3.5. Вибромолоты

Назначение. Вибромолоты используются для погружения свай, шпунта, свай-оболочек и др. Интенсивность и эффективность этого метода погружения выше, чем у вибропогружателей, поскольку работают они в виброударном режиме. Это оборудование часто навешивают на экскаваторы.

Вибромолот — это вибрационная машина, передающая свае одновременно колебательные и ударные импульсы. Такое воздействие на погружаемый элемент позволяет применять вибромолоты для погружения металлических свай, труб и шпунта в рыхлые и водонасыщенные средней плотности пески, а также в связные грунты текучей и текучепластичной консистенции. Вибромолоты позволяют погружать сваи даже в мерзлые грунты.

Конструктивная схема вибромолота. Вибромолот (рис. 3.46) состоит из ударной части, включающей в себя двухвальный безтрансмиссионный вибровозбудитель направленных колебаний 1 с ударником 5 и наголовник 6 с наковальней 4, соединенных между собой рабочими пружинами 3. Наголовники могут соединяться с погружаемым элементом жестко или устанавливаться на него свободно без закрепления. Вибровозбудитель включает в себя два электродвигателя, на параллельных валах, на которых закреплены небалансы 2, вращающиеся синхронно-синфазно. При вращении небалансов ударник 5 колеблющегося вибровозбудителя наносит частые (до 1440 в минуту) удары по наковальне 4, соединенной с погружаемым элементом. Параметры вибромолотов аналогичны ранее рассмотренным вибропогружателям.

Рис.3.46. Конструктивная схема вибромолота направленного действия.

Классификация вибромолотов производится по виду применяемого привода, по связи двигателя с вибровозбудителем и по наличию упругой связи между вибровозбудителем и погружаемым элементом. Классификационная схема вибромолотов представлена на рис 3.47

Существует несколько принципиальных схем вибромолотов (рис. 3.48, а),б),в),г)). На рис. 3.48, а) представлен простейший вариант беспружинного молота, свободно лежащего на свае. Здесь ударная часть подбрасывается вынуждающей силой и, падая, передает ударные импульсы головке сваи. Достоинством данной схемы является простота конструкции, недостатком — низкая эффективность работы и невозможность регулирования параметров удара.

Схемы пружинных молотов с положительным (или нулевым) зазором приведены на рис. 3.48,б),в) и г). Такие вибромолоты наиболее распространены, так как имеют несколько режимов, в которых может работать машина.

На рис. 3.48,б),в) показаны схемы двухвальных пружинных вибромолотов, а на рис. 3.48,г) – вибромолот с одновальным вибратором ненаправленного действия. Преимуществами последнего варианта конструктивной схемы вибромолота являются малая масса и простота конструкции машины, недостатками — значительные потери энергии при ударе и невысокая эффективность работы.

Рис.3.47 Схема классификации вибромолотов.

Рис.3.48. Различные конструктивные варианты вибромолотов.

Эффективность пружинных молотов зависит от их настройки и режима работы. В зависимости от жесткости пружин, параметров вибровозбудителя, характеристики грунтов вибромолоты могут работать в ударном и безударном режимах. Преимуществами таких схем являются меньшая масса вибромолота, а также незначительное влияние характеристики грунта на режим работы машины.

Особенностями этих конструктивных вариантов вибромолотов является наличие зазора «S» между вибрирующей и невибрирующей массами и возможность регулировать его.

Кроме того, для повышения эффективности работы вибромолотов увеличивают значение сил, статически действующих в направлении погружения путем введения пригрузочных плит, масса которых определяется видом погружаемого элемента и характеристикой грунта.

Динамическая модель вибромолота, показана на рис. 3.49.

Рис.3.49. Динамическая модель вибромолота.

В динамической модели имеем: М – масса подвижной части; PCos (ɷt+φ) – вынуждающая сила вибратора; С – жесткость амортизаторов; S – зазор между вибрирующей и невибрирующей массами; Х – перемещение. Ограничителем ударной части является свая, она в момент удара считается неподвижной. Рассматриваются только вертикальные перемещения:

1.За начало отсчета времени принят момент сразу после удара. В момент удара скорость мгновенно меняет направление.

2.За начало отсчета перемещения принято положение вибропогружателя висящего на растянутой пружине (за счет собственного веса).

В процессе работы вибромолота подвижная часть ударяется об неподвижный ограничитель. Движение подвижной части происходит по закону:

РCos (wt + φ), где φ – начальный угол поворота небалансов в момент удара относительно направления движения ударной массы.

Удар происходит мгновенно, время удара равно нулю – tуд = 0. Удар характеризуется коэффициентом восстановления скорости при ударе – R< 1. Пружины считаем идеальными, с линейной характеристикой. Из всех возможных типов движения рассматриваем режим – один удар за один оборот вала.

В начальный момент времени, при t = 0, величина зазора «S» может быть отрицательной (имеется зазор), положительной (зазора нет, пружина поджата) или равной нулю. При этом существует три режима работы вибромолота:

1). Если |- S| ˃ А, где А амплитуда колебаний, то молот колеблется не достигая неподвижной части - удара нет.

2). Если |+ S| ˃ А, то молот работает как вибропогружатель, без удара.

3). Если |- S|< А˃ |+ S| - погружатель работает в режиме вибромолота.

С учетом этих замечаний, уравнение движения подвижной части между двумя ударами запишем как:

M*Ẍ + C*X = Р*Cos (wt + φ).

Решение этого уравнения ищем в виде:

Х = а1* Cos (w_пt + α) + а2* Cos (wt + φ). (3.8)

Здесь первое слагаемое представляет собой свободные колебания массы «М» с частотой w_п; α – угол сдвига собственных колебаний; а1 – амплитуда собственных колебаний.

w_п= √͞С͞/͞М.

Второе слагаемое – это вынужденные колебания системы с частотой w = π*n/30; а2 – амплитуда вынужденных колебаний.

Рис.3.50. График движения и скорости ударной массы вибромолота.

Для определения неизвестных а1, α, φ, Vуд, необходимо иметь четыре начальных условий:

При t = 0; Х = ± S; Ẋ= R*Vуд.

При t = 2π/w; Х = ± S; Ẋ= - Vуд.

Беря первую производную по времени от уравнения (3.8), получаем уравнение для Ẋ- скорости удара. Теперь в формулы для Х и Ẋ подставляем начальные условия. Таким образом, получаем четыре уравнения с неизвестными а1, α, φ, Vуд. Решая эти уравнения, находим вышеназванные неизвестные. Поскольку эффективность погружения сваи зависит главным образом от скорости удара (Vуд), то для неё, в результате решения, получаем следующее выражение:

Vуд = Ф* А∞* w, (3.9)

где Ф – сложная математическая функция;

А∞ - амплитуда колебаний в отсутствии ограничителя, А∞ = m_неб*е/М; где m_неб*е масса небаланса на эксцентриситет.

Анализ уравнения (3.8) в графическом исполнении представлен рисунком 3.51. При этом следует отметить следующее:

1. Скорость удара должна быть вещественная величина.

2. Скорость удара должна быть положительная величина.

3. Величину скорости удара можно регулировать только величиной зазора. Поэтому зона устойчивости анализируется в координатах зазор-частота.

Следует отметить, что условия 1 и 2 могут выполняться только при некоторых значениях зазора и жесткости пружин. Поэтому не при всех значениях этих параметров существуют установившиеся периодические удары.

График на рис. 3.51 представлен в координатах зазор-частота, взятых в относительных единицах. При этом величина зазора отнесена к амплитуде А∞, в результате получаем безразмерную величину S/ А∞. Частота также представлена в относительных единицах безразмерным коэффициентом ε = Wn/W, где Wn – собственная частота колебаний ударной части; W – вынужденная частота колебаний.

График (рис.3.51) построен для различных значениях коэффициента восстановления скорости при ударе – R, причем R1˃ R2˃ R3. Здесь же отмечены зоны устойчивой работы вибромолота для различных условий его работы. Так зона 1 заштрихованная прямоугольной сеткой, соответствует устойчивой работе с одним ударом за одно колебание. Только в этой области возможны бὀльшие значения скорости удара. В зоне 2 заштрихованной косой сеткой также возможна устойчивая работа молота, но она зависит от начальных условий и ограничена величиной ε и величиной коэффициента восстановления скорости при ударе – R. Наиболее вероятные значения реакции грунта на удар соответствуют R=0,2 [Баркан].

В зонах 3 и 4 работа без удара, зазор больше амплитуды колебаний.

Необходимо отметить пунктирную кривую, которая соответствует оптимальному режиму работы вибромолота в зависимости от его начальных условий. Точки этой кривой соответствуют максимальной скорости удара - Vопт.

Рис.3.51. Зависимость относительного зазора от относительной частоты колебаний, устанавливающие области устойчивого одноударного режима работы вибромолота.

Для других начальных условий работы, например при других отношениях периода ударов к периоду вынуждающей силы К = 2, 3,4, рассмотрены в работе [Бар].

Общий вид вибромолота, выполненного по схеме рис.3.48 в) изображен на рис. 3.52, Вибромолот состоит из вибровозбудителя 8, наголовника 13, верхних 12 и нижних 16 рабочих пружин, скобы 7 с блоком 6 для подвески молота к тросу копровой установки, проставки 14, пульта управления 20. В корпусе 3 вибровозбудителя встроены два виброудароустойчивых электродвигателя 4 с параллельными горизонтально расположенными осями роторов 9. На концах валов закреплены небалансы 10.

Рис. 3.52. Вибромолот с нулевым зазором.

В нижней части корпуса в коническом гнезде установлен боек 2. Натяжение рабочих пружин регулируется гайками 18, навинчиваемыми на штанги 17. Скоба крепится к наголовнику жестко с помощью осей 15. Проставка удерживается от выпадения из наголовника двумя стопорными болтами 19. Питание вибромолота производится от пульта управления с помощью кабеля 11 и токонесущих проводов через клеммную коробку 5. При работе электродвигателей вибровозбудитель получает вертикально направленные колебания, которые сопровождаются ударами бойка по наковальне 1 проставки. Наковальня закреплена в проставке в коническом гнезде.

Как отмечалось выше, вибрационные молоты могут работать при положительных, нулевых и отрицательных зазорах. Исследованиями установлено, что оптимальным является нулевой зазор, при котором режим работы молота не зависит от вида грунта, глубины погружения элемента и соотношения массы молота и погружаемого элемента. Положительные зазоры могут быть использованы в очень узких пределах, так как при зазорах, превышающих амплитуду вынужденных колебаний, возможен переход на безударные колебания.

Отрицательные зазоры могут использоваться в широких пределах, однако при этом режим работы молота весьма чувствителен к массе погружаемого элемента, глубине его погружения и виду грунта и поэтому требует частой перенастройки. Вибромолоты работают в комплекте с копровой установкой или самоходным краном соответствующей грузоподъемности.

Расчет вибромолотов. Расчет включает в себя определение энергии удара (Дж), жесткости рабочих пружин (Н/м), вынуждающей силы небалансов (Н), размаха колебаний машины (м), мощности электродвигателей (кВт), геометрических размеров небаланса (м).

1. Масса ударной части М = М св*α, где Мсв – масса погружаемой сваи. Коэффициент α = 0,5 – 1,0; Для легких свай α = 1,0; для тяжелых – α = 0,5.

2. Коэффициент восстановления скорости при ударе R также зависит от типа сваи. При забивке легких свай – R = 0. При забивки тяжелых стальных и железобетонных R =0,2.

3. Выбор частоты колебаний. Число оборотов двигателя составляет 400 – 700 кол/мин. При этом обеспечивается режим работы вибромолота - один удар за одно колебание.

4. Выбор зазора. Идеальный случай, когда имеем Sо = 0 и S = 0. Тогда желательно иметь ε = Wn/W = 0,5.

5. Жесткость пружин. Она определяется из условия, что ε = Wn/W = 0,5. Где W = πn/30 = 2π*λ, где λ – частота колебаний в Гц. Учитывая, что Wn = W/2 имеем Wn = W/2 = √͞с/͞͞М, где с –суммарная жесткость пружин. Откуда имеем: с = М* W²/4.

6. Момент небалансов и вынуждающая сила: А∞ = Мнеб* е/М, где Мнеб –масса небалансов; е – эксцентриситет; Р = Мнеб* е* W².

7. Мощность двигателя. Общая мощность двигателя определяется как сумма энергии , идущей на погружение сваи (полезная мощность), и плюс потери, связанные с работой вибратора. Полезная мощность определяется через энергию удара. Так энергия передающаяся свае ударом молота определяется как: J1 = М*V²уд/2; после удара J2 = М*V²уд* R² /2; энергия отданная свае равна J = М*V²уд/2(1- R²). Полезная мощность определится как:

N1 = J* λ.

Мощность затрачиваемая на поддержание колебаний – N2 –по обычной формуле.

Погружение свай методом вибровдавливания. Как отмечалось выше (3.1.1) вдавливание свай применяется в жилищном и промышленном строительстве при наличии грунтов с малым расчетным сопротивлением, где погружение свай методом забивки исключено.

Более эффективным является метод вибровдавливания, при котором погружение свай происходит за счет одновременного воздействия на них вибрационных усилий низкочастотного вибропогружателя с подрессорной пригрузкой и вертикальных сил вдавливания, создаваемых массами сваи, вибропогружателя и частично массой всей установки. Вибровдавливающие агрегаты погружают сваи длиной 6... 7 м при строительстве линий электропередачи и других линейных сооружений. Такие установки могут устанавливливаться на тракторах.

Рис. 3.53. Копровое оборудование для вибровдавливания свай.

В комплект копрового оборудования установки входят рама 3 (рис. 3.53,а), мачта 5, двухбарабанная реверсивная лебедка 2 с электроприводом, вибропогружатель 6 и канатно-блочная система вдавливания. Питание электродвигателей лебедки и вибропогружателя производится от синхронного генератора 1, вращаемого валом отбора мощности базового трактора. Один барабан реверсивной лебедки используется для подъема—опускания вибропогружателя, а второй — для создания пригрузочного усилия. Тяговое усилие на каждом барабане лебедки составляет 40 кН. Схема запасовок канатов подъемного 9 и пригрузочного 8 механизмов показана на рис. 3.53,б. Спереди трактора 4 на опорах рамы смонтирована пространственная решетчатая мачта 5 с оголовком, служащая подъемным и направляющим устройством для вибропогружателя и сваи. При перебазировках машины мачта переводится в горизонтальное положение. При вдавливании сваи в плотные грунты вначале трубчатым лидером 7, входящим в комплект агрегата, продавливают до заданной отметки лидирующую скважину, площадь поперечного сечения которой не превышает 50% поперечного сечения сваи. Лидер из скважины извлекают лебедкой при работающем вибраторе. Затем в лидирующую скважину устанавливают жестко соединенную с вибропогружателем сваю и вдавливают ее так же, как лидер.

Основным недостатком методов вдавливания и вибровдавливания свай является невозможность проведения работ в зимнее время, так как это связано с предварительным прорезанием слоя мерзлого грунта или отогревом его, что резко повышает стоимость и продолжительность производства свайных работ.

Оборудование для извлечения свай и шпунта

Оборудование, применяемое для извлечения свай и шпунта, по принципу действия подразделяются на две группы: статического и динамического воздействия. Наиболее эффективно в работе оборудование с динамическим воздействием на извлекаемый элемент.

Так, распространены электрические свае - и шпунтовыдергиватели виброударного действия, работающие по принципу ранее рассмотренных вибромолотов. При работе такого оборудования на извлекаемый элемент передается ударное и вибрационное воздействие. При этом импульсные удары повышают величину извлекающей силы, действующей от копрового оборудования, за счет энергии удара вибровозбудителя, а вибрационное воздействие, передаваемое через наголовник, резко снижает силы трения погружаемого элемента о грунт.

В качестве примера можно привести шпунтовыдергиватель виброударного действия (рис. 3.54), который состоит из вибровозбудителя (ударной части), рамы 3, наголовника 10 и амортизатора 1. Вибровозбудитель представляет собой горизонтально установленные в корпусе 4 электродвигатели 5, на валу 6 которых установлены небалансы 7. Сверху вибровозбудитель имеет сферический боек. Нижней плоскостью вибровозбудитель опирается на комплект рабочих пружин 8, которые, в свою очередь, опираются на переходную плиту 9. При вращении электродвигателей возникают направленные вертикальные колебания, под действием которых ударная часть периодически ударяется бойком о плиту с наковальней 2. Через раму 3 ударный импульс передается на плиту 9, наголовник 10 — к извлекаемому элементу. Амортизатор 1, расположенный над рамой, служит для уменьшения динамических нагрузок на копровое оборудование, возникающих при работе шпунтовыдергивателя.

При определении усилий, необходимых для извлечения свай и шпунта, следует учитывать массу извлекаемого элемента, глубину погружения, возможную деформацию, продолжительность нахождения погружаемых элементов в грунте, а также напластование грунта. Трение сваи о грунт увеличивается со временем, в течение которого свая находится в грунте, за счет коррозии и сил сцепления. В стальных шпунтах, кроме того, прибавляется еще трение в замковых соединениях, которое может заметно возрасти за счет проникшего в замок песка или заклинивания шпунта.

Рис. 3.54. Шпунтовыдергиватель виброударного действия

Квазистатический метод вибровдавливания свай.

Как уже отмечалось, свайные технологии позволяют сократить объём земляных работ на 75-95%, бетонных – на 30-55%, снизить в 1,5 -2 раза трудоемкость работ нулевого цикла, что снижает стоимость фундаментов на 15-25%.. Кроме того применение свайных фундаментов является большим резервом для повышения производительности труда в 1,5-2,0 раза и, в конечном итоге для сокращения общих сроков строительства.

В настоящее время обозначились два направления, предусматривающих повышение производительности труда при снижение потребления энергоресурсов:

первое – бесшумно, с тенденцией плавного увеличения усилия и непрерывного контроля несущей способности, вдавливать железобетонные сваи всех типоразмеров промышленного изготовления в соответствии с ГОСТ 19804-91, а также шпунты, трубы, свай-оболочки и другие, в т.ч. нестандартные, свайные элементы во все несущие грунты;

второе – с одного постанова, в непрерывном режиме с высокой производительностью труда получать готовую армированную набивную сваю необходимого типоразмера в соответствии со СНиП 2.02.03 – 85 на всех грунтах, кроме скальных.

Интересное предложение сделала компания «ВИБРОНОВАЦИИ», которая разработала новый способ погружения свай и комплекс оборудования для его реализации.. Комплекс включает в себя: комплект модельного ряда универсальных вдавливающих устройств для безударного и бесшумного погружения всех типоразмеров забивных свай и свайных элементов, а также комплект модельного ряда безударно погружаемых инъекционных устройств для изготовления железобетонных набивных свай всех типоразмеров без выемки грунта.

Как отмечают авторы комплекс обеспечивает бесшумное вдавливание железобетонных свай (и др. свайных элементов) и виброинъекционных армированных набивных свай. При этом повышается надежность и несущая способность применяемых забивных и набивных свай. При устройстве фундаментных колодцев без выемки грунта и одновременном его уплотнении, сокращаются сроки и уменьшается стоимость изготовления фундаментов, при существенном энергоресурсосбережении.

Сам комплекс оснащен новыми зубчатыми инерционными полигармоническими самобалансными вибраторами, способными в широком диапазоне амплитуд и ускорений бесшумно (т.е. без динамических воздействий на окружающую среду) создавать вдавливающие усилия от десятков до сотен и даже тысяч тонн;

- конструкции универсальных вдавливающих устройств позволяют им быть как свободно подвесными на крюковых обоймах кранов, так и навесными - на широко распространенных копровых установках, грузоподъемностью 3, 5, 10,16 и 25 тс;

Инерционые вибраторы направленного действия в общей компоновке ударных, вибропогружающих и комбинированных устройств составляет наибольшую долю. Они дают возможность легко создавать значительные направленных инерционных сил, путем изменения частоты вращения, радиуса инерции или массы небалансов, изменяющиеся по гармоническому закону. (рис.3.55).

Рис. 3.55 Изменение вынуждающей силы вибратора.

Однако, простое наращивание суммарной инерционной силы вибропривода не дает значимых преимуществ в повышении технологических возможностей вибраторов. Так с ростом частоты и амплитуды колебаний существенно возрастают инерционные потери

Первые попытки создания несимметричных направленных инерционных сил были предприняты в 40-х годах прошлого столетия немецкими инженерами, изготовившими инерционный самобалансный механизм, создающий возмущающую направленную инерционную силу, изменяющуюся по величине периодически, но несимметрично, по закону, названному «бигармоническим» (рис. 2).

или

где

ɛ=0; p₁=2

Рис. 2 Схема и график изменения направленной инерционной силы бигармонического механизма.

Однако, величины несимметрии, коей является отношение наибольшего значения суммарной направленной инерционной силы к наименьшему ( ), для бигармонического механизма равное двум, явно недостаточно для получения односторонне направленной силы, потому практическое применение его оказалось ничтожно мало.

Возможность расширения технологических возможностей и повышение эффективности применения зубчатых инерционных самобалансных механизмов появилось за счет придания им законов движения с увеличенной несимметрией направленной инерционной силы.

Решение поставленной задачи выразилось виде зубчатого инерционного самобалансного механизма, выполненного полигармоническим (рис. 3), причем попарно-равнозначные дебалансные звенья последовательно в мультиплицирующем порядке соединены друг с другом посредством зацепления своих зубчатых колес в два равнозначных ряда так, что зубчатые колеса начальных звеньев рядовых соединений кинематически также связаны друг с другом. При этом количество дополнительных равнозначных пар звеньев, присоединяемых к начальной паре, порядок частоты вращения каждой из них по отношению к начальной, углы сдвига фаз каждой дополнительной пары относительно начальной, а также статические моменты дебалансов каждой дополнительной пары звеньев, выбраны из условия наибольшей несимметрии суммарной направленной инерционной силы и условия получения необходимого рабочего квазистатического усилия.

Рис. 3 Схема полигармонического механизма и график изменения направленной инерционной силы при 7-ми ступенях этого механизма

Математическая модель механического процесса формирования направленной инерционной силы в данном механизме описывается как сумма инерционных сил, создаваемых каждой его ступенью

или

а 1, 2, 3, 4, 5…

К_н(λ,ɛ) = maxƒ(φ,λ,ɛ) ⁄ minƒ(φ,λ,ɛ),

при этом - количество дополнительных равнозначных пар звеньев, присоединяемых к начальной паре; - прядок или отношение частот вращения дополнительных равнозначных пар звеньев к начальной; - угол сдвига фаз каждой дополнительной пары относительно начальной.

На рис. 4 (а, б, в, г) показаны результаты исследований указанной модели. Установлено, что с каждой дополнительной ступенью можно увеличивать величину несимметрии на единицу. В итоге был получен механизм с семикратным увеличением вышеназванной несимметрии.

а)

б)

в)

г)

Рис. 4 Графики изменения направленной инерционной силы: а) 3-ступенчатого, б) 4-ступенчатого, в) 5-ступенчатого, г) 6-ступенчатого механизмов.

Полученный результат открывает широкие возможности для создания вдавливающих устройств, практически, с любыми значениями односторонне направленных квазистатических инерционных сил.

В силу этого, компания «ВИБРОНОВАЦИИ» в 2007 году разрабатывает зубчатый инерционный полигармонический самобалансный механизм, с задачей создания несимметричных направленных инерционных сил и с возможностью использования его в качестве исполнительного. Так в 2009 году родился силовой полигармонический вибратор с законом формирования несимметричной направленной инерционной силы (рис.5) и на его основе - квазистатическое сваевдавливающее устройство (КСВУ, рис. 6).

Рис. 5

Рис. 6 КСВУ

КСВУ – высокоэффективное, малоэнергоёмкое навесное сваевдавливающее устройство, превосходящее по своим технико-экономическим показателям самые современные зарубежные функциональные аналоги лучших производителей мира (таблицы 1, 2). Уникальность устройства не только в новизне технического решения, но и в функциональных возможностях – в рамках одной технологической схемы при шести – семи – восьмикратной несимметрии, формировать вдавливающие усилия от 50 кг до 3000 т (и более). В таком же диапазоне усилий КСВУ может выдёргивать ранее погруженные свайные элементы без вредных воздействий на базовую машину. Все типоразмеры модельного ряда предлагаемого устройства снабжены электромеханическими приводами, в плавном режиме позволяющие создавать рабочие усилия в диапазоне указанных величин (таблица 2). По нашему мнению электропривод существенно расширит рабочий диапазон низких температур.

Установленная мощность модельного ряда от 0,37 кВт до 90 кВт - они значимо меньше, чем у функциональных аналогов как отечественного, так и импортного производства (таблицы 1, 2). Компактность конструкции и малый вес позволяют использовать эти вдавливающие устройства как навесное оборудование на широкую гамму крановых и копровых установок, грузоподъемностью от 1 до 25 тонн. Конструкция электропривода позволяет плавно регулировать и устойчиво удерживать величину вдавливающего усилия на любом уровне, необходимом для безударного погружения любого типоразмера сваи (свайного элемента), а, при необходимости, также плавно переводить режим вдавливания в ударный режим и обратно. Что позволяет выставлять головы свай в одной горизонтальной плоскости. Существенным и важным является возможность осуществления текущего контроля за несущей способностью погружаемых свай в процессе вдавливания. Это освобождает от необходимости проводить не дешевые и не быстрые контрольные испытания. Наконец КСВУ открывает дорогу широкому применению свай-оболочек, которые во многих случаях могут успешно заменить набивные сваи, но их просто нечем было задавливать. Безусловно выигрышными являются и ожидаемые показатели высокой надежности при относительно малом собственном весе устройства, вследствие отсутствия быстроизнашивающихся деталей. И как следствие всему - высокая расчетная производительность – не менее 60 свай в смену, без динамических воздействий на окружающие здания и сооружения, даже при приближении к ним на расстояние менее 50 см.

Второму направлению комплект может быть использован для изготовления железобетонных набивных свай, без выемки земли.

Предлагаемые высокоамплитудные поличастотные погружающие устройства, оснащенные приводными вращающими механизмами, защищенными от внешних воздействий со стороны уплотняемого грунта, выгодно отличаются от существующих устройств тем, что способны обеспечить изготовление фундаментных колодцев в широком диапазоне диаметров и глубин, в несущих грунтах вышеуказанного класса (без выемки самого грунта), при существенно большей производительности и меньших энергозатратах.

Отсутствие колебательных движений формообразующего корпуса при вдавливании его в грунт исключает утрамбовку грунта, что резко снижает лобовое сопротивление грунта и практически исключает передачу динамических нагрузок на близстоящие сооружения.

Использование предлагаемых высокопроизводительных и малоэнергоемких машин открывает новые возможности при изготовлении качественных, с повышенной несущей способностью виброинъекционных железобетонных набивных свай в грунтах разнообразного состояния, при значительном снижении энергетических и материальных затрат, а именно:

- заменить такие методы устройства фундаментных колодцев как бурение, погружение молотами или вибраторами инвентарных обсадных труб, закрытых снизу теряемым железобетонным башмаком;

- создать унифицированный ряд высокопроизводительных квазистатических вибровдавливающих инъекционных устройств (КСВВИУ) для изготовления с одного постанова фундаментных колодцев (без выемки земли) и железобетонных набивных свай в полном диапазоне вышеуказанных типоразмеров.

КСВВИУ (рис. 7) - высокопроизводительное малоэнергоемкое навесное устройство, превосходящее по своим технико-экономическим показателям самые современные зарубежные функциональные аналоги лучших производителей мира, в частности – фирмы «BAUER» (Германия), и способны (без выемки земли) обеспечить: - глубина колодцев (и сваи) – до 20 (двадцати) метров; - диаметры колодцев – 400мм; 530мм; 630мм; 820мм; 1020мм и 1200 мм; - время изготовления колодца и сваи– не более 15 (пятнадцати) минут; - диапазон устанавливаемых мощностей от 30 до 120 кВт; - рабочий диапазон температур окружающей среды от - 25 град.С до + 40 град.С; - источник энергии – сеть переменного тока напряжением 380/220 в., 50 гц; - физический срок службы – не менее 10 лет; - расходы на материалы при эксплуатации – в среднем не более 10000 рублей в год; - вибрационный и шумовой фон не превышают экологических норм. Высокопроизводительное унифицированное устройство для изготовления железобетонных набивных свай с достаточной полнотой раскрыто в патенте [Патент РФ № 48333 «Вибропробивное инъекционное устройство» от 27.12.2004 г].

КСВУ с механизмом возвратно – вращательного движения

Копровая стойка

Размероформообразующий корпус

Бетононасос

Базовая машина

Рис. 7 КСВВИУ

Характеристика Фирма производитель	Усилие погружения, кН	Статический момент дебалансов, Н∙м	Установленная мощность, кВт	Частота ударов, мин -1	Ударная масса, т	Масса навесного оборудования, кг	Удельная энергоёмкость, кВт/кН	Удельная материалоёмкость, кг/кН	Габаритные размеры без захватного устройства, м
American Piledriving Equipment, model 600 (вибропогружатель), США	5 430	2309	745	-	-	28 000	0,137	5,16	4,3х0,9х2,8
MKT, V-52, НР-700 (вибропогружатель), США	2 000	600	522	-	-	7 600	0,261	3,8	3,4х0,4х2,4
РТС, model 265HD (вибропогружатель), Франция	6 050	2 610	1 373	-	-	27 500	0,227	4,55	4,1х2,0х2,3
ICE, model 125С, (вибропогружатель), США	5 020	1 440	984	-	-	24 775	0,19	4,93	4,16х1,53х0,8
BAUER, AR 180 (вибропогружатель), Германия	2 100	560	600	-	-	9 100	0,286	4,33	-
Liebherr, 40 VML (вибропогружатель), Германия	1 970	400	-	-	-	6 200	-	3,15	2,6х0,4х2,6
Muller, MS-200 HHF (вибропогружатель), Германия	4 000	1900	980	-	-	10 900	0,245	2,73	2,3х1,3х3,6
Giken, вдавливающее устройство, Япония	2 600	Гидравлич.	147	-	-	30 000	0,057	11,54	4,15х1,7х2,35
КСВУ-1200 режим вдавливания, Россия, Воронеж	150 - 12000	2090	2х45	При необходимости 1200	При необходимости 9,65	9 650	0,0075	0,8	3,1х0,9х2,1

Таблица 1. Сравнительные характеристики функциональных аналогов с КСВУ – 1200.

Таблица 2. Технические характеристики модельного ряда КСВУ.

Марка устройства Тех. характеристики	КСВУ-0,5	КСВУ-15	КСВУ-25	КСВУ-50	КСВУ-110	КСВУ-150	КСВУ-250	КСВУ-500	КСВУ-800	КСВУ-1200
Статический момент дебалансов, Н∙м	1,2	29	56	97	230	327	481	830	1337	2090
Диапазон создаваемых усилий (плавное регулирование), кН	0,5 …5	17…150	20…250	25…500	30…1100	50…1500	65…2500	80…5000	150…8000	180…12000
Установленная мощность электродвигателей, кВт	0,37	2х0,75	2х1,7	2х3	2х5,5	2х11	2х15	2х22	2х30	2х45
Удельная энергоёмкость, кВт/кН	0,074	0,01	0,0136	0,012	0,01	0,0146	0,012	0,0088	0,0075	0,0075
Удельная материалоёмкость, кг/кН	7	4,53	4,52	1,22	1,95	2,23	1,79	1,13	1,06	0,8
Габаритные размеры без захватного устройства, мм	354х210х х480	450х600х х1000	470х680х х1200	490х800х х1350	500х1000х х1500	580х1250х х1750	680х1400х х2100	780х1550хх2500	980х2030х х3060	980х2030х х3140
Масса навесного оборудования, кг	35	680	1 130	1 610	2 140	3 350	4 480	5 650	8 455	9 650

Также возможно и создание КСВУ с усилиями более 1200 тс (1500, 2000 и более).

Литература:

1. В.П. Сергеев Строительные машины.

2. М.Г. Цейтлин, В.В.Верстов,Г.Г.Азбель. Вибрационная техника и технология в свайных и буровых работах.

3. Д.Д.Баркан Виброметод в строительстве.

4. Лекции А.А. Шестопалова 5 к. 9 сем.

5. Интернет. Проспекты различных фирм.