NL2016491B1 - Trilsysteem voorzien van verstelling voor het instellen van een aandrijfkracht en werkwijze voor het in de ondergrond brengen van een funderingselement. - Google Patents

Abstract

De uitvinding heeft betrekking op een trilsysteem voor het in de ondergrond brengen van een funderingselement en werkwijze waarmee de aandrijfkracht van het trilsysteem kan worden gevarieerd. Het trilsysteem volgens de vinding omvat: - een trilinrichting voorzien van een aantal excentrieken; - een werkzaam met de trilinrichting verbonden aandrijving, waarbij de aandrijving omvattende: - een motor; - een werkzaam met de motor verbonden pomp; en - een werkzaam met de pomp verbonden aandrijfeenheid, waarbij de aandrijving verder is voorzien van een verstelling waarmee een aandrijfkracht van het trilsysteem instelbaar is bij een in hoofdzaak constant blijvend door de aandrijving leverbaar vermogen.

Description

Trilsysteem voorzien van verstelling voor het instellen van een aandrijfkracht en werkwijze voor het in de ondergrond brengen van een funderingselement

De uitvinding betreft een trilinrichting voor het in de ondergrond brengen van een funderingselement, zoals een funderingspaal of damwandprofiel. Dergelijke funderingselementen kunnen op land of op zee in een ondergrond worden gebracht.

Uit de praktijk zijn diverse trilsystemen bekend die gebruik maken van een trilinrichting en meer in het bijzonder van een trilblok voorzien van een aantal excentrieken. Een dergelijk trilblok oefent trillingen uit op het funderingselement waardoor deze in de grond wordt getrild. Dergelijke tril blokken worden veelal aan de bovenzijde van het funderingselement aangebracht tijdens het inbrengen daarvan. Deze uit de praktijk bekende trilsystemen worden veelal hydraulisch aangedreven, waarbij gebruik wordt gemaakt van een zogeheten ‘power pack’, omvattende een dieselmotor en een hydraulische pomp. Deze hydraulische pomp drijft de hydraulische motor van de trilinrichting aan.

Een probleem met bestaande trilsystemen is dat deze niet flexibel met wisselende omstandigheden om kunnen gaan. Dergelijke wisselende omstandigheden kunnen betrekking hebben op een lokale afwijking in de bodemgesteldheid en/of een grondlaag met een grotere weerstand tegen het inbrengen van het funderingselement. Door de grotere weerstand dreigt overbelasting van het hydraulische systeem, zodat een veiligheidsventiel zal openen en een deel van de hydraulische olie wordt afgevoerd, bij voorkeur terug naar het hydraulische oliereservoir. Dit verlengt de inbrengtijd van het funderingselement en vergroot bijkomend de daarvoor benodigde energie.

Een doel van de onderhavige vinding is om bovenstaande problemen op te heffen dan wel te verminderen en een effectief trilsysteem te verschaffen voor het in de ondergrond brengen van een funderingselement.

Dit doel wordt bereikt met het trilsysteem voor het in de ondergrond brengen van een funderingselement volgens de onderhavige vinding, waarbij het trilsysteem omvat: - een trilinrichting voorzien van een aantal excentrieken; - een werkzaam met de trilinrichting verbonden aandrijving, waarbij de aandrijving omvattende: - een motor; - een werkzaam met de motor verbonden pomp; en - een werkzaam met de pomp verbonden aandrijfeenheid, waarbij de aandrijving verder is voorzien van een verstelling waarmee een aandrijfkracht van het trilsysteem instelbaar is bij een in hoofdzaak constant blijvend door de aandrijving leverbaar vermogen.

Door de trilinrichting, ook wel aangeduid als trilblok, te voorzien van een aantal excentrieken kan een trilling worden uitgeoefend op een funderingselement, zoals een funderingspaal, een funderingsbuis en een damwandprofiel.

De aandrijving van de trilinrichting, gevormd door de motor in een momenteel geprefereerde uitvoeringsvorm omvattende een hydraulische motor, de pomp in een momenteel geprefereerde uitvoeringsvorm omvattende een hydraulische pomp, en de aandrijfeenheid, levert een hoeveelheid hydraulische vloeistof die de frequentie bepaalt van de trilinrichting. De effectieve frequentie van de trilinrichting wordt in de praktijk bepaald door de relatie tussen de hoeveelheid hydraulische vloeistof en het zogeheten slagvolume van de hydraulische motor, samen met de overbrengverhouding binnen de trilinrichting. De frequentie van de trilinrichting, samen met het excentrisch moment van de trilinrichting, bepalen de slagkracht, ofwel de arbeid die door de trilinrichting wordt geleverd.

Het maximaal beschikbare vermogen van de aandrijving voor het trilsysteem wordt bepaald door de werkzaam met de (hydraulische) motor verbonden (hydraulische) pomp samen met de aandrijfeenheid voor de (hydraulische) pomp. Een dergelijke aandrijfeenheid heeft bij voorkeur betrekking op een dieselmotor, hoewel een elektrisch aangedreven hydraulische pomp ook tot de mogelijkheden behoort.

De hydraulische druk is bepalend voor de aandrijfkracht die realiseerbaar is met het trilsysteem. De aandrijfkracht van de trilinrichting wordt in hoofdzaak gebruikt om de weerstand te overwinnen die wordt ondervonden bij het in de ondergrond brengen van het funderingselement en enige verhezen. Door de aandrijving te voorzien van een verstelling, die is geconfigureerd voor het instellen van de aandrijfkracht van het systeem, wordt een optimaal gebruik van het beschikbare vermogen bewerkstelligd, bij een in hoofdzaak constant blijvend door de trilinrichting aan het funderingselement leverbaar vermogen.

Door volgens de vinding het beschikbare vermogen optimaal te gebruiken en daarbij het door de trilinrichting aan het funderingselement overbrengbare vermogen in hoofdzaak in gebruik constant te houden wordt de benodigde inbrengtijd en de totaal benodigde hoeveelheid vereiste energie voor het in de ondergrond brengen van het funderingselement geminimaliseerd. Het door het funderingselement opgenomen vermogen wordt hierbij bepaald door de frequentie en de aandrijfkracht van de trilinrichting.

Door met de verstelling volgens de onderhavige vinding het opgenomen vermogen te optimaliseren kan op effectieve wijze een funderingselement in de ondergrond worden gebracht. Hierbij kan in praktijk worden afgezien van een conventioneel veiligheidsventiel, of althans van het praktische gebruik daarvan, waarmee in conventionele systemen de maximale werkdruk wordt begrensd. Hydraulische vloeistof wordt via een dergelijk veiligheidsventiel terug naar het reservoir geleid terwijl de aandrijfkracht van de trilinrichting gelijk blijft. Dit resulteert in verlies van vermogen. Door de verstelling volgens de vinding wordt de aandrijfkracht vergroot terwijl de frequentie wordt verlaagd. Hiermee gaat geen vermogen verloren en wordt een effectief proces bewerkstelligd.

In een momenteel geprefereerde uitvoeringsvorm volgens de onderhavige vinding omvat de verstelling een variabel instelbaar slagvolume van de hydraulische motor.

Door aanpassing van het slagvolume van de hydraulische motor kan de frequentie van de trilinrichting worden beïnvloed. Zo zal een vergroting van het slagvolume resulteren in een afname van de frequentie van de trilinrichting. Dit gaat gepaard met een toename van de aandrijfkracht. Hierdoor kan ongeacht de weerstand tegen het in de ondergrond brengen van het funderingselement door verstelling van het slagvolume van de hydraulische motor het door het funderingselement opgenomen vermogen in hoofdzaak constant en maximaal blijven, en worden geoptimaliseerd voor de situatie. Hierdoor kunnen de benodigde inbrengtijd en benodigde energie beperkt blijven.

Door aanpassing van het slagvolume van de hydraulische motor zal niet of ten minste minder vaak hydraulische vloeistof wegvloeien via een veiligheidsventiel terug naar het hydraulische oliereservoir. Door het vermijden van deze energetische verhezen wordt de met de hydraulische pomp en bijbehorende aandrijfeenheid, bijvoorbeeld in combinatie als een ‘power pack’, geleverde energie optimaal benut.

Door het toepassen van een hydraulische motor met een variabel slagvolume voor de trilinrichting kan in geval van een relatief lage weerstand met een hogere frequentie worden getrild. Indien de weerstand tegen het inbrengen van de funderingselementen in de ondergrond groter wordt, kan het slagvolume van de hydraulische motor worden vergroot. Het totale beschikbare vermogen van de hydraulische motor dat effectief leverbaar is aan de trilinrichting blijft hierbij in hoofdzaak gelijk, terwijl de resulterende aandrijfkracht in dat geval wordt vergroot en de frequentie wordt verlaagd. Verlies van energie wordt hiermee vermeden.

In een voordelige voorkeursuitvoeringsvorm volgens de onderhavige uitvinding ligt de verhouding tussen het maximale slagvolume en het minimale slagvolume in het bereik van 1 tot 4, en bedraagt bij voorkeur ongeveer 2.

Door het slagvolume in genoemd bereik te variëren wordt bewerkstelligd dat de trilinrichting bij een behoorlijk grote variatie aan condities zo optimaal mogelijk kan blijven functioneren. In de praktijk biedt dit een effectief en voldoende groot werkgebied om het trilsysteem volgens de vinding op effectieve wijze te bedrijven.

In een voordelige voorkeursuitvoeringsvorm volgens de onderhavige uitvinding omvat het trilsysteem een regelsysteem dat is geconfigureerd voor het aanpassen van de aandrijfkracht van het trilsysteem.

Door het voorzien van een regelsysteem kan op effectieve wijze de verstelling worden aangestuurd, zodanig dat de aandrijfkracht van het trilsysteem instelbaar is, en het door de trilinrichting aan het funderingselement overbrengbare vermogen in hoofdzaak constant blijft.

Bij voorkeur is het regelsysteem voorzien van een druksensor waarmee het mogelijk is om de actuele werkdruk te bepalen en mede op basis daarvan de verstelling uit te voeren van in het bijzonder het slagvolume van de hydraulische motor. Op deze wijze kan een effectieve en efficiënte aanpassing van de instellingen het trilsysteem volgens de vinding worden gerealiseerd.

In een momenteel geprefereerde uitvoeringsvorm is het regelsysteem geconfigureerd om op automatische wijze de verstelling aan te passen. Door op automatische wijze, dat wil zeggen zonder onderbrekingen ten gevolge van tussenkomst van een bedieningspersoon, de verstelling uit te voeren kan op korte termijn worden gereageerd op veranderende condities bij het in ondergrond brengen van het funderingselement. Hiertoe kan het regelsysteem volgens de vinding bijvoorbeeld worden ingesteld op het maximaal houden van de aandrijfkracht van het trilsysteem en/of het opgenomen vermogen door het funderingselement constant en/of zo hoog mogelijk te houden.

In een verdere voordelige voorkeursuitvoeringsvorm volgens de onderhavige uitvinding omvat de verstelling een variabele instelbare overbrengverhouding van de trilinrichting.

Door de verstelling te voorzien van een variabele instelbare overbrenging, in het bijzonder een variabel instelbare overbrengverhouding, kan op effectieve wijze de frequentie van de trilinrichting worden gevarieerd. Hierbij kan op voordelige wijze gebruik worden gemaakt van een regelsysteem zoals voorgaand beschreven voor het trilsysteem.

In een verder alternatieve uitvoeringsvorm wordt gebruik gemaakt van een combinatie van een variabele overbrenging en een variabel slagvolume voor de hydraulische motor. Op deze wijze wordt de totale flexibiliteit voor het inbrengen van een funderingselement onder wisselende condities significant vergroot. Dit reduceert in een breed werkgebied van optredende condities, zoals inbrengweerstand, de benodigde inbrengtijd voor het in de ondergrond brengen van het funderingselement en/of reduceert de voor het inbrengen vereiste energie. Hiermee wordt een effectief trilsysteem verschaft.

De uitvinding heeft voorts betrekking op een werkwijze voor het variëren van de aandrijfkracht van een trilsysteem voor het in de ondergrond brengen van een funderingselement, waarbij de werkwijze omvattende de stappen: het voorzien van een trilsysteem zoals voorgaand beschreven; en het aanpassen van de verstelling, zodanig dat de aandrijfkracht optimaal is bij een in hoofdzaak constant blijvend door de trilinrichting leverbaar vermogen.

De werkwijze biedt gelijke voordelen en effecten als beschreven voor het trilsysteem. Een optimale aandrijfkracht met de werkwijze volgens de vinding resulteert in een optimaal, dat wil zeggen zo groot mogelijk, opgenomen vermogen door het funderingselement dat bij voorkeur bij wisselende condities in hoofdzaak constant blijft. Hiermee kan op effectieve wijze een funderingselement in de ondergrond worden geplaatst met een korte inbrengtijd en/of minimaal energieverbruik.

Bij voorkeur wordt voor het aanpassen van de verstelling gebruik gemaakt van het aanpassen van het slagvolume van de hydraulische motor van de trilinrichting en/of het aanpassen van de overbrengverhouding. Verder wordt bij voorkeur gebruik gemaakt van een regelaar zoals voorgaand beschreven voor het trilsysteem. Bij voorkeur is de regelaar hierbij zodanig geconfigureerd dat een aanpassing van de verstelling op automatische wijze wordt uitgevoerd. Hierbij kan bijvoorbeeld gebruik worden gemaakt van een druksensor.

Verdere voordelen, kenmerken en details van de uitvinding worden toegelicht aan de hand van een voorkeursuitvoeringsvorm daarvan, waarbij wordt verwezen naar de bijgevoegde figuren, waarin tonen: - Figuur 1 een aanzicht van een trilsysteem; en - Figuur 2 een aanzicht van het trilsysteem volgens de vinding met aandrijving.

Funderingselement 2 (Figuur 1) wordt aan de bovenzijde vastgehouden door klemsysteem 4 met behulp van één of meer klemmen 6. Boven klemsysteem 4 is trilblok 8 aangebracht dat in de getoonde uitvoeringsvorm is voorzien van hydraulische motor 10. Voorts is boven trilblok 8 een zogeheten ‘suppressor’ 12 aangebracht die er onder meer voor zorgt dat trillingen niet via verbinding 14 worden doorgegeven aan bijvoorbeeld de giek van een hijsinrichting.

Trilsysteem 16 (Figuur 2) omvat in de getoonde uitvoeringsvorm naast trilblok 8 met hydraulische motor 10 een ‘power pack’ 18 waarbij hydrauliekslangen 20 hydraulische vloeistof, bijvoorbeeld een olie, voeren naar aansluitingen op ‘suppressor’ 12 en retour via slangen 22, waarbij via ‘suppressor’ 12 hydraulische vloeistof wordt gevoerd via hydrauliekslangen 24 naar hydraulische motor 10 en retour via hydrauliekslangen 26. Uiteraard behoort een andere configuratie van hydrauliekslangen 20, 22, 24, 26 eveneens tot de mogelijkheden.

In de getoonde uitvoeringsvorm omvat power pack 18 dieselmotor 28 en hydraulische pomp 30 die met behulp van verbinding 32 onderling zijn gekoppeld.

Trilsysteem 16 is verder voorzien van een regelaar 34 die handbediening 36 omvat. Regelaar 34 stuurt via stuursignaal 38 de gewenste instellingen naar hydraulische motor 10, bijvoorbeeld de instelling voor het slagvolume. In de getoonde uitvoeringsvorm is druksensor 40 voorzien van waaruit meetsignaal 42 wordt gestuurd naar regelaar 34. Voorts omvat trilblok 8 overbrenging 44 en een aantal excenters 46 voor het in gebruik realiseren van trillingen waarmee funderingselement 2 in de ondergrond getrild kan worden.

Tijdens het inbrengen van funderingselement 2 wordt “power pack’ 18 in werking gezet voor het aanleveren van beschikbaar vermogen. Hydraulische olie wordt gebracht naar motor 10 met een ingesteld slagvolume. Hiermee wordt trilblok 8 aangedreven en bedreven bij een bepaalde frequente en aandrijfkracht. Bij het toenemen van de weerstand tegen het in een ondergrond brengen van een funderingselement 2 wordt de aandrijfkracht volgens de vinding vergroot bij een reductie in de frequentie van trilblok 8. Dit wordt in de getoonde uitvoeringsvorm bewerkstelligd met behulp van regelaar 34. De toename van de benodigde aandrijfkracht kan worden gedetecteerd met behulp van druksensor 40 waarna regelaar 34 de gewenste instellingen voor trilblok 8 doorvoert. Dit betreft bijvoorbeeld het aanpassen van het slagvolume van hydraulische motor 10 die bijvoorbeeld als een zogeheten ‘axial piston variable motor’ is uitgevoerd. Alternatief of aanvullend kan regelaar 34 overbrenging 44 van trilblok 8 aanpassen.

In navolgende tabel wordt een voorbeeld gegeven waarbij een werksituatie met een standaard trilsysteem voorzien van een vaste conventionele hydraulische motor wordt vergeleken met een trilsysteem volgens de vinding met instelbare hydraulische motor.

Uit de in de tabel opgenomen voorbeeldwaarden blijkt dat de aandrijfkracht toe kan nemen bij reductie in frequentie, zodanig dat het gebruikte vermogen maximaal wordt benut voor het in de ondergrond brengen van funderingselement 2. Op de volgens de vinding voorgestelde wijze, bij voorkeur door aanpassing van het slagvolume van hydraulische motor 10, wordt een robuuste werking verkregen die tot maximale werkdruk van bijvoorbeeld 350 bar blijft functioneren.

De uitvinding is geenszins beperkt tot de boven beschreven voorkeursuitvoeringsvormen daarvan. De gevraagde rechten worden bepaald door de navolgende conclusies, binnen de strekking waarvan velerlei modificaties denkbaar zijn.

Claims (11)

1. Trilsysteem voor het in een ondergrond brengen van een funderingselement, omvattende: - een trilinrichting voorzien van een aantal excentrieken; - een werkzaam met de trilinrichting verbonden aandrijving, waarbij de aandrijving omvattende: - een motor; - een werkzaam met de motor verbonden pomp; en - een werkzaam met de pomp verbonden aandrijfeenheid, waarbij de aandrijving verder is voorzien van een verstelling waarmee een aandrijfkracht van het trilsysteem instelbaar is bij een in hoofdzaak constant blijvend door de aandrijving leverbaar vermogen.

2. Trilsysteem volgens conclusie 1, waarbij de motor een hydraulische motor en/of de pomp een hydraulische pomp omvat.

3. Trilsysteem volgens conclusie 3, waarbij de verstelling een variabel instelbaar slagvolume van de hydraulische motor omvat.

4. Trilsysteem volgens conclusie 3, waarbij de verhouding tussen het maximale slagvolume en het minimale slagvolume is gelegen in het bereik van 1 tot 4, en bij voorkeur ongeveer 2 bedraagt.

5. Trilsysteem volgens één of meer van de voorgaande conclusies, verder omvattende een regelsysteem geconfigureerd voor het aanpassen van de aandrijfkracht van het trilsysteem.

6. Trilsysteem volgens conclusie 5, waarbij het regelsysteem is voorzien van een druksensor waarmee de verstelling op basis van bepaalde werkdruk uitvoerbaar is.

7. Trilsysteem volgens conclusie 5 of 6, waarbij het regelsysteem is geconfigureerd om op automatische wijze de verstelling aan te passen.

8. Trilsysteem volgens één of meer van de voorgaande conclusies, waarbij de verstelling een variabele instelbare overbrengverhouding van de trilinrichting omvat.

9. Werkwijze voor het variëren van de aandrijfkracht van een trilsysteem, omvattende de stappen: - het voorzien van een trilsysteem volgens één of meer van de voorgaande conclusies; en - het aanpassen van de verstelling zodanig dat de aandrijfkracht optimaal is bij een in hoofdzaak constant blijvend door de trilinrichting leverbaar vermogen.

10. Werkwijze volgens conclusie 9, waarbij het aanpassen van de verstelling wordt uitgevoerd met behulp van een regelaar.

11. Werkwijze volgens conclusie 10, waarbij de regelaar zodanig wordt geconfigureerd dat het aanpassen van de verstelling op automatische wijze wordt uitgevoerd.