CN108348960B - 振动发生器和用于将打桩体引入到土壤中的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于产生定向的振动的振动发生器以及用于将打桩体引入到土壤中的方法。振动发生器具有振动单元，所述振动单元具有第一对能够转动地支承的第一不平衡元件，能够借助第一转动驱动器以第一转速转动地驱动所述第一不平衡元件。根据本发明，振动单元具有至少一个第二对能够转动地支承的第二不平衡元件，所述第二不平衡元件与第一机械单元机械地脱耦。第二对不平衡元件能够由第二转动驱动器以第二转速转动地驱动，所述第二转速不同于第一不平衡元件的第一转速。此外，设置了控制单元，利用所述控制单元能够电和/或液压地、彼此相对地改变并且调谐两个转动驱动器的转速。

Description

振动发生器和用于将打桩体引入到土壤中的方法

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的、用于产生定向的振动的振动发生器，所述振动发生器包括至少一个振动单元，所述振动单元具有至少一个第一对能够转动地支承的第一不平衡元件，能够借助第一转动驱动器以第一转速转动地驱动所述第一不平衡元件。

此外，本发明涉及根据权利要求14的前序部分的、用于将打桩体引入到土壤中的方法，其中，将所述打桩体保持在振动发生器的保持装置处，所述振动发生器产生振动，通过所述振动将所述打桩体打入到所述土壤中。

背景技术

长期以来，在基础工程中就已知振动发生器，例如，用于将板桩墙板引入到土壤中的振动发生器。这种振动发生器具有旋转驱动的不平整元件，所述振动发生器也被称为振动熊。它们通常成对地被反向驱动。由此，能够实现竖直定向的力作用，而横向力通过反向的驱动来彼此抵消。就这些传统的振动发生器而言，为了将打桩体打入到土壤中，附加的、静态的活载荷是必需的。

从EP2105214A1和EP2158976B1中已知振动发生器，所述振动发生器被构造用于定向的振动，并且不需要附加的活载荷。在此，这些已知的、用于定向的振动的振动发生器具有不平衡元件，所属不平衡元件具有不同的不平衡度。在此，具有较小的不平衡度的不平衡元件比具有较大的不平衡度的不平衡元件旋转快多倍地被驱动。通过分别正弦形的振动变化过程的叠加，能够优选向下地产生显著的力作用，所述振动变化过程具有不同的周期。通过以下方式获得不同的转速：不平衡元件通过齿轮彼此啮合，并且由转动驱动器转动地驱动，所述齿轮具有不同的齿数。

尤其是在将打桩体引入到粘性的土壤中时，存在这种问题：在打桩体处的建筑地基就特定的、相对小的振动频率而言能够附着在打桩体处。因此，待驱动的、振动的质量改变并且增大。由此，打桩体振动的幅度下降，并且能够导致停顿。在这种情况下，全部的能量将被转换成地面振动，而无推进力。驶过这些振动区域是有问题的，并且因而尝试设置功率尽可能大的振动发生器来回避这个问题。然而，这在购置和运行中是成本高的，并且此外与增加的噪音辐射相关。

就振动发生器而言另外的、已知的问题是谐振频率区域的驶过。在此，能够出现显著放大的幅度，所述幅度整体上导致在振动发生器的轴承处的或者结构的损坏。尤其是在将振动发生器使用在城市内部区域中时，共振能够导致毗邻的建筑物的损坏。

US5911280公开了一种振动发生器，所述振动发生器具有一对同样构造的不平衡质量，所述不平衡质量分别被布置在轴处并且由单独的转动驱动器驱动，所述转动驱动器由同一个液压源驱动。

US5984107公开了一种振动驱动器，所述振动驱动器由两个轴构成，两个不平衡质量被布置在所述两个轴处。所述轴分别具有驱动器，其中，所述轴通过连接带彼此连接以用于提供同步的旋转。

EP2789402A1教导了一种振动激励器，所述振动激励器具有两个彼此平行地布置的轴以及至少两个不平衡质量，所述不平衡质量被紧固在所述轴中的一个或者多个上，其中，悬摆电动机被布置以用于调节不平衡质量的、彼此相对的转动位置，所述悬摆电动机包括悬摆电动机轴和悬摆电动机壳体，其中，悬摆电动机轴是所述轴中的一个的组成部分，并且，悬摆电动机壳体的转动位置能够相对于悬摆电动机轴地变化，其中，如此轴向偏移地布置悬摆电动机，使得它被布置在由不平衡质量扫过的区域之外。具有不平衡质量的轴彼此机械连接。

EP1481739A1涉及一种振动设备，所述振动设备具有两对同类构造的不平衡质量。两对不平衡质量被构造为能够由单独的转动驱动器来驱动。驱动器尤其是被构造用于，确保两个不平衡对关于彼此的、同步的旋转速度，并且，调节不平衡对质量关于彼此的相对位置。

发明内容

本发明基于这个任务：说明一种振动发生器和一种用于将打桩体引入到土壤中的方法，利用所述振动发生器和所述方法实现了特别高效的和温和的运行。

所述任务一方面通过具有权利要求1的特征的振动发生器，并且另一方面通过具有权利要求14的特征的方法来解决。本发明的、优选的实施方式在从属权利要求中被分别说明。

根据本发明的振动发生器的特征在于，所述振动单元具有至少一个第二对能够转动地支承的第二不平衡元件，所述第二不平衡元件与所述第一不平衡元件机械地脱耦，所述第二对第二不平衡元件能够由第二转动驱动器以第二转速来旋转地驱动，所述第二转速不同于第一不平衡元件的第一转速，并且，设置了控制单元，利用所述控制单元能够电和/或液压地彼此相对地改变并且调谐两个转动驱动器的所述转速。

本发明的基本思想在于，在用于产生定向的振动的振动发生器中设置至少两个彼此机械脱耦的、不平衡元件的对。在此，它们分别由至少一个自身的转动驱动器转动地驱动。没有设置通过彼此啮合的齿轮的、在两个不平衡对之间的机械连接。相反，在电和/或液压的路径上通过控制单元来进行转速彼此相对的调谐。概念“电控制单元”在此被广义地解释，并且，也包括电子的控制部件。利用这个控制单元和至少两对不平衡元件的、根据驱动的脱耦，相应的转速能够被不同地调节。以这种方式，能够避免或者至少显著地缩短对临界的频率区域的驶过。在此，不平衡元件对具有至少两个、三个或者多个不平衡元件，所述不平衡元件分别具有不平衡度。在此，一对中的不平衡元件以相反的转动方向旋转。

本发明的、优选的实施方式在于，所述第二不平衡元件的所述第二转速是所述第一不平衡元件的所述第一转速的数倍。以这种方式，环绕的不平衡元件的两个正弦变化过程能够被叠加，其中，第一不平衡元件的正弦变化过程的周期是第二不平衡元件的正弦变化过程的周期的数倍。通过这种叠加能够产生尤其是定向的振动。为了将打桩体打入到土壤中，所叠加的振动的最大值向下地被定向。对应地，在拉出打桩体时能够向上产生明显的力作用。在此，原则上在没有附加的活载荷或者拉力的情况下能够执行打桩体的打入。然而，根据本发明不排除，除了定向的振动，通过对应的推和拉装置将附加的力施加到振动发生器上，并且因而施加到打桩体上。

原则上，振动发生器能够由两个或者多个不同构造的振动单元构成。尤其地，能够仅一个振动单元设有第一和第二不平衡元件，而第二振动单元仅设有同样构造的不平衡元件。优选地，布置有两个或者多个振动单元，所述振动单元由共同的控制单元控制。

本发明的、优选的实施方式能够在于，第一振动单元与第二振动单元相同地被构造。因此，两个或者多个振动单元具有相同的、具有第一和第二不平衡元件的结构。第一不平衡元件具有第一不平衡度并且因此具有第一静态力矩，其与第二不平衡元件的第二不平衡度以及对应的第二静态力矩不同。

根据本发明的改型方案通过以下方式实现了特别有效的控制：所述控制单元与至少一个第一传感器装置连接，通过所述传感器装置能够确定所述第一不平衡元件的所述第一转速和/或所述第二不平衡元件的所述第二转速。在本发明的意义上的概念“控制单元”应当在此被普遍的理解，并且，也能够包括调节。传感器装置能够尤其是光学的、感应的、电容的或者其他的转速传感器。原则上，每个振动单元都能够设有一个或者多个传感器装置。通过仅在一个振动单元处设置传感器装置，给出了特别简单的实施。

根据本发明的、另外的实施方式通过以下方式实现了有效的控制：所述控制单元与所述第一转动驱动器和/或所述第二转动驱动器处于连接中，其中，所述控制单元能够调节并且改变第一转速和/或第二转速。转动驱动器能够是电驱动器，或者优选是液压驱动器。因而，操作者能够在转动驱动器处调节出合适的转速。转速也能够通过程序选择自动或者半自动地完成。为此，控制单元能够具有对应的数据库，对应的控制程序和转速预先给定被储存在所述数据库中。

原则上，每个振动单元能够具有多于两个的转动驱动器。典型地，振动单元具有两个单独的转速驱动器。在此，根据本发明的实施方式优选：一个振动单元的多个不平衡元件通过彼此啮合的驱动齿轮处于连接中，并且，被转动地驱动。如果一对中的不平衡元件以相同的转速被驱动，则齿轮具有相同的齿数。

为了改变振动并且尤其是振动幅度，根据本发明的改型方案设置了，设置至少一个相位调节装置，利用所述相位调节装置能够改变所述不平衡元件关于彼此的转动位置。这尤其是有利的，在一个振动单元中设置有多对不平衡元件时。

为了全面的控制，在此有利的是，调节装置具有调节马达，所述调节马达能够由所述控制单元控制。控制单元能够是电动机或者液压马达。

根据本发明的改型方案通过以下方式实现了对控制的、另外的改进：所述控制单元与至少一个第二传感器装置连接，通过所述第二传感器装置能够确定振动单元的所述不平衡元件的相位位置。在此，也能够设置光学的、感应的、电容的或者其他的传感器以用于确定不平衡元件关于彼此的、相应的转动位置。

原则上，振动单元的不平衡元件能够被共同布置在壳体中或者在载体元件处。

根据本发明的、优选的实施变型设置了，将所述第一对第一不平衡元件布置在第一壳体中，并且，将所述第二对第二不平衡元件布置在第二壳体中。所述壳体彼此分开地被构造。在此，一个或者多个壳体的轴承能够具有阻尼元件。

对于两对不平衡元件（也称作振动对）的振动的组合和叠加来说，根据本发明的实施方式优选的是：设置连接装置，利用所述连接装置能够使所述第一壳体和所述第二壳体彼此连接。因而，例如在振动发生器启动时，能够将两对分开。在此，一振动对在一定程度上自由地振动，或者仅经由软弹簧与另外的振动对连接。在连接的情况下，壳体或者振动对彼此刚性地连接，所述情况通过能够拆卸的并且能够操纵的连接装置（例如通过能够手动或者液压操纵的锁定销）来实现。除了借助液压缸的连接，也能够设置通过肘杆机构的连接。在短的、在连接的和分开的状态之间的过渡时间中，能够在两个壳体之间压缩弹性的阻尼元件，使得两个壳体不会彼此碰撞。这种（布置在振动单元之间的）阻尼元件因此仅在短的阶段中吸收能量。在分开的状态下，振动对仍未接触；在连接的状态下，阻尼元件被压紧，并且，壳体与布置在其中的不平衡元件对直接接触。

根据本发明的、另外的实施方式通过以下方式实现了特别简单的结构：为了产生定向的振动，第一不平衡元件不同于第二不平衡元件地被构造。在此，第二振动单元被构造为简单的单元或者简单的振动器，所述振动器不能够产生定向的振动。为了产生定向的振动，在这个实施情况中仅构造具有第一不平衡元件和第二不平衡元件的第一振动单元。在第二振动单元中的第三不平衡元件能够与第一不平衡元件相同或者不同地被构造。

此外，本发明涉及一种具有承载装置和杆的工程机械，振动发生器沿着所述杆基本上能够竖直移动地被支承。这种根据本发明的工程机械的特征在于，设置了振动发生器，如其先前所描述的那样。工程机械尤其是所谓的振动器，如其在基础工程中得到使用并且原则上已知的那样。

根据本发明的、用于将打桩体引入到土壤中的方法的特征在于，利用振动发生器来产生振动，如其先前所描述的那样。就这个方法而言，能够快速的驶过或者在很大程度上避免尤其是临界的频率区域。尤其地，就根据本发明的方法而言，能够借助控制单元来执行两个振动对关于彼此的转速的改变，并且，这样能够使所述转速彼此调谐。在此，调谐的改变能够根据土壤类型和/或相应的任务设置（例如，打入或者拉出打桩体）来完成。尤其是在启动振动发生器时，转速调节和转速改变能够由控制单元自动地或者半自动地根据所储存的控制程序来完成。

根据本发明的方法的、优选的实施变型能够体现在：所述打桩体是桩、载体或者板桩墙板。

附图说明

下面将参照优选的实施例来进一步描述本发明，所述实施例在附图中被示意性地示出。在附图中示出：

图1根据本发明的振动发生器的第一局部剖视图，以及

图2图1的振动发生器的第二局部剖视图。

具体实施方式

在图1和图2中示出了根据本发明的振动发生器10，所述振动发生器具有振动单元20。振动单元20具有下部的、箱形的第一壳体21a，所述第一壳体具有三个第一不平衡元件22，所述第一不平衡元件分别具有第一轴23。相同构造的第一不平衡元件22的每个第一轴23包括第一不平衡度24,、第一驱动齿轮25和与其间隔开布置的相位调节-齿轮26。下部的第一转动驱动器27的转矩由中间的第一不平衡元件22借助彼此啮合的第一驱动齿轮25传递到两个另外的、邻接的第一不平衡元件22上。

以原则上已知的方式，第一不平衡元件22的转动位置能够借助第一相位调节装置28来改变，所述第一相位调节装置具有调节马达29。转动位置的改变由彼此啮合的第一调节-齿轮26引起。

为了利用振动单元20产生定向的振动，两个第二不平衡元件32被布置在上部的、方形的第二壳体21b中。以类似于第一不平衡元件22的结构的方式，第二不平衡元件32也分别具有第二轴33、第二不平衡度34、第二驱动齿轮35以及第二相位调节-齿轮36。驱动通过上部的第二转动驱动器37在第二不平衡元件32上完成。相位调节通过第二相位调节装置38来实现，所述第二相位调节装置具有第二调节马达39。

第一不平衡元件22和第二不平衡元件32分开地并且关于转矩驱动器机械地脱耦。下部的第一壳体21a和上部的第二壳体21b通过能够拆卸的连接装置50彼此连接，所述第一壳体和第二壳体分别被构造为箱形。在所示出的实施方式中，连接装置50被构造为栓连接。

在振动单元20中的不平衡元件的转速的调谐和改变借助中心的控制单元60来进行，所述控制单元尤其是能够包括计算器单元。

在简单的实施中，控制单元60通过第一传感器装置66接收第一不平衡元件22的转速和/或转动位置，并且，通过第二传感器装置68接收振动单元20的第二不平衡元件32的转速和/或转动位置，并且，控制其转动驱动器27、37。根据所确定的数据，控制单元60对应地控制第一液压泵62和第二液压泵64，所述第一液压泵尤其是供应下部的第二转动驱动器47，所述第二液压泵尤其是运行上部的第二转动驱动器。控制能够尤其是如此进行，使得实现了第二不平衡元件32关于第一不平衡元件22的转速的、相同的或者整数倍的转速。例如对于驶过临界的频率区域（如它们在启动振动发生器10时能够出现的那样）来说，然而，尤其是通过预先给定的控制程序，能够有针对性地调节在振动单元20的不平衡元件的不同的对之间的转速改变。由此，能够尤其是避免或者至少能够特别快速地驶过不期望的谐振频率。

以对应的方式，能够通过控制单元60经由未示出的控制管线来操纵第一调节马达29和第二调节马达39，其中，为相应的不平衡元件22、32调节了限定的转动位置。

优选地，振动单元20的所有驱动器和控制元件与控制单元60连接，并且能够对应地被控制和调节。

Claims (14)

1.用于借助定向的振动将打桩体引入到土壤中的振动发生器，包括：

- 至少一个振动单元（20），所述振动单元具有至少一个第一对能够转动地支承的第一不平衡元件（22），借助第一转动驱动器（27）以第一转速转动地驱动所述第一不平衡元件，

- 其中，所述振动单元（20）具有至少一个第二对能够转动地支承的第二不平衡元件（32），其能够由第二转动驱动器（37）驱动，

- 其中，为了产生定向的振动，所述第一不平衡元件（22）不同于所述第二不平衡元件（32）地被构造，

其特征在于，

- 所述第一对第一不平衡元件（22）与所述第二对第二不平衡元件（32）机械并且根据驱动地脱耦，

- 所述第二对第二不平衡元件（32）由所述第二转动驱动器（37）以第二转速转动地驱动，所述第二转速不同于所述第一转速，并且，

- 设置了控制单元（60），利用所述控制单元能够电和/或液压地彼此相对改变并且调谐两个转动驱动器（27、37）的所述转速，

- 其中，构造所述控制单元（60），为了驶过临界的频率区域而执行在所述不平衡元件（22、32）的不同的对之间的转速改变。

2.根据权利要求1所述的振动发生器，其特征在于，所述第二不平衡元件（32）的所述第二转速是所述第一不平衡元件（22）的所述第一转速的数倍。

3.根据权利要求1或者2所述的振动发生器，其特征在于，布置了两个或者更多个振动单元（20），所述振动单元由共同的控制单元（60）来控制。

4.根据权利要求1至2中任一项所述的振动发生器，其特征在于，所述控制单元（60）与至少一个第一传感器装置（66）连接，所述第一传感器装置被构造用于，至少确定所述第一不平衡元件（22）的所述第一转速和/或所述第二不平衡元件（32）的所述第二转速。

5.根据权利要求1至2中任一项所述的振动发生器，其特征在于，所述控制单元（60）与所述第一转动驱动器（27）和/或所述第二转动驱动器（37）处于连接中，其中，所述控制单元（60）被构造用于，调节并且改变所述转动驱动器（27、37）的所述转速。

6.根据权利要求1至2中任一项所述的振动发生器，其特征在于，一振动单元（20）的多个第一不平衡元件（22）通过彼此啮合的驱动齿轮（25）处于连接中且被转动地驱动，并且一振动单元（20）的多个第二不平衡元件（32）通过彼此啮合的驱动齿轮（35）处于连接中且被转动地驱动。

7.根据权利要求1至2中任一项所述的振动发生器，其特征在于，设置了至少一个相位调节装置（28、38），所述相位调节装置被构造用于，改变所述不平衡元件（22、32）关于彼此的转动位置。

8.根据权利要求7所述的振动发生器，其特征在于，所述相位调节装置（28、38）具有调节马达（29、39），所述调节马达由所述控制单元（60）控制。

9.根据权利要求1至2中任一项所述的振动发生器，其特征在于，所述控制单元（60）与至少一个第二传感器装置（68）连接，所述第二传感器装置被构造用于，确定所述振动单元（20）的所述不平衡元件（32）的至少一个相位位置。

10.根据权利要求1至2中任一项所述的振动发生器，其特征在于，将所述第一对第一不平衡元件（22）布置在第一壳体（21a）中，并且，将所述第二对第二不平衡元件（32）布置在第二壳体（21b）中。

11.根据权利要求10所述的振动发生器，其特征在于，设置了连接装置（50），利用所述连接装置使所述第一壳体（21a）和所述第二壳体（21b）能够拆卸地彼此连接。

12.具有承载装置和杆的工程机械，振动发生器（10）沿着所述杆能够竖直移动地被支承，其特征在于，设置了根据权利要求1至11中任一项所述的振动发生器（10）。

13.用于将打桩体引入到土壤中的方法，其中，将所述打桩体保持在振动发生器（10）的保持装置处，所述振动发生器产生振动，通过所述振动将所述打桩体打入到所述土壤中，其特征在于，利用根据权利要求1至11中任一项所述的振动发生器（10）来产生所述振动，并且为了驶过临界的频率区域，执行在所述不平衡元件（22、32）的不同的对之间的转速改变。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述打桩体是桩、载体或者板桩墙板。

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