Свайный молот

Свайный молот

Реферат

Изобретение относится к строительному оборудованию для погружения в грунт и извлечения из грунта различного вида свай и шпунтов, а также для ударного трамбования грунта и может быть использовано, например, в строительстве.

Известны свайные молота, например по а.с. СССР №1692187, МПК Е02D 7/10, включающий направляющую, ударник, наголовник, жестко соединенный с ним силовой цилиндр со ступенчатым поршнем, газовый аккумулятор, насос и распределитель. На внутренней боковой поверхности силового цилиндра выполнены кольцевые выступы, нижний из которых охватывает снаружи меньшую ступень поршня, снабженного открытой снизу полостью, заполненной газом, при этом нижним кольцевым выступом цилиндр разделен на нижнюю взводящую и верхнюю полость низкого давления, которая постоянно соединена со сливом по каналу в стенке, расположенному над верхним кольцевым выступом, а в нижней части посредством обратного клапана соединена с управляющей полостью распределителя, причем последняя через запорный вентиль соединена с взводящей полостью, которая поочередно с помощью переливных клапанов сообщается с насосом и полостью низкого давления. При этом ударник внизу снабжен профилированным участком, взаимодействующим с верхним кольцевым выступом.

Основной недостаток указанного молота состоит в наличии газовой полости под ступенчатым поршнем силового цилиндра. Значительный диаметральный размер большей ступени поршня, недостаточная смазка сопряженных поверхностей цилиндра и поршня, контактирующих с газом, не позволяют обеспечить необходимую герметичность газовой полости, что снижает надежность устройства. Недостаток устройства состоит также в том, что его взводящая полость во время холостого хода соединяется со сливом через переливные клапаны, управляемые посредством гидравлического распределителя. Холостой ход ударника сопровождается большим расходом рабочей жидкости, поступающей на слив. Чтобы достичь максимальной эффективности устройства, необходимо обеспечить максимальную площадь сечения сливного трубопровода при минимальном гидравлическом сопротивлении. Выполнить указанное требование при наличии в сливной линии переливных клапанов предложенной конструкции затруднительно, т.к. степень открытия клапанов, хотя и зависит от расхода жидкости, но никогда не достигает заданного предельного значения. Кроме того, управляющие полости переливных клапанов молота постоянно соединены с нагнетательной линией насоса, а через дроссельные отверстия - с взводящей полостью. Потоки жидкости, поступающие в управляющую полость из взводящей полости и от насоса, оказывают дополнительное отрицательное воздействие на процесс открытия клапанов, снижая скорость их открытия во время холостого хода.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является свайный молот по а.с. СССР №1780349, МПК Е02D 7/10.

Известный свайный молот включает поршневой гидропневматический аккумулятор, гидравлический распределитель с гидравлическими камерами управления на торцах, каналы, напорную и сливную линии и жестко соединенный с наголовником вертикальный силовой цилиндр, с внутренней цилиндрической поверхностью которого сопряжены подвижные вдоль оси ударник и ниже расположенный двухступенчатый поршень, периодически контактирующий своей меньшей по диаметру ступенью с нижним торцом ударника в его крайнем нижнем положении и совместно с силовым цилиндром и упомянутым ударником образующий расположенные вдоль оси три изолированные друг от друга полости, верхняя из которых постоянно сообщена с атмосферой через обратный клапан, средняя - с напорной линией и аккумулятором.

При этом насос молота непосредственно соединен с взводящей полостью, а управляющие полости переливных клапанов изолированы от последней и посредством золотникового распределителя периодически соединяются с полостью низкого давления или с насосом, при этом между насосом и распределителем установлен дополнительный гидропневматический аккумулятор.

Благодаря данному отличительному признаку устраняются отрицательные факторы, влияющие на скорость открытия переливных клапанов во время холостого хода, что способствует некоторому увеличению КПД устройства. В остальном данный молот (по а.с. СССР №1780349) имеет те же недостатки, что и указанный аналог (молот по а.с. СССР №1692187).

Таким образом, для известного технического решения характерны недостаточная надежность и низкий КПД.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в повышении надежности и увеличении КПД свайного молота.

Для решения поставленной задачи сущность заявляемого изобретения состоит в том, что в свайном молоте, включающем поршневой гидропневматический аккумулятор, гидравлический распределитель с гидравлическими камерами управления на торцах, каналы, напорную и сливную линии и жестко соединенный с наголовником вертикальный силовой цилиндр, с внутренней цилиндрической поверхностью которого сопряжены подвижные вдоль оси ударник и ниже расположенный двухступенчатый поршень, периодически контактирующий торцом своей меньшей по диаметру ступени с нижним торцом ударника в его крайнем нижнем положении и совместно с силовым цилиндром и упомянутым ударником образующий расположенные вдоль оси три изолированные друг от друга полости, верхняя из которых постоянно сообщена с атмосферой через обратный клапан, средняя - с напорной линией и аккумулятором, согласно изобретению нижняя по положению полость, расположенная под большей по диаметру ступенью поршня, заполнена рабочей жидкостью и попеременно сообщена либо с напорной линией и аккумулятором, либо со сливной линией через гидравлический распределитель, меньшая по площади камера управления которого постоянно соединена с напорной линией, а большая по площади камера попеременно сообщается либо с напорной, либо со сливной линиями посредством управляющего устройства, выполненного в виде соосного с поршнем аккумулятора подвижного вдоль оси двухступенчатого плунжера, большая по диаметру ступень которого свободным торцом постоянно размещена в полости, соединенной с напорной линией, а другим торцом - в кольцевой полости, сообщенной со сливом, при этом меньшая по диаметру ступень плунжера своим свободным торцом постоянно контактирует с торцевой поверхностью поршня, обращенной в гидравлическую полость гидропневматического аккумулятора.

Также для решения поставленной задачи управляющее устройство имеет охватывающие большую ступень плунжера и расположенные вдоль его оси три постоянно соединенные с большей камерой распределителя кольцевые канавки, две из которых посредством большей ступени плунжера либо изолированы, либо поочередно сообщены с напорной линией, а третья канавка либо сообщена со сливной линией, либо изолирована в зависимости от того, опорожнена гидравлическая полость аккумулятора или заполнена заданным объемом рабочей жидкости.

Кроме того, нижняя полость силового цилиндра соединена с распределителем посредством двух параллельных каналов, первый из которых снабжен обратным клапаном, открывающимся в сторону упомянутой полости, а второй постоянно открытый канал расположен таким образом, что изолируется от упомянутой полости боковой поверхностью большей ступени двухступенчатого поршня вблизи крайнего нижнего положения последнего.

Большая по площади камера распределителя посредством запорного крана попеременно сообщена либо с первой, либо со второй и постоянно сообщена с третьей кольцевой канавкой управляющего устройства.

Кроме того, свайный молот снабжен дополнительным средством (устройством), включающим, по меньшей мере, один управляемый упор, который в одном положении не взаимодействует с ударником, а в другом положении контактирует с верхним торцом ударника в конце заданного холостого хода последнего.

Технический результат, который может быть получен при использовании изобретения, заключается в повышении надежности и увеличении КПД молота.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлен продольный разрез и принципиальная схема свайного молота (в дальнейшем молота).

Молот состоит из силового цилиндра 1, жестко соединенного с наголовником сваи 2. В осевой цилиндрической расточке цилиндра 1 как в направляющих подвижно вдоль оси размещены ударник 3 и ниже расположенный двухступенчатый поршень 4. В представленном на чертеже крайнем нижнем положении ударник 3 крайним нижним торцом опирается на торцевую поверхность меньшей по диаметру ступени поршня 4. Двухступенчатый поршень 4 совместно с ударником 3 и цилиндром 1 образует верхнюю полость 5, постоянно сообщаемую с атмосферой по каналу 6, снабженному обратным клапаном 7, среднюю полость 8, постоянно сообщаемую с напорной линией 9, гидропневматическим аккумулятором 10 и насосом Н, а также нижнюю полость 11, расположенную под большой ступенью поршня 4 и по каналам 12, 13 через гидравлический распределитель 14 попеременно сообщаемую с напорной линией 9 или сливной линией 15 и сливным баком Б. Канал 13 снабжен обратным клапаном 16, открывающимся в сторону полости 11. На торцах распределителя 14 образованы гидравлическая камера управления 17 меньшей площади, постоянно соединенная с напорной линией 9 по каналу 18, и камера управления 19 большей площади, по каналу 20 постоянно соединенная с управляющим устройством 21 через запорный кран 22. Управляющее устройство 21 размещено в корпусе гидропневматического аккумулятора 10 и включает двухступенчатый плунжер 23, большая по диаметру ступень которого свободным торцом постоянно размещена в полости «а», сообщаемой по каналу 24 с напорной линией 9. Другой торец большей ступени плунжера 23 постоянно находится в кольцевой полости «б», сообщаемой со сливной линией 15 по каналу 25. Свободный торец меньшей ступени плунжера 23 постоянно контактирует с торцевой поверхностью поршня 26, которая обращена в гидравлическую полость «в» аккумулятора, постоянно соединенную с напорной линией 9 по каналу 27. В управляющем устройстве 21 выполнены охватывающие большую ступень плунжера 23 кольцевые канавки 28, 29 и 30, которые по каналам 31, 32 и 33 постоянно через запорный кран 22 соединены с камерой управления 19.

При положении запорного крана 22 в поз.1 (см. чертеж) кольцевые канавки 29 и 30 сообщаются с камерой управления 19, а кольцевая канавка 28 от указанной камеры изолирована. При положении запорного крана 22 в поз.II кольцевая канавка 29 изолирована, а кольцевая канавка 28 и по-прежнему канавка 30 сообщаются с камерой управления 19.

Между верхним днищем цилиндра 1 и торцом ударника 3 расположена изолированная полость 34, заполненная воздухом под атмосферным давлением и соединенная с атмосферой по каналу 35, снабженному обратным клапаном 36. В окружающих полость 34 стенках силового цилиндра 1 размещено дополнительное устройство молота, включающее управляемый упор 37 (на чертеже показано 2 упора). В положении, показанном на чертеже, упоры 37 выключены и не могут взаимодействовать с ударником 3 молота. В другом положении упоров 37 (показано пунктиром) ударник 3 контактирует с ними своим верхним торцом при подъеме до заданного верхнего положения (укороченный холостой ход). Для управления положением упоров 37 служит гидроцилиндр 38, который по каналам 39 и 40 через запорный кран 22 сообщается с напорной 9 и сливной 15 линиями.

Газовая полость «г» гидропневматического аккумулятора 10 заполняется сжатым газом под давлением через штуцер 41. Герметизация внутренних полостей молота обеспечивается мягкими уплотнениями 42 и 43.

Работает молот следующим образом.

В исходном положении ударник 3 и двухступенчатый поршень 4 занимают крайнее нижнее положение в силовом цилиндре 1, при этом ударник 3 нижним торцом упирается в торцевую поверхность меньшей ступени двухступенчатого поршня 4. Канал 12 боковой поверхностью поршня 4 изолирован от заполненной рабочей жидкостью полости 11. Поршень 26 аккумулятора 10 и постоянно контактирующий с ним двухступенчатый плунжер 23 управляющего устройства 21 занимают крайнее верхнее (на чертеже) положение под действием сжатого газа, заполняющего полость «г». Гидравлический распределитель 14 и запорный кран 22 находятся в позициях I. Большая камера управления 19 гидравлического распределителя 14 через кран 22 и управляющее устройство 21 по каналам 20, 33, 25 и кольцевой канавке 30 соединена со сливной линией 15. Управляющие упоры 37 «выключены».

При включении в работу насоса Н жидкость под давлением по каналам 9 и 18 поступает в полость 8 и камеру 17, а по каналам 27 и 24 - в гидравлическую полость «в» аккумулятора 10 и полость «а» управляющего устройства 21. Под действием жидкости двухступенчатый поршень 4 и гидравлический распределитель 14 сохраняют свое исходное положение, а поршень 26 аккумулятора и плунжер 23 совместно перемещаются вниз (по чертежу). При этом газ, заполняющий полость «г», дополнительно сжимается, происходит накопление механической энергии. Перемещаясь вниз, плунжер 23 свободным торцом большей ступени сообщает с полостью «а» и, следовательно, с напорной линией 9 кольцевую канавку 28, одновременно своей боковой поверхностью изолируя кольцевую канавку 30 и, следовательно, камеру управления 19 от сливной линии 15. Так как кольцевая канавка 28 при положении крана 22 в позиции I изолирована от камеры 19, то соединение упомянутой канавки с полостью «а» никаких последствий не имеет. При дальнейшем перемещении плунжера 23 вниз кольцевая канавка 30 остается изолированной от сливной линии 15, но теперь с полостью «а» и, следовательно, с напорной линией 9 соединяется кольцевая канавка 29. При положении крана 22 в позиции I канавка 29 по каналам 32 и 20 сообщает камеру 19 с напорной линией 9. В результате давление жидкости в камере 19 становится одинаковым с давлением жидкости в камере управления 17. Так как камера 19 по площади превосходит камеру 17, то на золотник распределителя действует направленная вниз (по чертежу) осевая сила. Под действием указанной силы золотник перемещается вниз в поз.II, изолируя нижнюю полость 11 силового цилиндра от сливной линии 15 и соединяя ее с насосом Н, напорной линией 9 и с гидравлической полостью «в» аккумулятора 10. Рабочая жидкость от насоса Н и из гидравлической полости «в» аккумулятора 10 под действием сжатого газа в полости "г", открывая обратный клапан 16, по каналу 13 устремляется в нижнюю полость 11 силового цилиндра 1. Давление рабочей жидкости в полости 11 стремительно возрастает и становится равным давлению в напорной линии 9. В результате поршень 4 приходит в движение и, вытесняя жидкость из средней камеры 8, ускоренно перемещается вверх (по чертежу), толкая в том же направлении ударник 3. Происходит холостой ход. Во время холостого хода под действием жидкости, поступающей в полость 11, силовой цилиндр 1 молота перемещается вниз (по чертежу) и, упираясь в сваю 2 наголовником, толкает последнюю на некоторую глубину в грунт. В это время двухступенчатый поршень 4, перемещаясь вверх, вблизи своего крайнего верхнего положения боковой поверхностью большей ступени перекрывает канал, соединяющий полость 8 с напорной линией 9, изолируя часть жидкости. Давление жидкости в полости 8 резко возрастает, и на двухступенчатый поршень 4 действует значительная по величине сила, направленная вниз. Под действием указанной силы двухступенчатый поршень 4 на некотором пути затормаживается и останавливается. В это время ударник 3 по инерции продолжает движение вверх. Контакт ударника 3 с поршнем 4 прекращается. Находясь в поле гравитационной силы, ударник 3 движется вверх равнозамедленно, и на заданной высоте его скорость становится равной 0. Завершается холостой ход. За счет движения ударника 3 при холостом ходе в изолированной полости 34 молота происходит сжатие находящегося в ней воздуха, а в верхней полости 5 возникает разрежение. В результате на ударник 3 действует дополнительная сила, направленная против движения. Благодаря этому длина холостого хода ударника уменьшается, что позволяет при заданной энергии удара значительно уменьшить габариты молота. После остановки в крайнем верхнем положении ударник 3 под действием собственного веса и давления воздуха в полости 34, а также за счет разрежения в полости 3 начинает ускоренное движение вниз, совершая рабочий ход. Как отмечалось выше, ускоренное перемещение двухступенчатого поршня 4 вверх во время холостого хода происходит благодаря одновременному поступлению в полость 11 рабочей жидкости от насоса Н и из гидравлической полости «в» аккумулятора 10. При этом поршень 26 аккумулятора и контактирующий с ним плунжер 23 управляющего устройства 21 под действием сжатого воздуха в полости «г» перемещаются вверх до тех пор, пока не займут свое исходное положение. Вследствие этого кольцевые канавки 28 и 29 вновь изолируются от напорной линии 9, а кольцевая канавка 30 соединяется со сливной линией 15. В результате камера управления 19 распределителя 14 по каналам 20, 33 и 25 через запорный кран 22, кольцевую канавку 30 и полость «б» снова соединяется со сливной линией 15. Под давлением жидкости, находящейся в камере 17, золотник распределителя 14 возвращается в исходное положение, занимая поз.1 и соединяя тем самым нижнюю полость 11 со сливной линией 15. Под давлением жидкости, поступающей в полость 8 из напорной линии 9, двухступенчатый поршень 4 теперь перемещается вниз, вытесняя часть жидкости из полости 11 по каналу 12 и линии 15 через распределитель 14 в сливной бак Б. Движение двухступенчатого поршня 4 вниз продолжается до тех пор, пока его большая ступень своей боковой поверхностью не перекроет канал 12, изолируя полость 11 от слива. Слив жидкости по каналу 13 невозможен из-за наличия обратного клапана 16. В результате в полости 11 резко увеличивается давление жидкости. Под действием этого давления поршень 4 затормаживается и останавливается вблизи своего крайнего нижнего положения. В это время ударник 3, совершающий рабочий ход, ускоренно движется вниз (по чертежу), приобретает максимальную скорость и вблизи своего крайнего нижнего положения наносит удар по верхнему торцу поршня 4. После соударения ударник 3 и поршень 4, совершая совместное движение вниз, дополнительно сжимают жидкость в изолированной полости 11. За счет этого в полости 11 развивается весьма значительное давление, под действием которого цилиндр 1 снова движется вниз, сообщая второй импульс погружаемой в грунт свае 2. Одновременно под действием давления жидкости в полости 11 ударник 3 и двухступенчатый поршень 4 затормаживаются на расчетном пути и останавливаются в крайнем нижнем положении. После остановки поршня 4 поступление жидкости в среднюю полость 8 прекращается и вся жидкость от насоса Н направляется в гидравлическую полость «в» аккумулятора 19. Под действием жидкости, поступающей в полость «в», поршень 26 и плунжер 23 снова приходят в движение вниз до тех пор, пока распределитель 14 не переместится снова в положение II. Далее цикл автоматически повторяется.

Благодаря наличию дополнительного устройства предлагаемый молот может не только погружать, но и извлекать погруженные сваи из грунта. Происходит это следующим образом. Запорный кран 22 вручную перемещается из положения I в положение II. Вследствие этого изменяется направление движения жидкости через гидроцилиндр 38. Одновременно кольцевая канавка 29 управляющего устройства 21 разобщается, а кольцевая канавка 28 соединяется с управляющей камерой 19 распределителя 14.

При указанном положении запорного крана 22 после включения в работу насоса Н упоры 37 перемещаются в положение, указанное на чертеже пунктиром. Одновременно жидкость поступает в гидравлическую полость «в», происходит накопление рабочей жидкости в аккумуляторе 10 описанным выше образом. Процесс накопления жидкости прекращается тогда, когда посредством плунжера 23 с полостью «а» соединяется кольцевая канавка 28, а не 29, как в вышеописанном случае. Из рассмотрения чертежа очевидно, что при этом объем жидкости, накопленный в аккумуляторе, значительно меньше, чем в случае погружения свай.

После соединения кольцевой канавки 28 с полостью «а» золотник распределителя 14 перемещается в поз.II и в нижнюю полость 11 поступает рабочая жидкость из аккумулятора 10 и от насоса Н. Происходит холостой ход.

Указанный процесс совершается вышеописанным образом, однако энергия, сообщаемая ударнику, в данном случае значительно меньше, чем в случае погружения сваи. Вследствие этого ударник 3 совершает укороченный холостой ход. В конце холостого хода ударник своим верхним торцом ударяет по упорам 37, через посредство последних сообщая ударный импульс силовому цилиндру 1. В результате цилиндр 1 перемещается вверх, увлекая за собою механически соединенную с ним погруженную в грунт сваю. Для извлечения сваи из грунта требуется сравнительно небольшая энергия удара. Обеспечение такой энергии достигается за счет перестановки запорного крана 22 из положения I в положение II. При подобной перестановке кольцевая канавка 29 изолируется от камеры управления 19, а кольцевая канавка 28 соединяется с последней.

Для поддержания заданной эффективности верхняя полость 5 молота соединена с атмосферой каналом, снабженным обратным клапаном 7, открывающимся наружу, а изолированная полость 34 соединена с атмосферой по каналу, снабженному обратным клапаном 36, открывающимся внутрь указанной полости.

Применение изобретения позволит увеличить КПД и повысить надежность молота. Кроме того, предлагаемый свайный молот может быть легко преобразован в устройство для ударного трамбования грунта.

Возможность использования молота по другим, кроме погружения свай, назначениям значительно расширяет область его эффективного применения.

1. Свайный молот, включающий поршневой гидропневматический аккумулятор, гидравлический распределитель с гидравлическими камерами управления на торцах, каналы, напорную и сливную линии и жестко соединенный с наголовником вертикальный силовой цилиндр, с внутренней цилиндрической поверхностью которого сопряжены подвижные вдоль его оси ударник и расположенный под ним двухступенчатый поршень, периодически контактирующий торцем своей меньшей по диаметру ступени с нижним торцем ударника в крайнем нижнем положении последнего и совместно с силовым цилиндром и упомянутым ударником образующий расположенные вдоль оси три изолированные друг от друга полости, верхняя из которых через обратный клапан постоянно сообщена с атмосферой, а средняя - с напорной линией и аккумулятором, отличающийся тем, что нижняя по положению полость, расположенная под большей по диаметру ступенью двухступенчатого поршня, заполнена рабочей жидкостью и попеременно сообщена либо с напорной линией и аккумулятором, либо со сливной линией через гидравлический распределитель, меньшая по площади камера управления которого постоянно соединена с напорной линией, а большая по площади камера попеременно сообщена либо с напорной, либо со сливной линиями посредством управляющего устройства, выполненного в виде соосно подвижного вдоль оси двухступенчатого плунжера, большая по диаметру ступень которого свободным торцем постоянно размещена в полости, соединенной с напорной линией, а другим торцем - в кольцевой полости, сообщенной со сливом, при этом меньшая по диаметру ступень двухступенчатого плунжера своим свободным торцем постоянно контактирует с торцевой поверхностью поршня, обращенной в гидравлическую полость гидропневматического аккумулятора.

2. Свайный молот по п.1, отличающийся тем, что управляющее устройство имеет охватывающие большую ступень двухступенчатого плунжера и расположенные вдоль его оси три постоянно соединенные каналами с большей камерой распределителя кольцевые канавки, две из которых посредством большей ступени двухступенчатого плунжера либо изолированы, либо поочередно сообщены с напорной линией, а третья канавка либо сообщена со сливной линией, либо изолирована в зависимости от того, опорожнена гидравлическая полость аккумулятора или заполнена заданным объемом рабочей жидкости, нижняя полость силового цилиндра соединена с распределителем посредством двух параллельных каналов, первый из которых снабжен обратным клапаном, открывающимся в упомянутую полость, при этом второй, постоянно открытый канал, расположен таким образом, что изолирован от упомянутой полости боковой поверхностью большей ступени двухступенчатого поршня вблизи крайнего нижнего положения последнего.

3. Свайный молот по п.1 или 2, отличающийся тем, что большая по площади камера распределителя попеременно сообщена либо с первой, либо со второй и постоянно сообщена с третьей кольцевой канавкой управляющего устройства посредством запорного крана, при этом молот снабжен дополнительным средством, включающим, по меньшей мере, один управляемый упор, который в одном положении не взаимодействует с ударником, а в другом положении контактирует с верхним торцем ударника в заданном верхнем положении последнего.