Гидромолот для забивания свай

Авторы патента:

E02D7/10 - с гидравлическим или пневматическим молотом

Владельцы патента RU 2312952:

Левков Владимир Алексеевич (RU)

Изобретение относится к строительному оборудованию для забивания свай при строительстве фундаментов, в частности для забивания морских свай трубчатой конструкции, а также для выдергивания свай, дробления скальных плит морских шельфов. Гидромолот содержит ударную массу 7, гидроцилиндр 2 для разгона ударной массы 7, гидронасос 22 для подъема ударной массы 7, гидроаккумулятор 9 для быстрого сброса гидромасла из гидроцилиндра 2 во время разгона ударной массы 7, гидрораспределитель 17 для управления потоками гидромасла, напорную 18 и сливную 19 гидролинии. Гидромолот выполнен с корпусом-цилиндром 1, в котором расположена сдвоенная газовая камера высокого 5 и низкого 10 давлений, с которой совмещены соответственно поршневые полости гидроцилиндра 2 для разгона ударной массы 7 и гидроаккумулятор 9, выполненный в виде гидроцилиндра. При этом гидромолот снабжен гидравлическим распределителем 17 с электрическим управлением 15. Сливная 19 гидролиния подключена ко входу в гидронасос 22 и связана через гидравлический распределитель 17 с гидроаккумулятором 9 для обеспечения потока гидромасла через гидронасос 22 в гидроцилиндр 2 в процессе сброса ударной массы 7. Изобретение обеспечивает экономичную работу гидромолота, с повышенной частотой ударов и возможностью изменения энергии удара в большом диапазоне. 2 табл., 1 ил.

Гидромолот для забивания свай, далее по тексту гидромолот, относится к строительному оборудованию для забивания свай при строительстве фундаментов, в частности, и больших длинных гидротехнических кессоных свай.

Наиболее близким аналогом, реализующим приведенный в изобретении способ забивания свай гидромолотом, является описанный в патенте RU 2233364 C1, кл. Е02D 7/10, 04.01.2003 г., являющийся разработкой Омского государственного технического университета /1/.

Принцип работы гидромолота, описанного в (1), состоит в следующем. Ударная масса поднимается штоком гидроцилиндра давлением гидромасла. Сброс ударной массы осуществляется давлением газа на поршень гидроцилиндра. За счет быстрого сброса гидромасла из штоковой полости гидроцилиндра в расположенный рядом гидроаккумулятор и сливную линию падение ударной массы происходит с ускорением, большим ускорения свободного падения g в несколько раз. Далее цикл повторяется.

Отличием разработанного гидромолота сваебоя является то, что гидромасло из гидроаккумулятора не сбрасывается в гидробак маслостанции, гидромасло из гидроаккумулятора подается напрямую на гидронасос, в результате чего входное давление на нем не менее 0,9 Pa, где Pa-давление газа в гидроаккумуляторе, что дает неразрывность потока рабочей жидкости (гидромасла) и улучшает нагрузочную характеристику гидронасоса. Это позволяет с сохранением высоких параметров технических характеристик гидромолота применить в маслостанции гидромолота менее мощные ДВС и гидронасос. А отсутствие гидробака ведет к резкому уменьшению объема применяемого гидромасла. Эти преимущества хорошо видны в сравнительных таблицах 1 и 2, приведенных ниже.

Математическое описание работы гидромолота-сваебоя.

Введем условные обозначения физических величин.

En - потенциальная энергия давления газа на поршень и веса поднятой ударной массы (Нм);

Ек - кинетическая энергия удара (Нм);

Ега - энергия, затрачиваемая на сброс гидромасла в гидроаккумулятор (Нм);

Е_R - энергия, затраченная на местные сопротивления потоку гидромасло (Нм);

Fg - вес ударной массы (кг·с);

P_г - давление газа на поршень в главном гидроцилиндре (кг·с/см²);

Ра - давление газа на поршень в гидроаккумуляторе;

Qг - расход гидромасла в гидроцилиндре за время движения штока вниз (л/с);

Qн - расход гидромасла гидронасосом (л/с);

v - скорость ударной массы в момент удара (м/с);

h - высота подъема ударной массы (м);

Sn - площадь поршня гидроцилиндра (см²);

Sшт - площадь поршня со стороны штока (см²);

Sотв - площадь отверстий на пути сброса гидромасла (см²);

Vм - объем гидромасла в штоковой полости (л);

t^*- время разгона ударной массы (с);

t - время подъема ударной массы (с);

С учетом приведенных размерностей уравнение объема масла, участвующего в процессе работы, будет иметь вид:

потенциальная энергия давления газа на поршень и веса ударной массы:

расходуется на энергию удара, равную кинетической энергии ударной массы перед ударом:

или с учетом

энергию, затраченную на преодоление местных сопротивлений на пути сброса гидромасла из штоковой области гидроцилиндра в гидроаккумулятор:

с учетом

энергию, затраченную на заполнение гидромаслом гидроаккумулятора:

полное уравнение баланса энергий для гидромолота в процессе разгона ударной массы будет иметь вид:

En=Ек+Е_R+Еа

или в развернутом виде:

с учетом (1) и сделав преобразование уравнения (6), получим:

разрешив его относительно t, получим время разгона ударной массы:

время подъема ударной массы:

частота ударов в герцах:

Ускорение ударной массы во время ее разгона:

Скорость ударной массы в момент удара:

Мощность, отбираемая гидронасосом у ДВС:

На основании вышеизложенного был разработан промышленный образец гидромолота-сваебоя со следующими конструктивными параметрами:

Диаметр главного цилиндра - 200 мм

Ход штока гидроцилиндре - 0,7 м

Давление газа в гидроцилиндре - 110 атм.

Давление газа в гидроаккумуляторе - 12 атм.

Ударная масса - 3,2 т.

Производительность насоса номинальная - 375 л/мин.

Приводим сравнительную таблицу рабочих параметров разработанного гидромолота с аналогичным гидромолотом-сваебоем фирмы IHC Hydrohammer S-200.

Таблица 1
Сравнительная таблица гидромолотов S-200 и ВАЛ-2
Марка гидромолота	Энергия удара max/min (кНм)	Частота удара с Emax (уд/мин)	Вес ударной массы (тн)	Вес гидромолота с юбкой (тн)	Длина гидромолота(без юбки) (м)
S-200	200/10	45	10	24,5	8,9
ВАЛ-2	210/10	36	3,2	12	3,3

Таблица 2.
Сравнительная таблица маслостанции гидромолотов S-200 и ВАЛ-2
Марка маслостанции	Рабочее давление (атм.)	Объем камеры в гидронасосе (см)	Объем масла в гидросистеме (л)	Мощность ДВС (кВт)
Р-750 (S-200)	250	400	350	435
МВ-2 (ВАЛ-2)	275	250	130	184

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображена конструктивная схема заявляемого устройства.

Гидромолот состоит из корпуса-цилиндра 1, в котором расположена сдвоенная газовая камера высокого 5 и низкого 10 давлений, с ними совмещены соответственно главный гидроцилиндр 2, с расположенными в нем поршнем 4 и штоком 3, и гидроцилиндр гидроаккумулятора 9. Шток гидроцилиндра 2 соединен цапфой 6 с ударной массой 7, которая бьет в процессе работы по демпферу шабота 11. Шабот 11 опирается на сваю 24, оголовок которой входит в юбку 12. Напорная гидролиния 18 идет от гидронасоса 22 с предохранительным гидроклапаном 21, входит в гидрораспределитель 17, управляемый гидрораспределителем с электрическим управлением 15. Гидрораспределитель имеет встроенный дроссель, на котором создается перепад давления 8-10 атмосфер 16, и соединен с гидроцилиндром 2 гидролинией 14 и с гидроаккумулятором 2 гидролинией 13. Подающая гидролиния 19 входит в калорифер 23 охлаждения гидромасла, содержит пневмогидроаккумулятор 20 и далее подключена ко входу в гидронасос. Автоматическая и потактовая работа гидромолота осуществляется электронным блоком управления, который снимая сигналы с индукционного датчика нижнего положения поршня гидроцилиндра обеспечивает необходимый режим работы гидромолота, задавая высоту подъема ударной массы, при этом изменяется и частота ударов. Так как у шабота имеется свободный ход, то становится возможным применение гидромолота для выдергивания свай, потому что на малых высотах подъема штока (от 2 до 9 сантиметров) ударная масса не отрывается от демпфера шабота и гидромолот работает в режиме вибратора. Например, при подъеме штока на высоту h=5 см на основании формул (3), (7) и (9), приведенных в разделе "Математическое описание работы гидромолота-сваебоя", частота вибраций составляет 7,15 герц (что соответствует 430 уд./мин) с энергией в одном цикле Ек=1,8 тм (18 кДж).

Поясним процесс работы гидромолота согласно гидросхеме, приведенной на чертеже. Рабочий процесс гидромолота состоит из двух операций: подъема и сброса с разгоном ударной массы 7. Для подъема ударной массы гидромасло из гидроаккумулятора 9 по гидролинии 13, через гидрораспределитель 17, который электрораспределителем 15 перекинут в положение А, далее через обратный клапан 16 по гидролинии 19 через калорифер 23 подается гидронасосом 22 по гидролинии 18, через второй канал гидрораспределителя 17 далее по гидролинии 14 в штоковую полость гидроцилиндра 2. Так как гидромасло на гидронасос подается из гидроаккумулятора, то давление на входе в гидронасос Рвх равно разности давлений газа в гидроаккумуляторе Ра и потерь давления на падающей гидролинии 19, которые составляют около 0,1 Ра, т.е Рвх=0,9 Ра.

По достижении, заданной блоком управления, высоты подъема ударной массы гидрораспределитель 17 переключается на гидрораспределитель с электрическим управлением 15 в положение В. Тогда гидромагистраль давления 18 переключается на гидролинии слива 19. Гидронасос перекачивает гидромасло по гидролинии 18, через гидрораспределитель 17, дроссель 16 в сливную гидролинию 19 и через калорифер 23 на свой вход. А штоковая полость гидроцилиндра 2 через гидролинию 14, гидрораспределитель 17 и гидролинию 13 подключена к гидроаккумулятору 9. Давлением газа на поршень 4 гидроцилиндра и силой веса ударной массы 7 гидромасло из штоковой полости гидроцилиндра 2 быстро сбрасывается в гидроаккумулятор 9 по выше описанному маршруту. При этом ударная масса движется с ускорением, большим в несколько раз ускорения свободного падения g. По достижении поршнем 4 нижнего положения в гидроцилиндре индуктивный датчик подает сигнал в электронный блок управления о начале нового цикла.

Гидромолот для забивания свай, содержащий ударную массу, гидроцилиндр для разгона ударной массы, гидронасос для подъема ударной массы, гидроаккумулятор для быстрого сброса гидромасла из гидроцилиндра во время разгона ударной массы, гидрораспределитель для управления потоками гидромасла, напорную и сливную гидролинии, отличающийся тем, что гидромолот выполнен с корпусом-цилиндром, в котором расположена сдвоенная газовая камера высокого и низкого давлений, с которой совмещены соответственно поршневые полости гидроцилиндра для разгона ударной массы и гидроаккумулятор, выполненный в виде гидроцилиндра, при этом гидромолот снабжен гидравлическим распределителем с электрическим управлением, а сливная гидролиния подключена ко входу в гидронасос и связана через гидравлический распределитель с гидроаккумулятором для обеспечения потока гидромасла через гидронасос в гидроцилиндр в процессе сброса ударной массы.

Изобретение относится к гидравлическим устройствам ударного действия. .

Свайный молот // 2310723

Изобретение относится к строительному оборудованию для погружения в грунт и извлечения из грунта различного вида свай и шпунтов, а также для ударного трамбования грунта.

Устройство ударного действия // 2265721

Изобретение относится к устройствам ударного действия для рыхления мерзлого грунта и для разрушения скальных пород, искусственных материалов, уплотнения грунтов и может быть использовано в горной промышленности, коммунальных службах, металлургии, строительстве, а также при создании штамповочных и сваебойных молотов.

Способ управления рабочим циклом гидравлической ударной машины // 2260121

Изобретение относится к области управления импульсными системами с гидроприводом и может найти применение в горном деле и строительстве при разработке гидравлических ударных машин.

Способ регулирования энергии удара гидравлической ударной машины и регулируемая гидравлическая ударная машина // 2252299

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к гидравлическим ударным машинам с регулируемыми параметрами удара, которые могут быть использованы, например, для забивки металлических труб при безтраншейной прокладке инженерных коммуникаций.

Ударная установка для производства дорожных работ, преимущественно для погружения стоек ограждения // 2250305

Изобретение относится к области горного дела и строительства, в частности к машинам для производства дорожных работ, а именно, для обустройства и ремонта автомобильных дорог.

Способ забивки свай гидромолотом и устройство для его осуществления // 2233364

Изобретение относится к строительству, в частности к оборудованию для забивки свай, шпунта, элементов конструкции при устройстве фундаментов. .

Пневматическое ударное устройство // 2232242

Гидравлическая ударная система // 2232229

Изобретение относится к гидравлическим ударным системам, содержащим несколько (два и более) гидравлических ударных устройств, и может найти применение в горном деле, строительстве и коммунальном хозяйстве при ударной отбойке прочных материалов и погружении в грунт стержневых элементов.

Гидравлическая ударная машина (варианты ) // 2230189

Изобретение относится к гидравлическим устройствам ударного действия и может найти применение в горном деле и строительстве при ударном погружении в грунт стержневых элементов, при дроблении негабаритов, при разрушении старых конструкций зданий, фундаментов, бетонных конструкций.

Гидромолот // 2329356

Изобретение относится к строительным машинам для забивки в грунт железобетонных свай, стальных труб, шпунта и других забивных элементов

Гидромолот // 2333316

Изобретение относится к конструкциям гидромолотов для погружения в грунт железобетонных и стальных свай, шпунтов и других забивных элементов

Гидромолот // 2333317

Изобретение относится к строительному оборудованию для погружения в грунт железобетонных свай, стальных труб, шпунта и других забивных элементов

Гидравлический молот для погружения свай // 2347037

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для погружения свай при устройстве оснований под фундаменты гражданских и промышленных сооружений, при возведении мостов, пристаней, набережных и для защиты сооружений от подмыва, для погружения свай под заданным углом к поверхности грунта

Устройство ударного действия // 2354828

Пневматическое ударное устройство для забивания в грунт длинномерных элементов // 2401910

Изобретение относится к строительной и горной промышленности, а именно к пневматическим ударным устройствам для забивания в грунт стержневых элементов, например труб, и может найти применение также в других областях промышленности, где требуется ударное воздействие

Пневмоударная машина для забивания инструментов в грунт // 2440460

Изобретение относится к горной и строительной технике, а именно к пневмоударным устройствам, и может быть использовано для забивания в грунт, в шпуры горных пород и искусственных каменных материалов клиновых инструментов различного профиля

Устройство ударного действия // 2443863

Изобретение относится к горным машинам и предназначено для ударного разрушения крепких породоподобных материалов и мерзлого грунта, для забивки свай и трамбования грунта и т.д

Регулируемая ударная машина // 2476644

Изобретение относится к машиностроению и может найти применение в горном деле при отбойке монолитов, в строительстве, а также в сейсморазведке как механический источник возбуждения сейсмических волн на малых глубинах

Гидравлическая ударная машина // 2495991

Изобретение относится к горному делу, строительству и геофизике - к гидравлическим ударным устройствам импульсного действия, применяется при разрушении горных пород и других твердых материалов и при сейсморазведке в качестве импульсного невзрывного источника сейсмических колебаний. Машина содержит корпус, боек, камеру прямого хода, камеру обратного хода и дополнительную камеру, образованные между корпусом и бойком, выполненные в корпусе каналы для подвода и отвода рабочей жидкости, канал управления и дополнительный канал, инструмент, источник расхода рабочей жидкости, аккумулятор, бак, гидрораспределитель, с помощью которого камера прямого хода соединена либо с источником расхода рабочей жидкости, аккумулятором и камерой обратного хода, либо со сливом в бак. Камера управления гидрораспределителя через канал управления соединена постоянно с дополнительной камерой, а его золотник подпружинен с усилием, равным усилию в камере управления гидрораспределителя при давлении рабочей жидкости, равном установленной величине РЗ. Камера прямого хода соединена гидрораспределителем с источником расхода рабочей жидкости, аккумулятором и камерой обратного хода с помощью дополнительного канала через обратный клапан после задержки бойка и достижения в системе установленной величины РЗ давления перед началом прямого хода бойка, после начала прямого хода бойка - с помощью дополнительного канала через обратный клапан и канала для подвода и отвода рабочей жидкости камеры прямого хода. Дополнительная камера в конце обратного хода бойка соединена с источником расхода рабочей жидкости, аккумулятором и камерой обратного хода, а в конце прямого хода бойка - со сливом в бак. Корпус, боек и канал для подвода и отвода рабочей жидкости камеры прямого хода выполнены с возможностью образования замкнутого объема рабочей жидкости в камере прямого хода в конце обратного хода бойка. Техническая задача - повышение коэффициента полезного действия гидравлической ударной машины и улучшение качества сейсмического сигнала за счет исключения повторных ударов бойка по инструменту вследствие осуществления задержки бойка перед началом прямого хода. 1 ил.