Строительные машины и оборудование

Вибромолоты

Вибромолот — это вибрационная машина, передающая погружае­мому (извлекаемому) элементу колебательные и ударные им­пульсы. Такое воздействие на погружаемый (извлекаемый) эле­мент наиболее эффективно, что позволяет применять вибромоло­ты для погружения металлических свай, труб и шпунта в рыхлые и водонасыщенные средней плотности пески, а также в связные грунты текучей и текучепластичной консистенции.

Вибромолот (рис. 19.24) состоит из ударной части, включа­ющей в себя двухвальный бестраномиссионный вибровозбудитель направленных колебаний 1 с ударником 5 и наголовник 6 с на­ковальней 4, соединенных между собой рабочими пружинами 3. Наголовники могут соединяться с погружаемым элементом жест­ко или устанавливаться на него свободно без закрепления. Виб - ровозбудитель включает в себя два электродвигателя, на парал­лельных валах которых закреплены дебалансы 2, вращающиеся синхронно-синфазно. При вращении дебалансов ударник 5 ко­леблющегося вибровозбудителя наносит частые (до 1440 в мину­ту) удары по наковальне 4, соединенной с погружаемым элемен­том. Параметры вибромолотов аналогичны ранее рассмотренным вибропогружателям.

Классификация вибромолотов производится по виду приме­няемого привода, по связи двигателя с вибровозбудителем и по наличию упругой связи между вибровозбудителем и погружаемым элементом. По первому признаку вибромолоты подразделяют на 268
электрические, гидравлические, пневматические и с двигателями внутреннего сгорания. Наиболее распространены вибромолоты с электрическим приводом. По связи двигателя с вибровозбудите­лем молоты могут быть трансмиссионные и бестрансмиссионные. Преимущественное распространение получили бестрансмиссион­ные вибромолоты, как наиболее простые по конструкции и на­дежные в эксплуатации. По наличию упругой связи между виб­ровозбудителем и погружаемым элементом вибромолоты подраз­деляются на пружинные и беспружинные.

Существует несколько принципиальных схем вибромолотов (рис. 19.25). На рис. 19.25,а представлен беспружинный молот, свободно лежащий на свае. При работе ударная часть подбрасывается вынуждаю­щей силой и, падая, передает ударные им­пульсы головке сваи. Достоинством данной схемы является простота конструкции, не­достатком — низкая эффективность рабо­ты. Схема пружинного молота с положи­тельным (или нулевым) зазором приведена на рис. 19.25,6. Такие вибромолоты наибо­лее распространены, так как имеют не­сколько режимов, в которых может рабо­тать машина. В зависимости от жесткости пружин, параметров вибровозбудителя, ха­рактеристики грунтов такой вибромолот может работать в удар­ном и безударном режимах. Преимуществами этой схемы являют­ся меньшая масса вибромолота, а также незначительное влияние характеристики грунта на режим работы машины.

При предварительной затяжке рабочих пружин (отрицатель­ном зазоре между молотом и наголовником) (рис. 19.25,в) режим работы молота преимущественно зависит от параметров самой машины (вынуждающей силы, амплитуды и частоты колебаний). Преимуществом этой схемы является значительное (в три раза) снижение массы пружины, а недостатком — повышенное потреб­ление электроэнергии.

В случае применения одномоторного вибровозбудителя (рис. 19.25,г) возникают круговые колебания. При большой по­перечной податливости пружин эта схема близка к схеме на рис. 19.25,6. Преимуществами данной схемы являются малая мас­са и простота конструкции машины, недостатками — значительные потери энергии при ударе и невысокая эффективность работы.

Для повышения эффективности работы вибромолотов увели­чивают значение сил, статически действующих в направлении по­гружения путем введения пригрузочных плит, масса которых оп­ределяется видом погружаемого элемента и характеристикой грунта.

Общий вид вибромолота, выполненного по схеме на рис. 19.24, изображен на рис. 19.26. Вибромолот состоит из вибровозбуди­теля 8, наголовника 13, верхних 12 и нижних 16 рабочих пружин, скобы 7 с блоком 6 для подвески молота к тросу копровой уста­новки, проставки 14, пульта управления 20. В корпусе 3 вибро­возбудителя встроены два виброудароустойчивых электро­двигателя 4 с параллельными горизонтально расположен­ными осями роторов 9. На концах валов закреплейы
дебалансы 10. В нижней части корпуса в коническом гнезде установлен боек 2. Натяжение рабочих пружин регулируется гайками 18, навинчиваемыми на штанги 17. Скоба крепится к наголовнику жестко с помощью осей 15. Проставка удержи­вается от выпадения из наголовника двумя стопорными болта­ми 19. Питание вибромолота производится от пульта управления с помощью кабеля 11 и токонесущих проводов через клеммную коробку 5. При работе электродвигателей вибровозбудитель по­лучает вертикально направленные колебания, которые сопровож­даются ударами бойка по наковальне 1 проставки. Наковальня закреплена в проставке в коническом гнезде.

Вибрационные молоты могут работать при положительных, нулевых и отрицательных зазорах. Исследованиями установлено, что оптимальным является нулевой

Зазор, при котором режим работы Таблица 19.2 Значения р молота не зависит от вида грунта, глубины погружения элемента и соот­ношения массы молота и погружаемо­го элемента. Положительные зазоры могут быть использованы в очень уз­ких пределах, так как при зазорах, превышающих амплитуду вынужден­ных колебаний, возможен переход на безударные колебания. Отрицательные зазоры могут использо­ваться в широких пределах, однако при этом-режим работы мо­лота весьма чувствителен к массе погружаемого элемента, глуби­не его погружения и виду грунта и поэтому требует частой пере­настройки. Вибромолоты работают в комплекте с копровой уста­новкой или самоходным краном соответствующей грузоподъем­ности.

Расчет вибромолотов. Расчет включает в себя определение энергии удара (Дж), жесткости рабочих пружин (Н/м), возму­щающей силы дебалансов (Н), размаха колебаний машины (м). мощности электродвигателей (кВт), геометрических размеров де­баланса (м).

Энергия удара

E=mv2/[2(l—R)], (19.22)

Где т — масса ударной части молота; v — ударная скорость виб­ромолота, м/с м/с); R — условный коэффициент восстанов­ления скорости при ударе (—

Жесткость комплекта рабочих пружин

(19-23)

Где а — коэффициент, учитывающий сдвиг оптимальных ударных скоростей в сторону отрицательных зазоров (а=1,1 ... 1,2); со — угловая частота вращения дебалансов, равная частоте вынуж­
денных колебаний, с-1 (®=яп/30, п — частота вращения электро­двигателей, об/мин); і— отношение частоты вращения дебалан­сов к числу ударов молота.

На режим работы молота влияет только суммарная жесткость пружин (распределение жесткости между пружинами значения не имеет). Суммарная возмущающая сила, развиваемая деба - лансами,

„ Y2 —1

V 'Miff)- (i9-24)

Где у — отношение частоты вынужденных колебаний к частоте собственных колебаний вибровозбудителя без ограничителя;

Y = ш/Ус/т.

Размах колебаний ударной части молота

А = р-^-, (19.25)

ТОО2

Где р — коэффициент, зависящий от величин і и Я и определяет­ся по табл. 19.2.

Мощность электродвигателей, установленных на вибромо­лоте,

= (19.26)

Где т]і — КПД вибровозбудителя (тії—0,6 ... 0,7); ц2 — КПД элек­тродвигателей (т]2=0,85 ... 0,9). Геометрические размеры деба­лансов определяются на основании известных величин вынужда­ющей силы и статического момента дебалансов определенной гео­метрической формы.