RU2600301C2

RU2600301C2 - Vibrating machine

Info

Publication number: RU2600301C2
Application number: RU2015105237/12A
Authority: RU
Inventors: Алексей Петрович Малахов; Леонид Викторович Музалевский; Давид Васильевич Рем; Владимир Григорьевич Курбатов; Денис Олегович Колбасин; Дмитрий Александрович Черноволик
Priority date: 2015-02-16
Filing date: 2015-02-16
Publication date: 2016-10-20
Also published as: RU2015105237A

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to vibration equipment, namely to flywheel devices of mechanical vibrations exciters in construction and seismic engineering. Vibrating machine comprises cylindrical housing with vibration tables, shock-absorber with balance weight, vibration exciter with drive shaft and gear motor. Vibration exciter is made in form of solid cylinder placed inside cylindrical body of vibratory machine, and this vibration exciter solid cylinder in upper and lower its end surfaces is made in form of N sine-shaped with spans “δ” and polar pitches “τ” of rail tracks, on which there are bearing assemblies with axles attached to upper and lower ends of inner part of cylindrical housing of vibratory machine, gear motor of which is connected to frequency-controlled electric drive. Solid cylinder of vibration exciter with rail tracks can reciprocate inside cylindrical housing by “δ” value of sinusoidal stroke of rail tracks and possibility of rotation inside cylindrical housing by gear motor shaft, vibrating machine can be made with vibration exciter composed of hollow solid cylinder with upper and lower end parts of rail tracks laid and resting on bearings in vibratory machine housing, this hollow solid cylinder has possibility of back-and-forth movement in vertical direction inside vibratory machine housing and rotate at railway tracks for value of stroke “δ” by drive motors of not less than 2 pieces with disks of coupling on outer side surface of vibration exciter solid hollow cylinder of vibratory machine or by one motor with short-circuited rotor, inert mass.

EFFECT: provision of high frequencies and mechanical forces at minimum amount of structural elements, which provides high reliability of vibratory machine.

1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к вибрационной технике, а именно к электромеханическим устройствам возбудителей механических колебаний, и может быть использовано в качестве мощного источника вибросейсмических колебаний или машины для погружения и извлечения железобетонных и металлических свай и оболочек, шпунта, трамбования грунта, для работ в вечномерзлых грунтах и в подводных условиях на шельфах морей и океанов.The invention relates to vibration technology, namely to electromechanical devices of causative agents of mechanical vibrations, and can be used as a powerful source of vibroseismic vibrations or a machine for immersion and extraction of reinforced concrete and metal piles and shells, sheet piling, tamping, for work in permafrost soils and in underwater conditions on the shelves of the seas and oceans.

Известна вибромашина с регулируемой величиной статического момента дебаланса и соответственно амплитуды и усилия колебаний, содержащая корпус и дебаланс, снабженный каналом, в котором размещена пружина, взаимодействующая с упором и втулкой, оснащенными регулировочными винтами (Авторское свидетельство №232075, кл. В06В 1/16, 1967).A known vibrator with an adjustable value of the static moment of unbalance and, accordingly, the amplitude and effort of vibrations, comprising a housing and unbalance provided with a channel in which a spring is placed interacting with a stop and a sleeve equipped with adjusting screws (Copyright certificate No. 232075, class B06B 1/16, 1967).

В этой вибромашине при вращении дебаланса между ними и приводным электродвигателем циркулирует большая величина кинетической энергии, сложна работа регулировочных винтов и пружин, что усложняет работу вибромашины.In this vibrator, when the unbalance is rotated between them and the drive motor, a large amount of kinetic energy circulates, the work of the adjustment screws and springs is complicated, which complicates the operation of the vibrator.

Известна также вибромашина (Патент на полезную модель №31113. Вибросейсмоисточник. Малахов А.П., Аносов В.Н., Чичинин И.С. Бюл. №20. 20.07.2003), являющаяся прототипом и содержащая корпус, установленную на грунт излучающую плиту с направляющими, пригрузочную массу и пружины, вибровозбудитель, выполненный в виде приводного вала с подшипниковыми опорами, инертной массы с подшипниками и направляющими.Also known is a vibrator (Utility Model Patent No. 31113. Vibro-seismic source. Malakhov A.P., Anosov V.N., Chichinin I.S. Bull. No. 20. 07.20.2003), which is a prototype and contains a housing mounted on a radiating ground plate with guides, loading mass and springs, vibration exciter, made in the form of a drive shaft with bearing bearings, inert mass with bearings and guides.

В этой вибромашине из-за возвратно-поступательного движения инертной массы с частотой создаваемых вибраций между этой массой и приводным двигателем циркулирует значительная по величине некомпенсированная кинетическая энергия с двойной частотой, требуется двойное количество силовых подшипников, возникают нескомпенсированные боковые усилия в направляющих, что усложняет конструкцию вибромашины и снижает надежность ее работы.Due to the reciprocating motion of an inert mass with the frequency of the generated vibrations, a significant uncompensated kinetic energy with a double frequency circulates in this vibrator, a double number of power bearings is required, uncompensated lateral forces in the guides arise, which complicates the design of the vibrator and reduces the reliability of its work.

Задачей (техническим результатом) изобретения является упрощение конструкции, повышение коэффициента мощности, увеличение надежности, увеличение частоты вибраций.The objective (technical result) of the invention is to simplify the design, increase the power factor, increase reliability, increase the frequency of vibrations.

Указанный технический результат достигается тем, что вибромашина содержит корпус с пригрузочной массой, инертную массу с подшипниками и приводимым валом, при этом вибровозбудитель выполнен в виде массивного цилиндра, помещенного внутрь цилиндрического корпуса вибромашины, причем массивный цилиндр вибровозбудителя в верхней и нижней своих торцевых поверхностях выполнен в виде N синусообразных с амплитудой «δ» и полюсными делениями «τ» рельсовых дорожек, на которые уложены подшипниковые узлы с осями, скрепленными с верхним и нижним торцами внутренней части цилиндрического корпуса вибромашины, мотор-редуктор которой подключен к частотно-регулируемому электроприводу, массивный цилиндр вибровозбудителя с рельсовыми дорожками установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения в вертикальном направлении внутри цилиндрического корпуса на величину амплитуды «δ» синусоидальных рельсовых дорожек или вибромашина выполнена в виде инертной массы, служащей короткозамкнутым якорем асинхронной машины, со статором по внешней боковой поверхности упомянутой инертной массы.The specified technical result is achieved by the fact that the vibration machine contains a housing with a loading mass, an inert mass with bearings and a driven shaft, while the vibration exciter is made in the form of a massive cylinder placed inside the cylindrical body of the vibration machine, and the massive cylinder of the vibration exciter in its upper and lower end surfaces is made in form N sinusoidal with an amplitude of "δ" and pole divisions "τ" of rail tracks on which bearing assemblies are laid with axes fastened to the upper and lower The internal part of the cylindrical body of the vibrating machine, the gear motor of which is connected to a variable frequency drive, the massive cylinder of the exciter with rail tracks is installed with the possibility of reciprocating movement in the vertical direction inside the cylindrical body by the amplitude value "δ" of the sinusoidal rail tracks or the vibrator is made in inert mass serving as a short-circuited anchor of an asynchronous machine, with a stator along the outer side surface of the above-mentioned in rtnoy mass.

На фиг. 1 приведена предлагаемая вибромашина; на фиг. 2 показано поперечное сечение по А-A вибромашины; на фиг. 3 приведена развертка инертной массы; на фиг. 4 приведен общий вид конструкции вибромашины с пустотелой инертной массой.In FIG. 1 shows the proposed vibrator; in FIG. 2 shows a cross-section along A-A of a vibratory machine; in FIG. 3 shows a scan of an inert mass; in FIG. 4 shows a General view of the design of the vibrator with a hollow inert mass.

Вибромашина (фиг. 1) содержит верхнюю 1 и нижнюю 2 силовые виброплатформы, цилиндрический корпус 3, цилиндрическую инертную массу 4, верхние 5 и нижние 6 силовые площадки с верхними 7 и нижними 8 рельсовыми дорожками, на которые опираются верхние 9 и нижние 10 подшипники, оси которых опираются на опоры 11, 12 соответственно, опоры 11, 12 установлены в верхний 13 и нижний 14 торцы цилиндрического корпуса 3, 15, инертная масса 4 с силовыми площадками 5, 6 жестко связана с силовым валом 16, свободно вращающимся в верхнем 13 и нижнем 14 торцах корпуса 3, 15, силовой вал 16 подвижно связан с валом 17 приводного мотор-редуктора 18, двигатель которого подключен силовым кабелем 20 к частотно-регулируемому электроприводу (на фиг. 1 не показан), на верхний торец 13 через амортизатор 19 уложена дополнительная пригрузочная масса 21, нижний торец цилиндрического корпуса 3 установлен через излучающую плиту на грунт или через оголовок на погружаемую сваю (на чертеже не показано).The vibrator (Fig. 1) contains the upper 1 and lower 2 power vibrating platforms, a cylindrical body 3, a cylindrical inert mass 4, upper 5 and lower 6 power platforms with upper 7 and lower 8 rail tracks, which are supported by the upper 9 and lower 10 bearings, whose axes are supported by bearings 11, 12, respectively, bearings 11, 12 are installed in the upper 13 and lower 14 ends of the cylindrical body 3, 15, the inert mass 4 with the power pads 5, 6 is rigidly connected to the power shaft 16, freely rotating in the upper 13 and lower 14 ends of the housing 3, 15, the power shaft 16 movably connected with the shaft 17 of the drive motor gearbox 18, the motor of which is connected by a power cable 20 to a variable frequency drive (not shown in Fig. 1), an additional loading mass 21 is laid on the upper end 13 through the shock absorber 19, the lower end of the cylindrical body 3 is installed through a radiating plate to the ground or through the head to a submersible pile (not shown in the drawing).

На фиг. 2 показано поперечное сечение по А-А (фиг. 1) инертной массы 4 с верхней 5 и нижней 6 силовыми площадками с верхней 7 и нижней 8 рельсовыми дорожками, которые подвижно опираются на верхние 9 и нижние 10 подшипники, оси которых жестко связаны через опоры 11, 12 с верхним 13 и нижним 14 торцами цилиндрического корпуса 15. Верхняя 5 и нижняя 6 силовые площадки выполнены в виде верхней 21 и нижней 22 идентичных дорожек в виде синусоид с амплитудами перемещений «δ» - 23 и полюсным делением «τ» - 24 - фиг. 3.In FIG. 2 shows a cross-section along A-A (Fig. 1) of inert mass 4 with upper 5 and lower 6 power platforms with upper 7 and lower 8 rail tracks, which are movably supported by upper 9 and lower 10 bearings, the axes of which are rigidly connected through bearings 11, 12 with the upper 13 and lower 14 ends of the cylindrical body 15. The upper 5 and lower 6 power pads are made in the form of the upper 21 and lower 22 identical tracks in the form of sinusoids with the amplitudes of displacements "δ" - 23 and the pole division "τ" - 24 - FIG. 3.

На фиг. 3 показана развертка инертной массы 4 с силовыми площадками 5, 6 с дорожками с полюсным делением «τ» - 24 и амплитудой перемещений этой массы «δ»-23.In FIG. 3 shows a scan of an inert mass 4 with power pads 5, 6 with tracks with pole division “τ” - 24 and the amplitude of displacements of this mass “δ” -23.

На фиг. 4 приведен общий вид конструкции предлагаемой вибромашины в виде пустотелого вибропогружателя с цилиндрической оболочкой 15 и оголовком 30, на который установлены вибровозбудитель своим нижним торцом 14, на верхний торец 13 которого через амортизатор 19 уложена пригрузочная масса 21, в боковых стенках цилиндрического корпуса 15 установлены приводные электродвигатели 31, 32 с приводными шестернями 33, 34, 35, 36, через которые вращательные моменты электродвигателей 31, 32 передаются на массивную инертную массу 4, которая своими дорожками синусоидальной формы (фиг. 3) уложена в подшипниковые узлы с подшипниками 9, 10 и опорами 11, 12 (фиг. 2), создавая механические усилия 37, 38, 39, 40 (фиг. 3), которые, складываясь по амплитуде, прикладываются к торцам 13, 14 (фиг. 2, фиг. 4) цилиндрического корпуса 15 и через него к оголовку 30 и далее к погружаемому цилиндрическому элементу 29.In FIG. 4 shows a general view of the design of the proposed vibratory machine in the form of a hollow vibratory driver with a cylindrical shell 15 and a head 30, on which the vibration exciter is mounted with its lower end 14, on the upper end 13 of which a loading mass 21 is laid through the shock absorber 19, and drive motors are installed in the side walls of the cylindrical body 15 31, 32 with drive gears 33, 34, 35, 36, through which the rotational moments of the electric motors 31, 32 are transmitted to a massive inert mass 4, which is sinusoidal in its tracks forms (Fig. 3) is laid in bearing units with bearings 9, 10 and bearings 11, 12 (Fig. 2), creating mechanical forces 37, 38, 39, 40 (Fig. 3), which, folding in amplitude, are applied to the ends 13, 14 (Fig. 2, Fig. 4) of the cylindrical body 15 and through it to the head 30 and further to the immersed cylindrical element 29.

Вибромашина работает следующим образом.The vibrator operates as follows.

При подаче электропитания к электродвигателю 18 через кабель 20 от преобразователя частоты (на чертеже не показано) через валы 16 и 17 инертная масса 4 в виде маховика раскручивается до данной частоты вращения «ω». Эта частота вращения в соответствии с количеством полюсных делений «τ» (24) обычно не менее 4-х создает частоту виброколебаний инертной массы 4 с силовыми площадками 5, 6, в которых выполнены синусообразные дорожки 7, 8 (фиг. 1). Эти дорожки, перемещаясь по подшипникам 9, 10 с опорами 11, 12, установленными в торцах 13, 14 цилиндрического корпуса 3, создают усилия в соответствии с соотношением:When applying power to the electric motor 18 through a cable 20 from a frequency converter (not shown in the drawing) through shafts 16 and 17, an inert mass 4 in the form of a flywheel is untwisted to a given rotation frequency “ω”. This rotation frequency in accordance with the number of pole divisions "τ" (24) usually at least 4 creates a frequency of vibration of inert mass 4 with power pads 5, 6, in which sinus-shaped tracks 7, 8 are made (Fig. 1). These tracks, moving along bearings 9, 10 with bearings 11, 12 installed in the ends 13, 14 of the cylindrical body 3, create forces in accordance with the ratio:

где: m_u - величина инертной массы 4 (кг);where: m _u - the value of the inert mass 4 (kg);

δ - амплитуда 23 перемещения инертной массы 4 дорожками 7, 8;δ is the amplitude 23 of the inertial mass movement 4 tracks 7, 8;

ω - ω_дв·р - эквивалентная частота колебаний инертной массы в соответствии с количеством полюсов Р, определяемых полюсным делением «τ» (обычно Р не менее 4).ω - ω _dv · p is the equivalent frequency of inertial mass oscillations in accordance with the number of poles P, determined by the pole division "τ" (usually P is not less than 4).

Так, например, для погружения железобетонных свай массой 2÷2,5 т для лучшего согласования требуется величина инертной массы не менее 5 т, что при эквивалентной частоте вращения определит оптимальную частоту погружения 35÷50 Гц, при которой грунт под торцом сваи и с ее боковой поверхности приходит в «разжиженное» состояние и она эффективно погружается с минимальной требуемой мощностью двигателя и оптимальной скоростью погружения, которая даже при погружении за один цикл, равный 1·10^-3 м, дает скорость до 2÷3 м/мин. При этом величина размаха колебаний инертной массы может быть принятой в (5÷6)·10^-3 м, что является оптимальным в режиме погружения практически любых строительных конструкций.So, for example, for immersion of reinforced concrete piles with a mass of 2 ÷ 2.5 tons, for better coordination, an inertial mass of at least 5 tons is required, which, with an equivalent speed of rotation, will determine the optimal frequency of immersion of 35 ÷ 50 Hz, at which the soil under the pile end and with it the lateral surface comes into a “liquefied" state and it is effectively immersed with the minimum required engine power and optimal immersion speed, which even when immersed in one cycle equal to 1 · 10 ^-3 m, gives a speed of up to 2 ÷ 3 m / min. At the same time, the magnitude of the inertial vibration amplitude can be taken in (5 ÷ 6) · 10 ^-3 m, which is optimal in the immersion mode of almost any building structures.

При погружении пустотелых строительных элементов (труб, оболочек) применяется конструктивная схема вибропогружателя по фиг. 4.When immersing hollow building elements (pipes, shells), the structural scheme of the vibro-loader according to FIG. four.

В этой схеме инертная масса 4 большой величины и большого диаметра вращается внутри цилиндрического корпуса 15 на подшипниковых опорах 9, 10 и подшипниках 11, 12 по синусоидальным дорожкам 7, 8 (фиг. 1, 2) приводными электродвигателями 31, 32 (фиг. 4) с фрикционным или с зубчатым зацеплением с шестернями 33, 34, 35, 36. Количество двигателей не менее 2-х (обычно 4 штуки). На цилиндрический корпус 15 вибромашины через амортизатор 19 укладывается пригрузочная масса 21 обычно величиной, равной массе погружаемого элемента.In this scheme, an inertial mass 4 of large size and large diameter rotates inside the cylindrical housing 15 on the bearings 9, 10 and bearings 11, 12 along sinusoidal tracks 7, 8 (Fig. 1, 2) driven by electric motors 31, 32 (Fig. 4) with friction or gearing with gears 33, 34, 35, 36. The number of engines is not less than 2 (usually 4 pieces). On the cylindrical body 15 of the vibration machine through the shock absorber 19, the loading mass 21 is usually placed equal to the mass of the immersed element.

Цилиндрический корпус 15 вибромашины своим нижним торцом 2 укладывается на пустотелый оголовок 30, который устанавливается на торец погружаемой строительной конструкции 29 (фиг. 4). Вибромашина может быть выполнена со специальным приводным электродвигателем, когда инертная масса 4 одновременно является якорем асинхронного электродвигателя, а внутренний диаметр статора приводного электродвигателя равен внешнему диаметру инертной массы, на которой в торцах расположены рельсовые дорожки. Такая конструктивная схема позволяет создавать вибропогружатели для погружения строительных элементов любых габаритов и масс с минимальными мощностями потребления электроэнергии.The cylindrical body 15 of the vibratory machine with its lower end 2 is placed on the hollow head 30, which is installed on the end of the submersible building structure 29 (Fig. 4). The vibrator can be made with a special drive electric motor, when the inertial mass 4 is at the same time the anchor of the asynchronous electric motor, and the inner diameter of the stator of the electric drive is equal to the outer diameter of the inertial mass on which the rail tracks are located at the ends. Such a design scheme allows you to create vibration dampers for immersion of building elements of any size and mass with minimal power consumption.

Возможно построение вибропогружателей для погружения в вечно мерзлые грунты и в морское дно (глубоководное исполнение).It is possible to build vibration absorbers for immersion in permanently frozen soils and in the seabed (deep-sea version).

Вибрационное погружение дает многократное удешевление работ по сравнению к ударным методам, когда принципиально невозможно получить результирующего коэффициента полезного действия выше (0,5÷1)%.Vibration immersion provides a multiple reduction in cost of work compared to shock methods, when it is fundamentally impossible to obtain a resulting coefficient of performance above (0.5 ÷ 1)%.

Вместо электродвигателей могут быть использованы вращательные гидродвигатели, подключенные к маслостанции с приводным электродвигателем, через кабель связанным с частотно-регулируемым электроприводом.Instead of electric motors, rotary hydraulic motors can be used, connected to the oil station with a driving electric motor, through a cable connected to a frequency-controlled electric drive.

То есть поставленная задача упрощения конструкции, повышения коэффициента мощности, увеличения надежности, увеличения частоты вибраций полностью выполняется.That is, the task of simplifying the design, increasing the power factor, increasing reliability, increasing the frequency of vibrations is fully implemented.

Claims

A vibration machine comprising a housing with a loading mass, an inert mass with bearings and a drive shaft, characterized in that the vibration exciter is made in the form of a massive cylinder placed inside the cylindrical body of the vibration machine, and the massive vibration exciter cylinder in its upper and lower end surfaces is made in the form of N sinusiform amplitude "δ" and pole divisions "τ" of rail tracks on which bearing assemblies are laid with axes fastened to the upper and lower ends of the inner part of the cylindrical the body of the vibrator, the gear motor of which is connected to a variable frequency drive, the massive cylinder of the exciter with rail tracks is installed with the possibility of reciprocating movement in the vertical direction inside the cylindrical body by the amplitude value "δ" of the sinusoidal rail tracks, or the vibrator is made in the form of a hollow inert mass, serving as a short-circuited anchor of an asynchronous machine, with a stator on the outer side surface of the said inert mass.