ВИБРОВОЗБУДИТЕЛЬ Российский патент 1994 года по МПК E02D7/18 

Изобретение относится к строительству, в частности к устройствам для погружения в грунт строительных элементов с использованием сжатого воздуха.

Известны штанговые дизель-молоты, предназначенные для забивания в грунт труб и других строительных элементов. В этих машинах ударная энергия передается погружаемой трубе с помощью расположенных по периферии выступов.

Недостатками штанговых дизель-молотов являются сложность конструкции ударного узла вследствие наличия шаровой опоры, недолговечность ударных выступов вследствие их большой длины и расчлененности (обычно имеется четыре выступа), низкий КПД передачи энергии удара, т.к. вся энергия удара передается через расчлененные выступы, ударная площадь которых много меньше торцевой площади забиваемого элемента, воспринимающего удар. Кроме того, в стационарном режиме в таких молотах реализуется режим вдавливания через воздушную подушку, вследствие чего эффективность штанговых дизель-молотов относительно низка.

Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является вибровозбудитель для забивания в грунт труб и других погружаемых строительных элементов, включающий корпус, связанные между собой основания, полый ударник с размещенным в нем воздухораспределительным устройством, диафрагмы, размещенные между торцами ударника и основаниями, образующие рабочие камеры.

Недостатками этого устройства является следующее:
ударник вследствие люфта между ним и цилиндрическим корпусом может качаться, а возможность перекосов ударника ведет к косому удару;
из-за наличия перекосов и качаний ударника снижается долговечность диафрагм машины.

Целью изобретения является повышение эффективности забивания в грунт погружаемых элементов за счет ликвидации косого удара и повышения долговечности вибровозбудителя.

Цель достигается за счет того, что вибровозбудитель снабжен центрирующимися штангами, выполненными виде стержней, пропущенных в образованные в ударнике продольные каналы, размещенные равномерно по его периметру, при этом центрирующиеся штанги установлены в выполненных в корпусе гнездах с возможностью осевого и радиального перемещений.

Признак "вибровозбудитель снабжен центрирующимися штангами, выполненными в виде стержней, пропущенных в образованные в ударнике продольные каналы, размещенные равномерно по его периметру" отсутствует в упомянутых аналогах и прототипе и не известен из других источников. Использование центрирующихся штанг позволяет обеспечить самоцентрирование вибровозбудителя и тем самым обеспечить повышение эффективности работы машины и забивания в грунт погружаемых элементов. Благодаря размещению центрирующихся штанг равномерно по периметру ударника и пропуску их в образованных по периметру ударника продольных каналах обеспечивается совместное отклонение штанг и ударника при возникновении опрокидывающего момента, что и обеспечивает центрирование ударника. Указанный признак способствует достижению цели и вследствие этого является существенным.

Признак "центрирующиеся штанги установлены в выполненных в корпусе гнездах с возможностью осевого и радиального перемещения" отсутствует в рассмотренных аналогах и прототипе и не известен из других источников. Благодаря закреплению штанг в гнездах корпуса с возможностью осевого и радиального перемещений появляется возможность поворота ударника под воздействием опрокидывающего момента, возникающего в момент косого удара, а значит и возможность автоцентрирования системы ударник-штанги относительно корпуса вибровозбудителя и его рабочей ударной поверхности. Обеспечивая возможность автоцентрирования системы ударник-штанги, этот признак позволяет повысить эффективность процесса погружения забиваемых элементов и долговечность вибровозбудителя, исключив косые удары. Тем самым рассматриваемый признак способствует достижению цели и, следовательно, является существенным.

Признак "вибровозбудитель, включающий корпус, внутри которого подвижно установлен ударник, диафрагменные камеры, воздухораспределительное устройство и бурт на рабочем торце ударника, имеющий профиль, соответствующий профилю погружаемого элемента" содержится в прототипе.

Выполнение размеров и формы бурта рабочей поверхности ударника соответствующим профилю и размерам погружаемого элемента позволяет обеспечить передачу ударной энергии от ударника к погружаемому элементу равномерно по всему его поперечному сечению и тем самым обеспечить равномерность упругого деформирования торца погружаемого элемента, а также позволяет производить передачу ударной энергии по прямой траектории и уменьшить потери энергии на деформирование промежуточных элементов. Благодаря рассмотренному признаку возможна собственно работа возбудителя, кроме того, повышается эффективность процесса. Следовательно, этот признак является существенным.

На чертеже показан вибровозбудитель.

Забивание погружаемого элемента 1 в грунт осуществляется с помощью вибровозбудителя 2. Последний состоит из корпуса 3, в котором размещен ударник 4 с направляющими штангами 5, пропущенными в продольных отверстиях ударника 4, расположенных равномерно по периметру последнего, оснований 6 и 7, диафрагм 8 и 9, образующих рабочие камеры 10 и 11. В полости 12 ударника 4 размещен клапан 13, выполненный в виде полого цилиндра. Клапан 13 удерживается перемычкой 14. В последней имеются отверстия, в которые входят с возможностью перемещения упоры 15, упирающиеся в клапан 13. Перпендикулярно полости 12 выполнены выхлопные каналы 16, соединенные с атмосферой. Для перетекания сжатого воздуха из камеры 10 в камеру 11 в ударнике 4 выполнены обводные каналы 17. Соосно с клапаном 13 на основаниях 6 и 7 закреплены пружины 18 и 19. К нижнему основанию 7 неподвижно прикреплен забиваемый в грунт элемент 1 (в рассматриваемом случае в виде трубы). Нижняя поверхность ударника 4 снабжена кольцевым буртом 20, профиль и размеры которого соответствуют профилю и размерам поперечного сечения (торца) погружаемого элемента 1. Направляющие штанги 5 закреплены в гнездах 1 оснований 6 и 7 с помощью демпфирующих элементов 22. Основания 6 и 7 с внутренней стороны снабжены выступами, к которым прикреплены диафрагмы 8 и 9, причем выступ верхнего основания 6 снабжен осевым каналом 23. В основании 6 имеется выхлопное отверстие 24. Нижнее основание 7 в конструкции вибровозбудителя выполняет роль шабота.

Вибровозбудитель работает следующим образом. Погружаемый элемент 1 (трубу) прикрепляют к основанию 7 вибровозбудителя 2. Затем сжатый воздух поступает по каналу 23 в основании 6 вибровозбудителя в рабочую камеру 10, откуда через открытые в данный момент каналы 17 и полость 12 - в рабочую камеру 11. Диафрагмы 8 и 9 под давлением сжатого воздуха выгибаются. В этот момент сила, развиваемая под действием сжатого воздуха и действующая на ударник 4 со стороны рабочей камеры 11, больше, чем со стороны рабочей камеры 10. Ударник 4 начинает подниматься. На нижнюю торцевую поверхность клапана 13 в осевом направлении действует давление сжатого воздуха, которое прижимает клапан 13 к перемычке 14. В этом положении внешней цилиндрической поверхностью клапана 13 перекрываются выхлопные каналы 16, а обводные каналы 17 открыты. Ударник 4, дойдя до своего верхнего положения, упирается упорами 15 в пружину 18 и сжимает ее. Клапан 13 под действием силы сжатой пружины 18, передаваемой через упоры 15, переместится вниз относительно ударника 4, откроет выхлопные каналы 16 и закроет обводные каналы 17. Вследствие этого перетекание сжатого воздуха из рабочей камеры 10 в рабочую камеру 11 прекращается, начинается выхлоп из рабочей камеры 11 через полость 12, выхлопные каналы 16 и выхлопное отверстие 24 в атмосферу. Под действием сжатого воздуха в камере 10 на упоры 15 клапан 13 будет удерживаться в нижнем положении. Ударник 4 под действием сжатого воздуха, находящегося в рабочей камере 10, начинает двигаться с ускорением в сторону рабочей камеры 11 до тех пор, пока не нанесет удар кольцевым буртом 20 по основанию 7 и скрепленному с ним погружаемому элементу 1. Одновременно клапан 13 перекидывается пружиной 19 в верхнее положение. В дальнейшем цикл повторяется в той же последовательности.

Ударник 4 совершает возвратно-поступательное движение по направляющим штангам 5, наносит удары кольцевым буртом 20 по основанию 7 и скрепленному с ним погружаемому элементу 1. Такое скрепление может быть осуществлено с помощью специального устройства.

При работе вибровозбудителя 2 может по случайным причинам возникнуть косой или внецентровой удар. Возможными причинами этого могут быть неточная параллельность верхней и нижней граней основания 7, неодинаковость упругих свойств диафрагм и т.п.

В случае косого или внецентрового удара за счет сил отдачи возникает механический момент, опрокидывающий ударник 4 в сторону, противоположную возникшей силе, т. е. в сторону, соответствующую более прямому удару. Под действием этого опрокидывающего момента ударник 4 совместно с направляющими штангами 5 развернется на некоторый угол. Предполагается, что зазор между направляющими штангами 5 и стенками продольных отверстий в ударнике 4 относительно мал, что при достаточно длинном ударнике позволяет и штангам разворачиваться при косом ударе как единое целое. При этом угол поворота мал. Штанги 5 несколько перемещаются в гнездах 21, деформируя демпфирующие элементы 22. Последние могут иметь специальную конструкцию (в простейшем случае в виде резиновых амортизаторов) и обладают большим временным последействием, много большим периода возвратно-поступательного движения ударника 4. Вследствие этого после каждого косого удара и поворота ударника 4 и штанг 5 на небольшой угол штанги будут оставаться прочно закрепленными в гнездах 21. При следующем косом ударе ударник 4 и штанги 5 еще повернутся на некоторый угол. Величина угла поворота с каждым ударом будет стремительно убывать, так что через 3-4 косых удара ударник 4 своей ударной плоскостью займет положение, строго параллельное торцу основания 7. Произойдет самоцентрирование вибровозбудителя.

Ударной поверхностью ударника является плоскость, проходящая через внешнюю поверхность бурта 20. Эта поверхность должна быть плоскостью, которая в процессе работы вибровозбудителя и его самоцентрирования устанавливается строго параллельно плоскости шабота. К последнему, как отмечалось выше, неподвижно крепится погружаемый элемент 1.

Наличие бурта 20 на рабочей поверхности ударника 4 позволяет обеспечить передачу ударной энергии от ударника на торец погружаемого элемента по нормали. При этом профиль и размеры бурта 20 должны соответствовать профилю и размерам поперечного сечения (точнее торца) погружаемого элемента 1. Благодаря этому ударная энергия от бурта 20 ударника 4 проходит через основание 7 к торцу погружаемого элемента 1 прямо. Все это позволяет обеспечить плоскопараллельный равномерно распределенный удар. Благодаря этому ликвидируются потери энергии в шаботе и других элементах конструкции.

По сравнению с прототипом описанный вибровозбудитель позволяет повысить эффективность забивания в грунт погружаемых элементов за счет ликвидации косого удара и увеличить долговечность вибровозбудителя, в том числе при погружении в грунт труб большого диаметра, элементов коробчатой конструкции и других элементов с разнесенными стенками.

Использование описанного вибровозбудителя для массовой забивки в грунт строительных элементов, особенно большого поперечного сечения и массы, позволит механизировать эти работы, увеличить эффективность процесса погружения и получить определенный экономический эффект.

Использование: в строительстве для забивания в грунт строительных и других погружаемых элементов с использованием сжатого воздуха. Сущность изобретения: вибровозбудитель включает корпус 3, внутри которого установлен ударник 4, диафрагменные камеры и воздухораспределительное устройство. Вибровозбудитель снабжен центрирующимися штангами 5 в виде стержней, пропущенных в образованные в ударнике 4 продольные каналы, размещенные равномерно по его периметру. Штанги 5 установлены в гнездах корпуса 3 с возможностью осевого и радиального перемещений в нем. На рабочем торце ударника 4 выполнен бурт, профиль которого соответствует профилю погружаемого элемента 1. 1 ил.

ВИБРОВОЗБУДИТЕЛЬ для забивания в грунт погружаемых строительных элементов, включающий корпус, в котором подвижно установлен ударник, диафрагменные камеры, воздухораспределительное устройство и бурт на рабочем торце ударника, имеющий профиль, соответственно профилю погружаемого элемента, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса забивания в грунт погружаемых элементов за счет ликвидации косого удара и повышения долговечности вибровозбудителя, он снабжен центрирующимися штангами, выполненными в виде стержней, пропущенных в образованные в ударнике продольные каналы, размещенные равномерно по его периметру, при этом центрирующиеся штанги установлены в выполненных в корпусе гнездах с возможностью осевого и радиального перемещения.