Устройство для корректировки положения сооружений
DEVICE FOR CORRECTION OF STRUCTURES POSITION

Изобретение относится к области строительства, а именно к устройствам для выравнивания положения сооружений при неравномерных оседаниях основания.
Известны устройства для выравнивания сооружений, содержащие выполненные под подошвой фундамента домкратные ниши с установленной в них системой домкратов, обеспечивающих корректировку положения сооружения, с последующим удалением домкратов и заполнением образовавшихся зазоров распорками, бетоном или цементным раствором /см., например, патент РФ на изобретение №2333322, кл. Е02D 35/00, 2006 [1]; патент РФ на изобретение №2211896, кл. Е02D 35/00, 2003 [2]/.
Недостатками известных устройств является предельная сложность конструкции и реализации процесса выравнивания, невозможность автоматического адаптивного саморегулирования сооружений в процессе их эксплуатации.
Известны более простые конструкции устройств, предусматривающие корректировку положения сооружений при неравномерных осадках основания с помощью сыпучего материала, выпускаемого из специальных отверстий в емкости либо под давлением поршня см., например, а.с. СССР №628234, кл. Е02D 27/34, 1976 [3]; а.с. СССР №697643, кл. Е02D 27/34, 1976 [4]; Никонов И.Н. Искусственные сооружения [5]/, либо с помощью специального гидравлического механизма открывания перекрывающих наклонные сквозные каналы заслонок /см., например, патент Японии №46-15892, кл. 86А02, опублик. 1971 [6]; а.с. СССР, №600253, кл. Е02D 27/34, 1975 [7]/.
Недостатками известных устройств является сравнительная сложность конструкции, невозможность автоматического адаптивного саморегулирования сооружений.
Также известны устройства с возможностью осуществления корректировки положения сооружений непосредственно в процессе эксплуатации путем автоматического перераспределения положения сыпучего материала/см., например, а.с. СССР №945287, кл. Е02D 27/34, 1980 [8]; а.с. СССР №1183612, кл. Е02D 27/34, 1983 [9]/.
Недостатками известных устройств являются специфические условия их применения и необходимость дополнительного использования сложного оборудования: свайный элемент в набухающем грунте [8], компенсаторы, заслонки с механизмом их открывания в виде маятника с гибкими тягами и т.д. [9].
Кроме того, известно использование в качестве вышеуказанных корректирующих устройств кинематических шарнирно-рычажных механизмов, например, в виде четырехзвенного металлического ромба с горизонтальной тягой, соединяющей вершины противоположных углов /см. а.с. СССР №346446, кл. Е02D 27/34, 1969 [10]/.
Недостатком известной конструкции является предельно низкая эффективность корректировки, что объясняется другой целью ее применения, а именно - поддержания постоянства давления, создаваемого сооружением при эксплуатации на неравномерно сжимаемых грунтах.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому устройству по совокупности существенных признаков является четырехзвенный шарнирный кулисно-рычажный механизм, состоящий из двух параллельных линеек с прямолинейно-поступательным относительным перемещением, связанных между собой с помощью двух шарнирно установленных на соседних концах линеек кривошипов одинаковой длины, шарнирно соединенных центрами и снабженных пальцами, введенными в прямолинейные кулисные прорези на других концах линеек /см. И.М. Артоболевский. Механизмы в современной технике, том 2, изд. 2-е, М., 1979, стр. 49, рис. 937 [11]/, и принятое за прототип. Размещение корректируемого сооружения на верхней линейке данного механизма при соединении нижней линейки с оседающим основанием теоретически решает задачу создания требуемого устройства.
Недостатками устройства-прототипа является предельно низкая эффективность и точность корректировки положения сооружений при неравномерных оседаниях основания. Это объясняется тем, что если при работе в качестве параллельных линеек без значительных статических нагрузок известный механизм работает вполне удовлетворительно, то под действием веса устанавливаемого на верхней линейке сооружения эксплуатационные характеристики устройства резко нарушаются. Во-первых, устройство-прототип конструктивно несимметрично относительно вертикали, что приводит к жесткостной асимметрии, и, соответственно, к перекосу сооружения. Во вторых, в данном устройстве /см. Ф.Л. Литвин. Проектирование механизмов и деталей приборов, Л., "Машиностроение", 1973, стр. 165, рис. 5.38 [12]/ точка шарнирного соединения двух кривошипов свободна, подвижна и перемещается по криволинейной траектории, что не позволяет жестко связать ее с неподвижным сооружением, и резко уменьшает жесткость, а, соответственно и точность устройства.
Сущность изобретения заключается в создании сравнительно простого и предельно эффективного устройства для адаптивной автоматической коррекции положения сооружений при неравномерных оседаниях основания непосредственно в процессе эксплуатации путем оригинальной перестройки структуры кинематических шарнирно рычажных кулисных механизмов непосредственно для решения данной задачи.
Технический результат - увеличение эффективности работы устройства и точности процесса корректировки, упрощение конструкции устройства и повышение его технологичности.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве для корректировки положения сооружений при неравномерных оседаниях основания, выполненном на базе шарнирного четырехзвенного кулисно-рычажного механизма параллельных линеек с закреплением нижней линейки на основании и установкой сооружения на верхней линейке, содержащем выполненные на концах линеек кулисные прорези, связывающие линейки между собой кинематические звенья одинаковой длины, снабженные пальцами, введенными в кулисные прорези, и шарнирно соединенные центрами, особенность заключается в том, что прямолинейные кулисные прорези выполнены на обоих концах нижней линейки, на обоих же концах верхней линейки кулисные прорези выполнены круговыми с центром в точке шарнирного соединения связывающих линейки кинематических звеньев, выполненных в виде шатунов, а ось шарнира соединения центров шатунов свободно вставлена в отверстие неподвижной цилиндрической опоры трения скольжения, жестко прикрепленной к нижней поверхности верхней линейки.
Предлагаемое устройство схематически поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид устройства с кинематическим планом скоростей его характерных узлов/сплошными линиями показано исходное статическое положение кулисно-рычажного механизма, пунктирными линиями - положение механизма после оседания основания на величину Δ/; на фиг. 2 - разрез по G-G на фиг. 1 /с уменьшением/.
Устройство для корректировки положения сооружения 1 при неравномерных оседаниях основания 2 выполнено на базе шарнирного четырехзвенного кулисно-рычажного механизма параллельных линеек с закреплением на нижней линейки 3 на основании 2 и установкой сооружения 1 на верхней линейке 4. Устройство содержит выполненные на концах линеек 3 и 4 кулисные прорези 5, 6 и 7, 8, а также связывающие линейки 3, 4 между собой кинематические звенья 9, 10 одинаковой длины, снабженные пальцами 11, 12 и 13, 14, введенными, соответственно в прорези, 8, 5, 7 и 6, и соединенные центрами цилиндрическим шарниром 15. При этом на обоих концах нижней линейки 3 кулисные прорези 5, 6 выполнены прямолинейными, на обоих же концах верхней линейки 4 кулисные прорези 7, 8 выполнены круговыми с центром в точке Е шарнирного соединения 15 связывающих линейки 3, 4 кинематических звеньев 9, 10, выполненных в виде шатунов, а ось 16 шарнира 15 соединения центров шатунов 9, 10 свободно вставлена в сквозное отверстие 17 по всей длине неподвижной цилиндрической опоры 18 трения скольжения, жестко прикрепленной к нижней поверхности верхней линейки 4. Как видно из фиг. 2, оба вышеописанных кулисно-рычажных механизма, параллельных линеек, размещенных с двух противоположных сторон сооружения 1, причем, при значительной площади поверхности сооружения 1, и, соответственно, основания 2 сооружение может быть снабжено несколькими парами данных механизмов.
Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.
В исходном статическом положении при отсутствии оседаний основания 2 положение кулисно-рычажного механизма показано на фиг. 1 сплошными линиями. В этом положении под действием тяжести сооружения 1 все шатуны 9 и 10 находятся в своих крайних положениях, пальцы 11, 12, 13 и 14 уперты в соответствующие концы кулисных прорезей 8, 5, 7 и 6. При оседании основания 2 вместе с прикрепленной к нему нижней линейкой 3 в положение, показанное пунктиром, пальцы 12 и 14 поворачиваются навстречу друг другу по траектории окружности с центром в шарнире Е с радиусами ДЕ и ЕВ, равными половинам длин шатунов 9 и 10, совершая сложное движение: скорости  направленные по касательным - абсолютные скорости пальцев 12 и 14, скорости  их скорости относительно прямолинейных прорезей 5 и 6 нижней линейки 3, скорости  их переносные скорости вместе с основанием 2 вниз. Шатуны 9, 10 поворачиваются относительно неподвижного шарнира Е навстречу друг другу, при этом пальцы 11 и 13 также двигаются по траектории окружности с радиусом половины длины шатунов 9, 10, то есть по круговым кулисным прорезям 7 и 8. При этом верхняя линейка 4 вместе с сооружением 1 остается неподвижным  абсолютные скорости, направленные по касательным к прорезям, равны относительным скоростям, а переносные скорости  равны нулю, то есть линейка 4, как и требуется, в вертикальном направлении остается неподвижной, то есть достигается необходимая адаптивная стабилизация сооружения 1 по вертикали с любой заданной степенью точности. При этом такая стабилизация происходит автоматически без вмешательства рабочего персонала, без всяких промежуточных операций типа нагрева, размягчения плавких вставок, выпускания сыпучего материала, поддомкрачивания, заполнения образовавшихся при оседании основания зазоров различными материалами, установкой в них распорок и т.п. Абсолютная симметрия кулисно-рычажного механизма относительно вертикали, неподвижное расположение оси 16 шарнирной опоры 15 в цилиндрической опоре 18 трения скольжения, жестко соединенной с неподвижной линейкой 4, протяженность оси 16, а также пальцев 11, 12, 13, 14 на всю ширину линеек 3, 4 с соединением ими обоих кулисно-рычажных механизмов позволяет максимально повысить жесткость устройства, избежать перекосов и вертикальных смещений сооружения, то есть максимально возможно повысить эффективность и точность процесса корректировки.