RU2186175C2

RU2186175C2 - Hammer

Info

Publication number: RU2186175C2
Application number: RU2000116504/03A
Authority: RU
Inventors: В.Г. Лугачев; А.А. Кошкин; Н.В. Коловерин; М.А. Марфин; А.Н. Селиверстов; В.Д. Власов; А.Ф. Лукин; Р.Г. Коломеец
Original assignee: ОАО "Сибмост"
Priority date: 2000-06-22
Filing date: 2000-06-22
Publication date: 2002-07-27

Abstract

FIELD: construction industry, other branches of industry where piles, metal tubes, tongues and other construction members are driven into soil vertically. SUBSTANCE: hammer that drives construction members into soil includes body carrying striker mounted for movement, anvil block and drive linked by flexible member to striker. Striker has socket into which mobile tie rod and power member embracing it are inserted. Power member is kept in stressed state by means of flange anchored on upper butt of striker. In this case force under which power member is compressed in advance equal weight of striker. EFFECT: prolonged service life of hammer. 1 dwg

Description

Изобретение предназначено для использования в строительстве для забивания в грунт свай, шпунта, металлических труб и других строительных элементов в вертикальном направлении. The invention is intended for use in construction for driving piles, dowels, metal pipes and other building elements into the ground in the vertical direction.

Известен буровой снаряд (см. Барсов И.П. Строительные машины и оборудование. М., "Стройиздат". 1986), состоящий из долота, ударной штанги и канатного замка, подвешенного на канате, переброшенном через головной канатный блок мачты станка. Канат огибает снизу оттяжной канатный блок, расположенный на балансире станка и, проходя через вспомогательный блок, наматывается на инструментальный барабан. При вращении ударного вала с кривошипом шатун сообщает колебательное движение балансиру и блоку. При нижнем положении оттяжного блока буровой снаряд поднимается над забоем, при достижении верхнего положения он быстро падает в скважину и разрушает горную породу. По мере углубления скважины канат с инструментального барабана свивают на необходимую величину. Поворот долота происходит в канатном замке. Достоинством бурового снаряда является отсутствие высоких динамических нагрузок на канат при работе снаряда ввиду плавности нарастания скорости подъема долота над забоем. Недостатком являются сложность и громоздкость конструкции, а также ограниченная высота подъема долота, определяемая размерами кривошипа. С увеличением высоты подъема долота увеличивается и длина кривошипа. На практике высота подъема долота не превосходит одного метра. A well-known drill (see Barsov IP Construction machinery and equipment. M., "Stroyizdat". 1986), consisting of a chisel, shock rod and rope lock suspended on a rope thrown through the head rope block of the mast of the machine. The rope bends around the bottom of the pull-out rope block located on the balancer of the machine and, passing through the auxiliary block, wraps around the instrumental drum. When the shock shaft rotates with a crank, the connecting rod informs the oscillating movement of the balancer and the block. With the lower position of the exhaust unit, the drill rises above the bottom, when it reaches the upper position, it quickly falls into the well and destroys the rock. As the hole deepens, the rope is twisted from the tool drum by the required amount. The rotation of the bit occurs in the cable lock. The advantage of the drill is the lack of high dynamic loads on the rope during the operation of the projectile due to the smooth increase in the rate of rise of the bit above the face. The disadvantage is the complexity and bulkiness of the design, as well as the limited height of the bit, determined by the size of the crank. With an increase in the height of the bit, the length of the crank also increases. In practice, the height of the chisel does not exceed one meter.

Известен механический молот (см. Косоруков И.И. Свайные работы. М., "Высшая школа", 1974), включающий ударник, который двигается по направляющим копровой мачты и силовой привод, состоящий из двигателей внутреннего сгорания и фрикционной лебедки, размещенных на платформе базовой машины. Ударник с помощью троса фрикционной лебедки поднимается на необходимую высоту. Затем выключается барабан фрикционной лебедки. Ударник падает и наносит удар по погружаемому элементу. Холостые и рабочие хода чередуются последовательными включениями и выключениями барабана лебедки, выполняемыми машинистом копра. Механический молот конструктивно прост и долговечен в работе. Трос молота при работе не испытывает значительных динамических нагрузок, так как скорость подъема ударника регулируется машинистом копра. Величина хода ударника может составлять три метра и более. Недостатком механического молота является низкая производительность ввиду ручного управления молотом. Также недостатком является то, что механический молот неработоспособен без базовой машины - трактора и мачты копра. A mechanical hammer is known (see I. Kosorukov. Piling works. M., "Higher School", 1974), including a hammer, which moves along the guides of the pile mast and power drive, consisting of internal combustion engines and a friction winch, placed on the platform base machine. The drummer rises to the required height using the cable of the friction winch. Then the drum of the friction winch is turned off. The drummer falls and strikes the submersible element. Idling and working strokes are alternated by successive on and off winch drum performed by the driver of the copra. The mechanical hammer is structurally simple and durable in operation. The hammer cable during operation does not experience significant dynamic loads, since the speed of the hammer is controlled by the driver of the copra. The magnitude of the stroke of the striker may be three meters or more. The disadvantage of a mechanical hammer is its low productivity due to the manual control of the hammer. Another drawback is that the mechanical hammer is not operational without the base machine - the tractor and the mast of the copra.

Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности и по достигаемому результату аналогом (прототипом) является молот по патенту РФ 2123090. Молот включает корпус, в котором движется ударник, шабот с наголовником и привод, соединенный гибким элементом с ударником и установленный на фланце корпуса. Привод представляет собой электрическую лебедку, работающую в автоматическом режиме. Вследствие этого частота ударов по сравнению с механическим молотом увеличена в несколько раз, а значит в такой же степени увеличена эффективность и производительность погружения строительных инструментов в грунт. Высота подъема ударника в этом молоте ограничена только прочностью забиваемого элемента и достигает трех метров. Молот в конструктивном отношении прост, компактен, имеет высокий КПД, достигающий 85-90%. Для его работы не нужен трактор, как это имеет место при работе с механическим молотом. Молот может работать в безкопровом режиме. Недостатком этого молота является наличие высокой динамической нагрузки на привод и на гибкий элемент в начале подъема ударника, обусловленная значительной инерционной массой, что снижает долговечность молота. The closest to the claimed device in technical essence and in the achieved result, the analogue (prototype) is the hammer according to the patent of the Russian Federation 2123090. The hammer includes a housing in which the hammer is moved, a hammer with a headgear and a drive connected by a flexible element to the hammer and mounted on the housing flange. The drive is an electric winch operating in automatic mode. As a result of this, the frequency of impacts compared with a mechanical hammer is increased several times, which means that the efficiency and productivity of immersion of construction tools in the ground are increased to the same extent. The height of the hammer in this hammer is limited only by the strength of the hammered element and reaches three meters. The hammer is structurally simple, compact, has a high efficiency, reaching 85-90%. For its operation, a tractor is not needed, as is the case when working with a mechanical hammer. The hammer can work in a bloodless mode. The disadvantage of this hammer is the presence of a high dynamic load on the drive and on the flexible element at the beginning of the rise of the hammer, due to the significant inertial mass, which reduces the durability of the hammer.

Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением - увеличение долговечности молота. The technical problem solved by the invention is to increase the durability of the hammer.

Поставленная задача решается за счет того, что в ударнике выполнено гнездо, в которое вставлена подвижная тяга и охватывающий ее силовой элемент, находящийся в напряженном состоянии при помощи фланца, закрепленного на верхнем торце ударника, причем сила, с которой предварительно сжат силовой элемент, равна весу ударника. The problem is solved due to the fact that in the hammer there is a socket in which a movable rod is inserted and the power element enveloping it is in tension by means of a flange mounted on the upper end of the hammer, and the force with which the force element is pre-compressed is equal to weight drummer.

Такая конструкция молота обеспечивает значительное снижение динамических нагрузок на привод и гибкий элемент, так как ударные нагрузки преобразуются в потенциальную энергию сжатия силового элемента, а затем в кинетическую энергию движения ударника. This design of the hammer provides a significant reduction in dynamic loads on the drive and the flexible element, since the shock loads are converted into the potential energy of compression of the power element, and then into the kinetic energy of movement of the impactor.

Сущность предлагаемого технического решения иллюстрируется схематическим изображением общего вида молота в разрезе. The essence of the proposed technical solution is illustrated by a schematic representation of a General view of the hammer in the context.

Конструкцию предлагаемого устройства проиллюстрируем на примере его конкретного исполнения. The design of the proposed device is illustrated by the example of its specific design.

Молот состоит из корпуса 1, ударника 2, привода 3, в качестве которого используется электрическая лебедка, работающая в автоматическом режиме. В нижней части корпуса 1 установлен шабот 4. Гибкий элемент 5 соединяет привод 3 с ударником 2 при помощи тяги 6, которая установлена в гнезде 7, закрытом сверху фланцем 8. Тягу 6 охватывает силовой элемент 9, набранный в данном случае из резиновых дисков. Как видно из чертежа, диаметр силового элемента 9 меньше диаметра гнезда 7. В качестве силового элемента могут быть использованы не только резиновые диски, но и металлические пружины, пневмокамера и т.д. В данной конструкции силовой элемент находится в напряженном сжатом состоянии от взаимодействия фланца 8 и стяжных болтов 10, которые заранее при сборке ударника и затяжке болтов 10 сжимают силовой элемент 9 силой, равной весу ударника 2. В углубление шабота 4 вставлена погружаемая свая 11. The hammer consists of a housing 1, a hammer 2, a drive 3, which is used as an electric winch, operating in automatic mode. A shabot 4. is installed in the lower part of the housing 1. A flexible element 5 connects the actuator 3 to the hammer 2 by means of a tie rod 6, which is installed in the socket 7, which is closed on top by a flange 8. The tie rod 6 is covered by a power element 9, assembled in this case from rubber disks. As can be seen from the drawing, the diameter of the power element 9 is less than the diameter of the socket 7. As a power element can be used not only rubber disks, but also metal springs, a pneumatic chamber, etc. In this design, the power element is in a compressed state of stress from the interaction of the flange 8 and the coupling bolts 10, which, when assembling the hammer and tightening the bolts 10, compress the force element 9 in advance with a force equal to the weight of the hammer 2. An immersion pile 11 is inserted into the recess of the shabot 4.

Молот работает следующим образом. Ударник 2 с помощью гибкого элемента (каната) 5 электрической лебедки 3, работающей в автоматическом режиме, поднимается на необходимую, заранее заданную высоту для нанесения удара. Затем барабан электрической лебедки автоматически растормаживается. Ударник падает, увлекая за собой канат 5, свободно сматывающийся с расторможенного барабана, и в конце рабочего хода наносит удар по шаботу 4, который передает удар погружаемой свае 11. Холостые и рабочие хода чередуются последовательными включениями и выключениями барабана лебедки, которые выполняются в автоматическом режиме. The hammer works as follows. The drummer 2 with the help of a flexible element (rope) 5 of the electric winch 3, operating in automatic mode, rises to the required, predetermined height for striking. Then the drum of the electric winch is automatically released. The drummer falls, dragging the rope 5 behind him, freely unwinding from the unbraked drum, and at the end of the working stroke strikes at a step 4, which transmits the blow to the pile being dipped 11. Idling and working strokes are alternated by successively turning the winch drum on and off, which are performed in automatic mode .

Самым неблагоприятным в процессе работы молота является момент начала подъема ударника. Это происходит потому, что скорость наматывания каната на барабан электрической лебедки на всем протяжении подъема ударника постоянна или изменяется незначительно ввиду жесткой механической характеристики асинхронных электродвигателей, применяемых в электрических лебедках. Скольжение у такого типа электродвигателей не превышает 2-5%. Поэтому в момент начала подъема ударника происходит резкий рывок, сравнимый с ударной нагрузкой. Расчеты показывают, что при ударнике массой 4 тонны и при скорости наматывания каната на барабан 0,25 м/с, сила натяжения каната в момент отрыва ударника от шабота может достигать 40-50 тонн. Такая ударная нагрузка может вывести из строя механизм электрической лебедки и разорвать канат. Чтобы этого не произошло в предлагаемом молоте, процесс подъема ударника имеет свои особенности и происходит следующим образом. The most unfavorable during the work of the hammer is the moment the hammer begins to rise. This is because the speed of winding the rope onto the drum of an electric winch throughout the entire rise of the drummer is constant or changes insignificantly due to the rigid mechanical characteristics of asynchronous electric motors used in electric hoists. The slip of this type of electric motor does not exceed 2-5%. Therefore, at the beginning of the rise of the striker there is a sharp jerk, comparable to the shock load. Calculations show that with a drummer weighing 4 tons and with a rope winding speed of 0.25 m / s on the drum, the rope tension force at the moment the drummer is torn off from the rambling can reach 40-50 tons. Such an impact load can damage the electric winch mechanism and break the rope. To prevent this from happening in the proposed hammer, the process of lifting the hammer has its own characteristics and proceeds as follows.

Включается автоматическая электрическая лебедка. Канат начинает наматываться на барабан с постоянной скоростью 0,25 м/с. После того, как выбирается слабина каната, он резко натягивается и, когда сила натяжения каната станет равной весу ударника, ударник, находящийся до этого в покое неподвижно, начинает постепенно разгоняться. То есть ударник, имеющий в первый момент подъема нулевую скорость, не сразу приобретает скорость, равную скорости наматывания каната (0,25 м/с), а постепенно. Ударник разгоняется с заданным ускорением "а", и чем меньше будет ускорение "а", с которым поднимается ударник, тем меньше будет натяжение каната в первоначальный момент подъема. Но скорость наматывания каната на барабан постоянна и равна в данном случае 0,25 м/с, а скорость ударника в первоначальный момент подъема ввиду его большой инерционности много меньше скорости каната, поэтому чтобы компенсировать эту разницу скоростей, силовой элемент 9 начинает сжиматься в гнезде 7. Здесь необходимо учесть то, что силовой элемент 9 при сборке молота уже был сжат силой, равной весу ударника 2, и теперь он будет сжиматься, только если сила натяжения каната 5 превысит силу веса ударника, что и происходит в данном случае. Так как сила натяжения каната "F" равна:
F=m•а+m•g,
где m - масса ударника;
g - ускорение свободного падения;
а - ускорение, с которым поднимается ударник.The automatic electric winch is turned on. The rope begins to wind around the drum at a constant speed of 0.25 m / s. After the slack of the rope is selected, it is sharply stretched and when the tension force of the rope becomes equal to the weight of the drummer, the drummer, who is still motionless at that, begins to gradually accelerate. That is, the drummer, having a zero speed at the first moment of lifting, does not immediately acquire a speed equal to the rope winding speed (0.25 m / s), but gradually. The drummer accelerates with a given acceleration "a", and the smaller the acceleration "a" with which the drummer rises, the less the rope tension at the initial moment of rise. But the speed of winding the rope onto the drum is constant and equal in this case to 0.25 m / s, and the speed of the drummer at the initial moment of lifting, due to its high inertia, is much less than the speed of the rope, therefore, to compensate for this difference in speeds, the power element 9 begins to compress in slot 7 Here it is necessary to take into account that the power element 9 was already compressed during assembly of the hammer by a force equal to the weight of the hammer 2, and now it will compress only if the tension force of the rope 5 exceeds the weight of the hammer, which happens in this case. Since the tension force of the rope "F" is:
F = m • a + m • g,
where m is the mass of the striker;
g is the acceleration of gravity;
and - the acceleration with which the drummer rises.

Из этой формулы следует, что сила натяжения каната больше силы веса ударника на величину "m•а". Отсюда также следует то, что чем меньше ускорение, с которым поднимается ударник "а", тем будет меньше сила натяжения каната "F". Поэтому необходимо стремиться уменьшить величину "а", что и происходит в данной конструкции молота. From this formula it follows that the tension force of the rope is greater than the force of the weight of the drummer by the value "m • a". It also follows from this that the smaller the acceleration with which the striker "a" rises, the less will be the tension force of the rope "F". Therefore, you must strive to reduce the value of "a", which is what happens in this design of the hammer.

Силовой элемент 9, сжимаясь при начале подъема ударника, накапливает в себе потенциальную энергию сжатия. Отставание ударника 2 от точки закрепления каната на тяге 6 будет в процессе подъема сначала увеличиваться. Это означает то, что силовой элемент будет претерпевать процесс все большего сжатия, т.е. уменьшения его высоты, и одновременно увеличиваться в диаметре, занимая при этом свободное пространство в гнезде. Как видно из чертежа, гнездо 7 выполнено диаметром большим диаметра силового элемента 9. Затем вследствие того, что ударник 2 совершает движение вверх с ускорением "а", т. е. его скорость все время увеличивается, наступит момент, когда скорость наматывания каната на барабан лебедки и скорость ударника сравняются. Это означает то, что сжатие силового элемента 9 прекратится. В этот момент высота силового элемента 9 будет наименьшая. Затем ввиду того, что скорость подъема ударника все время растет, ударник начнет подниматься вверх со скоростью большей, чем скорость наматывания каната на барабан лебедки, а это означает то, что силовой элемент 9 начнет разжиматься, т.е. увеличиваться по высоте. Накопленная в силовом элементе потенциальная энергия сжатия начнет переходить в кинетическую энергию движения ударника, тем самым увеличивая еще более скорость ударника. С помощью расчетов: скорость наматывания каната на барабан лебедки, масса ударника, упругость силового элемента, его высота и диаметр подобраны так, что в момент окончания подъема ударника силовой элемент 9 разожмется, и тяга 6 упрется в дно гнезда. Силовой элемент 9 разожмется до первоначальной величины, которую он занимал, когда канат был в расслабленном, ненатянутом состоянии. Вследствие этого вся потенциальная энергия, накопленная в силовом элементе в процессе его сжатия, преобразуется в кинетическую энергию движения ударника за минусом небольших потерь, происходящих при этом преобразовании. The power element 9, compressed at the beginning of the rise of the hammer, accumulates the potential compression energy. The lag of the hammer 2 from the point of attachment of the rope to the rod 6 will first increase during the lifting process. This means that the force element will undergo a process of increasing compression, i.e. decrease its height, and simultaneously increase in diameter, while occupying free space in the nest. As can be seen from the drawing, the socket 7 is made with a diameter larger than the diameter of the power element 9. Then, due to the fact that the drummer 2 moves upward with acceleration "a", that is, its speed increases all the time, there will come a moment when the speed of winding the rope onto the drum winches and drummer speed will equal. This means that the compression of the power element 9 will stop. At this moment, the height of the power element 9 will be the smallest. Then, in view of the fact that the rate of rise of the hammer is increasing all the time, the hammer will begin to rise at a speed greater than the speed of winding the rope onto the winch drum, which means that the power element 9 will begin to expand, i.e. increase in height. The potential compression energy accumulated in the power element will begin to transform into the kinetic energy of the movement of the projectile, thereby increasing even more the speed of the projectile. With the help of calculations: the speed of winding the rope onto the winch drum, the mass of the drummer, the elasticity of the power element, its height and diameter are selected so that at the end of the rise of the hammer the power element 9 will be unclenched, and the rod 6 will abut the bottom of the socket. The power element 9 will be squeezed to the initial value that it occupied when the rope was in a relaxed, unstretched state. As a result of this, all potential energy accumulated in the power element during its compression is converted to the kinetic energy of the impactor’s movement minus the small losses that occur during this transformation.

Как видно из описания процесса подъема ударника, в результате того, что ударник при начале подъема не сразу приобретает скорость, равную скорости наматывания каната на барабан лебедки, а постепенно, и его разгон растянут во времени и заканчивается практически только в конце его подъема, удалось свести к минимуму ударные нагрузки, которые разрушают электрическую лебедку и разрывают канат. As can be seen from the description of the process of lifting the hammer, as a result of the fact that the hammer at the beginning of the lifting does not immediately acquire a speed equal to the speed of winding the rope onto the winch drum, but gradually, and its acceleration is stretched in time and ends almost only at the end of its lifting, it was possible to reduce Shock loads that destroy the electric winch and break the rope are minimized.

Таким образом, предложенное техническое решение обеспечивает решение поставленной задачи - увеличение долговечности молота. Thus, the proposed technical solution provides a solution to the problem - an increase in the durability of the hammer.

Claims

A hammer for immersing building elements into the ground, including a housing with a hammer installed in it with the ability to move, a rammer and a drive connected by a flexible element to the hammer, characterized in that the hammer has a socket in which a movable rod is inserted and a power element covering it is located in tension by means of a flange mounted on the upper end of the striker, the force with which the force element is previously compressed is equal to the weight of the striker.