Винтовая свая

Полезная модель относится к строительству и может быть использована для установки и выравнивания пространственного положения внешних конструкций (зданий, сооружений и т.п.) на винтовых сваях, преимущественно в условиях вечной мерзлоты, ледяном или снежном основании и на их комбинациях, а также на неустойчивых грунтах.
Известна винтовая свая [RU 77618, U1, E02D 5/56, 27.10.2008], содержащая полый ствол с винтовой лопастью и прорезями со стороны нижнего торца, которые выполнены с возможностью формирования каналов для перемещения грунта внутрь ствола, при этом каждая прорезь в поперечном сечении торца ствола выполнена с образованием острого угла по направлению завинчивания сваи между осью симметрии прорези и осью, проходящей через центр поперечного сечения ствола и пересекающей прорезь.
Недостатком этого технического решения является его относительно узкие функциональные возможности, так как оно не позволяет обеспечить изменение пространственного положения находящейся над основанием (грунтом) своей части с целью обеспечения необходимой корректировки пространственного положения внешних конструкций, которые удерживаются сваями.
Наиболее близкой по технической сущности к предложенной является винтовая свая [RU 158889, U1, E02D 5/56, 20.01.2016], содержащая полый цилиндрический ствол, внешняя поверхность которого снабжена спиралью, нижний конец заострен, а верхний снабжен функциональным оголовком, выполненным с возможностью закрепления элементов внешних конструкций, при этом, спираль размещена выше заострения, длина которого составляет 0,7-2 шага спирали, причем нижняя кромка спирали выполнена в виде ломаной линии с возможностью режущего воздействия на грунт, а причем нижняя кромка спирали заострена под острым углом к нижней поверхности спирали.
Недостатком наиболее близкого технического решения является его относительно узкие функциональные возможности, так как оно не позволяет обеспечить изменение пространственного положения находящейся над основанием (грунтом) своей части с целью обеспечения необходимой корректировки пространственного положения внешних конструкций, которые удерживаются сваями.
Это сужает арсенал технических средств, которые могут быть использованы в качестве винтовых свай для внешних конструкций (зданий, сооружений), функционирующих в условиях, требующих корректировку их пространственных положений, и снижает надежность удержания этих конструкций в условиях вечной мерзлоты, сыпучих и нестабильных грунтов и т.п.
Задача, которая решается в полезной модели, заключается в создании винтовых свай, которые позволяют обеспечить возможность изменения пространственного положения своего функционального оголовка, выполненного с возможностью закрепления элементов внешних конструкций, с целью обеспечения, при необходимости, изменения пространственного положения внешних конструкций, которые установлены на сваях, и повышения надежности их удержания сваями.
Требуемый технический результат заключается в расширении функциональных возможностей винтовых свай путем обеспечения возможности изменения пространственного положения внешних конструкций, и повышении надежности удержания внешних конструкций.
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что в винтовую сваю, внешняя поверхность нижней цилиндрической части которой снабжена спиральной наружной лопастью и ее нижний конец заострен в форме конического наконечника, а верхняя часть винтовой сваи снабжена функциональным оголовком, выполненным с возможностью закрепления элементов внешних конструкций, согласно полезной модели, на нижней цилиндрической части винтовой сваи над спиральной наружной лопастью закреплен шарнирный участок винтовой сваи, выступающий над грунтом и выполненный с возможностью управления через соответствующие тяги винтовым приводом, а между нижней цилиндрической частью винтовой сваи и верхней частью винтовой сваи имеется средняя часть квадратного сечения, выполненная с возможностью вращения и продольного перемещения под действием привода.
На чертеже представлены:
на фиг. 1 - конструкция винтовой сваи с выпрямленным (слева внизу) и с отклоненным на 90° (справа внизу) положениями ее нижней цилиндрической части, а также с элементами внешнего управления;
на фиг. 2 - поперечные сечения винтовой сваи по А-А и Б-Б;
на фиг. 3 - продольное сечение винтовой сваи по В-В.
Нижняя цилиндрическая часть винтовой сваи имеет корпус 1 с продольными шлицевыми канавками внутри и со спиральной наружной лопастью 2 снаружи, над которой с помощью снабженного разъемным манжетом патрубка 3 закреплен шарнирный участок, содержащий управляемые через тяги 4 винтовым приводом 5 и взаимно кинематически связанные шарниры 6, соединенный со средней частью 7 винтовой сваи, имеющей участок квадратного сечения. Средняя часть 7 выполнена с возможностью вращения червячным приводом 8 и продольного перемещения винтовым домкратом 9 с червячным приводом 9 под управлением, например, компьютеризированной системы 10 с центральным блоком относительно свайного ростверка 11, на котором базируются устанавливаемые внешние конструкции (здание, сооружение и т.п.).
Вращение обеспечивается питаемым через токосъемные кольца и щетки электродвигателем 12 и соединенным с ним гибким приводным валом 13. Компьютеризированная система 10 через аналогичные токосъемные кольца и щетки получает информацию об угловом положении и вращении от имеющего на конце шестигранную головку, помещенную во внутреннее углубление конического наконечника 14, сигнального вала 15 с нанизанными на него чередующимися распорными кольцами 16 сферической и цилиндрической вешней формы, Внутри части сваи расположен автоматически переключаемый редуктор-мультипликатор с предварительной циклоидальной передачей, размещенной в образующем ее коронное кольцо стакане 17, и основной планетарной передачей, содержащий общий для этих передач снабженный эксцентриковым участком трубчатый центральный вал 18. На этом эксцентриковом участке установлена крестообразная циклоидальная пластина 19, в четыре круглые периферийные отверстия которой свободно вставлены значительно меньшего диаметра цилиндрические выступы на диске трубчатого винтового червяка 20 планетарной передачи.
С ним в зацеплении находятся три косозубых сателлита 21 бочкообразной формы, установленные на осях 22 между соединенными общим основанием тремя стойками 23 водила планетарной передачи и находящиеся также в зацеплении с периферийным для этой передачи прямозубым внутренним зубчатым венцом кулачковой муфты 24.
Ее внешняя поверхность имеет шлицевые гребни, на которые змееобразно надета кольцевая упругая прокладка 25, а торцевая поверхность снабжена трапециевидными кулачками, находящимися в контакте с ответной формы кулачками кулачкового кольца 26, установленного на торцевой части 27 барабана сцепления, способного в нем вращаться и взаимодействующего посредством трения своей скоростной воронки 28 сцепления со скоростным конусом 29 сцепления или своего силового конуса 30 сцепления с силовым кольцом 31 сцепления, а также с водилом через рейки 32 накладок барабана сцепления. Этот барабан имеет переходную шайбу 33, а водило имеет крышку 34.
Кроме того, редуктор-мультипликатор содержит перечисляемые в последовательности их установки при сборке редуктора-мультипликатора фиксационную шайбу 35, большое 36 и малое 37 антифрикционные кольца, фиксационное кольцо 38 с периферийными пружинами 39. Редуктор-мультипликатор содержит также лепестковую кольцевую пружину 40 и выполненные разъемными на две половины червячный хомут 41 и снабженный гранеными выступами центральный хомут 42 со вставками 43, повторяющими форму его граненых выступов.
Используется предложенная винтовая свая следующим образом.
При расположении спиральной наружной лопасти 2 корпуса 1 в воздухе, воде и в ином жидком или сыпучем субстрате основания, не обеспечивающем достаточного сопротивления вращению корпуса 1, происходит фрикционное сцепление скоростной воронки 28 барабана сцепления и скоростного конуса 29 сцепления на центральном валу 18, обеспечиваемое прижимающим их друг к другу действием пружин 39 и 40. В этом случае передаваемое гибким валом 13 от двигателя 12 вращение через центральный вал 18 передается водилу планетарной передачи через барабан сцепления, благодаря расположению реек накладок 32 последнего в пазах стоек 23 водила.
Это вращение через стойки 23 и оси 22 заставляет косозубые сателлиты 21 циркулировать вокруг червяка 20, совершающего встречное этой циркуляции вращение под действием предварительной циклоидальной передачи, в которой возбуждаемая вращением эксцентрикового участка центрального вала 18 крестообразная циклоидальная пластина 19 изнутри обкатывает коронное кольцо в стакане 17, закрепленном в патрубке 3. При этом пластина 19 совершает вращение вокруг своего центра в направлении обратном направлению указанной обкатки и возбуждающего вращения снабженного эксцентриковым участком центрального вала 18.
Вращение пластины 19 передается червяку 20 через цилиндрические выступы на его диске, вставленные в периферийные отверстия пластины 19. Это вращение соосно вращению центрального вала 18, но осуществляется в противоположном ему направлении со вчетверо меньшей скоростью и увеличенным крутящим моментом. Из-за встречного циркуляции сателлитов 21 вращения находящегося с ними в зацеплении червяка 20 сателлиты 21 приобретают вращение вокруг осей 22 и, находясь также в зацеплении с прямозубым внутренним зубчатым венцом кулачковой муфты 24, передают ей вращение в направлении вращения центрального вала 18, но с увеличенной скоростью. Это вращение передается находящемуся с муфтой 24 в шлицевом зацеплении корпусу 1 и его спиральной лопасти 2. Так реализуется режим мультипликатора, позволяющий винтовой свае эффективно функционировать в качестве шнекового движителя, будучи погруженной в воду, жидкую грязь, рыхлый снег или мелкий песок.
Переключение в режим редуктора происходит автоматически следующим образом. При смене субстрата основания на более плотный, а также при вхождении лопасти 2 на корпусе 1 винтовой сваи в этот субстрат при ее погружении в основание в качестве опорного элемента фундамента возрастание сопротивления вращению корпуса 1 приводит к сжиманию прокладки 25 в шлицевом зацеплении корпуса 1 и расположенной внутри него кулачковой муфты 24. Указанное сжатие вызывается небольшим поворотом муфты 24 относительно корпуса 1 и кулачкового кольца 26, связанного с корпусом 1 через фиксационное кольцо 38 и пружины 39. Трапециевидные кулачки на торце муфты 24 и на кольце 26, скользя друг по другу своими наклонными поверхностями, отжимают от муфты 24 кольцо 26, охватывающее с возможностью вращения торец барабана сцепления, где закреплена скоростная воронка сцепления 28, которая, при этом, теряет фрикционный контакт со скоростным конусом сцепления 29.
Это отжимание от муфты 24 кольца 26 с торцом барабана сцепления смещает весь барабан, включающий три накладки 32 и переходную шайбу 33, в которой закреплен силовой конус сцепления 30, входящий в результате такого смещения во фрикционный контакт с силовым кольцом сцепления 31, прикрепленным через стакан 17 к патрубку 3. Вследствие такого фрикционного контакта блокируется относительно патрубка 3 вращение водила планетарной передачи, своими стойками 23 охватывающего рейки накладок 32 барабана сцепления. Циркуляция сателлитов 21 прекращается, и вращение заключенного между ними и находящегося с ними в зацеплении червяка 20 приводит к вращению сателлитов 21 относительно неподвижных осей 22. При этом, находящаяся с сателлитами 21 в зацеплении своим внутренним прямозубым зубчатым венцом муфта 24 продолжает свое вращение в прежнюю (как для мультипликатора, и противоположную червяку 20) сторону, но со скоростью, меньшей, чем у червяка 20 во столько раз, во сколько число зубьев внутреннего венца муфты 24 больше числа заходов винта червяка 20.
Учитывая, что благодаря предварительной циклоидальной передаче червяк 20 вращается в сравнении с центральным валом 18 в противоположную сторону с меньшей скоростью и большим моментом, изменение направления вращения в планетарной передаче с зафиксированными осями 22 сателлитов 21 приводит к тому, что муфта 24 и связанный с ней шлицевым соединением через прокладку 25 корпус 1 части сваи в режиме редуктора совершает медленное вращение в том же направлении, что и приводимый через гибкий вал 13 двигателем 12 центральный вал 18, но с гораздо меньшей скоростью и большим крутящим моментом. Этот момент обеспечивается с таким расчетом, чтобы быть достаточным для ввинчивания спиральной лопасти 2 в ожидаемой плотности субстрат основания как при погружении сваи в него, так и при шнековом движении по его поверхности.
Информация о вращении корпуса 1 передается в центральный блок компьютеризированной системы управления 10 посредством гибкого сигнального вала 15, сцепленного своим шестигранным концом с внутренней стороной конического наконечника 14 и коаксиально проходящего внутри центрального вала 18, гибкого приводного вала 13, ротора двигателя 12, а после преобразования (например, сельсином) вращения вала 15 в электрический сигнал - по проводам через токосъемные кольца и щетки. В центральном блоке компьютеризированной системы 10 информация о вращении нижних цилиндрических частей свай обрабатывается в сочетании с информацией о повороте и продольном перемещении их стволов средних частей 7, а также об отклонении нижних цилиндрических частей при сгибании свай в шарнирах. На основе этой обработки и задач, введенных оператором компьютеризированной системы 10, в ее центральном блоке вырабатываются команды, согласованно управляющие всеми приводами предлагаемой винтовой сваи.
Таким образом, благодаря введенным усовершенствованиям (заключающимся в том, что, на нижней цилиндрической части винтовой сваи над спиральной наружной лопастью закреплен шарнирный участок винтовой сваи, выступающий над грунтом и выполненный с возможностью управления через соответствующие тяги винтовым приводом, а между нижней цилиндрической частью винтовой сваи и верхней частью винтовой сваи имеется средняя часть квадратного сечения, выполненная с возможностью вращения и продольного перемещения) достигается требуемый технический результат, заключающийся в расширении функциональных возможностей винтовой сваи путем обеспечения возможности изменения пространственного положения внешних конструкций, а также в повышении надежности удержания внешних конструкций.