SE522782C2 - Förfarande och anordning för drivning av ett element - Google Patents

Description

25 30 522 782 alstra slagning och vibrering. För närvarande saknas sådan utrustning. En aktiv vibrator är dyr och har relativt kort livslängd på grund av haverier i lagren för excentervikterna. Hej are har begränsad effektivitet, särskilt i friktionsjord.

Ett ändamål med uppfinningen är därför att tillhandahålla en teknik, med vilken elementet samtidigt kan slagdrivas och vibrationsdrivas på ett effektivt och därmed energisnålt vis för kompaktering av ett material, för inslagning av ett element i materialet, eller för uppdragning av ett element ur materialet.

Ett ytterligare ändamål med uppfinningen är att därutöver anvisa en passiv vibrerings- anordning, vars resonansfrekvens är inställbar så, att den i huvudsak motsvarar egen- frekvensen för det av hejaren slagna elementet och det därav engagerade material- området. Den passiva vibrationsanordningen utnyttjar resonanseffekten, som förstärker den påförda drivningsenergin och förlänger svängningens varaktighet och ger drivningsanordningen en mycket lång livslängd. Genom uppfinningen återanvänds och förstärks passivt den impuls som överförs från den aktiva energikälla mot en platta eller ett långsträckt föremål.

Fjäderanordningen kan naturligtvis utgöra en del av vibreringsanordningens massa.

Fjäderanordningens fjäderorgan kan ges formen av skruvfjädrar, böjfjädrar, torsions- fjädrar, eller vilken som helst annan lämplig och känd form, för frambringning av den angivna rörelsen för massan, och vidare kan fjädrarna inbegripa lämpliga länkarmar eller mekanismer för frambringning av den angivna önskade rörelsen. Ändamålet uppnås helt eller delvis genom uppfinningen.

Uppfinningen definieras i det bilagda självständiga förfarandekravet.

Uppfinningen definieras även i det bilagda självständiga anordningskravet.

Utföringsformer av uppfinningen anges i de bilagda osjälvständiga patentkraven.

Uppfinningen kan med fördel användas för kompaktering av jordlager, exempelvis friktionsmaterial, med hjälp av en slagplatta som vilar på markens yta och som emottar lO 15 20 25 30 522 782 3 . n u u an slag från en hejare eller från en vibrator. Alternativt kan uppfinningen utnyttjas för att slå ned en påle eller en spont i ett jordlager, varvid hejaren får slå an mot pålen eller sponten, och varvid pålen eller sponten förses med den passiva vibreringsanordning.

Genom dynamisk avstämning medelst en passiv vibreringsanordning (massa-fjäder- system som fästs vid föremålet) kan det för impulsen utsatta föreniålet (platta eller långsträckt element) försättas i en intensiv och utdragen svängningsrörelse. På så sätt utnyttjas den påförda drivningsenergin på ett optimalt sätt. För att uppnå effektiv penetration är det lämpligt att låta den passiva vibreringsanordningen ha en reso- nansfrekvens som motsvarar egenfrekvensen för pålen/sponten. Vid kompaktering är det länipligt att vibreringsanordningens resonansfrekvens kan därvid bringas i när- heten av egenfrekvensen av hela det vibrerade systemet, som omfattar den engagerade jordmassan samt packningsdonet (platta, påle eller packningsdon). Det långsträckta föreinålet kan också utformas som ett packningsdon och då användas för att packa jorden.

Uppfmningen är inte inskränkt till applikationer inom grundläggningsområdet, dvs. ' kompaktering och nedslagning eller uppdragning av pålar eller spont i jord, utan kan användas i princip vid all slags materialkoinpaktering och allt slags indrivning av styva föremål i därav penetrerbara material.

En viktig fördel med uppfinningen är att den uppfinningsenliga tekniken kan kombineras med konventionell utrustning för jordkompaktering och pål/spont- nedslagning eller uppdragning. Dessutom är den uppfinningsenliga tekniken energisnål och mycket robust, dvs. har en jäinförelsevis lång livslängd. Vibreringsanordningens svängningsfrekvens kan med fördel varieras genom en förändring av fjädramas karakteristik, exempelvis genom förändring av tjädrarnas effektiva längd, eller genom att det svängande massornas storlek förändras, eller genom en kombination av båda dessa åtgärder.

Egenfrekvensen för den engagerade inaterialvolyinen/jordvolymen kan avkännas med sensorer (t ex geofon eller accelerometer), varvid vibreringsanordningen kan inställas på den önskade svängningsfrekvensen så, att slagplattan respektive pålen/sponten kan försättas i en optimal vibrationsfrekvens eller, eller att pål-jordsysteinet ges 10 15 20 25 30 522 782 ningsegenskaper, som ligger på det önskade värdet med avseende på den engagerade inaterialvolyniens svängningsegenskaper.

Fjäderaiiordningen kan givetvis ha vilken som helst skepnad eller utformning.

Fjäderanordningen kan exempelvis vara anordnad att ge massan en linjär fram- och återgående rörelse med eller utan rotation kring rörelsens axelriktning. Om exempelvis massan är ringformig och omger pålen, fronten el. dyl, eller om pålen är rörformig och massan emottagen däri, kan fjäderaiiordningen innefatta íjäderariiiar som sträcker sig bland massan och elementet med sådan orientering a.tt de ges en inbördes vrid- ningsrörelse kring en axel som är parallell med slagansättningsanordningens slag- riktning. Därvid kan fjäderariiiarna exempelvis allmänt ligga i en cylindrisk yta, och bilda en väsentlig vinkel mot ett axialplan till massans vibrationsrörelsesriktning (slagansättningsanordningens slagriktning).

Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas i exempelforin med hänvisning till den bilagda ritningen.

Fig. 1 visar en vertikalsektion genom en anordning enligt uppfinningen för markkompaktering.

Fig. 2 visar schematiskt en vertikalsektion genom en pålslagningsanordning enligt uppfinningen.

På fig. l visas schematiskt en fallhejare l, som är anordnad att överföra en impuls av högt energiinnehåll till ett centralt område av en platta 4, som vilar på ytan av ett jordoinråde. På perifera delar av plattans 4 ovansida finns passiva vibratorer anordnade. Dessa passiva vibratorer innefattar en trög massa 2, som är buren från plattan 4 via fjädrar 3.

De krafter som överföres av plattan 4 till jordmaterialet kommer att engagera en jordvolym 5. Den engagerade mark/jordvolyinens 5 svängningsrörelse kan registreras med en sensor 7. De passiva vibratorernas svängningsrörelse kan registreras med sensorer 6. Genom att variera storleken av massorna 2 och/eller fjädrama 3 kan .v un. 10 15 20 25 30 522 1325 egenfrekvensen för plattans resonansfrekvens inställas för anpassning till den engagerade markvolymens 5 egenfrekvens.

Genom uppfinningen kan den påförda svängningen bringas att motsvara systemets egenfrekvens (eller en överton av egenfrekvensen, eller en annan önskad svängnings- frekvens) så, att en kraftig vibrationsförstärkning uppnås. Normalt är detta ett oönskat tillstånd, som kontrolleras genom dämpning. I föreliggande uppfinning utnyttjas einellertid resonanseffekten för att öka det aktuella föremålets (slagplattan respektive pålen/sponten) svängningsamplitud samt för att förlänga svängningsrörelsens var- aktighet. Detta innebär att ett system kan försättas i en långvarig svängningsrörelse inom det önskade frekvensområdet med hjälp av en kortvarig impuls (t ex ett hejare eller en vibrator). Principen kan användas exempelvis för att öka effektiviteten vid slagning och uppdragning eller vibrering av pålar och spont saint vid jordpackning.

I utföriiigsfonnen enligt fig. 2 drives en påle 2 direkt av en slaghejare l för ned- drivning i ett jordlager. Pålen 2 är omgiven av en massa 4 (eller av massaenheter), som är fästa vid pålen 2 via fjäderelernent 3, så att massan/massorna 2 kan röra sig relativt pålen 4 i dess axialriktning. Fastän det ej visas på tig. 2, finns naturligtvis sensorer 6, 7 tillhandahållna för att försätta den passiva vibratom 2, 3 i en svängningsfrekvens (eller en överton därav), som motsvarar det slagna föremålets 5 egenfrekvens (eller en annan lämplig frekvens, t ex en överton av egenfrekvensen) för att medge pålen 4 att effektivt penetrera marken 5. Vidare kan man i vissa fall, då exempelvis jorden 5 är friktions- jord, sänka systemets egenfrekvens i slagningens slutfas för att frambringa en pack- ningseffekt i materialet som omger pålen 4. Vid jordpackning kan det vara lämpligt att använda sig av ett ändamålsenligt utformat packningsdon.

Uppfinningen är naturligtvis inte begränsad enbart till utforingsexeinplen eller till grundläggningsonirådet, utan kan i princip användas vid indrivning av styva föremål i andra material eller för all slags kompaktering av material. Framträdande särdrag hos uppfinningen är slagningssystemets effektiva förstärkning av den påförda energin som innebär energisnålhet och därmed lång livslängd.

Såsom illustration kan nämnas att vid konventionell pålslagning eller jordpackning måste olika maskiner användas vid slagning med hej are eller vid vibrering. Det finns 10 15 20 25 522 782 ingen utrustning som på ett enkelt och effektivt sätt kan kombinera slagning och vibrering. En fallhejare kan ha en massa av mellan 4 och 20 ton och en fallhöjd av 1-5 m. Fallhejaren överför sin energi som en kortvarig impuls till pålen. Vid vibreringen utsätts pålen för en oscillerande svängningsrörelse, som framkallas genom roterande excentermassor. Dessa kan frambringa en centrifugalkraft av mellan 500 och 2000 kN och arbetar med en vibrationsfrekvens i området 15-40 Hz. För att öka penetrationen vid vibrering vore det önskvärt att kunna vibrera med betydligt högre frekvenser, mellan 80 och 100 Hz, som motsvarar pålens egenfrekvens. Vid så höga svängnings- frekvenser är energiförlusterna och därmed slitaget mycket högt, i ett aktivt vibre- ringssystem.

Vid Föreliggande uppfinning inställes resonansfrekvensen för vibreringsanordningen, så att denna företrädesvis väsentligen överensståminer med det svängande systemets egenfrekvens, eller en överton därav, dvs ligger på ett frekvensavstånd noll därifrån, eller på ett frekvensavstånd därifrån som ger de önskade förstärkningseffektema.

Sådana förstärkningseffekter uppnås inom ett visst frekvensavstånd, så att man därigenom har möjlighet att välja förstärkningseffekten eller att man kan få en viss förstärkningseffekt även om vibreringsanordningen inte verkar exakt vid det svängande systemets egenfrekvens (eller en överton därav).

I utföringsexernplet med slagning (eller uppdragning) av en påle, visas den tröga massan placerad runt pålen, på utsidan därav, men det bör stå klart att man, i det fall att pålen är rörfonnig, kan placera den tröga massan inuti elementets hålrum, varvid arrangemanget bör vara sådant, att det långsträckta elementet inte utsättes för några väsentliga böjande knäckningskrafter

Claims (15)

u .vu- 10 15 20 25 30 522 132, I n ~ « en Patentkrav

1. Förfarande för drivning av ett element som står i direkt kontakt med en materialmassa exempelvis ett jordlager , varvid elementet antingen innefattar en slagplatta, som ligger i ytutbredd kontakt med inaterialitiassan för att kompaktera denna, eller innefattar ett långsträckt föremål såsom en påle eller en spont, som skall axiellt indrivas i materialmassan, varvid en slagansättniiigsanordning, exempelvis en hejare, bringas att ansätta stötar mot elementet och varvid en vibreringsanordning innefattande en trög massa, som är buren av en fjäderanordning för rörlighet väsentligen i hejarens slagrörelseriktning, är tillhandahållen för att ansåtta en vibrationsrörelse till elementet, kännetecknat av att en passiv vibreringsanordning välj es och att vibreringsanordningen försattes i vibrationsrörelse av stötkrafier som överföres från slagansättningsanordningen via elementet.

2. Förfarande enligt krav l, kännetecknat av att vibreringsanordningen inställes på en resonansfrekvens, som ligger vid, eller på ett valt avstånd från egenfrekvensen för den av eleinentet engagerade materialmassan, eller en överton därav.

3. Förfarande enligt krav 1 eller 2, kännetecknat av att det slagna elementet är ett långsträckt föremål, att den tröga massan är centrerad mot det långsträckta föremålet, att den tröga massan omger det långsträckta föremålet eller emottas i ett hålrum i det långsträckta föremålet.

4. Förfarande enligt något av kraven 1 - 3, kännetecknat av att material- massans svängningsegenskaper avkännes och att vibreringsanordningens resonans- frekvens inställes med ledning av systemets avkända dynamiska respons.

5. Anordning för drivning av ett element som står i kontakt med en material- massa såsom ett jordlager, varvid elementet antingen innefattar en slagplatta , vilken ligger i ytutbredd kontakt med materialmassans yta för kompaktering av denna eller innefattar ett långsträckt föremål såsom en påle eller en spont, som skall neddrivas i eller utdras ur materialmassan, varvid anordningen innefattar ett slagansättningsorgan såsom en hejare för ansättning av slag mot elementet och varvid anordningen är u u-~ »- .. -- 10 15 20 25 30 522 782 8 ø - ~ « u försedd med en vibreringsanordning, vilken omfattar en trög massa som är buren av en fjäderanordning för rörlighet väsentligen i slagansättningsanordningens slagrörelse- riktning, kännetecknad av att vibreringsanordningen är passiv och är buren av det slagna elementet.

6. Anordning enligt krav 5, kännetecknad av att den passiva vibrerings- anordningen är justerbar med avseende på sin resonansfrekvens, för att kunna ges en resonansfrekvens som ligger på ett valt frekvensavstånd från egenfrekvensen för ett system omfattande det av elementet engagerade inaterialområdet eller en överton därav.

7. Anordning enligt krav 6, kännetecknad av att resonansfrekvensen for den passiva vibreringsanordningen är inställbar genom förändring av massans storlek och/eller val av eller inställning av íjäderanordningens karaktäristik.

8. Anordning enligt krav 5 - 7 , vari det slagna elementet är en påle, en tub, en spont eller ett annat långsträckt element, som skall drivas ned i, eller dras ut ur en materialmassa, kännetecknad av att massan omger det slagna elementet eller är emottaget i ett hålrum i det slagna elementet.

9. Anordning enligt något av kraven 5 - 7, kännetecknad av att det slagna elementet är en slagplatta, vilken ytutbrett kontaktar materialmassans yta for kompak- tering av materialmassan under slagplattan, varvid slagplattan bär den passiva vibreringsanordningen.

10. Anordning enligt något av kraven 5 ~ 9, kännetecknad av att en sensoranordning är tillhandahållen for att avkänna ett dynamiskt gensvar från den av elementet engagerade inaterialinassan, och for att möjliggöra en inställning av vibreringsanordningens svängningsfrekvens till ett valt frekvensavstånd från egenfrekvensen, eller en överton därav, for ett system omfattande det av elementet engagerade materialområdet. q lO 15 20 30 522 782 ,

11. Anordning enligt krav 10, kännetecknad av att vibreringsanordningens svängningsfrekvens är anordnad inställbar väsentligen på systemets egenfrekvens, eller en överton därav, eller på ett valt frekvensavstånd därifrån.

12. Anordning enligt krav 11, kännetecknad av att det slagna elementet är ett långstäckt föremål såsom en påle eller en spont och att den passiva vibrerings- anordningens resonansfrekvens är anordnad att sänkas relativt den engagerade materialmassans egenfrekvens för koinpaktering av materialmassan i området i närheten av det långsträckta föremålet under, eller vid slutet av foremålets indrivning.

13. Anordning enligt något av kraven 5 - 12, kännetecknad av att en dämpningsanordniiig är anordnad mellan det slagna elementet och vibrerings- anordningens massa för justering av kraftöverforingskaraktäristiken mellan dem.

14. Anordning enligt något av kraven 5 - 13, kännetecknad av att fjäder- anordningen är anordnad att etablera en väsentligen linjär fram- och återgående rörelse för vibreringsanordningens massa.

15. Anordning enligt krav 14, kännetecknad av att fiäderanordningen är anordnad att bibringa massan en fram- och återgående vridningsrörelse kring den linjära rörelsens axel, varvid fjädrarna bildar en väsentlig vinkel mot vridnings- rörelsens axelplan och är orienterade i huvudsak tangentiellt till en cylinderyta, företrädesvis cirkulärcylindrisk yta vars axel definieras av vridningsrörelsens axel.