сообщена с гидрораспределителем 38, который по линиям 60 и 61 сообщен с источником давления 62 и сливным баком 63.
Устройство работает следующим образом.
Перед погружением стержней базовая машина 1 устанавливается в непосредственной близости к укрепляемому откосу. Перемещением каретки 3 погружаемое устройство устанавливается на заданной высоте.
В исходном положении поршень 11 со штоком 12 и ударник 18 занимают крайнее правое (по чертежу) положение. Погружаемый стержень 4 вводится в центральные отверстия штока 12 и ударника 18 и перемещается влево до упора в грунт откоса. При этом кулачки 26 захвата, сжимая пружину 27, поворачиваются по часовой стрелке, не препятствуя перемещению стержня.
Гидрораспределителем 38 жидкость от гидронасоса 62 по линии 60 и каналу 36 направляется в полость 14 цилиндра 10, по каналу 35 - в полость 34 гидроаккумулятора 28, а по каналу 37 - в камеру холостого хода 22 ударного механизма 16.
Под действием давления жидкости в полости 14 поршень со штоком 12, соединенный с ним ударный механизм 16 и захват 24 перемещаются влево. При этом кулачки 26 захвата поворачиваются против часовой стрелки, врезаясь в поверхность стержня 4, жестко соединяя его с корпусом захвата. В это время жидкость из полости 15 по линии 59 вытесняется в бак 63. В начальный момент погружение стержня 4 в грунт происходит за счет статической силы, действующей со стороны жидкости на поршень 11.
По мере заглубления стержня 4 сопротивление грунта его внедрению возрастает, давление жидкости в полости 14 достигает максимальной величины по выражению
г
где Р - давление газа в полости 33 гидроаккумулятора;
D - диаметр поршня 31 в газовой полости;
d - диаметр поршня 31 в жидкостной полости 34.
При этом статическое внедрение стержня 4 прекращается и вся поступающая от насоса 62 жидкость поступает в полость 34 гидроаккумулятора 28 и камеру холостого хода 22.
При движении поршня 31 вниз (по чертежу) вначале происходит разобщение кольцевых расточек 40 и 41 и тем самым - канала 50 от сливной линии 55. Одновременно за счет жидкости, поступающей по каналу 37 в камеру холостого хода 22, происходит взвод ударника 19.
Движение поршня 31 вниз будет происходить до тех пор, пока верхний торец его меньшей ступени не войдет в кольцевую расточку 40. При этом полость 49 по каналу 50 окажется соединенной с полостью 34 аккумулятора и полостью 14 гидроцилиндра.
Под действием давления жидкости, поступающей из полости 34 в полость 49, золотник 43 перемещается в нижнее крайнее положение, сжимая пружину 44. При этом камера рабочего хода 23 по каналам 57 и 58, 36 и 35 соединяется с полостью 34 гидроаккумулятора 28 и насосом 62.
В результате в камере рабочего хода 23 устанавливается давление, одинаковое с давлением в камере 22 и полости 34. Но так как рабочая площадь ударника 19 со стороны камеры 23 значительно больше, чем со стороны камеры 22, то на ударник 19 действует сила, равная произведению давления жидкости на разность площадей ударника в камерах рабочего и холостого ходов. В результате ударник 19 совершает рабочий ход и своим передним торцом ударяет в поверхность корпуса 25 захвата 24, сцепленного с погружаемым стержнем 4. После удара захват 24 вместе со стержнем 4 перемещается вперед, обеспечивая внедрение стержня в грунт. Вслед за захватом в том же направлении под давлением жидкости в полости 14 перемещается поршень со штоком 12 и ударным механизмом 16 до упора его корпуса 17 в задний торец корпуса 25 захвата 24.
На разгон ударника 19 и заполнение освободившегося объема полости 14 гидроцилиндра затрачивается весь объем жидкости, находящейся в полости 34 аккумулятора. По мере освобождения полости 34 от жидкости поршень 31 под действием сжатого газа перемещается в исходное положение, снова сообщая полость 49 клапана по каналу 50 расточкам 40 и 41 и линии 55 со сливным баком 63. Золотник 43 под действием пружины 44 также возвращается в исходное положение и камера рабочего хода 23 по каналу 57, расточкам 51, 52 и линии 54 снова сообщается со сливным баком 63.
Далее работа ударного устройства описанным образом продолжается до тех пор, пока поршень 11 не упрется в переднюю крышку цилиндра 10.
После этого посредством гидрораспределителя 38 жидкость от насоса 62 направляется в полость 15 гидроцилиндра, а полость 14 сообщается со сливным баком. В итоге шток 12 с ударным механизмом и захватом перемещаются в крайнее правое положение. При этом кулачки 26 захвата поворачиваются по часовой стрелке и освобождают погружаемый стержень 4. Благодаря этому последний остается в покое.
Затем следует повторное включение гидрораспределителя 38 в рабочее положение и цикл работы неоднократно повторяется до полного погружения стержня в грунт.
Совместным перемещением базовой машины и каретки с закрепленным в ней ударным устройством обеспечивается выбор других исходных позиций для стержней, погружаемых в грунт.
Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает полную механизацию процесса укрепления грунтовых откосов путем забивки в него гибких стержневых элементов. При этом повышается КПД и производительность устройства, а также улучшаются условия труда и техники безопасности.