Способ погружения свай и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК E02D7/00 

ской реализации, необходимость прерывания цикла работы по забиванию одной сваи, переналадки, перестановки тяжелых элементов (2-А т) с на- половника на сваю. К тому же для каждой сваи достаточно-трудно определить момент, когда эти перестановки необходимо провести, ухудшаются эксплуатационные характеристики: оста- новка процесса, невысокая производительность, процесс погружения сваи проходит явно не в оптимальном режиме.

Известны различные устройства для реализации способа погружения свай ударами. Наиболее распространенными являются различные механические, пневматические, гидравлические, виброударные молоты. Большую группу составляют электромагнитные молоты.

Электромагнитный механизм ударного действия включает электромагниты с кольцевыми сердечниками и обмотками возбуждения, причем один из электро- магнитов неподвижен, а другой смонтирован с возможностью перемещения по направляющей, кольцевые сердечники электромагнитов выполнены с кольцевыми полостями, обращенными друг к другу, в полостях размещены обмотки возбуждения, подключенные к источникам постоянного и импульсного тока переменной полярности, причем направляющая и обмотка возбуждения прикреплены к сердечнику неподвижного электромагнита. Двигаясь относительно обмоток электромагнита, стальной магни- топровод испытывает периодическое перемагничивание. Это сопровождается большими потерями энергии, которая идет на нагрев обмоток, и коммутационными перенапряжениями. Это является общим недостатком всех существующих электромагнитных ударны механизмое.

Известен электромагнитный молот, состоящий из соосно установленных одна над другой секций, каждая из которых содержит диамагнитную направляю - щую, силовую катушку, верхний и нижний полюса и охватывающий секцию корпус. В диамагнитной направляющей подвижно смонтирован боек, который

выполнен с верхней и нижней проточками. Нижняя секция электромагнитного молота устанавливается на закрепленном на свае наголовнике. Перед погружением сваи, в зависимости от ее

5 0

5 0 g О 5

n

5

параметров и условий погружения, производят набор требуемого количества секций электромагнитного молота. По окончанию забивки сваи производят разборку электромагнитного молота в обратной последовательности. Сложность конструкции, предварительный расчет и набор нужного количества секций, точное взаимодействие многих движущихся ударных элементов и необходимость их точной механической фиксации относительно друг друга, перемагничивание большого объема металла и обмоток - недостатки данного технического решения,

В качестве прототипа известен способ погружения сваи ударным воздействием с приложением дополнительной силовой нагрузки к ударной части погружного молота в направлении удара , при этом величину дополнительной силовой нагрузки выбирают не менее амплитудного значения силы, приводящей в движение ударную часть молота , а время воздействия этой нагрузки ограничивают временем соударения ударной части и сваи.

К недостаткам спосбба-прототипа следует отнести незначительную производительность за счет ограниченной и нерегулируемой скорости погружения сваи, так как дополнительное воздействие на сваю остается постоянным в течение времени соударения и не зависит от отдачи сваи.

В качестве прототипа устройства выбран свайный молот, включающий якорь, состоящий из корпуса,магнито- провода и обмотки. Якорь установлен на оголовнике сваи. Статор молота, состоящий из корпуса, магнитопро- вода и обмотки, жестко соединен с инертной массой, составляя с ней единое целое. Якорь и статор с инертной массой могут перемещаться вдоль направляющего цилиндра. Витки обмоток якоря и статора подключены к генератору мощных электрических импульсов. Генератор от сети накапливает определенную порций энергии и в заданные моменты времени через вентили импульсы тока поступают на обмотки якоря и статора. Вследствие электродинамического взаимодействия между обмотками якоря и статора образуется импульс механической силы, стремящейся сдвинуть якорь вниз и статор вверх. Импульс силы, возникаю5

щий на обмотке, статора, передается через магнитопровод и корпус на инертную массу, служащую опорой для статора вовремя импульса. Сила, при ложенная к обмотке якоряг передается на сваю и служит для ее погружения, а сила, приложенная к обмотке статора, передается падающей инертной массе и служит для ее быстрого торможения до полной остановки и пробретения скорости, направленной вверх. После поднятия инертной массы в верхнее положение цикл повторяется.

К недостаткам устройства прототипа следует отнести незначительную скорость погружения сваи воздействие на сваю, оказываемое якорем электродинамического возбудителя постоянно, не зависит от свойств грунта и отдачи сваи.

Целью изобретения является повышение производительности за счет увеличения скорости погружения сваи.

Это достигается тем, что дополнительное импульсное воздействие при малой отдаче сваи осуществляют в момент окончания удара инертной массы с оголовником сваи с максимальной мощностью, а при большой отдаче сваи дополнительное импульсное воздействие осуществляют с меньшей мощностью в момент начала нанесения удара по свае инертной массой.

Для осуществления дополнительного импульсного воздействия в различные моменты ударного соприкосновения инертной массы с наголовником сваи устройство снабжено расположенным на наголовнике сваи датчиком соприкосновения, подключенным через реле времени задержки к генератору импульсов тока, который оснащен регулятором мощности импульсов тока.

При этом само дополнительное имульсное воздействие на сваю оказывают бесконтактным электромагнитным (магнитно-импульсным) ударом при взамодействии импульсного магнитного оля индуктора, расположенного на наголовнике сваи, возникающего при проускании через индуктор импульса тока от генератора импульса тока, с вихревым импульсным током в электророводящей пластине, расположенной а нижней, обращенной к индуктору, оверхности инертной массы.

5

0

5

0

5

5

0

5

Отличие предложенного способа от способа-прототипа в том, что дополнительное импульсное воздействие на сваю оказывают в различные моменты времени соударения инертной массы с наголовником сваи и различной мощности j при малой отдаче сваи дополнительное импульсное воздействие максимальной мощности оказывают в момент, окончания Удара инертной массы с наголовником сваи, при большой отдаче сваи дополнительное импульсное воздействие меньшей мощности оказывают в момент начала нанесения удара инертной массы по наголовнику сваи. Отличие предлагаемого устройства от устройства прототипа в том, что устройство дополнительно снабжено датчиком соприкосновения, расположенным на наголовнике сваи; датчик соприкосновения через реле времени задержки подключен к входу (схеме запуска) генератора импульсов тока, генератор импульсов тока снабжен регу- лятором мощности импульсов тока.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где 1- погружаемый элемент (свая, труба, металлический стержень и пр.), 2 - наголовник, 3 - корпус индуктора, выполненный из прочного неэлектропроводного материала или из материала с малой электропроводностью, или составным; Ц - индуктор из медной (алюминиевой) полой или сплошной шины; 5 - пластина сменная из высокопрочного материала-, 6 - пластина из материала с высокой электропроводностью, прикреплена к нижней поверхности инертной массы 7, инертная масса 7 может быть выполнена цельной или составной, 8 - амортизирующая прокладка, 9 - стойка, направляющая, вдоль которой движется инертная масса 7, нижний конец стойки закрепляется, например на резьбе, в оголовнике сваи, а верхний конец снабжен рым-болтом Ю, в корпусе индуктора 3 расположен датчик соприкосновения 11 , он подключен к .реле времени задержки 12, которое в свою очередь подключено к генератору импульсов i тока 13 (схема запуска генератора); выход генератора 13 подключен к индуктору ; генератор 13 имеет регулятор мощности импульсов тока И, например автотрансформатор между сетью питания и повышающим трансформатором генератора импульсов тока.

Наголовник 2 помещается на верхнюю часть погружаемого элемента 1. Нижняя полость наголовника выполняется по форме торца элемента 1, а верхняя часть наголовника снабжается элементами закрепления в нем стойки 9, например, резьбой. На верхнюю часть наголовника помещается пластина (сменная) 5 из высокопрочного материала. Отдельно изготавливается и затем собирается с наголовником корпус индуктора 3. Корпус выполняется из прочного неэлектропроводного материала, например железобетона. Корпус 3 может быть изготов- лен составным, та часть, что непосредственно примыкает к индуктору 1 выполняется из неэлектропроводного материала, а остальная часть - из металла. Имея набор наголовника 2с одним размером под корпус индуктора 3 и разными размерами под забиваемые элементы 1, можно одним и тем же индуктором забивать разные по форме . и размерам элементы 1. В корпусе 3 жестко закреплен инруктор, он выпол-/ няется из медной (или алюминиевой) полой или сплошной шины, лучше прямоугольного сечения с меньшим размером по ширине и большим по высоте, чтобы вместить большее число витков в корпус определенных размеров.

Инертная масса 7 выполняется сплошной или из отдельных элементов из материала высокой плотности. Нуж- ная масса набирается числом элементов. На нижней плоскости инертной массы расположена пластина 6 из материала с высокой электропроводностью, из меди или алюминия. Чтобы избежать механического контакта пластины 6 и индуктора , нижняя плоскость инертной массы 7 имеет выступ. Этим выступом инертная масса 7 и соударяется с пластиной 5 при механи- ческом ударе. Верхняя плоскость инертной массы 7 снабжена амортизирующей прокладкой 8, чтобы при подскоке инертной массы ослабить удар о рым- болт 10, который закреплен в верхней масти стойки 9, например на резьбе.

Весь узел-наголовник, корпус индуктора с индуктором, и датчиком соприкосновения, сменной пластиной, инертной массой монтируется на стой- ке 9, а затем при помощи рым-болта устанавливается краном или другим механизмом на сваю 1. Генератор им5

o 5 0 0

5 0 5 0

5

пульсов тока 13 с регулятором мощности 1, реле времени задержки и органы управления этими элементами располагаются, например на подвижной платформе (отдельный автомобиль, самодвижущаяся тележка, прицеп к автомобилю и т.п.).

Способ осуществляется при работе устройства следующим образом.

После сборки всего узла ударного механизма выполняют коммутацию датчика соприкосновения и индуктора с реле времени и генератором импульсов тока. Затем весь ударный механизм устанавливают на вертикально установленный в требуемой точке погружаемый элемент, сваю, трубу. Включается электрическая схема. Перед операто1 ром две ручки управления устройством. Одна - регулировка времени задержки реле времени, вторая - регулировка мощности импульса тока, т.е, регулировка напряжения на автотрансформаторе. Для первых ударов устанавливается время задержки, практически равное нулю, а напряжение на генераторе импульсов тока - по характеру грунта. При слабом грунте напряжение может быть 0,5-0,75 от напряжения сети, при прочном - максималь ное. При включении устройства электромагнитным импульсом инертная масса будет подброшена вверх, свая начнет погружаться в грунт. Далее, наблюдая за отдачей сваи, подбирают, манипулируя двумя ручками управления, оптимальный режим погружения, чтобы обеспечить максимальную скорость погружения и не разрушить сваю.

Датчик соприкосновения может быть пьезоэлектрический, тензометрический или индукционный датчик близости.

В качестве реле времени задержки может быть использовано электронное реле времени с регулируемым временем задержки или линия задержки.

В качестве генератора импульсов тока может использоваться генератор

импульсов тока конденсаторного типа, i

Расчетами можно показать, что

при величине электромагнитного удара 1000 Не, величине инертной массы 100 кг, массе сваи 200 кг, свобод- /юм ходе инертной массы 0,5 м максимальную скорость, равную , 17 м/с, свая получает,, когда удар электромап нитный наносится в момент окончания

соприкосновения (момент отрыва) инертной массы от наголовника. Когда электромагнитный удар наносится в момент начала соприкосновения инерт- 5 ной массы и наголовника, то скоростьг, приобретаемая сваей, меньше, для приводимого примера равна 2,5 м/с. Если электромагнитный удар наносится в промежутке между двумя перечисленны- 10 ми моментами, то и скорость сваи имеет промежуточное значение 3,5 м/с.

Осуществление предложенного способа и устройства позволяет осуществлять оптимальный режим погружения свай (или других элементов) в грунт

с максимальной скоростью благодаря совмещению эффектов механического и электромагнитного ударов и за счет регулируемого по мощности и моменту нанесения электромагнитного удара; сократить энергозатраты благодаря импульсному характеру работы; осуществлять механически безударное , погружение строительных элементов в грунт с минимальным акустическим

воздействием, на окружающую среду у осуществить создание мобильной эко- логически чистой (по крайней мере Ј без выхлопных газов дизель-молота) установки для погружения строительных элементов в грунт.

17782 1

15

20

25

30

10Ф о

р м у л а и

10 з о

бретения

5 0

5

0.

5

0

1. Способ погружения свай, включающий ударное воздействие инертной массы с дополнительным импульсным воздействием в момент нанесения удара по наголовнику, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности за счет увеличения скорости погружения, при малой отдаче сваи импульсное воздействие осуществляют в момент оконча- ния удара инертной массы с максимальной мощностью, а при большой отдаче сваи импульсное воздействие осуществляют с меньшей мощностью в момент начала нанесения удара инертной массой.

2. Устройство для погружения свай, включающее инертную массу, наголовник, установленный на ней электродинамический возбудитель тока, о т- личающееся тем, что, с це- лью повышения скорости погружения, оно снабжено расположенным на наголовнике датчиком соприкосновения, подключенным через реле времени задержки к генератору импульсов тока, оснащенному регулятором мощности импульсов тока.

Использование: в строительной технике для погружений свай. СпоИзобретение относится к строительной технике, а именно к механизмам для погружения свай, труб, других строительных элементов в грунт. Известны способы погружения свай ударами. Сваи погружаются свайными молотами: дизельными, паровоздушными, гидравлическими, механическими, электромагнитными. Известен способ, по которому сваю устанавливают на точку погружения, устанавливают на головку сваи наголовник и молот. Часть падающей массы молота отсоединяют от молота и засоб погружения свай, включающий ударное воздействие инертной массы с дополнительным импульсным . воздействием в момент нанесения удара по наголовнику. При малой отдаче сваи импульсное воздействие осуществляют в момент окончания удара инертной массы с максимальной мощностью, а при большой отдаче сваи импульсное воздействие осуществляют с меньшей мощностью в момент наг чала нанесения удара инертной массы. Устройство для погружения свай содержит инертную массу, наголовник, установленный на ней электродинамический возбудитель, генератор импульсов тока. На наголовнике установлен датчик соприкосновения, подключенный через реле времени задержки к генератору импульсов тока, оснащенному регулятором мощности импульсов тока. 1 ил. (Л С крепляют на наголовнике, после чего начинают погружение сваи ударами оставшейся части падающей массы молота. После погружения части, сваи, когда осадка сваи за удар значительно уменьшается, отсоединяют от- наголовника ранее присоединенную часть и соединяют ее с падающей ма,с- сой молота. Последующее погружение производят увеличенной падающей массой до достижения сваей заданной отметки. К недостаткам известного способа следует отнести сложность праятяч VJ XI 00 ю Гь О