МАШИНА ДЛЯ ПОГРУЖЕНИЯ ТРУБЧАТЫХ СВАЙ В ВЕЧНОМЕРЗЛЫЙ ГРУНТ

Изобретение относится к области сооружения свайных фундаментов и других опорных свайных конструкций, а именно, к машинам для погружения трубчатых металлических свай в вечномерзлый грунт.
Для сооружения опорных свайных конструкций в вечномерзлом грунте перспективной является технология погружения трубчатых металлических свай так называемым термовращательным способом, при котором осуществляют вращение трубчатой металлической сваи с одновременным приложением к ней осевой вдавливающей нагрузки [см., например, RU 2199627].
Известна машина для погружения трубчатых металлических свай в вечномерзлый грунт термовращательным способом, которая выбрана авторами в качестве ближайшего аналога [RU 2199626].
Данная машина содержит шасси с закрепленной на нем мачтой, расположенной с возможностью установки ее в вертикальное положение, связанный с мачтой механизм вращения, расположенный у основания мачты механизм центрирования, обеспечивающий центрирование свай разного диаметра. Машина также содержит подвешенную в рабочем положении машины к верхнему концу мачты на канате лебедки штангу, снабженную устройством для центрирования верхней части штанги и сменным устройством для закрепления на ее нижнем конце верхнего конца свай различного диаметра.
Вращение штанги и ее поступательное перемещение обеспечиваются соединением ее с механизмом вращения, корпус которого имеет возможность смещаться на некоторое расстояние по длине мачты с помощью связанного с мачтой гидроцилиндра. Механизм вращения и управляющий его продольным смещением гидроцилиндр установлены в средней части мачты на высоте примерно равной наибольшей длине погружаемой сваи.
Расположенный в нижней части мачты механизм центрирования выполнен в виде охватывающих наружную поверхность сваи вертикальных роликов, установленных с возможностью синхронного перемещения в плоскости,
перпендикулярной вертикальной оси центрирующего устройства, которое осуществляется с помощью цепной передачи и ходовых винтов.
Кроме того, на мачте установлен выполненный в виде вилки ограничитель, укрепленный с возможностью поворота в вертикальной плоскости.
Данная машина сложна по конструкции, требует применения дополнительного приспособления (штанги) для передачи на сваю крутящего момента и осевой нагрузки, что обуславливает необходимость использования мачты, высота которой более чем в два раза превышает длину погружаемых свай, а также содержит большое количество узлов, необходимых для позиционирования штанги и сваи.
Технологический процесс установки свай с помощью данной машины является достаточно сложным и трудоемким, поскольку соединение сваи с машиной сопряжено с большим количеством манипуляций со штангой и сваей, а также с использованием дополнительных грузоподъемных механизмов.
Режим погружения сваи в грунт с помощью рассматриваемой машины является пошаговым с промежуточными остановками из-за цикличности рабочего хода гидроцилиндра, что увеличивает длительность процесса установки сваи.
Задачей заявляемого изобретения является упрощение конструкции машины для погружения трубчатых свай в вечномерзлый грунт и повышения ее производительности.
Сущность изобретения заключается в том, что в машине для погружения трубчатых свай в грунт, содержащей шасси с закрепленной на нем мачтой, расположенной с возможностью установки ее в вертикальное положение, связанный с мачтой механизм вращения, сменное устройство для закрепления верхнего конца свай различного диаметра, подлежащих погружению, а также механизм центрирования, обеспечивающий центрирование свай различного диаметра, расположенный вблизи основания мачты, согласно изобретению корпус механизма вращения установлен с возможностью его неограниченного продольного перемещения вдоль мачты, а сменное устройство для закрепления верхнего конца свай соединено с ротором механизма вращения.
В частном случае выполнения изобретения корпус механизма вращения выполнен в виде роторного стола, установленного на расположенных на мачте продольных направляющих, при этом продольное перемещение корпуса механизма
вращения по длине мачты осуществляется путем перемещения роторного стола по указанным направляющим с помощью кольцевой гибкой реверсивной передачи.
В частном случае выполнения изобретения сменное устройство для закрепления верхнего конца свай различного диаметра содержит соединенный с ротором механизма вращения оголовок, к которому прикреплена сменная обойма со сквозной полостью квадратного сечения, внутри которой по углам сформированы уголковые элементы, предназначенные для взаимодействия с укрепленными на верхнем конце сваи четырьмя отрезками уголкового проката, расположенными вдоль образующих сваи, а также четыре стержневых фиксатора, каждый из которых в рабочем положении сменного устройства пропущен через сквозной проход в стенке уголкового элемента, при этом выходящие в полость обоймы участки фиксаторов образуют опорные поверхности для нижних поверхностей укрепленных на верхних концах сваи отрезков уголкового проката.
В частном случае выполнения изобретения сменное устройство для закрепления верхнего конца свай различного диаметра содержит соединенный с ротором механизма вращения оголовок, к которому прикреплены два выполненных в виде полуколец бугеля, предназначенные для охвата наружной поверхности верхнего конца сваи, имеющие зубчатую насечку на внутренней поверхности и скрепляемые друг с другом с двух диаметрально противоположных сторон с помощью стяжных элементов.
В частном случае выполнения изобретения механизм центрирования содержит основание, расположенное вблизи нижней части мачты и ориентированное нормально по отношению к ее продольной оси с проемом под сваи, размер которого обеспечивает возможность прохождения сквозь него свай различного диаметра, набор помещенных на основании плоских шиберов, а также переставляемый прижимной затвор, при этом шиберы расположены на основании один над другим, каждый шибер установлен в направляющих с возможностью его выдвижения в положение, при котором один из его концевых участков располагается в зоне, соответствующей зоне прохождения сквозь основание подлежащих погружению свай, на указанном концевом участке каждого шибера выполнен полукруглый вырез, радиус которого соответствует одному из радиальных размеров подлежащих погружению свай, а переставляемый прижимной затвор выполнен в виде пластины, шарнирно закрепленной одним концом на
основании с возможностью ее углового поворота в плоскости основания и фиксации в выбранном угловом положении, причем размеры пластины и ее местоположение на основании выбраны таким образом, что для каждого выдвигаемого шибера имеется такое фиксированное угловое положение пластины, при котором обеспечивается прижим пластины к свае, радиальный размер которой соответствует радиусу выреза рассматриваемого шибера, со стороны, не охваченной вырезом шибера.
В частном случае выполнения изобретения шиберы механизма центрирования расположены один над другим таким образом, что радиусы их полукруглого выреза возрастают в направлении от верхнего шибера к нижнему.
Установка механизма вращения с возможностью его неограниченного перемещения вдоль мачты, а также возможность присоединения верхнего конца сваи через сменное устройство к ротору механизма вращения позволяют перед погружением сваи располагать ее вдоль мачты в такое положение, при котором верхний конец сваи находится непосредственно вблизи верхнего конца мачты. Это дает возможность использовать мачту, длина которой лимитируется лишь длиной погружаемых свай. При этом отпадает необходимость в использовании промежуточных узлов для передачи на сваю крутящего момента и осевой нагрузки, а также дополнительных приспособлений для позиционирования свай. Вышеуказанные факторы обуславливают упрощение конструкции машины. Кроме того, предлагаемая машина позволяет осуществлять не пошаговое, а непрерывное погружение сваи при неограниченном движении ротора механизма вращения сверху вниз вдоль мачты, благодаря чему повышается производительность работы машины.
Таким образом, техническим результатом, достигаемым при использовании заявляемой машины, является упрощение ее конструкции и повышение ее производительности.
Выполнение корпуса механизма вращения в виде роторного стола, установленного на расположенных на мачте продольных направляющих, и использование кольцевой гибкой реверсивной передачи для его продольного перемещения вдоль мачты является целесообразным с точки зрения обеспечения простоты конструкции машины и надежности ее работы. Кроме того, указанная передача движения не требует применения крупногабаритных механизмов перемещения для транспортировки объекта на значительное расстояние, как это
требовалось бы в случае использования для этой цели, например, гидравлической или винтовой передачи.
В случае, когда сменное устройство для закрепления верхнего конца свай различного диаметра содержит размещенный на роторе механизма вращения оголовок, к которому прикреплена описанная выше обойма с уголковыми элементами и стержневыми фиксаторами, упрощается процесс подготовки свай различного диаметра, устанавливаемых в данном сменном устройстве. В таком случае указанный процесс сводится к навариванию на сваю четырех отрезков уголкового проката, что проще по сравнению с прорезыванием в свае окон под захватные приспособления. При этом выходящие в полость обоймы участки стержневых фиксаторов образуют опорные поверхности для укрепленных на свае отрезков уголкового проката, за счет чего достигается простая и надежная фиксация верхнего конца сваи в обойме.
В случае, когда сменное устройство для закрепления верхнего конца свай различного диаметра содержит соединенный с ротором оголовок, к которому прикреплены два описанных выше бугеля, обеспечивается возможность осуществлять закрепление свай различного диаметра без какой-либо их предварительной подготовки.
Выполнение механизма центрирования в виде имеющего проем основания, на котором расположены описанные выше плоские шиберы и переставляемый прижимной затвор, является целесообразным с точки зрения обеспечения простоты конструкции и надежности работы. В рассматриваемом механизме центрирование сваи осуществляется с использованием подвижных элементов, управляемых вручную, обслуживание которых не требует высокой квалификации обслуживающего персонала, за счет чего упрощается и удешевляется эксплуатация рассматриваемого механизма центрирования.
Для упорядочения процесса установки шиберов в требуемое положение целесообразным является, чтобы шиберы были расположены один над другим по мере возрастания радиусов их полукруглых вырезов в направлении от верхнего шибера к нижнему.
На фиг.1 представлен общий вид заявляемой машины; на фиг.2 представлен общий вид сменного устройства, содержащего обойму с уголковыми элементами, вид спереди; на фиг.3 представлен общий вид сменного устройства, содержащего
бугели, вид сверху; на фиг.4 представлен общий вид механизма центрирования, вид сверху; на фиг.5 - то же, вид сбоку, разрез по А-А.
Машина для установки трубчатых свай в вечномерзлый грунт содержит шасси 1 с выносными опорами 2. На шасси 1 закреплена мачта 3, расположенная с возможностью установки ее в вертикальное положение. Машина содержит связанный с мачтой 3 механизм вращения, включающий корпус 4, выполненный в виде роторного стола, установленного на расположенных на мачте 3 продольных направляющих (на чертеже не показаны), и закрепленного на роторном столе 4 ротора 5. Роторный стол 4 установлен с возможностью продольного перемещения по расположенным на мачте 3 продольным направляющим с помощью смонтированной на мачте 3 кольцевой гибкой реверсивной передачи 6, в частности, цепной передачи. С ротором 5 механизма вращения соединено сменное устройство 7 для закрепления верхнего конца свай. Вблизи основания мачты 3 расположен механизм центрирования 8, обеспечивающий центрирование свай различного диаметра.
Сменное устройство 7 для закрепления верхнего конца свай различного диаметра в варианте выполнения, представленном на фиг.2, содержит обойму 9, прикрепленную через карданно-вилочный механизм 10 к оголовку (на фиг.2 не показан), который в свою очередь соединен с ротором 5 механизма вращения (см. фиг.1). При этом обойма 9 крепится к карданно-вилочному механизму 10 с помощью дискового элемента 11 и крепежных элементов (на фиг.2 позицией не обозначены). Сменная обойма 9 имеет сквозную полость 12 квадратного сечения, внутри которой по углам установлены четыре уголковых элемента 13, в каждом из которых выполнен сквозной проход 14, который предназначен для пропускания сквозь него стержневого фиксатора (на фиг.2 не показан). Сменная обойма 9 выполняет роль захватного элемента для погружаемой сваи, при этом размеры полости 12 и уголковых элементов 13 выбраны такими, что в рабочем положении машины (при осуществлении процесса погружения сваи) обеспечивается взаимодействие уголковых элементов 13 с четырьмя отрезками уголкового проката, укрепленными, в частности, с помощью сварки, на верхнем конце погружаемой сваи. Выходящие в полость обоймы участки фиксаторов установлены с образованием опорных поверхностей для нижних поверхностей укрепленных на верхних концах сваи отрезков уголкового проката.
Сменное устройство 7 для закрепления верхнего конца свай различного диаметра в варианте выполнения, представленном на фиг.3, содержит два бугеля 15, каждый из которых выполнен в виде полукольца, на внутренней поверхности которого имеется зубчатая насечка 16. Указанные бугели 15 выполняют роль захватного элемента для погружаемой сваи, при этом бугели 15 имеют форму и размеры, обеспечивающие в рабочем положении машины (при осуществлении процесса погружения сваи) охват наружной поверхности сваи. Скрепление бугелей 15 друг с другом осуществляется с двух их диаметрально противоположных сторон с помощью стяжных элементов, каждый из которых выполнен, в частности, в виде болта 17 и гайки 18. При этом в теле бугелей 15 выполнены соответствующие выборки под указанные стяжные элементы. Рассматриваемое сменное устройство 7 может содержать размещаемую внутри трубчатой сваи цилиндрическую распорку (на фиг.3 позицией не обозначена), предназначенную для предотвращения деформации стенок трубчатой сваи зубчатыми насечками 16. Бугели 15 крепятся через карданно-вилочный механизм к оголовку аналогичным образом, как сменная обойма 9 в сменном устройстве 7, представленном на фиг.2.
Механизм центрирования 8 (фиг.4 и 5) содержит основание 19, расположенное вблизи основания мачты 3 и ориентированное нормально по отношению к ее продольной оси, как это показано на. фиг.1. В основании 19 имеется проем 20 под сваи, размер которого обеспечивает возможность прохождения сквозь него свай различного диаметра.
На основании 19 помещен набор плоских шиберов 21. Шиберы 21 расположены на основании 19 один над другим, при этом каждый шибер 21 установлен в направляющих 22 с возможностью его выдвижения в положение, при котором один из его концевых участков располагается в зоне, соответствующей зоне прохождения сквозь основание 19 подлежащих погружению свай. На указанном концевом участке каждого шибера 21 выполнен полукруглый вырез 23, радиус которого соответствует одному из радиальных размеров подлежащих погружению свай.
На основании 19 также расположен переставляемый прижимной затвор, выполненный в виде пластины 24 и лимба 25. Пластина 24 шарнирно закреплена одним своим концом на основании 19. с возможностью ее углового поворота в плоскости основания 19. На противоположном конце пластины 24 выполнено
отверстие 26 под фиксирующий штифт (на чертеже не обозначен). На лимбе 25 выполнен ряд отверстий 27. Фиксация пластины 24 в выбранном угловом положении осуществляется путем совмещения отверстия 26 пластины 24 с соответствующим отверстием 27 лимба 25 и установки в указанном отверстии фиксирующего штифта. При этом размеры пластины 24, ее местоположение на основании 19 и место расположения отверстий 27 выбраны таким образом, что для каждого выдвигаемого шибера 21 имеется такое фиксированное угловое положение пластины 24, при котором обеспечивается ее прижим к свае, радиальный размер которой соответствует радиусу выреза 23 рассматриваемого шибера 21 со стороны, не охваченной указанным вырезом.
Заявляемая машина работает следующим образом.
Перед началом работы устанавливают мачту 3 вертикально, при этом основание 19 механизма центрирования располагается вдоль поверхности земли. Перемещают роторный стол 4 механизма вращения вдоль мачты 3 в нижнее положение. На основание 19 механизма центрирования 8 укладывают один (верхний в рабочем положении) конец сваи, при этом другой ее конец располагается на земле. Размещают расположенный на основании 19 конец сваи в сменном устройстве 7, соединенном с ротором 5, закрепляя указанный конец сваи в захватном элементе сменного устройства 7 (например, в сменной обойме 9 или между бугелями 15). Соединяют оголовок (на чертежах не показан) сменного устройства 7 с ротором 5 механизма вращения. При этом с помощью карданно-вилочного механизма 10 обеспечивается механическая связь расположенных под углом друг к другу указанных составных частей (оголовка и захватного элемента) сменного устройства 7.
Перемещают роторный стол 4 механизма вращения вдоль мачты 3 в верхнее положение, соответствующее длине погружаемой сваи. Заводят нижний (в рабочем положении) конец погружаемой сваи в проем 20 основания 19 механизма центрирования 8.
Осуществляют центрирование погружаемой сваи следующим образом. Перемещают шибер (шиберы) 21 по направляющим 22 основания 19 и фиксируют их в положении, обеспечивающем прохождение сваи выбранного диаметра сквозь проем 20 основания 19 в промежутке между вырезом (вырезами) 23 шибера (шиберов) 21 и пластиной 24 прижимного затвора. Обеспечивают прижим
пластины 24 к поверхности погружаемой сваи, совмещая отверстие 26 в пластине 24 с соответствующим отверстием 27 лимба 25 и фиксируя пластину 24 в указанном положении с помощью штифта, установленного в указанных отверстиях.
Производят погружение сваи, осуществляя ее вращение и осевое перемещение с помощью механизма вращения, перемещаемого вниз вдоль мачты 3 по продольным направляющим с помощью смонтированной на мачте 3 кольцевой гибкой реверсивной передачи 6.
После погружения сваи на небольшое расстояние (порядка 10 см) открывают прижимной затвор механизма центрирования 8, отводят шибер (шиберы) 21 в исходное положение и осуществляют дальнейшее погружение сваи на требуемую глубину без использования механизма центрирования 8.