Устройство для уплотнения грунта

Иллюстрации

Показать все

Изобретение относится к строительству для уплотнения грунта. Содержит корпус с плитой, электродвигатель, на валу которого жестко закреплен кривошип, соединенный шарнирно через шатун с ведомым кривошипом, на валу которого закреплен дебаланс. Звенья передачи имеют особое расположение осей шарниров: скрещенные под разными углами α1 и α2 и отстоящие на кратчайших расстояниях l1, l2, и связанные соотношением . Устройство обеспечивает регулируемое в широких пределах инерционное усилие, которое эффективно одновременно уплотняет грунт и перемещает вперед или назад устройство без силового участия оператора. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Реферат

Изобретение относится к строительству и может быть использовано в трамбовочных машинах и устройствах для уплотнения грунта.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство для погружения свай (Авт. св. СССР №1245656, М. кл. E02D 7/18. Опубл. 23.07.86. Бюл. №27).

Устройство содержит электродвигатель, на концах валов которого закреплены два ведущих кривошипа, шарнирно соединенные двумя шатунами с двумя ведомыми кривошипами с дебалансами на коренных шейках, при этом ось вращения вала электродвигателя перпендикулярна осям вращения ведомых кривошипов и расположены на расстоянии, равном длине шатуна. Оси шарниров кривошипов правой стороны расположены под углом α, а оси шарниров кривошипов левой стороны, под углом (180-α), при этом ведомые кривошипы закреплены в корпусе диаметрально противоположно.

Устройство снабжено двумя дополнительными ведомыми кривошипами с дебалансами, шарнирно смонтированными с основными ведомыми кривошипами и соединенными с ними через шатунные шейки, а их коренные шейки расположены в корпусе соосно.

Недостаток данного устройства заключается в сложности передаточного механизма, состоящего из двух ведущих кривошипов, двух шатунов и четырех ведомых кривошипов с дебалансами. Существенным основным недостатком является малое значение коэффициента неравномерности вращения ведомых кривошипов с дебалансами, следовательно, недостаточно сильным инерционным воздействием, чем и вызвано использование четырех кривошипов с дебалансами.

Устройство имеет одно положение осей вращения ведущих и ведомых кривошипов - перпендикулярное, что существенно ограничивает функциональный диапазон работы устройства и возможность регулирования инерционного воздействия на объект.

Силовые импульсы передаются только в вертикальном направлении, нет возможности использовать их под углом, что также снижает функциональность работы.

Цель изобретения - упрощение конструкции устройства и повышение эффективности работы при уплотнении грунта.

На фиг. 1 изображен общий вид устройства; на фиг. 2 - график изменения инерционных усилий; на фиг. 3 - схема сил воздействия при наклоне корпуса с дебалансами; на фиг. 4 - фото опытного образца корпуса 6 с передаточными звеньями 2, 3, 4 и дебалансом 5.

Отличительными признаками предложенного устройства по сравнению с прототипом являются:

- существенное упрощение конструкции за счет сокращения количества подвижных звеньев - в предложенном их 3, а у прототипа 10;

- геометрические оси шарниров корпуса и шатуна скрещены под углом α2, принимающие значения от 30 до 90°, в прототипе только под углом 90°;

- в разы больше коэффициент δ неравномерности вращения дебалансов: при α2=30° диапазон от 2,59 до 27,71: при α2=45° диапазон от 1,42 до 4,44; у прототипа диапазон от 0,59 до 1,15 (см. таблицу 1), следовательно, эффект воздействия у прототипа значительно и существенно меньше;

- корпус связан шарнирно с плитой с возможностью поворота на угол β вперед или назад, что дает самопередвижение устройства без усилий оператора, в прототипе корпус со сваей связан жестко;

- силовые импульсы передаются как вертикально, так и наклонно по отношению к плите, у прототипа только вертикально;

- значения углов скрещивания α1 и α2, l1 и l2 и их соотношение , в прототипе l=l1sinα;

Указанная цель достигается тем, что на валу электродвигателя 1 (фиг. 1) закреплен один кривошип 2, шарнирно связанный шатуном 3 с ведомым кривошипом 4, с которым жестко связан дебаланс 5.

Электродвигатель 1, вал 2' вращения ведущего кривошипа 2 и вал 4' ведомого кривошипа 4 расположены в корпусе 6 под углом скрещивания α2.

Особенность кривошипов, шатуна и корпуса - в особом расположении геометрических осей их шарниров, совокупность которых существенно влияет на величину и регулировку в большом диапазоне силы инерции.

Так, оси шарниров кривошипов 2 и 4 скрещены (скрещены - значит нигде не пересекаются и не параллельны между собой) под углом α1 и отстоят на кратчайшем расстоянии l1, а оси шарниров шатуна 3 и геометрические оси валов 2' и 4' кривошипов 2 и 4 скрещены под углом α2 и расположены на кратчайшем расстоянии l2. При этом параметры связаны соотношением

Угол α1 может принимать значения от 10 до 50°, а угол α2 - от 30 до 90°. Следует отметить, что кратчайшие расстояния у шарниров кривошипов и корпуса измеряются не по материальному телу, а расположены вне тела.

Корпус 6 связан шарнирно с плитой 7 посредством пальца 8. Корпус 6 вместе с расположенным на нем кривошипом с дебалансом 5 может изменять угол наклона по отношению к плите 7 как вперед, так и назад. Изменение угла осуществляется посредством рычага 9 и тяги 10. Рычаг 9 шарнирно связан с плитой 7 и шарнирно с корпусом 6 тягой 10. Рычаг 9 фиксирует одно из положений корпуса 6 на зубчатом секторе 11 посредством защелки (на схеме не показана).

Для ручного перемещения устройства оно снабжено тягой 12, шарнирно связанной с плитой 7.

Устройство работает следующим образом.

От электродвигателя 1 вращение передается ведущему кривошипу 2, который через шатун 3 вращает ведомый кривошип 4 с дебалансом 5. За счет особого расположения осей шарниров кривошипов 2 и 4, шатуна 3 и осей корпуса 6, ведомый кривошип 4 вместе с дебалансом 5 будут иметь переменную на одном обороте угловую скорость, коэффициент неравномерности вращения которой определяется выражением

Максимальное ωmax и минимальное ωmin значение угловой скорости ведомого кривошипа с дебалансом определяются выражениями

где ω - угловая скорость ведущего кривошипа 2.

При изменении угловой скорости появляется ускорение вращающегося дебаланса 5, равное

где r - расстояние от оси вращения дебаланса до центра его массы;

ω - угловая скорость вращения дебаланса;

γ - угловое ускорение вращения дебаланса.

В результате появляется сила инерции Р, равная Р=m·a (здесь m - масса дебаланса).

В моменты, когда угловая скорость ω вращения дебаланса принимает максимальное и минимальное значения, угловое ускорение равно нулю и максимальное и минимальное значение силы инерции соответственно равны

Пример конструктивного воплощения устройства, при принятой массе дебаланса m=10 кг, r=0,1 м, ω=10 с-1, α1=20°, минимальный и максимальный импульсы будут равны:

При α1=60° и тех же данных m=10 кг, r=0,1 м, ω=10 с-1 импульсы равны

Как видно из примера, с увеличением угла α1 значительно увеличивается величина силы инерции, при этом максимальное значение силы при угле α1=20° будет в 4,2 раза больше минимального, а при угле α1=60° максимальное значение в 192 раза больше минимального значения силы.

На фиг. 2 обозначено: Pmax, Pmin, Fтр - сила трения плиты о поверхность грунта. Площадь, ограниченная кривой P=f(t) и находящаяся над осью абсцисс (ось времени одного оборота), представляет собой импульс силы в направлении вниз перпендикулярно плоскости плиты, при этом корпус 6 устройства расположен вертикально, т.е. перпендикулярно плоскости плиты.

Площадь кривой P=f(t), находящаяся под осью абсцисс этого графика, представляет собой импульс силы Р в противоположном направлении.

В соответствии с законом сохранения количества движения величины этих импульсов равны, т.е. равны площади над осью и площадью под осью абсцисс. Однако вследствие неравномерности вращения дебаланса амплитуда силы Р вниз существенно превышает амплитуду силы Р в противоположном направлении, чем создается эффективность уплотнения. Это уплотнение будет осуществляться на одном месте под плитой.

Для перемещения устройства вперед необходимо рычаг 9 переместить назад, в результате тяга 10 повернет корпус 6 вместе с дебалансов на некоторый угол β и сила инерции будет направлена под углом β (фиг. 3а). Сила Р разложится на две силы: вниз - Рвн=Pcosβ и вперед - Рвп=Psinβ.

Сила Рвн будет уплотнять грунт, а сила Рвп будет перемещать устройство вперед без усилия оператора. Ход перемещения будет зависеть от угла β и соотношения сил Рвп и силы трения Fтр=mgf (f - коэффициент трения).

На графике фиг. 2 показана сила трения, которая больше минимальной силы инерции Pminвн, движение устройства назад не происходит. Так как сила Рвп превосходит силу трения, устройство будет перемещаться вперед, одновременно уплотняя грунт.

Для движения назад необходимо рычаг 9 повернуть вперед, тяга 10 повернет корпус 6 вперед, составляющая Рвп силы инерции (фиг. 3б) будет направлена назад и, соответственно, движение устройства будет назад.

Таким образом, устройство одновременно выполняет уплотнение грунта и перемещение вперед или назад без силового участия оператора. Процесс уплотнения и перемещения устройства осуществляется от одного источника-электродвигателя.

На фиг. 4 показано фото опытного образца корпуса с подвижными звеньями 2, 3, 4 и 5, в устройстве угол α2 равен 45°.

Регулирование силового импульса в устройстве можно осуществлять еще на стадии проектирования, т.е. назначения углов скрещивания осей шарниров α1 и α2, от которых зависит коэффициент неравномерности вращения дебалансов. Варианты параметров кривошипов (α1, l1), определенные по выражению (2), шатуна и корпуса (α2, l2=200 мм) приведены в таблице 1(l2 принято равным 200 мм).

Из таблицы видно, что наибольшее значение коэффициент δ неравномерности вращения дебаланса принимает при угле скрещивания α2 осей вращения кривошипов (осей корпуса 6) и шатуна, равном 30 и 45°, угол α1 целесообразен от 20 до 30°.

Углы скрещивания α2=60° и особенно α2=90° нежелательны из-за незначительного коэффициента неравномерности вращения и малой эффективности воздействия инерционной силы.

Это убедительное подтверждение существенного недостатка у прототипа, у которого использованы четыре дебаланса вместо одного у предложенного устройства.

Регулировать степень уплотнения можно частотой вращения дебалансов, т.е. изменением частоты вращения вала электродвигателя. Дополнительно можно увеличить эффект уплотнения добавлением сменных дебалансов, а также увеличением веса плиты или ее нагружением дополнительным грузом.

1. Устройство для уплотнения грунта, содержащее электродвигатель, закрепленный на его валу кривошип и шарнирно соединенный с ним посредством шатуна ведомый кривошип с дебалансом, размещенные на корпусе с плитой, отличающееся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения эффективности работы устройства, геометрические оси шарниров кривошипов скрещены под одинаковым углом α1 и расположены на кратчайшем расстоянии l1, а геометрические оси шарниров шатуна и геометрические оси вращения кривошипов (оси корпуса) скрещены под углом α2 и отстоят на кратчайшем расстоянии l2, при этом параметры связаны соотношением

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что корпус связан с плитой шарнирно с возможностью поворота и снабжен фиксирующим устройством, например, рычажным с защелкой.