Вибропогружатели, вибромолоты и шпунтовыдергиватели

1. Вибропогружатели сообщают погружаемым (или извлекаемым) в грунт элементам (свае, шпунту, трубе) направленные вдоль их оси колебания определенной частоты и амплитуды, благодаря чему резко снижается коэффициент трения между грунтом и поверхностью внедряемого (извлекаемого) элемента. Они применяются для погружения в песчаные и супесчаные водонасыщенные грунты металлического шпунта, двутавровых балок, труб, железобетонных свай и оболочек, а также извлечения их из грунта. Составными частями вибропогружателя являются электродвигатель, вибровозбудитель и наголовник.

Жесткое соединение вибропогружателя с погружаемым (извлекаемым) элементом обеспечивается сменным наголовником с механическим или гидравлическим захватом.

В качестве вибровозбудителей используются вибраторы направленного действия с четным количеством (четыре, шесть или восемь) горизонтально расположенных параллельных валов с дебалансами, синхронно вращающимися в различных направлениях.

Общая масса дебалансов на каждом валу одинакова. Дебаланс-ные валы приводятся во вращение одним или двумя электродвигателями специального виброударостойкого исполнения через ременную, цепную или зубчатую передачи.

Главным параметром вибропогружателей является установленная мощность электродвигателей. К основным параметрам относятся вынуждающая сила, статический момент дебалансов, амплитуда и частота колебаний. Вынуждающая (центробежная) сила вибровозбудителя, возникающая при вращении дебалансов, достигает максимального значения при их вертикальном расположении и направлена вдоль оси погружаемого элемента. При горизонтальном расположении дебалансов их центробежные силы взаимно уравновешиваются. Величина вынуждающей силы вибропогружателя F(KH) зависит от суммарной массы m дебалансов, расстояния их от центра массы до оси вращения (эксцентриситета) е и угловой скорости де-балансных валов w: F – mew2. Амплитуда колебаний а (мм) представляет собой отношение статического момента дебалансов М (М = те) к массе колеблющейся конструкции тк (т. е. а = М/тк). Частота колебаний п вибровозбудителя равна частоте вращения де-балансных валов.

Различают низкочастотные (п < 10 Гц) и высокочастотные (п > 16, 6 Гц) вибропогружатели.

Низкочастотные вибропогружатели используют для погружения в однородные слабые грунты массивных железобетонных оболочек и свай длиной до 12 м.

Они характеризуются значительной амплитудой колебаний, сравнительно большими статическими моментами дебалансов, вынуждающей силой и общей массой, малой частотой колебаний.

Конструкции низкочастотных вибропогружателей довольно разнообразны. Рассмотрим в качестве примера устройство и принцип действия низкочастотных вибропогружателей типа ВП и ВРП.

У вибропогружателей ВП (рис. 5.6, а) вибровозбудитель, приводной электродвигатель и наголовник сваи жестко соединены между собой. В корпусе вибровозбудителя в сферических подшипниках вращаются несколько пар дебалансных валов с дебалансами. Движение дебалансным валам, вращающимся попарно в разные стороны, передается от электродвигателя через промежуточную шестерню и систему синхронизирующих цилиндрических шестерен, закрепленных на валах.

Для крепления на стреле копра корпус вибропогружателя снабжен четырьмя направляющими роликами. Каждый вибропогружатель комплектуется пультом управления с пусковой и защитной аппаратурой.

Рис. 5.6. Принципиальные схемы низкочастотного (а) и высокочастотного (5) вибропогружателей

Вибропогружатели типа ВРП с регулируемыми параметрами снабжены системой автоматического управления режимом погружения различных свай и свай-оболочек, которая обеспечивает плавное регулирование вынуждающей силы, статического момента дебалансов, амплитуды и частоты колебаний, в зависимости от сопротивления грунта. Частота вращения дебалансов регулируются командоконтроллером, а статический момент — путем перемещения подвижной части дебалансов с помощью гидросистемы погружателя.

Вибропогружатели имеют отверстие для очистки внутренней полости сваи-оболочки от грунта в процессе погружения.

Высокочастотные вибропогружатели применя-ют для погружения в малосвязные грунты элементов с малым лобовым сопротивлением: шпунта, труб и профильного металла длиной до 20 м. По сравнению с низкочастотными высокочастотные вибропогружатели имеют значительно меньший статический момет дебалансов (не более 60 кНсм) и соответственно меньшую (до 10… 14 мм) амплитуду колебаний. Конструкции высокочастотных вибропогружателей имеют мало различий.

Высокочастотный вибропогружатель (рис. 5.5, б) включает четы-рехвальный вибратор, приводной электродвигатель с коротко-замкнутым ротором, установленный на подпружиненных пригрузоч-ных плитах и наголовник. Наличие между электродвигателем и вибратором амортизирующих пружин позволяет существенно уменьшить вредное воздействие вибрации на электродвигатель: в процессе погружения колебания совершают только вибратор и свая 6.

Меняя число пригрузочных плит, а следовательно, и массу пригруза. создающего необходимое давление на погружаемый элемент, подбирают оптимальные режимы вибраций, способствующие наиболее эффективному погружению в соответствующую грунтовую среду элемента заданных параметров. Привод четырехвального вибратора осуществляется через вертикальную цепную передачу, конический редуктор, горизонтальную цепную передачу и систему синхронизирующих шестерен, закрепленных на деба-лансных валах с дебалансами. Каждый дебаланс вибропогружателя состоит из двух частей, что позволяет регулировать его статический момент изменением взаимного расположения частей. Установка дебалансов в заданном положении осуществляется с помощью подпружиненных фиксаторов. При работе вибропогружатель подвешивается на крюке грузоподъемного устройства с помощью подвески 8.

Вибропогружатели в 2, 5…3 раза производительнее паровоздушных и дизельных молотов; они удобны в управлении и не разрушают погружаемые элементы. Основными их недостатками являются непригодность для погружения свай (шпунта) в связные маловлажные грунты и сравнительно небольшой срок службы электродвигателей. Вибромолоты сообщают погружаемым элементам как вибрационные. так и ударные импульсы и обеспечивают эффективное погружение в плотные грунты металлического шпунта длиной до 13 м. металлических свай и труб длиной до 20 м. Конструкции вибромолотов имеют мало различий. Некоторые типы молотов могут работать как в ударном, так и в безударном режимах в зависимости от жесткости упругой системы, параметров вибратора, сопротивления грунта погружению и т. д.

2. Вибромолоты используют также для погружения железобетонных свай в однородные водонасыщенные грунты и извлечения из грунта труб, свай и шпунта.

Рис. 5.7. Принципиальная схема вибромолота

Основными элементами вибромолота являются подпружиненная ударная часть, нижняя пригрузочная плита и наголовник. Ударная часть представляет собой (рис. 5.7) двух-вальный бестрансмиссионный вибровозбудитель направленных вертикальных колебаний с ударником. В корпусе вибровозбудителя смонтированы два электродвигателя, на параллельных валах которых, синхронно вращающихся в различных направлениях, закреплены дебалансы с регулируемым статическим моментом. Ударная часть и нижняя плита с наковальней соединены

между собой рабочими пружинами. Наголовник соединяется с погружаемым элементом жестко или надевается на него свободно без закрепления. При вращении дебалансов ударник колеблющегося вибровозбудителя наносит частые (до 24 Гц) удары по наковальне, установленной свободно на нижней плите молота и передающей удары непосредственно погружаемому элементу. Режим работы вибромолота (энергия и частота ударов) регулируют в процессе его работы путем изменения зазора между ударником и наковальней, добиваясь в каждом отдельном случае наибольшей производительности машины.

Вибромолоты характеризуются теми же параметрами, что и вибропогружатели, а также энергией и частотой ударов.

3. Шпунтовыдергиватель (рис. 5.8) состоит из вибровозбудителя, виброизолятора, подвески, рамы с клиновым захватом и пульта дистанционного управления. В корпус вибровозбудителя вмонтированы два электродвигателя, на консолях параллельных валов которых закреплены четыре дебаланса с регулируемым статическим моментом. При синхронном вращении дебалансов в разные стороны создаются вертикально направленные колебания. Вибровозбудитель опирается через витые пружины на раму 6, которая ограничивает его движение сверху, в результате чего вибровозбудитель с бойком наносит удары по раме с наковальней с определенной частотой и энергией. Рама передает энергию удара извлекаемому элементу через клиновой захват, который состоит из двух клиньев, скользящих в направляющих.

Рис. 5.8. Принципиальная схема шпунтов выдергивателя

Виброизолятор служит для гашения динамических нагрузок на грузоподъемное устройство, возникающих при работе вибровозбудителя, и состоит из комплекта витых пружины и рычагов. Шпунтовыдергиватели могут эксплуатироваться совместно со стреловыми самоходными кранами грузоподъемностью до 25 т, гусеничными экскаваторами со стреловым оборудованием грузоподъемностью до 20 т и вертикальным телескопическим копровым оборудованием.

Шпунтовыдергиватели имеют суммарную мощность электродвигателей 15…44 кВт, энергию удара 0, 74…2, 85 кДж, частоту ударов 8…16 Гц.