ЕРМОЛЕНКО, Виктор Николаевич (ул. Морозова, 31a-48 Вороне, 7 Voronezh, 394087, RU)
NASONOV, Ivan Viktorovich (ul. Morozova, 31a-48Voronezh, 7, 394087, RU)
ЕРМОЛЕНКО, Виктор Николаевич (ул. Морозова, 31a-48 Вороне, 7 Voronezh, 394087, RU)
NASONOV, Ivan Viktorovich (ul. Morozova, 31a-48Voronezh, 7, 394087, RU)
| ФОРМУЛА ИЗОБРh ШНИЯ 1 Универсальное вдавливающее усiройсLВО, содержащее грузовую траверсу, направляющие, сменный свайный наголовник и зубчаiый инерционный самобаланспый вибраюр, включающий корпус, подшипниковые опоры, попарно-равнозначные жесiко связанные между собой дебалансные зубчаiые колеса и валы, объединенные в о i дельные группы, связанные с приводом, оuшчающееся тем, чiо зубчатый инерционный самобаланспый вибраюр выполнен полигармоиическим, попарно-равнозначные дебалансные зубчаiые колеса и валы последовательно в мулыиплицируюiцем порядке соединены друi с друюм посредством зацепления своих зубчатых колес в два равно значных вертикальных ряда и смонтированы в подшипниковых опорах несущих стенок единого корпуса, причем зубчатые колеса начальной пары рядовых соединений, кинематически также связаны друг с другом, при о том количество дополнительных равнозначных пар дебалапсиых зубчатых колес и валов, присоединенных к начальной паре выбрано из диапазона 2-6, порядок частоты вращения каждой из них по отношению к начальной паре выбран кратным и целочисленным из диапазона 1 -7, углы сдвига фаз каждой дополни тельной пары о тноси тельно начальной установлены равными нулю, дебалансные валы конечной (верхней) пары кинематически соединены с приводом вращателыюю движения, свя занною с ттультом управления и выполненною в виде блока из двух равнозначных механических передач и двух равнозначных двит ателей, управляемых в режиме «вeдyщий-вeдoмый», с татические момен ты дсбалапсов каждой дополнительной пары выбраны из условия необходимой песимметрии суммарной направленной инерционной силы из диапазона 3—7, грузовая траверса и направляющие жестко смоiii ированы па боковых стенках корпуса, па днище которого жестко закреплен сменный свайный наi оловпик, таким образом, что оси их лежат сiрою в одной вертикальной плоскости с цеп iром тяжести всею ус тройства, при мом собственный вес универсальною вдавливающею усiройсi ва выбран с учетом величины вышеуказанной несимметрии суммарной инерционной силы и величины наименьшего критического сопротивления срыву погружаемого элемента. 2. Универсальное вдавливающее устройство по п.1, отличающееся тем, что в приводе вращательного движения в качестве равнозначных двигателей применены асинхронные двигатели, управляемые блоком из двух равнозначных частотных преобразователей, связь между которыми осуществлена посредством оптоволоконного кабеля и выведена на пульт управления. 3. Универсальное вдавливающее устройство по п. l , отличающееся тем, ч то в приводе вращательного движения в качестве равнозначных двигателей применены серводвигатели, управляемые при распределении связных нагрузок блоком из двух равнозначных сервоприводов. |
Изобретение ошосиiся к сrрои iелыюму оборудованию, а именно к вдавливающим усLройсiвам и направлено па расширение технологических во зможностей и эффективности применения их для бе зударного и бесшумно- т о погружения в грунi свай, свай-оболочек, шпунюв (любых существующих типоразмеров) и др. строительных элементов, и может быть использовано в i ражданском, промышленном, энерi етическом и дорожном строительстве
Для погружения вышеуказанных свайных элементов ныне известно значимое и широко применяемое до настоящего времени мноюобразие устройств зубчатых инерционных самобалаиспых вибраторов ударного (вибромолоты), погружающего (вибропогружатели) и вдавливающего (комбинированные устройства) действия
Паi лядным свидетельством тому является опы т отечест венной строительной индустрии, а также набор современною погружною строительного оборудования, представленный на международной выставке специализированной строи тельной техники BAUMA 2007, в юроде Мюнхен (Германия)
Анализ приведенного многообразия различных погружающих устройств показывает, что удельный вес зубчаiых иперционых самобалапепых вибраторов направленного действия в общей компоновке ударных, вибропоi ружаюiцих и комбинированных устройств составляет наибольшую долю, песеi наибольшую функциональную иат рузку, и это обеспечивает наибольшую составляющую зффекта исполь зования эюю оборудования
Следует отмсти ть, ч то вибрационные устройства, основным исполнительным орт апом которых являются зубчатые инерционные самобалапепые вибраторы направленного действия, производимые во многих странах мира, являются проверенным и отлично зарекомендовавшим себя оборудованием. Однако их естественные недостатки — динамическое воздействие на грунт и, соответственно, на находящиеся вблизи объекты, непригодность для погружения свай (шпунта) в связные фунты, вредное воздействие на подшипниковые узлы электродвигателей и значи тельная удельная материалоэнерго- емкость, - являются «тopмoзoм» на пути расширения их технологических и функциональных возможностей. Подобные устройства на сегодняшний день относи тельно «нeзaмeнимы» при работе на открытых пространствах, при строительстве береговых укрепительных и портовых сооружений, однако их применение небезопасно в густо застроенных и заселенных районах
Итак, известны различные по конструкции виброударные, виброrюгру- жающие и комбинированные устройства, содержащие в своей компоновке зубчатые инерционные самобалаисные разно-размерные вибраторы, включающие корпус с размещенными в нем одной, двух, трех, и даже четырех пар равнозначных жестко связанных дуг с другом дебалансных зубчатых колес и валов, создающих при вращении в противоположные стороны направленные инерционные силы, периодически и симметрично изменяющиеся по величине, предназначенные для возбуждения колебаний и широко применяемые во всем мире в различных вибрационных устройствах и установках, [прил. 1 «Пoгpyжaющиe устройства ударного действия отечественного и зарубежного производства)) стр. 1 ÷ 15; прил. 2 «Bибpoпoгpyжaющиe устройства о течественного и зарубежного производства)) стр. 1 ÷ 42; прил. 3 комбинированные установки для вибровдавливания свай в грунт)) стр. 1 ÷ 8; «Maтepиaлы о характеристиках вибропогружающих устройств от ведущих мировых и отечественных производи телей вибропогружающих устройств)); О. А. Савинов, А.Я. Лускин ((Вибрационный метод погружения свай и его применение в строительстве)) стр. 3÷245; А. О. Спиваковский, И.Ф. Гончаре- вич, «Bибpaциoнныe конвейеры, питатели, вспомогательные устройства)), изд-во ((Машиностроение)), Москва, 1972г., стр. 96÷102, 130÷139, 156÷164; CC. Добронравов, Справочник «Cφoи ιeлыiыc машины и оборудование)) Москва, Высшая школа, 1991 i ., стр. 218-219; В.Н. Ермоленко, П.Ы. Несте- репко, патент РФ Ш 2051851 оi 22.09.1993i па изобретение « Виброкоивейер », SU 1780539, по заявке N° 93045465; В.Н. Ермоленко, П.Н. Несiереико, Б. С. Одинг, паiеiп РФ Ne 48333 от 27.12.2004г. на полезную модель «Bибpo- пробивное иньекционное ycipoйciвo», RU 48333 Ul, по заявке N° 2004138460]
Приведенные в приложениях технические характеристики указанных устройств свидеiельсiвуюi об их возможностях создания значительных направленных инерционных сил при ошосиiельио небольших ι абариiах и соб- сiвенном весе, а также о возможностях простыми среде Lвами (и зменением часιоiы вращения, радиуса инерции и массы дсбалаисов) нолучаiь различные изменения величины инерционных сил по гармоническому закону.
Однако, ее ieci венная при эюм симметричность и периодичное iь изменения них сил по величине, приi одиые для возмущения колебаний, делаюi данные усiройсiва мало эффекiивными, например, в силовых усiройсiвах вообще (вследствие «знaчигeлыiыx» привесов, больших эпергозатраi и динамических воздействий на окружающую среду) и совсем не приi одиыми в силовых вдавливающих усiройсiвах, из-за «oгpoмиыx» привесов, требующихся для со здания однос торонне направленных сил.
Широко известны ιакже вибропоi ружатели типа ВП о течесi венного производства, (взя iыс нами в качестве прототипа в силу полной аналогичности конструкций), предназначенные (например, модели BГI-3, BГI-250) для погружения тяжелых железобетонных свай и оболочек, включающие зубча- iыс инерционные самобалапепые вибраторы, содержащие целочисленных i руппы попарно-равнозначных, синхронно вращающихся в противоположные стороны (в определенных случаях с разными частотами) дебалансных зубчатых колес и валов, обьедипенпых в едином корпусе, и создающих суммарную инерционную силу, изменяющуюся по величине симмеiричпо и периодически, предназначенную для возмущения колебаний, [прил. 2 «Bибpo- пог ружающие усιройства оiсчссiвснною и зарубежною пpoизвoдciвa», стр. 4, mбл. 2; О. А. Савинов, А.Я. Лускин «Bибpaциoнный меюд погружения свай и его применение в строительстве)) стр. 63-69; А.О. Спиваковский, И.Ф. Гончаревич, «Bибpaциoниыc конвейеры, пиiаiели, вспомогательные усгрой- ciвa», изд-во «Maтiшиocтpoeниe», Москва, 1972i ., 156-164].
Однако простое наращивание суммарной инерционной силы вибропри- вода не дасг значимых преимуществ в повышении технологических возмож- иосLсй вибраюров, ιак как при лом сохраняются все присуiцие им недостатки.
Оiсюда следуеi, что дальнейшее совершенсiвование технических решений вибропоi ружаiелей и создание на основе эiих совершепсiвоваиий безударных и бесшумных специальных и универсальных вдавливающих усi- ройсiв являеiся аiαуалыюй задачей. Прежде всею ιребуеiся ιакос техниче- ское решение зубчаюго инерционного самобалансного вибратора, являющегося исполнительным для большинства вибропогружателей направленного дейсiвия, коюрос не создаеi вынужденных колебаний или минимизирует их, и позволяет при меньших габаритах и весе, и меньших энергозатратах, создавать значительно большие направленные квазисгатические усилия, и, сохраняя функции виброударных и вибропоiружающих усiройств, обрести функции вдавливающих.
В зтой связи определенный ин терес представляет известный полигармо- нический зубчатый инерционный самобалансный механизм, позволяющий в широчайшем диапазоне создавать суммарные направленные, но несимметричные инерционные квазистатические силы (от 50кг до 2000тн и более), и допускающий использование ею в качестве исполни тельного. [В. H. Ермоленко, И. В. Насонов, П.Н. Нссiсренко «3yбчaтый инерционный самобаланс- ный механизм)), заявка JVb 2007140665/1 1 (044513) оi 01.1 1.2007 (решение о выдаче патента па изобретение от 29.09.2008)].
Техническим результатом изобреiсиия является расширение ιехнолоi и- ческих возможностей и повышение эффект ивности виброиоi ружающих уст- ройств за счет придания им функций безударного и бесшумного вдавливания путём увеличения односторонне направленной инерционной силы.
Этот технический результат достигается тем, что в универсальном вдавливающем устройстве, содержащем грузовую траверсу, направляющие, сменный свайный наголовник и зубчатый инерционный самобалаисный вибратор, включающий корпус, подшипниковые опоры, попарно-равнозначные жестко связанные между собой дебалаисиые зубчатые колеса и валы, объединенные в отдельные группы, связанные с приводом, зубчатый инерционный самобалаиспый вибратор выполнен полигармоническим, попарно- равнозначные дебалансиые зубчатые колеса и валы последовательно в мультиплицирующем порядке соединены друг с другом посредством зацепления своих зубчатых колес в два равнозначных вертикальных ряда и смонтированы в подшипниковых опорах несущих стенок единого корпуса, причем зубчатые колеса начальной пары рядовых соединений, кинематически также связаны друг с другом, при этом количество дополнительных равнозначных пар дебалансиых зубчатых колес и валов, присоединенных к начальной паре выбрано из диапазона 2 - 6, порядок частоты вращения каждой из них по отношению к начальной паре выбран кратным и целочисленным из диапазона 1-7, углы сдвига фаз каждой дополнительной пары относительно начальной установлены равными нулю, дебалансиые валы конечной (верхней) пары кинематически связаны с приводом вращательного движения, связанного с иулыом управления и выполненного в виде блока из двух равнозначных механических передач и двух равнозначных двигателей, управляемых в режиме «вeдyщий-вeдoмый», статические моменты дебалаисов каждой дополнительной пары выбраны из условия необходимой нecиммe r ipии суммарной направленной инерционной силы из диапазона 3—7, грузовая траверса и направляющие жёстко смонтированы на боковых стенках корпуса, на днище которого жёстко закреплён сменный свайный наголовник, lаким образом, что оси их лежат строго в одной вертикальной плоскости с цен тром тяжесiи всего устройства, при этом собственный вес универсального вдавливающего усiройсιва выбран с учетом величины вышеуказанной нееиммеiрии суммарной инерционной силы и величины наименьшего криiического сопротивления срыву погружаемого элемент.
Предусмоφено, чю в приводе вращагелыюi о движения в качестве равнозначных двигателей применены асинхронные двигатели, управляемые блоком из двух равнозначных часюгных преобразователей, связь между ко- юрыми осуществлена посредством оiттоволокониот о кабеля и выведена на пульт управления.
Предусмотрено, что в приводе вращательного движения в качестве равнозначных двит ателей моi ут бы ть применены серводвиi атели, управляемые при распределении связных иаiрузок блоком из двух равнозначных сервоприводов.
Предлагаемое техническое решение имеет существенные преимущества перед прототипом и, обладая предс т авленными конс т рук т ивными элемен i ами и связями между ними, создает широкие перспективы использования расширенных функциональных и технологических возможностей инерционных полит армонических самобалансиых универсальных вда- ливающих устройств (в т.ч. вибропот ружатслей и вибромолотов), в силу присущих им способностей, а именно:
- формирования любых, в том числе и необходимых, односторонне направленных инерционных сил, как предназначенных для возбуждения несимметричных колебаний, так и квазистатических, не предназначенных для возбуждения колебаний вовсе;
- комбинированного использования в качестве (раздельного или универсального) устройства вдавливающего, вибропогружаюiцеi о и виброудариоi о действия;
- по зволяет разработать унифицированные ряды новых высокопадежных зубчаi ых инерционных полиi армоиичсских самобалапсиых вибраюров, для решения различных технологических задач; - позволяет разработать унифицированные ряды новых высокопроизво- диiелыiых вибромолоiов, вибропоi ружаюiцих и вдавливающих уdройсiв, с одновременным значимым уменьшением удельных показателей энергоресур- сопо iреблеиия.
Пред вари lелыiые расчеiы показываю ι, чю использование возможно- сiей зубчатою инерционною полигармопического самобалаисиого вибратора для увеличения несиммеiрии направленной инерционной силы, при решении силовых задач, например, создания вдавливающею усiройсiва, позволит получиiь более чем семикрашое увеличение квазисiаrическою рабочего усилия
Сущность и юбреiения rюясняеiся рисунками, где на фиг. 1/2 и юбраже- на схема универсального вдавливающего усiройсiва, на фиг 2/2 предсiавле- на диаграмма изменения суммарной инерционной квазис ιаiической силы зубчаюго инерционного полигармоническою самобалаисиого вибраюра, выполненною по семисiупепчаiой схеме уdройсiва, показанною на фиi 1/2
Универсальное вдавливающее устройство содержит грузовую iраверсу 1, направляющие 2, сменный свайный паi оловиик 3 и зубчаιый инерционный самобалаиспый вибраюр 4, включающий единый корпус 5, подшипниковые опоры 6, 6', 7, 7', 8, 8', 9, 9', 10, 10', 1 1 , 1 1', 12, 12' попарно- равно шачные жестко связанные между собой дебалаисиые зубчатые колеса 13, 13', 14, 14', 15, 15', 16, 16', 17, 17', 18, 18', 19, 19' и валы 20, 20', 21 , 21', 22, 22', 23, 23', 24, 24', 25, 25', 26, 26' обьединешiыс в отдельные iруiшы, свя занные с приводом вращаiслыюю движения (I iB Д) В едином корпусе 5 указанные попарно-равнозначные дебалапсиые зубчаiые колеса 13, 13', 14, 14', 15, 15', 16, 16', 17, 17', 18, 18', 19, 19' и валы 20, 20', 21, 21', 22, 22', 23, 23', 24, 24', 25, 25', 26, 26' с определенными расчешыми параметрами и определенными расчетными статическими моментами дебалансов. начальные 13 и 13', 20 и 20', и дополни тельные 14 и 14', 21 и 21 ', 15 и 15', 22 и 22', , 19 и 19', 26 и 26' размещены в два семиступепчатых равнозначных вертикальных ряда При этом названные дебалансные пары последовательно в мультиплицирующем порядке кинематически, с помощью зацепления своих соответствующих зубчатых колесных пар 13 и 13', 14 и 14', 15 и 15', ..., 19 и 19', связаны между собой и смонтированы в соответствующих подшипниковых опорах 6 и 6', 7 и 7', ..., 12 и 12' несущих стенок корпуса 5 с возможностью попарно синхронно и синфазно вращаться в противоположных направлениях, для чего равнозначные ряды кинематически также связаны между собой зацеплением зубчатых колес 13 и 13' своих начальных дебалансных валов 20 и 20'.
Количество дополнительных равнозначных пар дебалансных зубчатых колес и валов, присоединенных к начальной паре принято равным шести из диапазона 6. Порядок частоты вращения каждой дополнительной пары по отношению к начальной паре выбран кратным единице и целочисленным из диапазона 1÷7.
Углы сдвига фаз каждой дополнительной пары относительно начальной приняты равными нулю. Дебалансные валы конечной (верхней) пары кинематически связаны с ПВД, выполненным в виде блока 27 из двух парпо- рашюзначных механических передач и двух парно-равнозначных асинхронных двигателей, управляемых в режиме «вeдyщий-вeдoмый» блоком 28 из двух частотных преобразователей, связь между которыми для обеспечения равномерного распределения связных нагрузок между двигателями осуществлена посредством оптоволоконного кабеля 29 и выведена на пульт управления 30.
Устройство работает следующим образом. Универсальное вдавливающее устройство, закрепленное посредством грузовой траверсы на крюковой обойме грузоподъемного крана и установленное в направляющих его копровой стойки (допускается в её отсутствие и простой подвес к крюковой обойме), подводи тся машинистом крана к специальному стеллажу с уложенными на нем под уклоном 6÷7 град, к горизон ту сваями и надевает на голову сваи свайный наголовник 3. Помощник машиниста с помощью выносного пульта управления 30 зажимным механизмом свайного наголовника 3 зажимает го- лову сваи 31. Машинист крана по команде помощника поднимает сваю 31 в вертикальное положение, выводит её на точку погружения и переводит грузовую лебедку в режим растормаживамия. Помощник машиниста посредством пульта управления 30 включает ITB Д, плавно погружает сваю 31 на заданную глубину и освобождает её от зажима в свайном наголовнике 3. Машинист крана по команде помощника поднимает устройство и ... далее цикл повторяется.
Представленная на фиг. 2 несимметрия суммарной инерционной квазистатической силы, формируемой зубчатым инерционным полигармопиче- ским самобалансным вибратором предлагаемого универсального вдавливающего устройства, по определению равна
KH = Fи ∑нaиб /Fи ∑нaим , где:
KH - коэффициент несимметрии;
Fиу наиб " наибольшее значение суммарной инерционной квазистатической силы;
Fи£ нaим - наименьшее значение суммарной инерционной квазистатической силы.
Для обеспечения безударного режима погружения необходимо выполнения условия:
G вy + G пэ > F выд , где:
G вy - суммарный вес вдавливающего устройства;
G пэ - вес погружаемого свайного элемента; l ; выд - выдергивающее усилие, равное Fи^ нaим
Безударный режим погружения (фиг. 2), обеспечивается также при условии выполнения соотношения:
G вy + G пэ + F cp > F выд. , где:
F cp - величина наименьшего критического сопротивления срыву погружаемого свайного элемента (сваи, шпунта, трубы и т. п.) при его выдергивании. l аким образом собсiвеипый вес универсального вдавливающею устройства, в целях прямой экономии материалоэнергоресурсов, можеr и должен определятся с учеюм величины (как минимум) наименьшего критиче- скоrо сопроiивления срыву поi ружаемою свайного элеменiа из iрунiа, со- оiвеiСLвуюiцею свайпою поля.
Предлагаемое универсальное вдавливающее усiройсiво по представленной схеме (фиг.l) позволяв i при семикраiной несиммегрии формироваiь иаправлеииую инерционную силу величиной оi Юiн до ЮОО ш и одиоврс- меиио, в плавном режиме, получиiь из эюю диапазона с помощью ПВД необходимую рабочую величину квазисiашческой силы для вдавливания любого типоразмера свай и обеспечить, при безударном гюiружеиии всех 'типо- размеров ж/б свай в крупный песок, производиiельносiь не менее бОпп в смену
Проведены испыiаиия экспериментальной модели универсального вдавливающею уdройсiва, изюiовлешюю как полное i сомеiрическое и функциональное подобие реальною промышленного образца, доказана возможное iь получения расчёшой несиммеiрии суммарной инерционной ква- зисiаιической силы. Модель испы iаиа как вдавливающее усiройсiво и как вибромолот | пpил. 3, «Экcпepимeп iaлыmя модель универсального вдавливающею ycipoйciвa» стр. 8 ].
Технико-экономический эффекi оi использования предлагаемого техническою решения выражаеiся в получении техническою ре зультата и па ею основе создании новых высокопроизводи тельных энерi оресурсосбсрет аю- щих технологий и устройств в первую очередь для строительной отрасли (безударных и бесшумных универсальных вдавливающих устройств, вибро- поi ружающих и виброударных устройств, вибропробивпых иньекциониых усiройсi в для и п оiовления колодцев без выемки грун та и высококачественных набивных свай повышенной несущей способности, и мн. др.), а также в значимом повышении производи телыюс i и труда и энерi оресурсосбсрсже- ния. ю
Next Patent: PROCESS FOR PRODUCTION OF ORGANIC SOLVENTS