Буферное устройство для забивки свай

 

Использование: в строительстве различных объектов, при обустройстве скважин в геологии, горном деле, нефтяной промышленности, причалов и плавучих платформ в акватории рек. морей, океаноа Сущность изобретения, буферное устройство для забивки свай включает ударный поршень, компенсационную камеру с поршнем и соединенную с ней через приспособление для изменения скорости перетекания жидкости коллекторную камеру с регулятором поперечного сечения канала Компенсационная камера заполнена жидкостью низкой сжимаемости , а поршень, размещенный в ней подпружинен Коллекторная камера соединена с ней через Г-образные каналы, в одном из которых установлен регулятор поперечного сечения канала, и снабжена подпружиненным разделительным поршнем , регулятор поперечного сечения канала выполнен в виде игольчатого вентиля с тарировочной ручкой 1 заф-лы, 1 ил

(в) RRU U(и) 2001994 С1 (51) 5 Е02 D7 10 Е02 D13 10

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ „„,.;" "твттм . ", l"., Я г q l

К ПАТЕНТУ . Г - i, 1

ЬЭ

С0 . О О

4 (21) 4882975/33 (22) 19.1190 (46) 30.10.93 Бюл Ма 39 40 (l1) Институт горного дела С0 АН СССР (72) Афиногенов ЮА Чанышев АИ. (73) Афиногенов Юрий Алексеевич; Чанышев Анвар

Исмагипович (54) БУФЕРНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАБИВКИ

csaA (57) Использование: в строительстве различных объектов, при обустройстве скважин в геологии, горном деле, нефтяной промышленности. причалов и плавучих платформ в акватории рек морей, океаноа Сущность изобретения: буферное устройство для забивки свай включает ударный поршень, компенсационную камеру с поршнем и соединенную с ней через приспособление для изменения скорости перетекания жидкости кояпекторную камеру с регулятором поперечного сечения канала. Компенсационная камера заполнена жидкостью низкой сжимаемости, а поршень. размещенный в ней. подпружинен, Колпекторная камера соединена с ней через Г-образные каналы в одном иэ которых установлен регулятор поперечного сечения канала, и снабжена подпружиненным разделительным поршнем; регулятор поперечного сечения канала выполнен в виде игольчатого вентиля с тарировочной ручкой. 1 зпф — пы, 1 ил.

2001994

Изобретение относится к устройствам, амортизирующим ударную нагрузку при забивке свай в грунты, и может быть использовано в строительстве различных обьектов, при обустройстве скважин в геологии, горном деле, нефтяной промышленности, причалов и плавучих платформ в акватории рек, морей, океанов, Известно устройство для забивки свай, состоящее из цилиндра, тяжелого ударного поршня, перемещающегося вдоль оси цилиндра, и герметично присоединенного к цилиндру снизу нижнего узла. Нижняя сторона ударного поршня, стенка цилиндра и верхняя сторона нижнего узла образуют амортизационную камеру, В стенке цилиндра на некотором расстоянии над нижним узлом расположены выхлопные отверстия для отработанной рабочей среды (газа, пара). В этом устройстве дополнительно амортизационная камера соединена с помощью вентиля с коллекторной камерой и имеет впускные устройства для подачи уплотняемой рабочей среды, а вентиль в обоих своих конечных положениях перекрывает связь коллекторной камеры в амортизационной камерой и может открывать эту связь под действием опускающего ударного поршня.

Недостатком устройства является то, что уп. лотняемой рабочей средой, подаваемой в амортизационную камеру, служит пар или газ, на сжатие которого требуется определенная доля энергии, дополнительные потери энергии ударного AoplllHA расходуются также на нагревание среды при ее сжатии, Кроме этого, связь амортизационной и коллекторной камер, осуществляемая вентилем, под действием опускающегося ударного поршня обеспечивает впуск уплотняемой среды в амортизационную камеру с постоянным расходом, задавая постоянную амортизацию независимо от плотности грунта. Выхлоп отработанной рабочей среды также приводит к потере энергии ударного поршня. Для впуска уплотняемой рабочей среды в амортизационную камеру под опускающийся массивный ударный поршень необходимо создание давления в коллекторной камере, что также связано с затратами энергии. 8се эти недостатки являются причинами того, что в известном устройстве для забивки свай сравнительно низкий КПД, и это устройство недостаточно эффективно работает в тяжелых грунтах.

Наиболее близким аналогом по технической сущности является буферное устройство для забивки свай, включающее ударный поршень, компенсационную камеру с поршнем и соединенную с ней через приспособление для изменения скорости

55 перетекания жидкости коллекторную камеру с регулятором поперечного сечения канала, К недостаткам этого устройства относятся потери энергии удара на сжатие газа в камере под ударным поршнем, его нагрев и трудности удержания давления при динамических нагрузках, а в случае использования воздуха необходимо соблюдать дополнительные меры безопасности; время нарастания давления от Ода максимального значения в компенсационной камере всегда остается постоянным и не регулируется, задержка во времени импульса происходит после открывания предохранительного клапана приспособления для изменения скорости перетекания жидкости с регулятором поперечного сечения канала, когда давление в компенсационной камере начинает падать от максимального значения до нуля, что совпадает с участком торможения сваи в грунте и не оказывает фактически на ее движение на активном участке никакого влияния, функцию демпфера на, активном участке движения сваи выполняет сжимаемый гаэ под ударным поршнем, время сжатия которого постоянно при заданных ударных нагрузках и силе сжатия пружины предохранительного клапана. Время ударного импульса на активном участке движения сваи расходуется на сжатие газа вместо того, чтобы придавать ускорение движению сваи. За счет этого свая очень медленного набирает скорость и проходит на активном участке меньший путь в грунте,т.е.КПД снижается.

Целью изобретения является повышение КПД, Цель достигается тем, что в буферном устройстве для забивки свай, включающем ударный поршень, компенсационную камеру с поршнем и соединенную с ней через приспособление для изменения скорости перетекания жидкости коллекторную камеру с регулятором поперечного сечения канала, дополнительно компенсационная камера заполнена жидкостью низкой сжимаемости. а поршень, размещенный в ней, подпружинен, при этом коллекторная камера соединена с ней через Г-образные каналы, в одном из которых установлен регулятор поперечного сечения канала, и снабжена подпружиненным разделительным поршнем; регулятор поперечного сечения канала выполнен в виде игольчатого вентиля с тарировочной ручкой.

На чертеже представлена общая компоновка устройства. устройство содержит насадку 1, внутри которой в верхней части выполнена полость

2001994

2 (коллекторная камера) а в нижней — полость для размещения в ней эластичного чехла 3, охватывающего верхнюю часть сваи 4 и удерживаемого снизу фланцем 5, головку 6 с полостью 7 в верхней части (компенсационной камерой), уплотняемой ударным поршнем 8 и прокладкой 9, содержащей пружину 10, поддерживающую поршень 8, и полостью в нижней части, в которой размещен разделительный поршень 11, уплотняемый прокладками 12 и подпружиненный снизу пружиной 13, жестко скрепленной с насадкой 1 с помощью резьбового соединения и уплотненной по торцу прокладкой 14, с выполненными Г-образными каналами 15 и 16, соединяющими коллекторную камеру с компенсационной, в одном из которых установлен регулятор поперечного сечения канала в виде иглы 17 вентиля точной регулировки, имеющего тарировочную ручку 18, в в верхней части ударного поршня 8 выполнено углубление для размещения прокладки 19 из эластичного материала смягчающей ударную нагрузку сверху ударника 20, Устройство работает следующим образом.

Заполняют рабочим агентом (например, смесью глицерина со спиртом или маслом) коллекторную камеру 2 насадки 1 несколько выше ее верхнего края. Операцию заполнения рабочим агентом коллекторной камеры 2 во избежание появления в ней воздуха, сборку насадки 1 и головки 6 можно осуществлять в специальной ванне, могут быть и другие варианты. Затем аналогично производят заполнение рабочим агентом низкой сжимаемости (минеральным маслом) компенсационной камеры, образуемой полостью 7 с пружиной 10, и каналов 15,16 с кольцевым объемом вокруг иглы 17. При нанесении удара ударником 20 по верхнему торцу ударного поршня 8 он начинает смещаться вниз и происходит переток рабочего агента из компенсационной камеры по узкому каналу 16 через кольцевой зазор, образуемый иглой 17 вентиля точной регулировки в горизонтальном канале Г-образного канала 15, и далее на поршень 11, разделяющий компенсационную и коллекторную камеры. который также начнет смещаться вниз, сжимая рабочий агент, находящийся в коллекторной камере до тех пор, пока давления в обеих камерах на станут одинаковыми, Таким образом. сила давления на сваю будет постепенно нарастать от некоторой начальной величины

Ро, обусловленной весом ударного поршня

8, до максимальной величины Р, Нарастание силы давления на сваю будет происхо5

S0 дить за некоторый временной интервал от 0 до т, т.е. за время перетока жидкости иэ одной камеры в другую, Постоянное время перетока обеспечивается величиной поперечного сечения канала 16 и регулируется величиной зазора с помощью иглы 17 тарировочной ручкой 18 игольчатого вентиля точной регулировки. За счет постепенного нарастания силы давления на сваю, когда она уже начала двигаться в грунте, достигается мягкость этого удара, Коэффициент полезного действия предлагаемого устройства по сравнению с прототипом повышается, так как потери при передаче энергии удара жидкостью меньше, чем газом, который используется в прототипе. Бесшумности и мягкости удара способствуют дополнительно установленные из эластичного материала прокладка 19, расположенная на верхнем торце ударного поршня 8, и чехол 3, надеваемый на верхнюю часть сваи

4 и удерживаемый в насадке 1 при снятии буферного устройства со сваи фланцем 5.

При снятии ударной нагрузки от ударника

20 на ударный поршень 8 происходит обратный переток рабочего агента под действием возникающего перепада давлений в коллекторной и компенсационной камерах. При этом сжатые пружины 13 и 10 распрямляются, поры ни 11 и 8 возвращаются в исходное верхнее положение, существовавшее перед ударом. Уплотнение камер достигается соответствующими прокладками 9,12,14, Устройство после возвращения поршней 8,11 в исходное положение готово для восприятия следующей ударной нагрузки, Циклы повторяются до тех пnp, пока свая не войдет в грунт на требуемую глубину. Затем буферное устройство снимается с конца сваи 4, эластичный чехол 3 которого удерживается вместе с ним с помощью фланца 5 и устанавливается на следующую сваю. Операции повторяются.

Прокладка 19 и чехол 3 из эластичного материала служат дополнительно для смягчения жесткости удара и снижения шума при забивке свай.

Для повышения сжимаемости объема коллекторной камеры на дно полости 2 могут дополнительно укладываться кольца тороидальной формы из упругого эластичного материала заданного объема с известными коэффициентами объемной сжимаемости.

Если полости компенсационной и коллекторной камер и соединяющие их каналы заполнить одинаковой несжимаемой жидкостью при отсутствии колец тороидальной формы на дне коллекторной камеры, то ударная нагрузка от ударника 20, передаваемая свае 4 через предлагаемое буферное

2001994

» — (ФФ, S

55 устройство, будет производиться так же, как и при его отсутствии, т.е, жестко эа время удара, при котором в зависимости от типа грунта возможен косой скол верхней части сваи и вывод ее в брак. Следовательно, избавиться от нежелательного скола верхней части сваи 4 можно эа счет смягчения жесткости удара на сваю и увеличения интервала времени его воздействия, что достигается с помощью иглы 17 вентиля, регулируя проходной кольцевой зазор при перетоке рабочего агента из полости 7 (компенсационной камеры) в полость 2 (коллекторную камеру) по каналам 16 и 15 тарировочной ручкой 18, когда пройденный C торможением через кольцевой зазор рабочий агент постепенно создает давление на разделительный поршень 11, смещая его вниз.

Увеличение временного интервала продольной деформации f, сваи при ее забивании в грунт ударной нагрузкой балгоприятно сказывается на ее работоспособности, так как при этом уменьшаются скоросги k и ускорения е деформации, не давая им достигнуть критических значений е < и E++, при которых происходит скол верхней части сваи. При эабивании свай в мягкие грунты (глина, песок, речная пойма) буферное устройство можно снять со сваи или перекрыть переток жидкости по кана лам 16 и 15 иглой 17, при забивании свай в неоднородные грунты, обладающие повышенным сопротивлением внедрению сваи, кольцевой зазор с помощью иглы 17 приоткрывают, обеспечивая повышение временного интервала Л t, снижение величин а и

f. и тем самым целостность и работоспособнОсть сваи.

Максимальное усилив Р на сваю, передаваемое ударником 20, выбирают иэ условия где S — площадь поперечного сечения сваи; с4Ф вЂ” предел прочности материала сваи при сжатии.

Время t, при котором достигается максимальная нагрузка на сваю. рассчитывается из соотношения

ОРИ Е в котором РΠ— усилие на сваю при начальном состоянии t - 0; Š— модуль упругости материала сваи; ь»р — скорость деформации материала сваи при динамическом разрушающем сжатии, определяемая экспери f0

45 ментально путем динамического нагружения образцов сваи, выбуренных в продольном направлении, Площадь в поперечного сечения отверстия истечения иэ компенсационной в коллекторную камеру определяем из выражения (см. книгу Чугаев Р.Р.

Гидравлика. Л.: Энергоиэдат, 1982, с 398). в*= " (,ГН1-,/Н ), 082t V2 g где Й вЂ” площадь горизонтального сечения наполняемого сосуда, (коллекторной камеры).; g — ускорение силы тяжести; Н1*— давление в компенсационной камере, МПа;

Hz — давление в коллекторной камере, МПа, Объем V *рабочего агента, перетекающего из компенсационной в коллекторнуФ камеру через отверстия с поперечным сечением а

2»3 2 м At Bt

В Тв (г + г где А, — известные величины, связанные со свойствами грунта;,и — вязкость рабочего агента; 1 — длина цилиндрического канала с поперечным сечением и» .

Проведенный анализ показывает, что конструктивные параметры предлагаемого устройства можно получить предварительным расчетом.

Технические преимущества предлагаемого устройства по сравнению с прототипом заключаются в том, что, благодаря жидкому рабочему агенту, перетекающему из компенсационной в коллекторную камеру при возрастании внешней нагрузки от РО до P и наоборот, при уменьшении нагрузки от Р* до РО повышается КПД ударной нагрузки (в прототипе в качестве буфера используется сжимаемая газовая подушка) благодаря воэможности регулирования времени перетока рабочего агента из компенсационной в коллекторную камеру на активном участке движения сваи путем поворота иглы 17 тарировочной ручкой 18 игольчатого вентиля. Настраиваясь на грунт с определенным сопротивлением, изменяют жесткость удара на сваю (в прототипе жесткость удара остается постоянной íà все типы грунтов), смягчая удар и тем самым снижая уровень шума, предохраняя верхнюю часть сваи от скола и вывода ее в брак. (56) Заявка ФРГ hl 2163933, кл, Е 02 0 7/10, 1981, Авторское свидетельство СССР

N. 1399393, кл, Е 02 0 13/10, 1986.

2001994

Формула изобретения

1, БУФЕРНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАБИВКИ СВАЙ, включающее ударный поршень, компенсационную камеру с поршнем и соединенную с ней через приспособление для изменения скорости перетекания жидкости коллекторную камеру с регулятором поперечного сечения канала, отличающееся тем, что, с целью повышения КПД, компенсационная камера заполнена жидкостью низкой сжимаемости. а поршень, размещенный в ней, подпружинен. при этом коллекторная камера соединена с ней через Г-образные каналы, в одном из которых установлен регулятор

5 поперечноего сечения канала, и снабжена подпружиненным разделительным поршнем.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что регулятор поперечного сечения кэ1 нала выполнен в виде игольчатого вентиля с тарировочной ручкой,