ВИБРОПРОБИВНОЕ УСТРОЙСТВО

Предлагаемое техническое решение относится к области строительства и может быть использовано при изготовлении фундаментных колодцев под набивные сваи, а также при изготовлении водяных колодцев, дренажных колодцев и т.п.
Известна установка для устройства буронабивных свай, включающая базовую машину, раму, буровую штангу, ротор и силовой цилиндр, где с целью повышения производительности ротор шарнирно соединен с рамой двумя тягами, одна из которых больше другой в 0,1-1,2 раза. (1)
Однако, 100%-е использование такой установки можно производить только при снабжении ее значительным набором дополнительного оборудования, что приведет к резкому снижению коэффициента использования каждого из них, так как при задействовании любого из видов указанного оборудования в выполнении очередной операции по устройству буронабивных свай все остальные переводятся в режим ожидания. Таким образом данное предложение увеличивает лишь в некоторой степени коэффициент использования привода базовой машины. В целом же производительность работ по устройству буронабивных свай остается низкой и в силу значительных объемов непроизводительных работ, связанных с уборкой и вывозом извлеченного грунта.
Известны также методы изготовления частотрамбованных набивных свай и вибронабивных свай, для которых колодцы образуют погружением вибратором инвентарных обсадных труб с нижним концом, закрытым теряемым железобетонным башмаком. (2)
Однако, для такого метода образования фундаментных колодцев (особенно для диаметров более 400 мм) также характерна невысокая производительность и большие энергозатраты, обусловленные необходимостью преодолевать большие, и все возрастающие при погружении, сопротивления грунта внедрению.
Известно также устройство для вытрамбовывания скважин в грунте взятое нами в качестве прототипа, содержащее привод и рабочий орган, включающий корпус, рабочий наконечник для разрушения грунта, расположенный у нижнего
конца корпуса, направляющую, размещенную внутри корпуса в продольном его направлении, ударник, выполненный с возможностью его перемещения вдоль направляющей, причем привод выполнен в виде линейного импульсного двигателя, состоящего из реактора и якоря с многополюсными обмотками и импульсного источника питания, причем реактор с многополюсной обмоткой размещен на внутренней поверхности ударника, а якорь с многополюсной обмоткой на наружной поверхности направляющей (3).
Однако, и данное техническое решение обладает низкой производительностью работ и весьма ограниченные технологические возможности (эффективен при диаметрах не более 200 мм), в связи с относительно малой величиной энергии пружинного удара.
Таким образом, задачей создания предлагаемого технического решения является повышение эффективности работы путем расширения технологических возможностей, при снижении энергозатрат.
Поставленная задача решается тем, что вибропробивное устройство, содержащее рабочий орган, включающий корпус, направляющую, рабочий наконечник для пробивания грунта, и вибропривод с ударником, выполненным с возможностью его перемещения внутри направляющей, отличается тем, что корпус выполнен полым и формообразующим в виде размерообразующей направляющей трубы со съемным фланцем на одном конце и формообразующего рабочего наконечника с внутренней ударной пятой - на другом, а вибропривод с ударником, выполнен в виде виброударновращающего механизма, при этом формообразующий корпус и виброударновращающий механизм выполнены с возможностью жесткой связи между собой посредством сцепной муфты, одна полумуфта которой закреплена на съемном фланце формообразующего корпуса, другая - на теле ударника виброударновращающего механизма, причем виброударновращающий механизм выполнен в виде дебалансного вибратора с двусторонним электромеханическим приводом, обеспечивающим раздельные возвратно-поступательное в вертикальной и возвратно-вращательное в горизонтальной плоскостях движения жестко связанному с вибратором ударнику, расположенному внутри формообразующего корпуса, размещенному с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно его направляющей в вертикальной плоскости и возвратно-вращательного перемещения вместе с ним в горизонтальной плоскости и установленному соосно пяте формообразующего рабочего наконечника посредством роликовых опор,
закрепленных на теле ударника по диаметру его сечений через 120 град. с разворотом относительно друг друга на 60 град.
Сравнительный анализ предлагаемого технического решения с прототипом и аналогичными решениями позволяет заявить, что предлагаемое техническое решение обладает новыми конструктивными элементами и связями между ними, которые предоставляют возможность:
- заменить такие методы устройства фундаментных колодцев как бурение, погружение молотами или вибраторами инвентарных обсадных труб, закрытых снизу теряемым железобетонным башмаком;
- снизить удельные показатели энергопотребления за счет:
а) использования двустороннего привода с одним электродвигателем с применением реверса и обгонных муфт, что повышает коэффициент использования двигателя при осуществлении раздельных движений механизма 2 - возвратно-поступательного для вибропробивании колодца и возвратно-вращательного для извлечения устройства из пробитого колодца и выглаживания его стенок;
б) отсутствия колебательных движений формообразующего корпуса 1 в вертикальной плоскости при вдавливании корпуса в грунт, что исключает его утрамбовку, снижает лобовое сопротивления грунта, и, как следствие, уменьшает расход энергии на его преодоление;
в) минимальной длины формообразующего наконечника, что уменьшает на его боковых стенках сопротивление погружению корпуса 1 в грунт;
г) применения возвратно-вращательных движений при выемке формообразующего корпуса 1 из пробитого колодца путем автоматического соединения с помощью сцепной муфты 3 с механизмом 2, что резко уменьшает сопротивление подъему;
- повысить производительность работ за счет:
а) увеличения скорости внедрения устройства в грунт, в свою очередь за счет:
1. отсутствия возвратно-поступательного движения формообразующего корпуса 1;
2. оптимального фазового угла встречи ударника с пятой наконечника, при котором обеспечивается наибольшая скорость соударения, а также за счет того, что удар происходит на одном периоде вращения дебалансов. В результате этого могут быть существенно снижены время и затраты на изготовление колодцев.
Ориентировочные расчеты показывают, что для пробивки фундаментного колодца глубиной 10 м и диаметром 600 мм требуется 5-10 минут, в зависимости от плотности грунта. При этом установленная мощность составляет не более 11 Квт, что -
- соответствует такому критерию полезной модели как «новизна».
На фигуре 1 - изображен вид спереди вибропробивного устройства.
На фигуре 2 - изображен вид сбоку.
Вибропробивное устройство состоит из формообразующего корпуса 1 (Фиг.1, 2) и виброударновращающего механизма 2, выполненных с возможностью жесткой связи между собой посредством сцепной муфты 3, одна полумуфта которой закреплена на съемном фланце 4 формообразующего корпуса 1, другая - на теле ударника 9 виброударновращающего механизма 2.
Формообразующий корпус 1 состоит из раздвигающего грунт конусообразного полого с внутренней пятой формообразующего рабочего наконечника 5, образующего заданный диаметр колодца и полой размерообразующей трубчатой направляющей 6, обеспечивающей заданную глубину колодца и закрытой сверху фланцем 4 с проходным отверстием для ударника 9 виброударновращающего механизма 2.
Виброударновращающий механизм 2 включает в себя дебалансный вибратор 7 с двусторонним приводом 8, обеспечивает возвратно-поступательное и возвратно-вращательное движения жестко связанному с вибратором ударнику 9, расположенному внутри формообразующего корпуса 1 с возможностью перемещения вместе с ним в горизонтальной плоскости и относительно его размерообразующей направляющей б в вертикальной плоскости соосно пяте формообразующего рабочего наконечника 5 посредством роликовых опор 10, закрепленных на теле ударника 9 по диаметру его сечений через 120 град. с разворотом относительно друг друга на 60 град.
Корпус вибратора 7 содержит установленные в подшипниковых опорных узлах два ведущих вала 11, 12 и два ведомых - 13, 14, на которых попарно смонтированы дебалансы 15 и 16, и которые кинематически связаны межу собой попарно в горизонтальной и вертикальной плоскостях зубчатыми колесами 17 и 18, а также цапфы 19 с коромыслом 20, связывающие все устройство с механизмом подъема грузоподъемной машины (на рисунке не показаны).
Ведущие валы 11 и 12 получают вращение от электродвигателя с двумя выходными концами вала ротора через смонтированные на них сцепные муфты (например, обгонные) 21 и 22, и ременные передачи 23 и 24, соответственно. При этом ведущие шкивы 25 и 26 ременных передач 23 и 24 смонтированы на наружных обоймах обгонных муфт 21 и 22, а ведомые 27 и 28 - на концах ведущих валов 11 и 12 вибратора 7, соответственно.
Вибропробивное устройство работает следующим образом.
После установки устройства на ось будущего колодца трос механизма подъема грузоподъемной машины ослабляется и Виброударновращающий механизм 2 опускается до упора ударника 9 в пяту рабочего наконечника 5 формообразующего корпуса 1, размыкая при этом сцепную муфту 3. В этом положении при запуске электродвигателя двустороннего
привода 8 крутящий момент через сцепную муфту 21, ременную передачу 23, передается ведущему валу 11 и далее кинематически связанному в горизонтальной через зубчатые колеса 17, ведомому валу 13. Получающие таким образом вращение дебалансы 15 создают возмущающую силу, приводящую в возвратно - поступательное движение в вертикальной плоскости весь механизм 2, который через ударник 9 воздействует ударом на пяту наконечника 5 корпуса 1, погружая последний в окружающий грунт, концентрично раздвигая и уплотняя его. При этом обгонная муфта 22 остается разомкнутой и, соответственно, ременная передача 24, ведущий 12 и ведомый 14 валы, а также смонтированные на них дебалансы 16, создающие всему механизму 2 возвратно-вращательное движение в горизонтальной плоскости, остаются неподвижными.
При достижении заданной глубины электродвигатель двустороннего привода 8 выключают, механизм 2 останавливают и, посредством коромысла 20 и грузоподъемного механизма, приподнимают механизм 2 до полного включения сцепной муфты 3, жестко соединяя его (механизм 2) с формообразующим корпусом 1. В этом положении, при запуске двигателя двустороннего привода 8, крутящий момент через сцепную муфту 22, ременную передачу 24, передается ведущему валу 12 и далее кинематически связанному в вертикальной плоскости через зубчатые колеса 18 ведомому валу 14. Получающие таким образом вращение дебалансы 16 создают возмущающую силу, приводящую в возвратно - вращательное движение в гоизонтальной плоскости весь виброударновращающий механизм 2, который через сцепную муфту 3 передает это движение формообразующему корпусу 1, который при продолжении подъема всего устройства выглаживает уплотненные стенки образованного колодца. При этом обгонная муфта 21 размыкается и, соответственно, ременная передача 23, ведущий 11 и ведомый 13 валы, а также смонтированные на них дебалансы 15, создающие возвратно-поступательное движение в вертикальной плоскости, остаются неподвижными, до установки устройства над осью очередного колодца.
Положительный эффект от использования данного технического решения выражается в повышении эффективности работы за счет: расширения технологических возможностей - изготовления фундаментных колодцев без выемки земли в полном диапазоне применяемых набивных свай в соответствии со СНиП II Б.5-67* при значительном снижении энергозатрат; обеспечения уплотнения окружающих грунтов и, как следствие, повышения несущей способности свай; снижения объемов и стоимости земляных работ, и свайных фундаментов в целом.
Источники информации:
1. Авторское свидетельство СССР №490910, МПК Е 02 d 7/18.
2. Сваи и свайные фундаменты. Справочное пособие. Киев, «Будивельник», 1977
3. Авторское свидетельство СССР №1818415, МПК Е 02 Д 7/20 (прототип).