Головна → Статті
Віброударні машини для занурення паль і оболонок в грунт
Пріоритет створення теорії віброударні машин і їх впровадження для різних будівельних цілей належить радянським ученим і інженерам.
Перші вібраційні машини створені Д. Д. Варканом в 1938 р а широке їх впровадження та удосконалення відбувалося в повоєнні роки. Зараз в будівництві застосовується безліч машин різноманітний типів. Все віброударні машини засновані на загальному принципі -вони створюють спрямовані коливання і удари, що досягається синхронним обертанням дебалансов в рівні сторони. По конструкції розрізняють віброударні машини з вбудованими електродвигунами (вібромолоти) і з електродвигунами, що встановлюються окремо (вибропогружатели). У машинах першого типу електродвигун бере участь у виробництві удару, т. Е. Є робочим органом машини.
За принципом дії віброударні машини підрозділяються на високочастотні - з частотою коливань не менше 1500 в хвилину і низькочастотні - з частотою коливань менше 1500 в хвилину.
Основною властивістю високочастотних віброударні машин є невелика амплітуда коливань (кілька міліметрів). При цьому через пружних властивостей ущільнюваної поверхні і сумірності пружних переміщень з амплітудою коливань не відбувається відриву машини від трамбуемой поверхні. До цього типу належать вибропогружатели ВПМ-1Г ВПМ-2, БТ-5, БТ-9, ВДШ-1, ВБП-3 і ін. Основні параметри цих віброзанурювачів знаходяться в межах: потужність електродвигунів - 3-7 кет, обурює сила від 1 до 7 т, вага від 60 до 350 кг. Ці машини призначені для занурення труб невеликих діаметрів вагою 300-400 кг.
Нізкочастйтние вибропогружатели та вібромолоти мають великі амплітуди коливань (до декількох сантиметрів). Внаслідок значної різниці між амплітудою коливань і величиною пружних переміщень відбувається відрив машини від трамбуемой поверхні. При цьому відбувається не тільки вібрація, але і періодичні удари; тому ці машини називають виброударной. До них відносяться легкі вібромолоти: В-81, С-402, В-103 і В-95 з основними параметрами в межах: потужність електродвигунів від 2 до 14 кет; обурює сила від 1 до 9,5 т; вага ударної частини від 80 до 1200 кг, а також вібромолот середньої потужності С-467 потужністю 40 кет з обурює силою 16 т і вагою ударної частини 1200 кг. До низькочастотних відносяться також вибропогружатели типів ЗПС-4, ВПП-2, ВПП-1, ВПП-5, 102, 104, 108, 100, ВА-10, ВВПС-20/11, ВКП-I і ін. З основними показниками в межах: потужність від 16 до 60 кет; обурює сила 14-25 т; вага 1000- 4500 кг, а також вибропогружатели типу ВП і ВПУ.
У мостобудуванні і гідротехнічному будівництві широко застосовують низькочастотні віброударні машини.
Низькочастотні віброударні машини за конструктивним оформленням можна розділити на чотири класи: вибропогружатели найпростішого типу; вибропогружатели з підресореною навантаженням; вібромолоти; вибропогружатели поздовжньо-обертального дії.
Вібро найпростішого типу складаються з електродвигуна, вібратора спрямованої дії і наголівника. Всі робочі органи механізму з'єднані між собою і з занурювані тілом в одне ціле. Перевага таких вібраторів - простота конструкції; недоліки - важкі умови роботи електродвигуна, неможливість регулювання величини амплітуди коливань, відсутність пристосування для витягування паль. До цих типів
відносяться вибропогружатели типу В-102, В-104, В-108 і все вибропогружатели типу ВП. Ці вибропогружатели є вдосконаленими моделями високочастотного вібратора БТ-5.
Досвід застосування високочастотного віброзанурювача виявив його недоліки і показав шляхи удосконалення. Зокрема, встановлено, що для подолання сили тертя не потрібна висока частота коливань, а бажано збільшити імпульс удару, щоб краще долати лобове опір.
Технічна характеристика віброзанурювачів типів ВП і ВПУ приведена в табл. 8. Перший віброзанурювач - ВП-1 - в виробничих умовах був застосований на будівництві моста в 1951 р а потім в 1953 р Велика кількість залізобетонних оболонок діаметром 155 см і довжиною до 60 м було завантажено на будівництві моста в КНР в 1953-1955 рр. за допомогою віброзанурювачів ВП-1, КП-3, ВП-4 і ВП-5.
Мал. 1. Схема віброзанурювача найпростішого типу; 1 - вібратор; 2 - наш-евнік; 3 - електродвигун
Останньою моделлю є віброзанурювач ВПУ-250, що відрізняється від своїх попередників поруч конструктивних змін. У ВПУ-250 прийнято 2 вантажних вала замість 4 і 8 в інших віброзанурювачів. Кількість ексцентриків відповідно зменшено до 6 замість 10 і 20. Зменшення кількості вантажних валів і ексцентриків спрощує конструкцію віброзанурювача і збільшує його надійність в роботі.
У ВПУ-250, як і в деяких інших типах віброзанурювачів, застосовані розсувні гідравлічні ексцентрики; за рахунок цього змінюється величина статичного моменту. У початковий період роботи віброзанурювача ексцентрики розташовані близько до осі обертання валу, а в міру збільшення числа оборотів вони поступово розсуваються і, нарешті, займають крайнє положення. Положення ексцентриків регулюється гідравлічним приводом. Однак конструкція гідравлічного приводу ще недосконала. Основним її недоліком є непристосованість до вібраційних навантажень. t
У ВПУ-160 швидкість обертання ексцентриків перемикали вручну і кожен раз доводилося знімати болти кріплення фундаментних планок, а самі фундаментні планки переставляти в нове положення. Це робили при вимкненому віброзанурювачів. Вібро ВПУ-160 і ВПУ-250 дозволяють регуліррвать обороти в момент запуску електродвигунів. У них є пускорегулююча апаратура, яка дозволяє регулювати обороти в різних діапазонах шляхом посекційно виведення опору з ланцюга роторів.
Віброзанурювач НВП-56 має отвір розмірами в плані 80 X 110 см для виїмки грунту.
Вібро з підресореною навантаженням типу ВПП конструкції О. А. Савінова та А. Я. Лускін складаються з двох частин: вібруючої - вібратор і наголовник і не-ібрірующей - привантажувальна плита і електродвигун. Обидві частини з'єднуються системою пружин, службовців віброізолюючий пристроєм.
Перевагами цього вібратора є можливість регулювання величини амплітуди, безпеку роботи електродвигуна і можливість витягування паль без амортизатора.
Мал. 2. Віброзанурювач ВПУ-160
Мал. 3. Схема віброзанурювача з підресореною навантаженням: 1 - вібратор; 2 - наголовник; 3 - привантажувальної плити; 4 - електродвигун
Недолік цих молотів - їх неможливо застосовувати для занурення оболонок великих розмірів через невелику вимушених коливань.
Вібро типу ВПП успішно застосовувалися для занурення паль невеликих розмірів (до 30 см) і особливо для вилучення шпунтин. Віброзанурювачем невеликої потужності ВПП-4 були занурені дерев'яні палі довжиною 6,5 м при продуктивності 64 палі в зміну, що перевищує норму в 8 разів.
Вібромолоти конструкції С. А. Цапліна і ін. Конструктивне оформлення вібромолотом має безліч різновидів. У всіх вібромолотом електродвигун бере участь в роботі вібратора.
Переваги вібромолотом: можливість регулювання величини амплітуди і великий ефект ударної дії на занурюваної елемент; недолік їх: необхідність застосування вібростійкого електродвигуна, так як звичайний електродвигун швидко зношується.
Вібромолот конструкції С. А. Цапліна має вібратор, з'єднаний з наголовником за допомогою пружин. Наголівник жорстко закріплюється в палі. Залежно від параметрів вібратора, жорсткості пружин, величини зазору між вібратором і наголовником вібромолот може працювати на різних режимах.
На будівництві однієї гідроелектростанції вібромолотом було завантажено близько 500 г шпунтових паль. Вібромолоти тут виявилися більш ефективними, ніж вибропогружатели грунтах на глибину 14 м. Оболонка занурена за 34 хв. без вилучення ґрунту з її внутрішньої порожнини.
Прагнення збільшити величину вимушених коливань привело до створення конструкції віброзанурювачів з переходом від одночастотне режиму роботи на двочастотної.
Віброзанурювачами з двочастотних режимом називають такі, у яких число обертання ексцентриків неоднаково, в результаті чого величина вимушених коливань, спрямованої вниз, збільшується, а вгору, навпаки, зменшується. Однак перший досвід занурення паль перетином 25 X 25 см в піщані ґрунти двочастотних віброзанурювачем показав, що він не має переваг в порівнянні з одночастотним. Паля була занурена двочастотних віброзанурювачем на глибину 2,9 м за 12 хв. і подальше занурення її припинилося. Після цього віброзанурювач перевели на одночастотний режим роботи, і паля була занурена ще на 2,6 ж за 7 хв. При цьому зазначено, що амплітуда коливань віброзанурювача збільшилася, що і сприяло подальшому зануренню палі.
Занурення паль і паль-оболонок сприяє спільне вплив вимушених коливань і амплітуди коливань. Обурює сила спрямована на подолання лобового опору і повинна бути оптимальною - максимум тієї, яка потрібна для даних грунтових умов.
Амплітуда коливань характеризує ефективність удару і повинна бути стабільною. Насправді в міру занурення паль в грунт величина амплітуди падає, т. Е. Ефект удару знижується. Це відбувається від того, що опір грунтовій маси в міру занурення паль зростає швидше, ніж зростає величина амплітуди вібросістеми в грунті. Занурення паль припиняється при досягненні амплітуди 0,3-0,5 см.
мента в процесі занурення палі шляхом збільшення ексцентриситету ексцентриків або частоти їх обертання. У нових типах віброзанурювачів є пристосування для регулювання величини статичного моменту. Однак це завдання ще не вирішена успішно, так як вона ускладнюється тим, що в грунті при віброзанурення відбуваються дуже складні явища. У роботу вібросістеми втягується і грунтова маса. При цьому грунт коливається не з тієї частотою, яка йому задана віброзанурювачем, а має свою резонансну частоту, т. Е. Грунт є пружним тілом, але не володіє лінійної пружністю при вібрації. У міру занурення паль в грунт ця залежність ускладнюється. Різноманітність грунтових умов ще більше посилює цю складну залежність.
Теоретично доведено, що оптимальний режим занурення паль буде досягнутий в тому випадку, якщо частота їх власних коливань як абсолютно не деформуються тіла (т. Е. Нехтуючи власними деформаціями, незначними в порівнянні з амплітудою коливання віброзанурювача) буде в 1,5-2 рази вище частоти обертання ексцентриків. В іншому випадку можуть виникнути вимушені пружні коливання св-ай, на підтримку яких піде значна частина енергії.
Важливим фактором, що забезпечує оптимальні умови занурення паль, є використання явища резонансу, що виникає в тому випадку, якщо період коливання вібросістеми дорівнює періоду коливань вимушених коливань або становить кратну частку від останнього.
При використанні явища резонансу можна досягти збільшення продуктивності при зменшеній обурює силі, т. Е. При меншій потужності електродвигуна. Однак всі відомі типи віброзанурювачів не мають пристосування для такого регулювання; тому надзвичайно актуальним завданням є розробка конструкції віброзанурювачів з пристроями для самонастраіванія режиму роботи, розробка методики використання резонансні режимів при зануренні паль і управління вібрацією в залежності від ґрунтових умов, розміру паль і т. д.