МОЛОТ ДЛЯ ПОГРУЖЕНИЯ В ГРУНТ СТРОИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
HAMMER FOR CONSTRUCTION ELEMENTS SUBMERSION IN SOIL

Техническое решение относится к строительству и предназначено для забивания в грунт свай, шпунтов, металлических труб и других строительных элементов в вертикальном направлении.
Известен штанговый дизель-молот (см. Барсов И.П. Строительные машины и оборудование. Учебник для техникумов. - 2-е издание, перераб. и дополн. М.: «Стройиздат», 1986, с.339-340), включающий блок-поршень, отлитый заодно с основанием, цилиндр, направляющие штанги, на которые надет цилиндр, являющийся ударной частью штангового дизель-молота, форсунку, расположенную на блок-поршне, гнезда в основании последнего, в которых закреплены направляющие штанги, траверсу, в которой закреплены верхние части направляющих штанг. На последние надета кошка для подъема крюком ударной части молота. Траверса снабжена приливами для удержания молота в направляющих копра, основание блок-поршня связано серьгой со сферической плитой и наголовником, образующими шаровую опору. Молот включает также топливный насос, установленный на основании блок-поршня, рычаг, приводящий в действие топливный насос, и топливопровод, проходящий внутри блок-поршня к форсунке.
Недостатком штангового дизель-молота является высокий шум, обусловленный ударными нагрузками и выхлопом в атмосферу отработанных газов. Последние создают экологическую загрязненность.
Известен трубчатый дизель-молот (там же, с.340-341), включающий неподвижный цилиндр, массивный поршень со сферической головкой, наносящей удары по пяте со сферической выемкой, которая оперта на наголовник сваи, топливный насос с расходным резервуаром, трубки для отвода отработанных газов и подачи воздуха в цилиндр.
Недостатком этого молота является также высокий уровень шума, возникающий при его работе, ввиду выхлопа отработанных газов в атмосферу и механических ударов массивного поршня по пяте. Кроме того, трубчатый дизель-молот также экологически вреден вследствие выделения большого количества выхлопных газов.
Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности и совокупности существенных признаков является молот для погружения в грунт строительных элементов по патенту РФ №2309222, кл. E02D 7/08, опубл. в БИ №30 за 2007 год, включающий корпус, установленный в нем с возможностью осевого перемещения ударник, шабот, амортизирующее устройство и соединенный гибким элементом с ударником привод, смонтированный на раме, связанной с корпусом. В верхней части корпуса по его периметру выполнена с торца кольцевая канавка, в которой размещено выполненное кольцевым указанное амортизирующее устройство, а рама привода имеет по нижней торцевой поверхности кольцевой выступ, который размещен в указанной кольцевой канавке корпуса и оперт на кольцевое амортизирующее устройство, при этом рама привода закреплена на корпусе с возможностью осевого перемещения.
Недостатком этого молота являются высокие динамические колебания и высокий уровень шума, создаваемые при ударе тяжелого ударника по шаботу, совмещенному с наголовником. При этом динамические колебания и шум создаются вследствие микроколебаний стенок шабота, соединенного с наголовником, и стенок корпуса, что снижает надежность работы молота и, как следствие, его долговечность.
Техническая задача, решаемая предлагаемым устройством, состоит в повышении надежности работы молота, и, как следствие, его долговечности, и снижении создаваемого им шума за счет снижения динамических нагрузок.
Поставленная задача решается тем, что в молоте для погружения в грунт строительных элементов, включающем корпус, установленный в нем с возможностью осевого перемещения ударник, шабот, совмещенный с наголовником, связанным с корпусом, и соединенный гибким элементом с ударником привод, смонтированный на раме, причем в верхней части корпуса по его периметру выполнена с торца кольцевая канавка, в которой размещено кольцевое амортизирующее устройство, а рама привода имеет на нижней торцевой поверхности кольцевой выступ, который размещен в указанной кольцевой канавке корпуса и оперт на упомянутое кольцевое амортизирующее устройство, при этом рама привода закреплена на корпусе с возможностью осевого перемещения, причем наголовник по нижнему торцу имеет гнездо, которым оперт через амортизатор на погружаемый строительный элемент, согласно техническому решению в верхней части шабота выполнена цилиндрическая полость, заполненная демпфирующим элементом, причем внутри последнего образована коническая полость, в которой установлен с возможностью осевого перемещения жесткий элемент, имеющий в средней части коническую форму и установленный с возможностью в момент удара ударника по шаботу, смещения вверх относительно демпфирующего элемента и сжатия последнего. Жесткий элемент верхним концом, имеющим резьбу, пропущен в осевое отверстие металлического фланца и снабжен гайкой, при этом металлический фланец выступающими по его внешнему контуру шлицами установлен в кольцевой проточке шабота и закреплен в его стенках. По контуру цилиндрической полости в шаботе выполнены продольные канавки до его кольцевой проточки, количество, ширина и шаг, размещения которых совпадают с количеством, шириной и шагом упомянутых шлицев металлического фланца.
Введение демпфирующего элемента, расположенного указанным образом, и установка в нем жесткого элемента, смонтированного в конической полости демпфирующего элемента, снижает колебания стенок шабота в момент удара ударника по нему за счет уплотнения демпфирующего элемента, что позволяет гасить динамические нагрузки на корпус и шабот с наголовником. Следствием является снижение шума, повышение надежности работы и, как следствие, долговечности молота.
Целесообразно раму привода закрепить на корпусе с помощью шпилек, пропущенных в радиальные отверстия стенок кольцевой канавки корпуса и радиальные отверстия кольцевого выступа рамы привода, причем для осевого перемещения рамы привода последние отверстия выполнить удлиненными в осевом направлении на длину, равную величине хода кольцевого амортизирующего устройства при его разжатии, что повышает надежность работы молота.
Целесообразно, чтобы основание корпуса молота было оперто на кольцевой выступ наголовника через кольцевой амортизатор, что дополнительно повышает надежность работы молота и снижает его шум.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется примером конкретного выполнения и чертежами, где на фиг.1 показан общий вид молота для погружения в грунт строительных элементов в продольном осевом разрезе, на фиг.2 - продольное осевое сечение шабота, совмещенного с наголовником, на фиг.3 - сечение I-I на фиг.2, на фиг.4 - металлический фланец, вид в плане, на фиг.5 - узел сопряжения шлицев металлического фланца с проточкой на стенке полости в шаботе.
Молот для погружения в грунт строительных элементов (далее - молот) состоит из корпуса 1 (фиг.1), ударника 2, установленного в нем с возможностью осевого перемещения, и привода 3, в качестве которого используется электрическая лебедка, работающая в автоматическом режиме. В нижней части корпуса 1 установлен (фиг.1, 2) шабот 4, совмещенный с наголовником 5. Привод 3 соединен гибким элементом 6 с ударником 2 и размещен на раме 7, которая снабжена по нижней торцевой поверхности кольцевым выступом 8. Корпус 1 молота имеет кольцевую выемку 9, выполненную по периметру в верхней части его стенки, в которой размещено кольцевое амортизирующее устройство 10. В качестве последнего могут быть использованы резиновые кольца, металлические пружины, пневмокамера и т.п. В рассматриваемом примере кольцевое амортизирующее устройство 10 набрано из чередующихся слоями колец из мягкой и твердой резины.
Рама 7 закреплена на корпусе 1 с помощью шпилек 11, которые пропущены в радиальные отверстия 12 корпуса 1 и 13 кольцевого выступа 8 рамы 7. Упомянутые отверстия распределены равномерно по окружностям соответствующих элементов молота. Отверстия 13 по периметру кольцевого выступа 8 выполнены удлиненными - в форме овалов, большая ось которых ориентирована по вертикали, - на длину, равную величине хода кольцевого амортизирующего устройства при его разжатии.
Ударник 2 снабжен на его верхней торцевой поверхности подвеской 14, на которой закреплен гибкий элемент 6, второй конец которого закреплен на барабане упомянутой лебедки привода 3.
Наголовник 5 по нижнему торцу имеет гнездо, в котором размещен амортизатор 15, набираемый из дерева, через который наголовник 5 оперт на погружаемый строительный элемент 16 (фиг.1-2), например сваю.
С верхней стороны в шаботе 4, совмещенном с наголовником 5, выполнена цилиндрическая полость 17, частично заполненная демпфирующим элементом 18, по контуру которой выполнена кольцевая проточка 19 (фиг.2, 5) и продольные канавки 20 (фиг.3). В кольцевой проточке 19 установлен металлический фланец 21 с осевым отверстием 22 и шлицами 23 по внешнему контуру (фиг.4). При этом ширина шлицев 23, количество и шаг их размещения равны ширине продольных канавок 20, количеству и шагу их размещения в стенке цилиндрической полости 17, благодаря чему металлический фланец 21 установлен и закреплен в кольцевой проточке 19 цилиндрической полости 17. Демпфирующий элемент 18 набран, например, из чередующихся слоями колец из мягкой и твердой резины. В демпфирующем элементе 18 соосно с цилиндрической полостью 17 образована коническая полость 24, в которой размещен с возможностью осевого перемещения жесткий элемент 25 (фиг.2), имеющий в своей средней части коническую форму. Жесткий элемент верхним концом, имеющим резьбу, пропущен в осевое отверстие 22 металлического фланца 21 и с помощью гайки 26 удерживается от проскальзывания вниз.
Корпус 1 молота оперт на кольцевой выступ 27 наголовника 5 через кольцевой амортизатор 28. При этом корпус 1 жестко связан с наголовником 5, например, с помощью цепного соединения (не показано), но нет сварки, которая в ударных машинах недопустима.
Молот работает следующим образом. Ударник 2 с помощью гибкого элемента 6, например троса, электрической лебедкой привода 3, работающей в автоматическом режиме, поднимается на необходимую, заранее заданную, высоту для нанесения удара. Затем барабан лебедки автоматически растормаживается. Ударник 2 падает, увлекая за собой трос, свободно сматывающийся с расторможенного барабана лебедки, и в конце рабочего хода наносит удар по шаботу 4, совмещенному с наголовником 5, который передает удар погружаемой свае 16 через амортизатор 15.
Когда ударник 2 находится в крайнем нижнем положении, нагрузка на кольцевое амортизирующее устройство 10 равна весу ударника 2, а после начала его подъема начинает увеличиваться на величину дополнительного натяжения троса, предохраняя последний от повышенных динамических нагрузок в начальный момент подъема ударника 2, когда скорость подъема ударника 2 от нулевой мгновенно изменяется на некоторую постоянную, равную скорости подъема ударника 2, например 0,25 м/с. Как только ударник 2 начинает приподниматься, сжатое кольцевое амортизирующее устройство 10 за счет запасенной в нем потенциальной энергии сжатия начинает разжиматься и приподнимает ударник 2, воздействуя на кольцевой выступ 8 на нижней торцевой поверхности рамы 7, поднимая последнюю вместе с приводом 3 на некоторую фиксированную высоту, равную ходу кольцевого амортизирующего устройства 10 и, тем самым, одновременно приподнимает ударник 2, уменьшая при этом натяжение троса. После окончания подъема молот подготовлен к следующему удару. Чтобы шпильки 11, скрепляющие раму 7 с корпусом 1 молота, не препятствовали поднятию рамы 7, отверстия 12 в кольцевом выступе 8 выполнены овальными, и их размер в вертикальном направлении соответствует величине подъема рамы 7 за счет сил разжатия кольцевого амортизирующего устройства 10.
Ударник 2 в конце рабочего хода наносит прямой удар по шаботу 4 (фиг.1, 2), который через наголовник 5 передает удар погружаемому строительному элементу 16 через амортизатор 15, в качестве которого используются деревянные прокладки.
В момент удара ударника 2 по шаботу 4, совмещенному с наголовником 5, возникшие динамические колебания от шабота 4 и наголовника 5, создающие основной шум повышенной частоты и амплитуды, через кольцевой выступ 27 наголовника 5 также могут передаваться корпусу 1. Наличие кольцевого амортизатора 28 обеспечивает снижение динамических колебаний, передаваемых корпусу 1, и, соответственно, снижает шум, создаваемый корпусом 1, повышает надежность и, как следствие, долговечность работы молота.
Снижение шума, возникающего за счет динамических колебаний в шаботе 4, совмещенном с наголовником 5, в момент удара ударника 2, обеспечивается следующим образом.
В момент удара шабот 4 и совмещенный с ним наголовник 5 движутся вниз, вместе с ними движется вниз и демпфирующий элемент 18, размещенный в полости 17. При этом объем, в котором размещен демпфирующий элемент 18, ограничен металлическим фланцем 21, закрепленным в проточке 19. При сборке молота шлицы 23 металлического фланца 21 совмещаются с продольными канавками 20 в стенках полости 17 в шаботе 4. Вследствие этого указанный фланец 21 опускается по канавкам 20 до кольцевой проточки 19 и затем поворачивается на угол α=360°/n=60°, здесь n - число шлицев 23 на внешнем контуре металлического фланца 21. При этом шлицы 23 металлического фланца 21 будут размещены против выступов между канавками 20. За счет этого указанный фланец 21 будет закреплен в кольцевой проточке 19. Одновременно в демпфирующем элементе 18 вдоль его оси образована при сборке молота коническая полость 24, в которой размещен жесткий элемент 25, верхний конец которого имеет равномерный диаметр и установлен с возможностью осевого перемещения в осевом отверстии 22 металлического фланца 21 и стопорится от падения вниз с помощью гайки 26.
Как отмечено выше, в момент удара ударника 2 по шаботу 4, совмещенному с наголовником 5, последние будут двигаться вниз, и совместно с ними будет двигаться вниз демпфирующий элемент 18. Однако жесткий элемент 25, размещенный в конической полости 24, в момент удара останется на месте, при этом относительное перемещение демпфирующего элемента 18 и жесткого элемента 25 будет встречным. Другими словами, в системе координат, связанной с движущимся демпфирующим элементом 18, жесткий элемент 25 будет двигаться вверх, сжимая и уплотняя при этом демпфирующий элемент 18. Возрастание плотности демпфирующего элемента 18 увеличит реактивную силу воздействия последнего на стенки полости 17 шабота 4, совмещенного с наголовником 5, что будет сопровождаться уменьшением динамических колебаний шабота 4 и совмещенного с ним наголовника 5, соответственно снизится шум, создаваемый работающим молотом, повысится надежность молота и, как следствие, его долговечность.
Одновременно динамические колебания, возникающие в моменты удара ударника 2 по шаботу 4, и совмещенному с ним наголовнику 5 через кольцевой выступ 27 наголовника 5 будут передаваться корпусу 1. Наличие кольцевого амортизатора 28 позволит уменьшить динамические колебания корпуса 1 (их амплитуду и частотный спектр).