SU1313975A1

SU1313975A1 - Lifting/percussive action device for breaking strong soil

Info

Publication number: SU1313975A1
Application number: SU853927023A
Authority: SU
Inventors: Анатолий Иванович Кобзарев
Original assignee: Волгоградский инженерно-строительный институт
Priority date: 1985-07-12
Filing date: 1985-07-12
Publication date: 1987-05-30

Abstract

Изобретение относитс к разработке прочных грунтов и позвол ет снизить энергоемкость процесса их разрушени . Устр-во включает наконечник 1, рабочий орган, выполненный из полого корпуса 2, внутри которого размещен боек 3. С корпусом 2 соединен с возможностью ограниченного и продольного перемещени наконечник 1 с наковальней . Наконечник 1 в исходном положении рабочего органа посредством упругой св зи с корпусом 2 поджат к последнему. Дно корпуса 2 имеет центральное отверстие дл подъема каната 5 и упоры, выполненные в виде регулировочных винтов 6. Боек 3 взаимодействует с одной стороны с наковальней, а с другой - с винтом 6. На бойке 3 закреплена контрольна линейка 4 дл регулировани величины зазора между бойком 3 и наковальней наконечника 1. С помощью каната 5 поднимаетс боек 3, который, упира сь в винты 6 корпусом 2, поднимает наконечник 1. По линейке 4 контролируетс величина зазора между наконечником 1 и бойком 3. Разрушение осуществл ют двум ударными и.м- пульсами, дл чего подбирают параметры первого и второго ударного импульсов. Совокупное и последовательное воздействие двум ударами увеличивает продолжительность упругонапр женного состо ни объема грунта под рабочим органом. 2 з.п.ф-лы, 4 ил. сл со 00 со елThe invention relates to the development of durable soils and reduces the energy intensity of the process of their destruction. The device includes a tip 1, a working body made of a hollow body 2, inside of which the striker 3 is located. With case 2, the tip 1 is connected with limited and longitudinal movement with the anvil. The tip 1 in the initial position of the working body through elastic connection with the body 2 is pressed to the latter. The bottom of the body 2 has a central hole for lifting the rope 5 and stops made in the form of adjusting screws 6. The striker 3 interacts on one side with the anvil, and on the other with the screw 6. On the striker 3 there is a control line 4 fixed to adjust the gap between the striker 3 and the anvil of the tip 1. With the help of the rope 5, the firing pin 3 is raised, which, resting against the screws 6 with the housing 2, lifts the tip 1. The ruler 4 controls the size of the gap between the tip 1 and the die 3. pulses l which are selected parameters of the first and second hammer pulses. The cumulative and sequential impact of two blows increases the duration of the elastic-stressed state of the soil volume under the working body. 2 hp ff, 4 ill. sl co 00 ate

Description

Изобретение относитс к разработке прочных грунтов, в частности к устройствам подъемно-ударного действи .The invention relates to the development of durable soils, in particular, to devices for lifting and impacting.

Цель изобретени - снижение энергоемкости процесса разрушени прочных грун- тов.The purpose of the invention is to reduce the energy intensity of the process of breaking strong soils.

На фиг. 1 изображена принципиальна схема устройства подъемно-ударного действи в исходном положении; на фиг. 2 - то же, во врем ударного процесса; на фиг. 3 - совмещенные во времени: а - крива деформаци е грунта; б - напр жение а и реакции упругой составл ющей еу; в - изменение количества движени mV рабочего органа в ударном процессе; на фиг. 4 - то же, но при реализации изобретени : а - изменение реакции упругой составл ющей еу при ступенчатом нагру- жении; б - изменение количества движени tnV при ступенчатом нагружении; в - то же, при разрущении грунта с более высокими упругими характеристиками; г - кри- ва деформаци грунта е при реализации изобретени .FIG. 1 is a schematic diagram of a lifting-impact device in its initial position; in fig. 2 - the same, during the shock process; in fig. 3 - combined in time: a - curve of soil deformation; b is the voltage a and the reaction of the elastic component eu; c - change in the amount of movement mV of the actuator in the shock process; in fig. 4 - the same, but with the implementation of the invention: a - a change in the reaction of the elastic component eu under step load; b - change in the amount of motion tnV under step loading; in the same, with the destruction of the soil with higher elastic characteristics; (d) curve of the soil deformation e when the invention is implemented.

Устройство состоит из клиновидного наконечника 1, на верхнем торце которого установлен перевернутый стакан 2 (полый корпус) с размещенным внутри грузовым блоком 3 (бойком) и закрепленной на нем контрольной линейкой 4 так, что образуетс зазор между ударной поверхностью и торцом наковальней наконечника 1. Дно стакана 2 имеет центральное отверстие дл подъемного каната 5 и упоры в виде регулировочных винтов 6, причем стакан 2 и наконечник 1 соединены через демпфирующую прокладку 7 посредством штанг 8 с буртиками 9 и пружинами 10, расположенными в полост х 11 стенок стакана 2.The device consists of a wedge-shaped tip 1, on the upper end of which there is an inverted cup 2 (hollow body) with a cargo block 3 placed inside (striker) and a control ruler 4 fixed on it so that a gap forms between the impact surface and the tip of the anvil of tip 1. Bottom The cup 2 has a central opening for the hoisting rope 5 and stops in the form of adjusting screws 6, the cup 2 and the tip 1 being connected via a damping gasket 7 by means of rods 8 to the shoulders 9 and springs 10 arranged cavities 11 glass walls 2.

На фиг. 3 приведены совмещенные во времени графики ударного процесса при наличии отскока рабочего органа, где а), б) и в) соответственно деформаци е объема грунта под рабочим органом, напр жени о, реакци упругой составл ющей ву и измене- ние количества движени mV рабочего органа , при этом: О-/2 - врем первой фазы ударного процесса; t-2-/3 - врем второй фазы ударного процесса; О-2 - мгновенна деформаци при загружении, состо ща из упругой мгновенной вум и пластической мгновенной егп.; 2-4 - длительна деформаци ; 4-7 - обратна деформаци , состо ща из 4-б - обратной упругой мгновенной и 6-7 - обратной упругой длительной е уд деформации при разгрузке; пр ма 2-5 - длительна деформаци в зко-пластического течени впд, где разность ординат точек 1 и 5 дает величину полной пластической деформации вп.FIG. Figure 3 shows the time-plotted graphs of the shock process in the presence of a rebound of the working body, where a), b) and c) respectively, the deformation of the soil volume under the working body, tension, the elastic component reaction and the change in the amount of motion mV of the working body , at the same time: O- / 2 - time of the first phase of the shock process; t-2- / 3 - time of the second phase of the shock process; O-2 - instantaneous deformation upon loading, consisting of elastic instantaneous velocity and plastic instantaneous EPP .; 2-4 - long-term deformation; 4-7 - reverse deformation, consisting of 4-b - inverse elastic instantaneous and 6-7 - inverse elastic long-term e deformation during unloading; Straight 2-5 is a long-term deformation of the visco-plastic flow in the front, where the difference of the ordinates of points 1 and 5 gives the value of the total plastic deformation τ.

Как видно из графиков на фиг. 3, в момент времени /г основное вли ние на вели- чину отскока рабочего органа оказывает величина мгновенной упругой составл ющей 4-6 обратной деформации, распростран ю5As can be seen from the graphs in FIG. 3, at the time instant / g, the magnitude of the instantaneous elastic component 4–6 reverse deformation, propagated

0 0 0 0

Q ,сQ, s

40 Q 40 Q

55 55

щейс в грунте со скоростью упругих колебаний .in the ground with the speed of elastic vibrations.

При этом мгновенна 4-6 упруга составл юща противодействует переходу уп- ругопластической деформации в пластически-упругую , а длительна 6-7 составл юща соответственно пластически-упругой деформации в пластическую.At the same time, an instantaneous 4-6 elastic component counteracts the transition of elastic plastic to plastic-elastic deformation, and long-lasting 6-7 component of plastic-elastic elastic deformation to plastic, respectively.

Исход из того, что реакци упругой составл ющей подчин етс принципу независимости действи сил, приложена к одному и тому же объему грунта и направлена при этом навстречу движущемус рабочему органу, то имеетс возможность трансформировать ее в полезную работу разрущени путем нанесени встречного и равного ей по величине второго удара, что обеспечит ее компенсацию, и увеличением продолжительности ударного процесса изменить характер деформации объема грунта.Based on the fact that the reaction of the elastic component is subject to the principle of independence of forces, applied to the same volume of soil and directed towards the moving working body, it is possible to transform it into destructive work by applying a counter and equal in size second strike, which will ensure its compensation, and by increasing the duration of the shock process, change the nature of the deformation of the soil volume.

Началом времени воздействи вторым ударным импульсом практически может быть любой момент на участке кривой 2-4, т. е. от начала деформации до начала релаксации напр жений, но предпочтительно на участке 3-4, так как абсцисса точки 3 соответствует времени затухани длительной упругой деформации.The beginning of the second shock pulse can practically be any moment on the 2-4 curve, i.e., from the beginning of the deformation to the beginning of the stress relaxation, but preferably in the 3-4 section, since the abscissa of point 3 corresponds to the decay time of the long-lasting elastic deformation .

Условное продолжение пр мой 2-5 до пересечени с горизонталью показывает, что увеличение длительности ударного процесса за пределы точки 5 обеспечит перевод упру- гопластической деформации в пластическую, если обратна деформаци 4-7 будет полностью скомпенсирована вторым встречным ударом. При этом, ее мгновенна упруга составл юща 4-6 должна компенсироватьс жестким и коротким передним фронтом ударного импульса, а длительна 6-7 - более продолжительным, но менее жестким задним ударным фронтом.The conditional continuation of the straight 2-5 to the intersection with the horizontal shows that an increase in the duration of the shock process beyond point 5 will ensure the transfer of the elastic-plastic deformation to plastic, if the reverse deformation 4-7 is fully compensated by a second counter-impact. At the same time, its instantaneous elastic component 4–6 must be compensated by a hard and short leading edge of the shock pulse, and a long 6–7 segment by a longer, but less rigid back shock front.

Известно, что с увеличением прочности грунтов величина мгновенной 4-6 упругой деформации возрастает, и значение коэффициента восстановлени К стремитс к единице , а продолжительность времени обратной деформации уменьшаетс . Грунты меньшей прочности имеют меньшую величину мгновенной упругой составл ющей обратной деформации и, соответственно, меньщее значение коэффициента восстановлени К, стрем щегос к нулю.It is known that with an increase in the strength of soils, the instantaneous 4-6 elastic strain increases, and the recovery coefficient K value tends to unity, and the length of the reverse deformation time decreases. Soils of lower strength have a smaller value of the instantaneous elastic component of the reverse deformation and, accordingly, a smaller value of the recovery coefficient K, tends to zero.

Поэтому при работе на грунтах с различными упругими характеристиками необходимо измен ть общую продолжительность ударного процесса изменением времени начала воздействи вторым ударным импульсом и изменением его продолжительности. При этом грунты с большей прочностью следует разрушать за более короткий промежуток времени, чем менее прочные.Therefore, when working on soils with different elastic characteristics, it is necessary to change the total duration of the shock process by varying the time of onset of exposure to the second shock pulse and the change in its duration. In this case, soils with greater strength should be destroyed in a shorter period of time than less durable ones.

На фиг. 4 приведены совмещенные во времени графики ударного процесса при реализации изобретени разрушени прочных грунтов последовательным ступенчатымFIG. 4 shows the combined in time graphs of the shock process in the implementation of the invention of the destruction of strong soils by successive stepwise

нагружением объема грунта двум ударными импульсами при коэффициентах восстановлени и К-«-I: а, б, в и г соответственно напр жению о, изменение реакции упругой 8у составл ющей, изменение количества движени mV рабочего органа при , изменение количества движени mV рабочего органа при и график деформации е.loading the soil volume with two shock pulses with the recovery factors and K - &a; I: a, b, c, and d, respectively, the voltage o, the change in the response of the elastic component 8, the change in the amount of movement mV of the working body when and strain curve e.

Устройство подъемно-ударного действи работает следующим образом.The device lifting and impacting works as follows.

Свободно падающий рабочий орган при встрече с поверхностью разрушаемого грунта массой наконечника 1 и стакана 2 наносит первый удар и количеством движени mV приводит объем грунта в упругона- пр женное состо ние, удерживает его своим движением в этом состо нии до второго удара. Так как скорость рабочего органа при движении в разрушаемом грунте падает , то грузовой блок 3 со скоростью свободного падени , двига сь в стакане 2, пройдет путь, равный зазору между его ударной поверхностью и торцом движущегос наконечника 1, догонит и нанесет по нему через деформирующую прокладку 7 удар. При этом встречным действием переднего фронта ударного импульса и силы мгновенной еу.ч упругой деформации объем грунта , наход щийс под рабочим органом, переводитс в пластически-упругую деформацию en (фиг. 4, г), а сила мгновенной sy упругой деформации трансформируетс в силу разрущени .A free-falling working tool, when meeting a surface of a soil to be destroyed with a mass of tip 1 and glass 2, causes a first blow and, by the amount of movement mV, causes the volume of soil to be elastically-spun, keeping it in this state until the second blow. Since the speed of the working body when moving in destructible soil falls, the cargo block 3 with the speed of free fall, moving in the glass 2, will pass a path equal to the gap between its impact surface and the end face of the moving tip 1, will overtake and apply through it the deforming pad 7 punch. In this case, the counter action of the leading edge of the shock pulse and the instantaneous elastic deformation force, the volume of the soil under the working body, is transformed into plastic-elastic deformation en (Fig. 4, d), and the instantaneous sy force of elastic deformation is transformed by force of destruction .

Наконечник 1, получив ударный импульс от грузового блока 3, начинает ускоренное движение, увлека за собой массу стакана 2 щтангами 8, сжима при этом буртиками 9 пружины 10, уменьша этим ускорение и уравнива скорость наконечника 1 и грузового блока 3. При этом суммарным количеством движени tnV наконечника 1 и грузового блока 3 совместно с длительной упругой еуд составл ющей деформации задний фронт ударного импульса раст гиваетс , ударный процесс переводитс в более м гкий режим, его продолжительность увеличиваетс , и этим пластически-упруга деформаци ein+S2n переводитс в пластическую ё, а сила длительной упругой составл ющей деформации этим трансформируетс в силу разрущени . В результате , упругопластическа деформаци еум+епм+епд (фиг. 3, а) поэтапно переводитс в пластическую 8п-4-еп (фиг. 4, г).Tip 1, having received a shock impulse from the cargo block 3, begins an accelerated motion, carries away the mass of glass 2 with the shanks 8, while compressing the spring 9 rims 9, reducing the acceleration and equalizing the speed of the tip 1 and the cargo block 3. At the same time The tnV of tip 1 and cargo block 3 together with the long-lasting elastic component constituting the deformation of the back front of the impact pulse is stretched, the shock process is transferred to a softer mode, its duration increases, and this plastically The other strain ein + S2n is transformed into a plastic strain, and the force of the long-lasting elastic component is transformed by this force due to destruction. As a result, the elastic-plastic deformation of Eum + epm + epd (Fig. 3, a) is gradually transformed into plastic S-4-ep (Fig. 4, d).

Эффективность взаимодействи силы еу упругой составл ющей реакции грунта и второго ударного импульса при работе на грунтах с различными упругими характеристиками регулируетс упорными регулировочными винтами 6 изменением величины зазора , который позвол ет включать в ударный процесс грузовой блок 3 в требуемый момент времени. Величина зазора определ етс по глубине пластической деформации отпечатков, полученных от удара рабочего органа по поверхности разрушаемого грунта . Зазор устанавливаетс в исходном положении рабочего органа так, чтобы его величина не превышала глубины отпечатка. Дл приведени рабочего органа в исходное положение с помощью подъемного каната 5 поднимаетс грузовой блок 3, который , упира сь в винты 6 стаканом 2 черезThe effectiveness of the interaction of the force eu of the elastic component of the reaction of the soil and the second shock pulse when working on soils with different elastic characteristics is controlled by the resistant adjusting screws 6 by changing the gap size, which allows the loading unit 3 to be included in the shock process at the desired time. The size of the gap is determined by the depth of plastic deformation of the prints received from the impact of the working body on the surface of the soil being destroyed. The gap is set in the initial position of the working body so that its value does not exceed the depth of the print. To bring the working body to its initial position with the help of a lifting rope 5, the cargo block 3 is lifted, which, resting against the screws 6 with the cup 2, through

щтанги 8, поднимает наконечник 1. Последний , освободившись от грузового блока 8, поджимаетс сжатыми пружинами 10 к торцу стакана 2. При этом по линейке 4 контролируетс величина зазора между наконечником 1 и грузовым блоком 3. Shtangi 8 lifts tip 1. The latter, freed from cargo block 8, presses compressed springs 10 to the end of glass 2. At the same time, ruler 4 controls the size of the gap between tip 1 and cargo block 3.

Параметры первого ударного импульса подбирают такими, чтобы грунт под рабочим органом перешел в упругонапр женное состо ние за короткий промежуток времени иThe parameters of the first shock pulse are selected so that the soil under the working body goes into an elastic-stressed state in a short period of time and

0 удерживалс в этом состо нии движением рабочего органа. Это достигаетс за счет создани мощного переднего фронта ударного импульса путем нанесени короткого по времени удара большой массы наконеч- ника 1 и стакана 2, которые в совокупности должны быть в два-три раза больше массы грузового блока 3.0 was held in this state by the movement of the actuator. This is achieved by creating a powerful leading edge of the shock pulse by applying a short impact of a large mass of tip 1 and cup 2, which together should be two to three times the mass of the cargo block 3.

Упругонапр женное состо ние объема грунта под движующимис большими массами наконечника 1 и стакана 2 позвол етThe elastically stressed state of the soil volume under the moving large masses of tip 1 and cup 2 allows

Q произвести в первой фазе второй удар передним фронтом, жесткими и достаточным дл компенсации мгновенной еум упругой составл ющей реакции грунта, (фиг. 3, а) массой грузового блока 3, что обеспечивает вовлечение ее в ударный процесс в виде силыQ to produce in the first phase a second impact with a front that is rigid and sufficient to compensate for the instantaneous elastic component of the soil reaction (Fig. 3, a) with the weight of the cargo block 3, which ensures its involvement in the impact process as a force

2 разрушени и перевод упругопластической деформации в пластически-упругую ein-f-fyi (фиг. 4, г). При этом нанесение второго удара по упругонапр женному объему увеличивает продолжительность ударного процесса в целом, что на завершающем этапе2 destruction and translation of the elastoplastic deformation into a plastically elastic ein-f-fyi (Fig. 4, d). At the same time, the application of a second blow to the elastic volume increases the duration of the shock process as a whole, which at the final stage

0 ударного процесса обеспечивает перевод пластически-упругой деформации ein/еуд в пластическую е п (продолжение пр мой 2-5 до пересечени с горизонталью, фиг. 3, а).The impact process provides the conversion of plastic-elastic deformation ein / ed to plastic e (continuation 2-5 to the intersection with the horizontal, Fig. 3, a).

Параметры второго удара подбирают такими , чтобы передним фронтом ударного импульса и компенсацией мгновенной еум упругой составл ющей реакции грунта вовлечь ее полностью в ударный процесс какThe parameters of the second impact are selected so that the front edge of the shock pulse and the compensation of the instantaneous elastic component of the soil reaction involve it completely in the shock process as

Q силу разрушени , а постепенным повторным привлечением массы стакана 2 в ударный процесс на последнем этапе посредством штанг 8 и сжатием пружин 10 увеличить его продолжительность, интенсивность привлечени дополнительной массы в количест5 во движени mV, что обеспечит вовлечение дополнительной еул упругой составл ющей реакции в ударный процесс в виде силы разрушени , и перевод пластическиQ force of destruction, and by gradual repeated attraction of the mass of glass 2 to the shock process at the last stage by means of rods 8 and compression of the springs 10 to increase its duration, intensity of attracting additional mass in the amount of motion mV, which will ensure that the additional component of the elastic component of the reaction is involved in the shock process in the form of force of destruction, and the translation is plastically

упругой деформации е1п-(-еуд в пластическую е п (фиг. 4, г).elastic strain e1p - (- Judgment in plastic e p (Fig. 4, d).

Это достигаетс изменением времени начала воздействи вторым ударным импульсом , продолжительностью и его величиной , котора дл прочных грунтов не пре- вышает трети первого удара.This is achieved by changing the time of onset of impact by the second shock pulse, its duration and its value, which for strong soils does not exceed a third of the first impact.

Такое совокупное и последовательное воздействие первого и второго ударов увеличивает продолжительность упругонапр жен- ного состо ние объема грунта под рабо- чим органом, исключает из ударного процесса пассивную фазу и отскок рабочего органа, трансформирует энергию упругого сжати объема грунта в энергию его разрушени , и обеспечивает поэтапный переход упругопластической деформации в пласти- ческую, снижа этим энергоемкость процесса разрушени .Such a cumulative and sequential impact of the first and second impacts increases the duration of the elastically stressed state of the soil volume under the working body, excludes the passive phase and rebound of the working body from the shock process, transforms the energy of the elastic compression of the soil volume into its destruction energy, and provides a phased transition of elastoplastic deformation to plastic, thereby reducing the energy intensity of the destruction process.

Claims

Invention Formula

. The device of lifting and impacting action for the destruction of strong soils, including a working body, made of

0 5

0

logo of the case, connected with it with the possibility of limited longitudinal mixing, extension of the tip with the anvil and of the striker, placed in the case with the possibility of interaction on the one hand with the anvil of the latter, and on the other with the emphasis of the case, and hoisting rope, characterized in that, in order to reduce the energy intensity of the process of destroying durable soils, the tip in the initial position of the working body through elastic connection with the body is pressed to the latter, and the stop is made in the form of a rigid element, connecting ennogo to the housing with the possibility of adjusting the working body in the starting position, the clearance between the striker and the anvil tip.

2. The device according to claim 1, characterized in that it is provided with a control ruler fixed on the striker for adjusting the gap between the striker and the anvil of the tip.

3. The device according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that the abutment is designed as an adjusting screw.

us.1

srig.Z

TC-Fig. CH