Расчет основных параметров вибропогружателей и вибромолотов
Расчет основных параметров вибропогружателя
Для эффективного погружения сваи или шпунта в грунт вибропогружателем необходимо, чтобы амплитуда вибрации А превышала величину начальной амплитуды А1, амплитуда возмущающей силы была достаточной для преодоления сопротивления грунта срыву и чтобы сумма всех равнодействующих сил, прилагаемых к свае, была достаточной для ее погружения. Для этих целей по данным задания, в первую очередь, определяется значение расчетного сопротивления срыву Ткр - для условия погружения сваи или шпунта без выемки грунта при полной глубине ее погружения:
для свай Ткр = S hmax τкр, кН; (2.9)
для шпунтов Ткр= hmax τкр’, кН; (2.10)
где S - периметр поперечного сечения сваи, м; hmах - длина сваи или шпунта, м; τкр , τкр’ - удельное сопротивление срыву (кРа), принимаемое по данным табл. П. 9.
В дальнейшем определяется амплитуда возмущающей силы F вибропогружателя, кН:
F = χ·Ткр, (2.11)
где χ - коэффициент, приближенно учитывающий влияние упругости грунта и увеличивающийся от 0,6 (при погружении тяжелых) до 1 (при погружении легких элементов).
Затем определяется величина статического момента дебалансов К, Н·м:
, (2.12)
где ζ - коэффициент, принимаемый на основании экспериментальных данных равным 0,8 для железобетонных свай и равным 1,0 для всех прочих погружаемых элементов; m - общая масса вибропогружателя и погружаемого элемента, кг; А - необходимая амплитуда, см, принимаемая по данным табл. П.10
Угловая скорость дебалансных валов определяется по зависимости, рад/с
. (2.13)
В дальнейшем проверяется достаточность предварительно выбранной массы вибропогружателя и погружаемого элемента для работы, что проверяется условием
9,8 m ≥ Po S1, (2.14)
где S1 - площадь поперечного сечения погружаемого элемента, м2; Р0 - удельное давление на сваю (кРа), принимаемое по данным табл. П.11.
Проверка достаточности величины веса вибропогружателя со сваей или шпунтом окончательно производится из условия
, (2.15)
где f1, f2 - коэффициенты, принимаемые по данным табл. П.8; при забивке шпунта проверка производится непосредственно по выражению 9,8m ≥ f1F.
В последнюю очередь определяется мощность, необходимая для поддержания колебаний, кВт:
. (2.16)
Расчет основных элементов вибромолота
Вибромолот является ударно-вибрационной системой, поэтому зa основу при выборе его основных параметров принимают режим работы, т.е. отношение массы ударной части к массе сваи. При погружении легких элементов δ= 1, а при погружении железобетонных свай не менее 0,5.
Отсюда следует, что масса ударной части должна быть равной, кг:
, (2.I7)
где Qнлг - масса наголовника, принимаемая ровной 40 % oт массы ударной части, кг; Qсв – масса сваи, кг.
Влияние грунтовых условий учитывается при расчете вибромолотов приведенным коэффициентом восстановления скорости R', определяемым по зависимости
, (2.18)
где R' - классический коэффициент восстановления скорости при ударе, принимаемый при неподвижной свае перед ударом равным 0,5; М - масса погружаемого элемента, кг; m - масса ударной части, кг; частота ударов определяется по зависимости, Гц:
, (2.19)
где n - частота вращения вала электродвигателя, мин-1; i - передаточное число, принимаемое равным 5÷10.
Мощность, расходуемая на удары, определяется по формуле, кВт:
, (2.20)
где η - КПД , принимаемый равным 0,8.
После окончание расчета проверяется соответствие полученных параметров данным задания и назначается тип сваебойного оборудовании (табл. П.1-П.7), обеспечивающего проведение работ.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Строительные машины и монтажное оборудование: учеб. для студентов вузов по специальности "Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование" / В. Д. Мартынов, Н.И Алешин, Б. П. Морозов. - М.: Машиностроение, 1990. - 352 с.
Сергеев В.П. Строительные машины и оборудование / В.П. Сергеев. – М.: Высшая школа, 1987. - 375 с.
Морозов М.К. Механическое оборудование заводов сборного железобетона / М.К. Морозов. – Киев: Виша школа, 1977. - 255 с.
Банит Ф.Г. Механическое оборудование цементных заводов: учебник / Ф.Г. Банит, О.А. Несвижский. - М.: Машиностроение, 1975. - 318 с.
Бауман В.А. Механическое оборудование предприятий строительных материалов, изделий и конструкций / В.А. Бауман, Б.В. Клушанцев, В.Д. Мартынов. – М.: Машиностроение, 1981. - 324 с.
Журавлев М.И. Механическое оборудование предприятий вяжущих материалов и изделий на базе их: учебник / М.И. Журавлев, А.А. Фоломеев. - М.: Высшая школа; 1983.- 232 с.
Хитров В.Г. Технология железобетонных изделий / В.Г. Хитров. – М.: Высшая школа, 1978.- 365 с.
Каракулев А.В. Дизель-молоты / А.В. Каракулев. – Л.: Машгиз, 1963.- 171 с.
Смородинов М.И. Сваебойное оборудование / М.И. Смородинов. – М.: Машиностроение. 1967. - 76 с.
Сапожников М.Я. Механическое оборудование предприятий строительных материалов, изделий и конструкций: учебник / М.Я. Сапожников. - М.: Высшая школа, 1974. - 382 с.
Константопуло Г.С. Механическое оборудование заводов железобетонных изделий и теплоизоляционных материалов: учебник / Г.С. Константопуло. - М.: Высшая школа, 1988. - 431 с.
Сергеев В.П. Строительные машины и оборудование: учебник / В.П. Сергеев. - М.: Высшая школа, 1987. - 376 с.
Строительные машины: справочник: В 2 т. Т.1: Машины для строительства промышленных гражданских сооружений и дорог / под общ. ред. Э.Н. Кузина. - М.: Машиностроение, 1991. - 496 с.
Строительные машины: справочник: В 2 т. Т.1: Машины для строительства промышленных, гражданских гидротехнических сооружений и дорог / под общ. ред. В.А Баумана и Ф.А. Лапира. - М.: Машиностроение, 1976. - 502 с.
Строительные машины: справочник: В 2 т. Т.2: Оборудование для производства строительных материалов и изделий / под общ. ред. В.А. Баумана и Ф.А. Лапира. - М.: Машиностроение, 1977. - 496 с.
Бауман В.А. Вибрационные машины и процессы в строительстве: учебник / В.А. Бауман, И.И. Быховский. - М.: Машиностроение, 1977. - 255 с.
Шарипов Л.Х. Технологические схемы и оборудование дробильно-сортировочных предприятий: выбор, расчет: учеб. пособ. / Л.Х. Шарипов. - Воронеж: Изд-во Воронеж. гос. ун-та, 2008. - 184 с.
Зеличенок Г.Г. Автоматизация технологических процессов учета на предприятиях строительной индустрии: учебник / Г.Г. Зеличенок. - М.: Высшая школа, 1975. - 351 с.
Зеленский В.С. Строительные машины: Примеры расчетов / В.С. Зеленский.– М.: Стройиздат. 1983. - 271 с.
Щемелев А.М. Дорожные-строительные машины: учебник / А.М. Щемелев.- М.: Высшая школа, 2000. - 370 с.
Добронравов С.С. Строительные машины и основы автоматизации: учебник / С.С. Добронравов, В.Г. Дронов. - М.: Высшая школа, 2001. - 575 с.
Полосин М.Д. Устройство и эксплуатация подъемно-транспортных и строительных машин: учебник / М.Д. Полосин. - М.: Высшая школа, 2001. - 480 с.
Сапожников М.Я. Машины промышленности строительных материалов: атлас конструкций / М.Я. Сапожников. – М.: Машгиз, 1961.- 92 с.
Машины и оборудование заводов строительныхматериалов: атлас конструкций / под ред. М.Я. Сапожникова. – М.: Машиностроение, 1966. - 102 с.
Дорожные машины: альбом чертежей / под ред. А.А. Бромберга.– М.: Машиностроение, 1969. - 115 с.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Таблица П.1
Техническая характеристика копров
Параметры |
С–427 |
С–428 |
С–429 |
С–532 |
С–908 |
С–955 |
ПКМ–2 |
БК–1 |
БК–2 |
С–712 |
КДМ |
КДМ–2 |
С–714 |
С–533А |
С–878 |
С–870 |
Грузоподъемность, т |
2,0 |
4,0 |
7,5 |
9,5 |
7,0 |
6,0 |
8,0 |
9,0 |
6,3 |
0,75 |
3,0 |
5,0 |
6,3 |
5,0 |
7,0 |
5,5 |
Полезная высота, м |
8,0 |
8,0 |
10,0 |
13,0 |
17,5 |
16,0 |
12,0 |
16,0 |
12,0 |
15,5 |
8,5 |
8,0 |
8,0 |
8,0 |
8,0 |
8,0 |
Полная высота, м |
12,0 |
14,4 |
18,0 |
23,4 |
23,0 |
18,8 |
19,0 |
20,5 |
16,4 |
6,0 |
12,4 |
17,0 |
13,0 |
13,4 |
13,0 |
13,0 |
Поворот мачты вокруг оси копра или поворот машины, град. |
– |
– |
– |
– |
360 |
360 |
360 |
– |
– |
– |
– |
– |
360 |
360 |
360 |
360 |
Тип ходовой части |
Рельсовый Гусеничный |
|||||||||||||||
Ширина колеи, м |
4,0 |
4,0 |
5,5 |
5,5 |
– |
– |
3,4 |
– |
– |
– |
– |
3,8 |
5,3 |
– |
– |
– |
Масса, т |
1,98 |
2,97 |
4,75 |
11,8 |
– |
– |
17,6 |
9,8 |
7,23 |
0,35 |
3,68 |
6,97 |
22,4 |
16,8 |
20,2 |
18,1 |
Ширина направляющих для молотов, мм |
360 |
|||||||||||||||
Тип двигателя копра |
Электрический |
КДМ |
КДМ |
КДМ |
КДМ |
|||||||||||
Мощность двигателя, кВт |
7,0 |
10,0 |
10,0 |
10,0 |
43 |
44 |
10, |
28,0 |
20,0 |
– |
– |
7,0 |
100 |
100 |
100 |
100 |
Наибольшая масса поднимаемой сваи, т |
0,5 |
1,2 |
3,0 |
5,0 |
5,0 |
4,0 |
3,0 |
5,0 |
2,5 |
0,35 |
0,2 |
2,5 |
2,5 |
1,8 |
2,5 |
2,5 |
Техническая производительность свай в смену, шт |
8 |
10 |
10 |
10 |
13 |
15 |
15 |
12 |
12 |
15 |
12 |
12 |
24 |
16 |
24 |
22 |
Таблица П.2
Характеристика молотов простого действия
Показатели |
Марка молота |
|||||
ПБА |
СССМ–07 |
СССМ–750 |
СССМ–582 |
СССМ–680 |
С–276 |
|
Энергия удара, кДж |
14,7 |
16,3 |
23,5 |
42,0 |
82,2 |
34,0 |
Масса ударной части, кг |
1500 |
1250 |
1800 |
3000 |
6000 |
3000 |
Масса молота, кг |
1750 |
2295 |
2700 |
4300 |
8647 |
4150 |
Длина хода, м |
1,125 |
1,5 |
1,5 |
1,6 |
1,5 |
1,3 |
Число ударов в минуту |
15 |
30 |
30 |
30 |
30 |
30 |
Расход пара, кг/ч |
240 |
240 |
545 |
540 |
1100 |
580 |
Давление пара, МПа |
0,8-1,0 |
0,8-1,0 |
0,8-1,0 |
0,8-1,0 |
0,8-1,0 |
0,8-1,0 |
Диаметр паропровода, мм |
25 |
32 |
38 |
50 |
75 |
50 |
Габаритные размеры, мм:
длина
ширина
высота |
2615
825
790 |
4780
790
780 |
4840
775
810 |
4635
900
1180 |
4950
830
1450 |
4450
–
– |
Масса забиваемой сваи, кг |
до 3000 |
до 2500 |
до 4000 |
до 6000 |
до 10000 |
до 6000 |
Таблица П.3
Характеристика молотов двойного действия
Показатели |
Марка молота |
||||
СССМ–500 |
СССМ–507 |
СССМ–501 |
СССМ–708 |
С–231 |
|
Энергия удара, кДж |
1,38 |
3,45 |
5,73 |
11,2 |
18,0 |
Масса ударной части, кг |
90 |
181 |
363 |
680 |
1130 |
Масса молота, кг |
700 |
1315 |
2263 |
2963 |
4650 |
Длина хода поршня, мм |
177 |
222 |
241 |
406 |
580 |
Длина цилиндра, мм |
177 |
247 |
317 |
215 |
250 |
Число ударов в минуту |
300 |
275 |
225 |
140 |
95-112 |
Потребность сжатого
воздуха, кг/ч |
350 |
480 |
695 |
780 |
1050 |
Диаметр паропровода, мм |
31 |
31 |
33 |
38 |
75 |
Давление пара, МПа |
0,8–1,0 |
0,8–1,0 |
0,8–1,0 |
0,8–1,0 |
0,8–1,0 |
Масса забиваемой сваи, кг |
до 300 |
до 500 |
до 1000 |
до 1300 |
до 2500 |
Таблица П.4
Конструктивно-эксплуатационные параметры дизель-молотов с неподвижными штангами
Показатели |
Модель |
|||
С–254 |
С–222 |
С–268 |
С–330 |
|
Масса ударной части, кг |
600 |
1200 |
1800 |
2500 |
Диаметр цилиндра, мм |
200 |
250 |
290 |
320 |
Ход поршня, мм |
380 |
480 |
515 |
500 |
Степень сжатия |
28 |
32 |
26 |
25 |
Наибольшая высота подъема ударной части, мм |
1770 |
1790 |
2100 |
2600 |
Число ударов в минуту |
55-60 |
50-60 |
50-60 |
50-55 |
Емкость топливного резервуара, л |
10 |
15 |
20 |
20 |
Топливо |
дизельное |
|||
Диаметр плунжера насоса, мм |
10 |
12 |
14 |
18 |
Наибольший ход плунжера, мм |
13 |
17,5 |
17,5 |
18 |
Расход топлива, л/ч |
2,2 |
5 |
6 |
10 |
Размер гнезда под сваю, мм |
250 |
320 |
400 |
465 |
Габаритные размеры, мм длина
ширина
высота |
720
610
3150 |
848
796
3350 |
897
820
3820 |
870
980
4540 |
Масса дизель-молота, кг |
1400 |
2200 |
3100 |
4200 |
Масса забиваемой сваи, кг |
до 1500 |
до 3000 |
до 5000 |
до 7000 |
Таблица П.5
Техническая характеристика трубчатых дизель-молотов
Параметры |
Модель |
|||||||||||
С-857 |
С-858 |
С-859 |
С-994 |
С-995 |
С-996 |
С-1047 |
С-1048 |
УР-500 |
УР-1250 |
УР-2500 |
Д-5 |
|
Масса ударной части, кг |
600 |
1250 |
1800 |
600 |
1250 |
1800 |
2500 |
3500 |
500 |
1250 |
2500 |
500 |
Высота подъема, мм |
3000 |
3000 |
3000 |
3000 |
3000 |
3000 |
2800 |
2800 |
2400 |
2400 |
2400 |
2500 |
Максимальная энергия удара, кДж |
10,6 |
22,5 |
32,0 |
10,6 |
22,5 |
32,0 |
75,0 |
105,0 |
8,0 |
19,0 |
39,0 |
12,5 |
Число ударов в минуту |
43-55 |
43-55 |
43-55 |
44-55 |
44-55 |
44-55 |
43-55 |
44-45 |
47-55 |
47-55 |
47-55 |
42-60 |
Емкость топливного бака, л |
10 |
14 |
18 |
10 |
14 |
15 |
- |
- |
10 |
12 |
25 |
11,5 |
Степень сжатия |
15 |
15 |
15 |
15 |
15 |
15 |
15 |
15 |
13 |
13 |
13 |
12 |
Габаритные размеры: длина ширина высота |
3800 650 420 |
3928 725 650 |
4160 890 700 |
3525 470 640 |
3955 520 720 |
4340 600 765 |
- - - |
5145 1000 895 |
3492 400 550 |
3794 700 800 |
4430 - 900 |
3116 570 385 |
Масса молота, кг |
1400 |
2300 |
3400 |
1500 |
2600 |
3600 |
5600 |
7650 |
950 |
2300 |
4900 |
1150 |
Масса забиваемой сваи, кг |
до 1500 |
до 3000 |
до 5000 |
до 1500 |
до 3000 |
до 5000 |
до 7000 |
до 8000 |
до 1250 |
до 3000 |
до 6500 |
до 1200 |
Таблица П.6
Техническая характеристика вибропогружателей
Параметры |
Модель |
||||||||||||||
В-102 |
В-104 |
В-108 |
ВПП-1 |
ВПП-2А |
ВПП-4 |
ВПП-5 |
С-838 |
ВП-1 |
ВП-2 |
ВП-3 |
ВПТ-4 |
НВП-56 |
ВПТ-6 |
ВПТ-7 |
|
Мощность электродвигателя, кВт |
28 |
28 |
28 |
30 |
40 |
28 |
16 |
50/80 |
60 |
20 |
100 |
100 |
160 |
200 |
100 |
Количество электродвигателей |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
2 |
1 |
1 |
1 |
1 |
2 |
2 |
1 |
Статический момент дебалансов, кг·см |
4000 |
3140 |
3000 |
1000 |
1000 |
550 |
350 |
6200 |
9200 |
4000 |
26300 |
35000 |
5000 |
100000 |
42000 |
Возмущающая сила, кН |
218 |
170 |
212 |
250 |
250 |
140 |
88 |
160 |
185 |
80 |
442 |
450 |
485 |
730 |
480 |
Количество дебалансных валов |
2 |
2 |
2 |
4 |
4 |
2 |
4 |
2 |
4 |
4 |
4 |
4 |
2 |
2 |
2 |
Масса вибрирующих частей, кг |
1800 |
2000 |
1600 |
700 |
700 |
400 |
350 |
4000 |
4500 |
2000 |
7500 |
11900 |
11000 |
15000 |
9000 |
Масса вибропогружателя, кг |
1800 |
2000 |
1600 |
2100 |
2200 |
1200 |
1200 |
4200 |
2500 |
2000 |
7500 |
11900 |
11000 |
15000 |
9000 |
Габаритные размеры: длина ширина высота |
1170 880 1390 |
910 680 1750 |
958 924 1470 |
1010 950 1630 |
1270 800 2250 |
1000 960 1500 |
1250 680 1250 |
1485 1450 985 |
1300 860 1650 |
950 750 1270 |
1560 1100 1100 |
2100 2100 2080 |
2200 2500 2180 |
2600 2400 2180 |
4000 900 1500 |
Таблица П.7
Техническая характеристика вибромолотов
Параметры |
Модель |
||||||||
С-833 |
С-402А |
С-834 |
С-836 |
ВМ-7У |
ВМ-9 |
БЦ-6 |
БЦ-3А |
БЦ-5 |
|
Количество электродвигателей |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
1 |
2 |
1 |
1 |
Мощность электродвигателей, кВт |
1,0 |
2,8 |
4,5 |
14 |
7,0 |
28 |
4,5 |
10 |
28 |
Частота вращения электродвигателей, кВт |
1410 |
1440 |
960 |
960 |
1450 |
1440 |
910 |
910 |
910 |
Тип электродвигателей (виброудароустойчивое исполнение) |
АВ-32-4 |
АВ-42-4 |
АВ-52-5 |
АПВ-71-6 |
АПВ-52-4 |
АВ-72-4 |
- |
- |
- |
Энергия одного удара (расчетная), кН·см |
0,16 |
0,5 |
1,2 |
2,7 |
0,62 |
0,8 |
1,0 |
1,0 |
2,64 |
Жесткость пружинной подвески, кН/см |
1,35 |
1,75 |
4,95 |
8,5 |
10,0 |
14,4 |
9,31/4,9 |
- |
- |
Момент дебалансов вибровозбудителя, кг·см |
54 |
152 |
536 |
1440 |
322 |
604 |
940 |
970 |
1600 |
Амплитуда возмущающей силы возбудителя, кН |
10,8 |
32,0 |
50,0 |
135,0 |
70,0 |
140,0 |
60,0 |
65,0 |
150,0 |
Масса машины, кг |
150 |
840 |
1800 |
2300 |
1400 |
1680 |
1050 |
1000 |
1300 |
Масса упругой части, кг |
100 |
550 |
1200 |
1450 |
950 |
1100 |
700 |
650 |
900 |
Габаритные размеры машины, мм: длина ширина высота |
460 350 960 |
640 720 1000 |
850 750 1350 |
800 970 1500 |
1150 1050 110 |
1150 1040 1360 |
700 800 1400 |
700 470 1700 |
900 800 1700 |
Таблица П.8
Значение коэффициентов f1 и f2
Погружаемые элементы |
f1 |
f2 |
для шпунта |
0,15 |
- |
для легких свай |
0,3 |
0,6 |
для тяжелых свай и свай-оболочек |
0,4 |
1,0 |
Таблица П.9
Значение коэффициентов τкр и τ'кр
Грунты |
Сваи – τкр, кПа |
Шпунта – τ'кр, кПа |
|||
деревянные, металлические |
железобетонные |
железобетон. оболочки |
легкий |
тяжелый |
|
Водонасыщенные песчаные и слабопластичные глинистые |
60 |
70 |
50 |
120 |
140 |
То же, но с прослойками глинистых или гравеглинистых пород |
80 |
100 |
70 |
170 |
200 |
Глинистые тугопластичные |
150 |
180 |
100 |
200 |
250 |
То же, полутвоердые и твердые |
250 |
300 |
200 |
400 |
600 |
Таблица П.10
Рекомендованные значения амплитуд вибрации А, мм
Погружаемые элементы |
Частота вибрации, мин-1 |
||
400-700 |
800-1000 |
1200-1500 |
|
Стальной шпунт, трубы и др. элементы с небольшой площадью поперечного сечения: глинистые грунты песчаные грунты |
- - |
10-12 8-10 |
6-8 4-6 |
Металлические (с закр. концом), деревянные и железобетонные сваи квадратного и прямоугольного сечений и сваи-оболочки: глинистые грунты песчаные грунты |
15-20 6-15* |
6-15 4-12* |
- - |
Примечание: меньшие значения принимаются при расчете вибропогружателей для тяжелых свай-оболочек. |
|||
Таблица П.11
Значения Р0 для различных элементов
Погружаемые элементы |
Р0, кПа |
Стальные трубы малого диаметра и др. элементы площадью поперечного сечения до 150 см2 |
150-300 |
Деревянные и стальные трубчатые (с закрытыми концами) сваи площадью поперечного сечения до 800 см2 |
400-500 |
Железобетонные сваи квадратного или прямоугольного поперечного сечения площадью до 2000 см2 |
600-800 |