Opublikowano 26.X.1964 48469 KI. 8£tr-Wl8 EOfc /9/35 UKD 624.155.3 Nb LToriTr Twórca wynalazku: mgr inz. Józef Raniszewski (U rzed u Pa tent ov;-no Wlasciciel patentu: Zaklady Sprzetu Budowlanego Nr 2, Solec Kujawski (Polska) Wibromlot Przedmiotem wynalazku jest wibromlot do wbi¬ jania pali i rur stalowych w grunt, zwanych w dal¬ szym ciagu opisu elementem, wymuszajacy jedno¬ czesnie ruch pionowy i obrotowy zaglebianego ele¬ mentu.Znane dotychczas wibromloty lub inne urzadze¬ nia wibracyjno-udarowe do zaglebiania elementów w grunt powoduja ruch tylko w kierunku piono¬ wym. Ruch ten jest wywolany dzialaniem sil od¬ srodkowych od symetrycznie i mimosrodowo roz¬ mieszczonych równych ma's na dwóch równole¬ glych i w przeciwnych kierunkach obracajacych sie walkach, lezacych w plaszczyznie poziomej.Wirujace w równoleglych plaszczyznach piono¬ wych i w przeciwnych kierunkach masy wywolu¬ ja sily odsrodkowe, które sumujac sie daja w osi symetrii wibromlota (osi elementu) wektor wy¬ padkowy tych sil zwrócony ku dolowi, w plaszczyz¬ nie zas poziomej sily te, majac zwroty przeciwne, redukuja sie. Dzialanie zatem wibromlota jest za¬ wsze pionowe.Szczególowe pomiary i (badania zjawisk kinema- tyczno-dynamicznych w czasie pograzania pala lub rury w grunt wykazaly, ze element zaglebiany przed kazdym uderzeniem znajduje sie to spo¬ czynku, natomiast po uderzeniu wystepuja w nim' drgania pionowe zanikajace. Efektywnemu prze¬ mieszczeniu elementu w chwili uderzenia w du¬ zym stopniu przeciwdziala odksztalcenie sprezy¬ ste gruntu i dlatego przemieszczenia bezwzglednie 10 15 20 25 nie sa wielkie. Na wykresie funkcji h = f(t) beda¬ cym krzywa schodkowa, gdzie h jest glebokoscia pograzania, a t — czasem pograzania w sekundach, poszczególne odcinki czasowe miedzy uderzeniami sa poziome, co ilustruje pozostawanie w spoczyn¬ ku elementu pograzanego przed kolejnymi ude¬ rzeniami i wystepowanie tarcia spoczynkowego, pochlaniajacego znaczna czesc energii wibromlota.Wady i niedogodnosci te usuwa wibromlot we¬ dlug wytnalazku, który oprócz drgan pionowych wywoluje jednoczesnie drgania obrotowe elemen¬ tu zaglebianego, dzieki czemu w chwili uderzenia element ten jest w ruchu i tarcie spoczynkowe nie wystepuje. Równiez nie wystepuja drgania wlasne elementu po uderzeniu. Energia jaka uzyskuje w chwili uderzenia element zaglebiany zostaje' przekazana na pokonanie tylko oporu bocznego i czolowego elementu, a odksztalcenia sprezyste gruntu sa bardzo nieznaczne. Porównanie dziala¬ nia dotychczasowych wibromlotów z wibromlotem wedlug wynalazku zaopatrzonym w wibrator drgan obrotowych wykazuje, ze predkosc zaglebiania elementu za pomoca wibromlota wedlug wynalaz¬ ku jest wielokrotnie wieksza niz przy dotychczas znanych i stosowanych wibromlotach o dzialaniu tylko pionowym.Na rysunku fig. 1 przedstawia schemat ideowy wibromlota wedlug wynalazku w momencie jego dzialania w kierunku pionowym, fig. 2 — schemat ideowy wibromlota w momencie jego dzialania 48469/ 3 obrotowego, fig. 3 — schemat ideowy dotychczas' stosowanych wibromlotów, fig. 4 — wibromlot wedlug wynalazku w widoku w kierunku równo¬ leglym do podluznych osi walków od strony kól zebatych, fig. 5 — wibromlot w widoku w kierun¬ ku prostopadlym do podluznych osi walków, fig. q — wibromlot w widoku w kierunku równole¬ glym do podluznych osi walków od strony tarcz mimosrodowych, fig. 7 — wykres kinematyczny dzialania wibrpmlota obecnego typu, fig. 8 — wy¬ kres kinematyczny dzialania wibromlota wedlug wynalazku.Na fig. 3 uwidoczniony jest schemat rozmiesz¬ czenia; równych mas 1 (m) na ,mimosrodach 2 osa¬ dzonych na walkach 3 i 4 o przeciwnych obrotach.Schemat ten dotyczy obecnie znanych i stosowa¬ nych wibratorów drgan pionowych i wibromlotów.Jesli walki 3 i 4 maja obroty przeciwne, jak to wskazuja strzalki 5 i 6, to isily odsrodkowe 7 w plaszczyznie pionowej sumuja sie, a w plaszczyz¬ nie poziomej redukuja sie. Istnieje zatem tylko dzialanie pionowe o zwrocie ku dolowi i wartosci równej czterokrotnej wartosci sily odsrodkowej 7, zmieniajacej sie wedlug cosinusoidy, zgodnie z wzorem matematycznym mco2e coscot, gdzie m( oznacza mase wirujaca, e — mimosrodowosc, co — predkosc katowa wirujacej masy m, t — czas w sekundach.Jesli przy zachowaniu przeciwnych obrotów wal¬ ków 3 i 4 przemiesci sie masy 1 (m) z jednego kon¬ ca walka 4 na odpowiadajacy mu koniec walka 3 i z drugiego konca walka 3 na odpowiadajacy mu koniec walka 4 w ten sposób, ze masy 1 (m) zla¬ czy sie razem parami, to otrzyma sie uklad jak na fig. 1, stanowiacy zasade dzialania i podstawe rozwiazania konstrukcyjnego wibromlota wedlug wynalazku.W ukladzie jak na fig. 1 sila wymuszajaca w plaszczyznie pionowej ma te sama wartosc jak w1 ukladzie na fig. 3, natomiast w plaszczyznie pozio¬ mej zamiast redukujacych sie dwójek zerowych wystepuje para sil o ramieniu a i momencie obro¬ towym M zmieniajacym sie wedlug sinusoidy, zgodnie z wzorem M = 2 a mco2e sincot, jak to jest przedstawione na fig. 2. Taki uklad rozmieszcze¬ nia mas 1 (m) na mimosrodach 2 umocowany na sztywnej podstawie 16 o -pewnej masie, spoczywa¬ jacej na sprezynach, wywola drgania pionowe pod¬ stawy 16 i drgania obrotowe tejze podstawy wzgle¬ dem pionowej osi symetrii I ,— I calego ukladu wibracyjno-udarowego.Wibromlot wedlug wynalazku sklada sie z ogra¬ nicznika 8 dzwigajacego wbijany w grunt element 9, z ukladu drgajacego 10 z mechanizmem obrotu oraz dwóch ram 11, przymocowanych do ogranicz¬ nika 8.Uklad drgajacy 10 sklada sie iz dwóch walków 3 i 4 z osadzonymi na jednych ich koncach kolami zebatymi 12, 13, jmimosrodowymi 14, 15 oraz z podstawy 16, dzwir gajacej walki 3, 4 i zamocowanej pomiedzy spre¬ zynami górnymi 17 i dolnymi 18 jak równiez z mas 1 (m) wywolujacych drgania, zamocowanych na kole zebatym 12 i tarczy mimosrodowej 15 4 (oznaczonych na fig. 3 cyfra 2). Do regulacji pola¬ czenia 19 miedzy podstawa 16, a ogranicznikiem 8 pluza nakretki 20. Naped od silnika na walek 3 jest przenoszony za pomoca na przyklad walka gietkie- 5 go i isprzegla, nie uwidocznionych na rysunku.Podstawa 16 jest zaopatrzona w cztery lozyska toczne 21 slizgajace sie po wewnetrznych po¬ wierzchniach pionowych boków ram 11, za pomoca których przenoszone sa drgania obrotowe na ogra¬ lo nicznik 8 z zaglebianym elementem 9. \ Predkosc wbijania elementu w grunt jak i spraw¬ nosc calego urzadzenia wedlug wynalazku wy¬ maga odpowiedniego doboru i ustalenia parame¬ trów poszczególnych czesci skladowych. Sprezy- 15 ny rozmieszczone symetrycznie musza miec usta¬ lona sztywnosc, wirujace masy 1 (2m), wywolujace drgania udarowe i obrotowe, musza byc dokladnie wywazone i miec odpowiednio dobrany ciezar i mimosrodowosc e do liczby obrotów jak i do pod¬ stawy 16 i ogranicznika 8. Równiez polaczenie mie¬ dzy podstawa 16 a ogranicznikiem 8 powinno byc odpowiednio uregulowane.Po ustaleniu wyzej 'wymienionych parametrów, doborze odpowiednich warunków terenowych i za¬ mocowaniu elementu do ogranicznika 8 przystepu- 25 je sie do uruchomienia wibromlota.Ruch z walka 3, napedzanego walkiem gietkim od silnika, przenosi sie za pomoca kola zebatego 12 na tej samej wielkosci kolo zebate 13 i walek 4 z osadzona na nim z drugiego konca tarcza mimo- 30 srodowa 15. Wirujace masy 1 (2m) osadzone mimo- srodiowo na tarczy kola zebatego 12 i na tarczy mimosrodowej 15 wywoluja drgania udarowe pio¬ nowe 'przenoszone na podstawe 16 i drgania obro¬ towe przenoszone za pomoca lozysk tocznych 21 na 35 ramy U i ogranicznik 8 z zaglebianym elemen¬ tem 9. Zatem podstawa 16 wykonuje drgania pio¬ nowe i obrotowe wzgledem osi symetrii I — I, po¬ wodujac predkie zaglebianie sie elementu 9 w grunt. 40 Próby i badania z wibratorem Wedlug wynalaz¬ ku, zmierzajace do wyznaczenia wplywu riichu obrotowego elementu 9 na predkosc jego zaglebia¬ nia w grunt potwierdzily zalozenia teoretyczne, przewidujace zanik tarcia spoczynkowego w chwi- 45 li uderzenia i odksztalcen sprezystych gruntu, co decydujaco korzystnie wplynelo na wartosc calko¬ witego przemieszczenia elementu w jednostce cza¬ su, czyli wielokrotnie .zwiekszylo predkosc zagle¬ biania. Ilustruja to wyraznie wykresy, przedsta- 50 wiajace wartosc przemieszczen h w czasie t. Fig. 7 przedstawia wykres pracy dotychczas stosowanych wibromlotów, na którym zeby z oznaczaja moment uderzenia i wielkosc przemieszczenia elementu, od¬ cinki T oznaczajace uplyw czasu miedzy kolejnymi 55 uderzeniami sa poziome (równolegle do osi wspól¬ rzednej t), co uwidacznia, ze element zaglebiany ^najduje sie w spoczynku miedzy kolejnymi ude¬ rzeniami. Taki sam wykres dla wibromlota wedlug wynalazku przedstawiony na fig. 8 ilustruje, ze 60 przemieszczenia h w chwili uderzenia z sa wieksze, a odcinki czasowe T miedzy poszczególnymi ude¬ rzeniami isa nachylone do poziomu, co swiadczy, ze {w chwili uderzenia element 9 jest w ruchu i tarcie spoczynkowe nie wystepuje. Predki spadek krzy-48469 6 wej schodkowej ilustruje duza predkosc zaglebia¬ nia sie elementu 9 w grunt.Wibrator wedlug wynalazku umozliwia uzyska¬ nie przez odpowiednie rozmieszczenie mas 1 (m) na tarczach kól zebatych 12, 13 i tarczach mimo- srodowych 14, 15 oraz przez odpowiednia regulacje ;dlugosci sprezyn 17 i 18, zaleznie od potrzeby, róz¬ nych rodzajów ukladów, jakimi sa: wibrator, wi¬ bromlot, wibrator na sprezynach jak równiez wszystkich wymienionych ukladów z wibratorem drgan obrotowych. Zmiane te uskutecznia sie przez przelozenie mas 1 (m) z kola zebatego 12 na kolo zebate 13 zaopatrzone w tym celu w otwory 22 i z tarczy mimosrodowej 15 na tarcze mimosrodo- wa 14 zaopatrzona w tym celu w otwory 23 oraz przez skracanie sprezyn 17 i 18 za pomoca nakre¬ tek 20.Wibromlot wedlug wynalazku stanowi urzadze¬ nie uniwersalne, umozliwiajace realizowanie w kazdym poszczególnym wypadku jednego z wy¬ mienionych ukladów. We wszystkich tych ukla¬ dach najwieksza ^wartosc sily wymuszajacej w sto¬ sunku do najwiekszej wartosci momentu obroto¬ wego ma stale przesuniecie fazowe wynoszace 90°, jak to jest uwidocznione na fig. 1 i 2.Wibromlot wedlug wynalazku zaopatrzony w uklad wibracyjno-udarowy z wibratorem drgan obrotowych wykazuje szczególnie skuteczne dzia¬ lanie przy zaglebianiu elementów w grunty pla¬ styczne (glinki, ily), w których zasadniczy opór przeciw zaglebianiu jest oporem tarcia bocznych powierzchni wbijanego elementu.Uzyskane wyniki prób w porównaniu z danymi cytowanymi w odnosnej literaturze fachowej lub znanymi z praktyki umozliwiaja stwierdzenie, ze wibromlot wedlug wynalazku nalezy do najbar¬ dziej wysokowydajnyeh urzadzen wibracyjnych przeznaczonych do zaglebiania elementów w grunty. 10 15 20 25 30 35 Naped wibromlota wedlug wynalazku moze sie odbywac za pomoca specjalnych silników elektry¬ cznych zamocowanych bezposrednio na podstawie 16 lub za pomoca zwyklych silników elektrycznych i spalinowych zamocowanych do ram 11, a stoso¬ wanych tylko do urzadzen wibracyjnych. Zastoso¬ wanie zwyklych silników w wibromlocie wedlug wynalazku zmniejsza koszt napedu i przedluza w znacznym stopniu zywotnosc teilników. PL