ES2294603T3 - Aparato para tratar el suelo y metodo para introducir un elemento de trabajo dentro del suelo. - Google Patents

Abstract

Aparato de mecanización de suelos para la introducción de un elemento de trabajo (5) en el suelo utilizando vibraciones, con un generador de vibraciones (40), que está configurado para la generación y transmisión de vibraciones sobre el elemento de trabajo (5), en el que el generador de vibraciones (40) presenta al menos un pistón oscilante (42), que es desplazable linealmente en una carcasa (44) y accionado de forma oscilante para la generación de vibraciones, caracterizado porque - el pistón oscilante (42) está alojado libre de contacto de impacto a distancia del elemento de trabajo (5) y - porque el elemento de trabajo (5) está retenido en la carcasa (44) y las vibraciones se pueden transmitir indirectamente a través de la carcasa (44) sobre el elemento de trabajo (5).

Description

Aparato para tratar el suelo y método para introducir un elemento de trabajo dentro del suelo.

La invención se refiere a un aparato de mecanización de suelos para la introducción de un elemento de trabajo en el suelo utilizando vibraciones, con un generador de vibraciones, que está configurado para la generación y transmisión de vibraciones sobre el elemento de trabajo. La invención se refiere, además, a un procedimiento para la introducción de un elemento de trabajo en el suelo, en el que se generan vibraciones y se transmiten sobre el elemento de trabajo durante su introducción en el suelo.

El documento WO 2004/009298 A describe una taladradora con un pistón de trabajo de una cámara cilíndrica. El pistón de trabajo es desplazado en vibración a través de una aplicación alterna de una presión por encima y por debajo del pistón, siendo movido el pistón en vaivén en un taladro. La cámara cilíndrica presenta una zona de entrada, para introducir el fluido a presión en el taladro por encima de una primera superficie del pistón de trabajo, así como una zona
de salida para expulsar el fluido a presión desde el taladro por debajo de la segunda superficie del pistón de trabajo.

Para clavar tablestacas o pilotes en el suelo se conocen los llamados vibradores verticales con células de vibración. Un vibrador vertical de este tipo se deduce, por ejemplo, a partir del documento EP 0 824 971 B1. La célula de vibración descrita allí presenta masas centrífugas excéntricas giratorias accionadas por parejas, que son sincronizadas por medio de ruedas dentadas, de manera que las fuerzas de masas resultantes aparecen esencialmente sólo en una dirección de actuación. Las fuerzas centrífugas que actúa lateralmente deben compensarse mutuamente a través de la sincronización especial de las ruedas dentadas.

El documento US-A-4 155 287 publica un dispositivo de percusión accionado hidráulicamente con un pistón, que se mueve en vaivén en un cilindro. La energía hidráulica a tal fin es generada por medio de un fluido hidráulico a presión en el cilindro, siendo controlado el cambio de presión por medio de una válvula. La válvula es activada entre las posiciones de conmutación por medio de orificios de liberación, que se abren y se cierran por medio de una varilla con cavidades. La varilla conecta el pistón con una herramienta de percusión, como por ejemplo un martinete. El movimiento del pistón presenta una carrera de trabajo y una carrera en ralentí.

Condición previa para ello son tolerancias de fabricación estrechas en los dentados. Además, los árboles que llevan las masas centrífugas excéntricas deben dimensionarse correspondientemente grandes para la reducción al mínimo de una flexión, lo que conduce a un tamaño de construcción correspondiente de una célula de vibración de este tipo. En virtud de la carga mecánica fuerte, los dentados deben fabricarse con alta resistencia y calidad superficial. Además, la duración de vida útil de los rodamientos está limitada a través de la carga dinámica fuerte.

Otro problema en estas células de vibración conocidas consiste en que, en el caso de agregados grandes, debido a la inercia de masas, éstos solamente pueden ser elevados desde la posición parada lentamente hasta el número de revoluciones nominal. En este caso, en general, debe recorrerse una frecuencia de resonancia de primer orden o de orden superior. En este caso, existe el peligro de una amplitud incrementada, que puede conducir a daños. Para evitar esto, las masas centrífugas excéntricas están dispuestas en el caso de agregados mayores la mayoría de las veces de forma giratoria, para que se conecten solamente cuando se ha alcanzado un número de revoluciones nominal. No obstante, a tal fin es necesaria una instalación adicional costosa, que eleva adicionalmente el tamaño de la construcción así como los costes de todo el dispositivo.

Se conoce a partir del documento DE 102 37 407 A1 un martillo de percusión con un pistón de percusión accionado hidráulicamente. El pistón de percusión está alojado de una manera desplazable linealmente en una carcasa de pistón, en la que desembocan conductos de control para la entrada y salida de fluido hidráulico. A través de estos conductos se carga y descarga de forma controlada el fluido hidráulico, de manera que el pistón de percusión se desplaza en un movimiento oscilante. El pistón de percusión se proyecta con su superficie de percusión fuera de la carcasa del pistón. A través del movimiento oscilante del pistón de percusión se pueden ejercer impactos, sobre la superficie de percusión sobre un extremo trasero de un varillaje de perforación, de manera que se puede realizar una perforación de percusión.

En esta generación mecánica de impactos se produce una emisión considerable de ruido. Los impactos atraviesan el varillaje de perforación en forma de una onda acústica, actuando el varillaje de perforación que se encuentra al aire libre como cuerpo de resonancia prácticamente no amortiguador y propagando una gran parte del sonido al medio ambiente. Una perforación de este tipo no se puede realizar, por lo tanto, en determinados sitios de obras con especificaciones estrictas de protección de ruidos. Además, la generación mecánica de impactos conduce a una carga considerable de todos los componentes, especialmente de los cojinetes, guías y juntas de obturación. Por consiguiente, su duración de vida está limitada de la misma manera en una medida considerable.

La invención tiene el cometido de indicar un aparato de mecanización de suelos así como un procedimiento para la introducción de un elemento de trabajo en el suelo, en los que se pueden transmitir las vibraciones de una manera efectiva y lo más cuidadosa posible sobre el elemento de trabajo.

El cometido se soluciona de acuerdo con la invención a través de un aparato de mecanización de suelos con las características de la reivindicación 1 así como a través de un procedimiento con las características de la reivindicación 12. Las formas de realización preferidas de la invención se indican en las reivindicaciones dependientes.

El aparato de mecanización del suelo de acuerdo con la invención se caracteriza porque el generador de vibraciones presenta al menos un pistón oscilante, que se puede desplazar linealmente en una carcasa y está alojado distanciado del elemento de trabajo, porque el pistón oscilante es accionado de forma oscilante para la generación de vibraciones y porque las vibraciones se pueden trasmitir a través de la carcasa sobre el elemento de trabajo.

Una idea básica de la invención se puede ver en disponer el pistón accionado de forma oscilante en una carcasa cerrada. La transmisión de vibraciones se realiza en este caso indirectamente través de la carcasa. Diferencia del caso de un martillo de percusión hidráulico, no se produce ningún contacto de impacto entre partes metálicas, de manera que en la invención se produce un desarrollo de ruido considerablemente más reducido. La inercia de la masa a acelerar dentro del generador de vibraciones es muy reducida condicionada por el principio, de manera que se puede pasar de una manera comparativamente muy rápida a través de una zona de resonancia posible. No existen prácticamente tampoco masas muertas, que deban acelerarse al mismo tiempo. Condicionado por el principio, no pueden aparecer tampoco fuerzas de inercia laterales. Se pueden suprimir los componentes alojados de forma giratoria así como las junta de obturación sensibles entre la carcasa y el pistón. Los componentes utilizados son sencillos y se mantienen robustos, de manera que éstos son muy adecuados para las condiciones de los sitios de obras. El dispositivo se puede configurar, en general, muy compacto.

De acuerdo con la invención, se puede generar una energía de vibración especialmente alta porque el pistón oscilante es accionado hidráulicamente. Un generador de presión hidráulico se encuentra en la mayoría de las máquinas de obras públicas, que se emplea para la mecanización de la tierra y de piedras.

De acuerdo con la invención, es especialmente preferido que el pistón oscilante presente una primera superficie de pistón y una segunda superficie de pistón, al menos una de las cuales es impulsada con presión alterna. De esta manera se puede ajustar un movimiento casi discrecionalmente oscilante del pistón oscilante, que presenta con preferencia una curva de recorrido y tiempo armónica de forma sinusoidal. La impulsión con presión se puede realizar a través de una presión de la misma altura, que se ejerce de forma alterna sobre las superficies opuestas del pistón. De una manera alternativa, se puede ejercer también una presión constante sobre una superficie del pistón, mientras que se ejerce una presión oscilante hacia arriba y hacia abajo sobre la superficie opuesta del pistón, para generar el movimiento oscilante del pistón oscilante.

En principio, el tamaño de las dos superficies del pistón puede estar configurado igual. En función de las relaciones de presión regulables se puede prever, sin embargo, también otra relación de las dos superficies del pistón, por ejemplo 2 : 1. Esto posibilita una regulación todavía más libre del comportamiento oscilante del pistón oscilante.

De acuerdo con la invención, se puede realizar un control sencillo y robusto porque el pistón oscilante está configurado como un pistón de control primario, con el que se puede controlar la impulsión de presión alterna. El control se realiza, por decirlo así, "por excitación propia". El pistón oscilante está configurado en este caso con cantos de control, que cumplen la función de un primer pistón de control. En función de la posición del pistón oscilante se puede realizar de esta manera una conmutación automática de la impulsión de la presión. Un control de este tipo de un pistón oscilante se conoce ya, en principio, por la activación del pistón de percusión en los martillos de percusión hidráulicos del estado de la técnica.

Se consigue una configuración de acuerdo con la invención porque está prevista una instalación de control, con la que se puede controlar el movimiento del pistón oscilante. A través de una instalación de control de este tipo, que puede presenta, por ejemplo, una válvula de control externa, se lleva a cabo el control del pistón oscilante, por decirlo así, "por excitación propia". Con preferencia, la instalación de control comprende una unidad de control electrónica para el control o regulación de la entrada y salida del fluido de presión, para regular un comportamiento de oscilación deseado del pistón oscilante. La instalación de control puede presentar también un pistón de control secundario, a través del cual se conecta opcionalmente un fluido de presión.

El elemento de trabajo puede ser, de acuerdo con la invención, una tablestaca o un pilote, que se clave directamente en el suelo. En este caso, de acuerdo con la invención, la carcasa del generador de vibraciones está fijada en una instalación tensora para la retención del elemento de trabajo. La vibración generada se puede transmitir de esta manera a través de la carcasa y la instalación tensora directamente sobre el elemento de trabajo.

Además, de acuerdo con la invención está previsto que la carcasa del generador de vibraciones esté dispuesta en una carcasa de accionamiento de un accionamiento de perforación y que el elemento de trabajo esté configurado como una taladradora. De acuerdo con la invención, se puede conseguir una superposición especialmente cuidadosa del movimiento de perforación giratoria con el movimiento oscilante dirigido en la dirección de perforación. Esto permite un avance rápido de la perforación con un tratamiento cuidadoso especialmente bueno de la taladradora y especialmente del accionamiento de perforación con sus cojinetes.

De acuerdo con otra forma de realización preferida de la invención, está previsto que el elemento de mecanización presente un carro para el alojamiento del elemento de trabajo, que está alojado de forma desplazable en un guía. Por ejemplo por medio de un accionamiento de cable de tracción o de un accionamiento de cremallera se puede ejercer a través del carro una fuerza adicional sobre el elemento de trabajo, para introducirlo en el suelo. En función de las condiciones del suelo, se puede aplicar la fuerza para la introducción del elemento de trabajo en el suelo exclusivamente a través de los movimientos oscilantes en combinación con el peso propio del elemento de trabajo así como del carro conectado con el mismo. El carro puede estar guiado en un mástil o soporte, que está fijado, por ejemplo, en un carro superior de un vehículo de obras.

Se consigue una disposición especialmente libre de oscilaciones, de acuerdo con la invención, porque el elemento de trabajo está alojado elásticamente con relación al carro. En este caso, puede estar previsto un alojamiento elástico en la instalación tensora o en el accionamiento de perforación. Con preferencia, el elemento de trabajo está suspendido elásticamente en el carro sobre la carcasa del generador de vibraciones. De esta manera se consigue que las vibraciones sean transmitidas en gran medida sin interferencias sobre el elemento de trabajo, mientras que el carro así como las partes del aparato de mecanización conectadas con el mismo permanecen en la mayor medida posible libres de vibraciones.

Para un movimiento de oscilación especialmente bueno del pistón oscilante, está previsto de acuerdo con la invención que el pistón oscilante presente un taladro pasante. El taladro pasante permite una ventilación rápida de las cámaras cilíndricas.

El procedimiento de acuerdo con la invención se caracteriza porque las vibraciones son generadas con al menos un pistón oscilante, que se puede desplazar linealmente en una carcasa y está alojado a distancia del elemento de trabajo, porque el pistón oscilante es accionado de forma oscilante para la generación de vibraciones y porque las vibraciones se transmiten a través de la carcasa sobre el elemento de trabajo. Este procedimiento se puede realizar especialmente a través del aparato de mecanización del suelo de acuerdo con la invención descrito anteriormente, resultando las ventajas descritas anteriormente. Por suelo se entiende no sólo el terreno, sino también piedra, por ejemplo paredes de roca. La generación de vibraciones se puede producir con uno o varios pistones oscilantes, que están conectados en paralelo entre sí.

Este procedimiento ha sido desarrollado de acuerdo con la invención porque como elemento de trabajo se utiliza una taladradora, que es accionada de forma giratoria, y porque las vibraciones se transmiten en la dirección de la perforación sobre la taladradora. A través de la oscilación generada de acuerdo con la invención del varillaje de perforación se pueden reducir las fuerzas de fricción en la superficie límite con el suelo circundante. Esto conduce a un avance de la perforación considerablemente más rápido. El empleo del procedimiento de acuerdo con la invención es especialmente ventajoso durante la perforación de superposición de suelos de superposición más ligeros, en los que la acción de percusión de un martillo hidráulico apenas se puede emplear de una manera conveniente.

A continuación se describe la invención con l ayuda de ejemplos de realización preferidos, que se representan de forma esquemática en los dibujos. En los dibujos:

La figura 1 muestra un ejemplo de un aparato de mecanización de suelos de acuerdo con la invención en un vista lateral.

La figura 2 muestra una vista de la sección transversal de un accionamiento de perforación con generador de vibraciones.

La figura 3 muestra una vista de la sección transversal de un accionamiento de perforación con un generador de vibraciones modificado.

La figura 4 muestra una representación de las curvas de la presión sobre el tiempo.

La figura 5 muestra una vista de la sección transversal de un generador de vibraciones con instalación tensora; y

La figura 6 muestra una representación esquemática de una suspensión elástica en un carro.

En el aparato de mecanización del suelo 10 de acuerdo con la figura 1 está previsto un vehículo oruga 12 con una unidad de mando 14. A través de un mecanismo de palanca 16 se puede llevar un mástil 18 a una posición deseada, en la que éste se puede colocar con una instalación de sujeción y liberación 17, prevista en el extremo inferior, sobre el suelo a mecanizar. El mástil 18 presenta una guía lineal 19, a lo largo de la cual se puede desplazar un carro 20 sobre un accionamiento no representado en detalle. En el carro 20 está fijado un accionamiento de perforación 60, que puede accionar de forma giratoria un elemento de trabajo 5 configurado como varillaje de perforación. En el lado del accionamiento de perforación 60, que está alejado del elemento de trabajo, está colocado un generador de vibraciones 40, con el que se generan vibraciones de acuerdo con la invención y se pueden transmitir durante la perforación a través del accionamiento de perforación 60 sobre el elemento de trabajo 5.

En la figura 2 se muestra en representación ampliada el accionamiento de perforación 60 con el generador de vibraciones 40. A través de su carcasa de accionamiento 62, el accionamiento de perforación 60 está soldado en el carro 20, que está alojado de forma desplazable linealmente en la guía 19 del mástil 18. A través de un motor hidráulico 64 no mostrado en detalle con conexiones hidráulicas 66 se acciona de forma giratoria, a través de un engranaje de rueda dentada, el elemento de trabajo 5 configurado como varillaje de perforación alrededor del eje de perforación 7.

En el lado del accionamiento de perforación 60, que está alejado del elemento de trabajo está sujeta con bridas, en su carcasa de accionamiento 62, una carcasa 44 del generador de vibraciones 40. La carcasa 44 está constituida por una carcasa básica 45, que se cierra por una tapa 46. La carcasa 44 rodea una cámara cilíndrica, en la que está alojado un pistón oscilante 42 de forma desplazable linealmente a lo largo de un eje del pistón 43. Para una buena transmisión de las vibraciones, el eje del pistón 34 está alineado con el eje de perforación 7 del elemento de trabajo 5 a accionar.

El pistón oscilante 42 presenta dos apéndices cilíndricos, que forman en sus lados exteriores dirigidos hacia los extremos libres, una primera superficie de pistón 48 o bien una segunda superficie de pistón 49. Las dos superficies de pistón 48, 49 cierran en cada caso una cámara de presión adyacente, en la que se puede cargar y descargar un fluido de presión de forma alternativa a través de conductos de presión, para desplazar el pistón oscilante 42 en un movimiento lineal oscilante o reversible deseado. Para la generación de la impulsión de presión alternativa está prevista, en la forma de realización representada, una instalación de control 30 con un pistón de control adicional 32, que provoca con los conductos de control que conducen a la cámara cilíndrica así como con cantos de control previstos en el pistón oscilante 42 una conmutación de presión de excitación propia. Un control de excitación propia de este tipo de un pistón oscilante se conoce, en principio, a partir del estado de la técnica en martillos hidráulicos, de manera que no debe describirse en detalle este control.

Para la ventilación recíproca de las dos cámaras cilíndricas extremas en la carcasa 44, el cilindro oscilante 42 está provisto con un taladro pasante 47. En principio, la carcasa 44, en principio cerrada, es ventilada a través de un taladro de ventilación 34 hacia la carcasa de accionamiento 62 cerrada.

La figura 3 muestra una forma modificada del generador de vibraciones 40 de la figura 2. Mientras que en el generador de vibraciones de la figura 2, la primera superficie de pistón 48 y la segunda superficie de pistón estaban configuradas iguales, en la forma de realización de la figura 3, la segunda superficie de pistón 49 es de tamaño doble que la primera superficie de pistón 48. Además, en la carcasa 44 desembocan solamente dos conductos de presión 1 y 2. Como instalación de control pueden estar previstas válvulas activadas eléctrica o hidráulicamente, que no se representan en detalle. De esta manera, en oposición a la forma de realización de la figura 2, se puede utilizar un control excitado externamente, es decir, de una manera independiente de la posición del pistón oscilante 42. Por lo demás, la forma de realización de la figura 3 está configurada de una manera correspondiente a la forma de realización de la figura 2. La forma de realización mostrada en la figura 3 se puede desplazar también en oscilaciones de excitación propia con el control representado en la figura 2.

En el diagrama de la figura 4, se representa de forma esquemática la curva de la presión en las conexiones de la presión 1 y 2. De esta manera, se puede aplicar a la conexión de la presión 1 una presión constante, mientras que en la conexión de la presión 2 se aplica una presión alterna en el desarrollo de la presión, de manera que se genera el movimiento oscilante deseado del pistón oscilante 42. Como reacción a la oscilación del pistón oscilante 42 se provoca una oscilación de la carcasa 44, que se trasmite a través de la superficie de contacto de forma anular, coaxial al eje del pistón, hacia la carcasa de accionamiento 62. A través de la carcasa de accionamiento 62 del accionamiento del taladro 60 se transmiten las vibraciones sobre el elemento de trabajo 5, de manera que se puede superponer un movimiento de rotación de un varillaje de perforación con vibraciones axiales.

En el aparto de mecanización del suelo 10 de acuerdo con la figura 5, se emplea un generador de vibraciones 40, como se ha descrito ya en la forma de realización de la figura 2. El generador de vibraciones 40 está conectado, en la forma de realización representada en la figura 5, a través de un elemento de pestaña 22 de una manera rígida con una instalación tensora 50. La instalación tensora 50 está configurada para la retención de una tablestaca. Colocado en un carro desplazable verticalmente, se puede fijar o agitar una tablestaca en el suelo por medio del aparato de mecanización del suelo 10 mostrado.

En la figura 6 se muestra una suspensión preferida del generador de vibraciones 40 en el carro 20. En el carro 20 está fijada una carcasa 24, en la que está suspendido elásticamente un generador de vibraciones 40 sobre cojinetes de goma 26. Los cojinetes de goma 26 están configurado con una fijación interior metálica o con una fijación exterior metálica. Entre estas dos fijaciones metálicas, con preferencia anulares se encuentra una masa de goma elástica, que evita una transmisión demasiado fuerte de vibraciones desde el generador de vibraciones 40 sobre la carcasa 24 y el carro 20 conectado con ella. De esta manera se consigue que la gran parte de la energía de vibración se pueda transmitir sobre el elemento de trabajo 5 a introducir en el suelo.

Claims (13)

1. Aparato de mecanización de suelos para la introducción de un elemento de trabajo (5) en el suelo utilizando vibraciones, con un generador de vibraciones (40), que está configurado para la generación y transmisión de vibraciones sobre el elemento de trabajo (5), en el que el generador de vibraciones (40) presenta al menos un pistón oscilante (42), que es desplazable linealmente en una carcasa (44) y accionado de forma oscilante para la generación de vibraciones, caracterizado porque

-

el pistón oscilante (42) está alojado libre de contacto de impacto a distancia del elemento de trabajo (5) y

-

porque el elemento de trabajo (5) está retenido en la carcasa (44) y las vibraciones se pueden transmitir indirectamente a través de la carcasa (44) sobre el elemento de trabajo (5).

2. Aparato de mecanización de suelos de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el pistón oscilante (42) está accionado hidráulicamente.

3. Aparato de mecanización de suelos de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el pistón oscilante (42) presenta una primera superficie de pistón (46) y una segunda superficie de pistón (48), al menos una de las cuales es impulsada con presión alterna.

4. Aparato de mecanización de suelos de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque las superficies de pistón (46, 48) poseen un tamaño diferente.

5. Aparato de mecanización de suelos de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el pistón oscilante (42) está configurado como pistón de control, con el que se puede controlar la impulsión de presión alterna.

6. Aparato de mecanización de suelos de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque está prevista una instalación de control, con la que se puede controlar el movimiento del pistón oscilante (42).

7. Aparato de mecanización de suelos de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la carcasa (44) del generador de vibraciones (40) está dispuesta en una instalación de empotramiento (50) para la retención del elemento de trabajo (5).

8. Aparato de mecanización de suelos de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la carcasa (44) del generador de vibraciones (40) está dispuesto en una carcasa de accionamiento (62) de un accionamiento de perforación (60) y porque el elemento de trabajo (5) está configurado como una taladradora.

9. Aparato de mecanización de suelos de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque está previsto un carro (20) para el alojamiento del elemento de trabajo (5), que está alojado de forma giratoria en una guía (19).

10. Aparato de mecanización de suelos de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque el elemento de trabajo (5) está alojado elásticamente con relación al carro (20).

11. Aparato de mecanización de suelos de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque el pistón oscilante (42) presenta un taladro pasante (47).

12. Procedimiento para la introducción de un elemento de trabajo (5) en el suelo, especialmente por medio de un aparato de mecanización del suelo (10) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 11, en el que se generan vibraciones y se transmiten sobre el elemento de trabajo (5) durante su introducción en el suelo, siendo generadas las vibraciones con al menos un pistón oscilante (42), que se puede desplazar linealmente en una carcasa (44), y que es accionado de forma oscilante para la generación de vibraciones, caracterizado porque

-

el pistón oscilante (42) está alojado libre de contacto de impacto a distancia del elemento de trabajo (5) y

-

porque el elemento de trabajo (5) está retenido en la carcasa (44) y las vibraciones se pueden transmitir indirectamente a través de la carcasa (44) sobre el elemento de trabajo (5).

13. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado porque como elemento de trabajo (5) se utiliza una taladradora, que es accionada de forma giratoria, y porque las vibraciones se transmiten en la dirección de perforación sobre la taladradora.