5.2. Вибропогружатели, вибромолоты и шпунтовыдергиватели

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 т_к (т. е. а = М1т_к). 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 1 и наголовник 5 сваи 6 жестко соединены между собой. В корпусе вибровозбудителя в сферических подшип­никах вращаются несколько пар дебалансных валов с дебалансами 7. Движение дебалансным валам, вращающимся попарно в разные стороны, передается от электродвигателя через промежуточную шестерню 2 и систему синхронизирующих цилиндрических шесте­рен 3, закрепленных на валах.

Для крепления на стреле копра корпус вибропогружателя снаб­жен четырьмя направляющими роликами 4. Каждый вибропогружа­тель комплектуется пультом управления с пусковой и защитной ап­паратурой.

Рис. 5.6. Принципиальные схемы низкочастотного (а) и высокочастотного (б) 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 погр\ жения.

Высокочастотные вибропогружатели примени - ют для погружения в малосвязные грунты элементов с малым лобо­вым сопротивлением: шпунта, труб и профильного металла длинои до 20 м. По сравнению с низкочастотными высокочастотные вибро­погружатели имеют значительно меньший статический момент дебалансов (не более 60 кН-см) 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 14, приводной электродвигатель 9 с коротко- замкнутым ротором, установленный на подпружиненных пригрузоч- ных плитах 15 и наголовник 5. Наличие между электродвигателем и вибратором амортизирующих пружин 13 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 четырехвально- го вибратора осуществляется через вертикальную цепную передачу 10, конический редуктор 12, горизонтальную цепную передачу 11 и систему синхронизирующих шестерен 3, закрепленных на деба- лансных валах с дебалансами 7. 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.

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

Основными элементами вибромолота яв­ляются подпружиненная ударная часть, ниж­няя пригрузочная плита и наголовник. Удар­ная часть представляет собой (рис. 5.7) двух- вальный бестрансмиссионный вибровозбу­дитель 1 направленных вертикальных коле­баний с ударником 3. В корпусе вибровозбу­дителя смонтированы два электродвигателя, на параллельных валах которых, синхронно вращающихся в различных направлениях, закреплены дебалансы 2 с регулируемым статическим моментом. Ударная часть и нижняя плита 4 с наковальней 5 соединены между собой рабочими пружинами 6. Наголовник 7 соединяется с погружаемым элементом жестко или надевается на него свободно без закрепления. При вращении дебалансов ударник 3 колеблюще­гося вибровозбудителя наносит частые (до 24 Гц) удары по нако­вальне 5, 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.

Вибромолоты имеют суммарную мощность электродвигателей 14...80 кВт, максимальную вынуждающую силу 112... 180 кН, частоту ударов 8...12 Гц.

Энергия удара (Дж)

Е = mv²/[2(l - R)], (5.3)

где т — масса ударной части молота, кг; v — ударная скорость вибро­молота, м/с (v < 2 м/с); R — условный коэффициент восстановления скорости при ударе (-1 < R < +1).

Вибропогружатели и вибромолоты работают в комплексе с ко­пром или стреловым самоходным краном соответствующей грузо­подъемности.

Рис. 5.7. Принципиальная схема вибромолота

Шпунтовыдергиватели предназначены для извлечения из грун­та ранее погруженных металлических свай, труб и шпунта длиной 10...20 м. Наибольшее распространение получили шпунтовыдер-

I гиватели виброударного действия, рабо-

С* тающие по принципу вибромолотов.

Ж-— ¹ Они оснащаются клиновыми и гидравли-

г^- ческими наголовниками и эксплуатиру­

ются совместно со стреловыми самоход­ными кранами, экскаваторами-кранами и копровыми установками.

Шпунтовыдергиватель (рис. 5.8) состо­ит из вибровозбудителя 4, виброизолятора 2, подвески 1, рамы 6 с клиновым захва­том 7 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 5 на раму 6, которая ограничивает его движение сверху, в ре­зультате чего вибровозбудитель с бойком 3 наносит удары по раме с наковальней 10 с определенной частотой и энергией. Рама передает энергию удара извлекаемому эле­менту через клиновой захват, который со­стоит из двух клиньев 9, скользящих в на­правляющих 8.

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.

Вид А

Рис. 5.8. Принципиальная схема шпунтов ыдергивателя

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