Установки для наклонно-направленного бурения. Машины и оборудование для свайных работ

    Паровоздушные сваебойные молоты приводятся в действие силой пара или сжатого воздуха, воздействующих непосредственно на ударную часть молота, и подразделяются на паровоздушные молоты простого действия и паровоздушные молоты двойного действия. В молоте простого, действия сила пара или сжатого воздуха используется только для подъема ударной части молота, а в молотах двойного действия полезную работу выполняет не только масса падающей ударной части молота, но и давление пара или сжатого воздуха на поверхность бойка, увеличивающее скорость его падения и соответственно энергию удара.

    Устройство  паровоздушного молота простого действия с полуавтоматическим управлением показано на рис.1. Ударной частью такого молота является тяжелый цилиндр 1. Поршень 3 и его полый шток 5, проходящий сквозь отверстие в крышке цилиндра 4, остаются (по отношению к свае) неподвижными во время работы молота. Цилиндр молота приливами 18 с закрепленными на них планками удерживается в направляющих. В приливах 18 имеются отверстия для направляющей штанги 16, опирающейся нижним концом через пяту 19 на головку забиваемой сваи. На верхнем конце штанги закреплена головка 15 с корпусом парораспределительного устройства 12. Внутри полого штока 5 находятся два поршня 2 и 13, соединенных тягой 14, которая серьгой 7 и шатуном 10 подвешена на коленчатом валу 11 механизма управления парораспределением и может вместе с поршнем перемещаться внутри полого штока вверх или вниз при повороте вала 11 управления в ту или другую сторону под воздействием рычага 9.

    

    Рис. 1. Паровоздушный лот простого действия

    При работе сваебойного молота простого (одиночного) действия с полуавтоматическим управлением после удара цилиндра по свае пар или сжатый воздух, поступающий  в полый шток поршня, проходит через  отверстия 17 в штоке в надпоршневую полость цилиндра и поднимает его вверх. Вместе с цилиндром поднимается установленная на крышке 4 рейка 6, которая имеет скошенные на определенных участках боковые грани. На определенной высоте рейка скошенной гранью воздействует на колено 8 вала управления, который с посаженным на нем шатуном повернется на некоторый угол и переведет в верхнее положение тягу 14 с поршеньками 2 и 13. При подъеме тяги нижний поршенек 2 поднимается выше отверстий 17 в полом штоке 5. Пар или сжатый воздух из надпоршневой полости через отверстия 17 в полом штоке и выходное отверстие 20 в нижней части цилиндрической полости молота получает возможность выхода в атмосферу, а цилиндр под действием собственной массы устремляется вниз и наносит удар по голове сваи. Для подъема цилиндра поворачивают коленчатый вал И натяжением веревки, прикрепленной к одному из плечей рычага 9, при этом поршень 2 вернется в нижнее положение и позволит пару или сжатому воздуху вновь поступать в надпоршневую полость цилиндра.

    Паровоздушные молоты двойного действия. Корпус свайных молотов двойного действия при работе остается неподвижным по отношению к свае, удары по свае наносит массивный шток с поршнем, совершающий возвратно-поступательное движение внутри цилиндра (корпуса). Парораспределение осуществляется автоматически, благодаря чему частота ударов доходит до 120 — 300 в мин.

    Корпус  молота (рис. 2) состоит из трех отдельных частей 1,2 и 3, герметически соединенных между собой и крышкой 4 болтами 5. В средней части — цилиндре 2 — . движется поршень 6, верхняя 3 и нижняя части корпуса служат направляющими для штока поршня. Нижней частью молот установлен на опорную плиту 7. Стяжные болты 5 в нижней части имеют упоры, удерживающие от выпадения опорную плиту 7. Парораспределение осуществляется золотником А и клапанами а и б.

    Паровоздушные молоты выпускают с массой ударной  части от 1250 до 8000 кг, энергией удара  от 18750 до 100 000 Н-м.

    Дизель-молоты. В дизель-молотах используется энергия, высвобождающаяся при воспламенении топлива. Рабочий процесс дизель-молота аналогичен процессу двухтактного дизеля. При воспламенении топлива образовавшимися газами подбрасывается тяжелый поршень, при обратном падении которого наносится удар по свае.

      Рис. 2. Паровоздушный молот двойного действия

    Часть энергии взрыва также воздействует на сваю (по принципу отдачи при выстреле).

    Дизель-молоты по конструкции разделяются на штанговые  и трубчатые.

    В состав штангового дизель-молота (рис. 3) входят следующие основные элементы: блок-поршень 1, отлитый заодно с основанием, цилиндр 2, направляющие штанги 9 и топливный насос 10. Основание поршня имеет гнезда для штанг и приливы с лапами для удержания молота в направляющих мачты. В гнездах основания поршня устанавливаются и закрепляются направляющие штанги 9, на которые надевается цилиндр 2, являющийся ударной частью дизель-молота. На эти же штанги надевается кошка 8, которая может перемещаться по штангам для подъема крюком 5 ударной части молота при запуске его в работу. В верхней части штанги соединяются между собой траверсой 6, имеющей приливы 7 для удержания молота в направляющих.

    

    Основание поршневого блока связано серьгой 12 со сферической плитой 13 и наголовником 14, образующими шарнирную опору. Топливный насос 10 установлен на основании поршневого блока. Он приводится в действие рычагом 3 и подает порцию горючего по топливопроводу 11, проходящему внутри поршня к форсунке 4.

    Для пуска дизель-молота следует цилиндр  поднять кошкой в верхнее положение. При повороте крюка 5 цилиндр освобождается от кошки и по направляющим штангам скользит вниз. Воздух, заполнивший полость цилиндра, быстро сжимается и нагревается. Падающий цилиндр наносит удар по свае и одновременно приливом нажимает на толкатель топливного насоса 10. Происходит впрыск порции горючего форсункой 4 в цилиндр. Топливо в среде сильно нагретого воздуха воспламеняется, и силой взрыва цилиндр отбрасывается вверх по направляющим штангам. Газы, образовавшиеся при воспламенении горючего во внутренней полости цилиндра, уходят в окружающую атмосферу и полость вновь заполняется воздухом. Цилиндр быстро теряет скорость и под действием силы тяжести собственной массы падает вниз. Число ударов, наносимых по свае, достигает 50 — 60 в 1 мин. Штанговые дизель-молоты выпускаются с массой ударной части 1400 — 2500 кг и более.

    Трубчатый дизель-молот (рис.4) имеет неподвижный рабочий цилиндр /, усиленный ребрами жесткости. Ударной частью является тяжелый поршень 2 с уплотнительными кольцами в нижней головной части.

    

    Рис. 4. Трубчатый дизель- молот

     

    Головная  часть поршня состоит из усеченного конуса, цилиндра меньшего диаметра и сферы. При работе молота сферическая головка поршня ударяет по свае через пяту 3, в которой есть такая же сферическая выемка. В нижней части пята имеет центр 4, вдавливаемый в торец деревянной сваи. В верхнем торце поршня имеется полость для смазки. Полость закрывается цилиндрической пробкой 8 с рым-болтом 6. Трубчатый дизель-молот оснащен топливным насосом 5 низкого давления, который подает топливо дозированно из расходного резервуара 7, расположенного с внешней стороны цилиндра. Насос автоматически включается поршнем при его движении вниз. Для выхода из цилиндра отработанных газов и подачи свежего воздуха в цилиндр имеются трубки 6, приваренные к корпусу рабочего цилиндра под углом.

    Работает  трубчатый дизель-молот так же, как штанговый, по принципу двухтактного дизеля, с той лишь разницей, что горючее распыляется не форсункой, а ударом сферической головки поршня бойка по сферической выемке, в которую стекает топливо, поданное топливным насосом.

    Трубчатые сваебойные молоты выпускаются с массой ударной части 500 — 5000 кг. Число ударов в 1 мин достигает 50 — 55. Созданы также трубчатые дизель-молоты с массой ударной части 9000 кг. Параметры сваебойных молотов определены ГОСТ 7888 — 73.

    Вибропогружатели  и вибромолоты.

    Вибропогружатель — вибрационная машина для погружения в грунт свай, шпунтов, труб и др. Вибропогружатели применяют также для извлечения этих элементов из грунта.

    В строительном производстве вибропогружающие машины применяются для погружения железобетонных свай сплошных и свай-оболочек в маслосвязные грунты. В сухих несвязных грунтах вместе с вибропогружением применяется подмыв.

    Вибропогружатель  состоит из корпуса и размещенных внутри него 2-4 горизонтально расположенных валов с неуравновешенными массами-дебалансами, вращающимися с одинаковой угловой скоростью в разные стороны. Дебалансы на валах размещены таким образом, что создаваемые ими центробежные силы инерции в горизонтальной плоскости взаимно уравновешиваются, а в вертикальной плоскости суммируются, вызывая направленные колебания вибропогружающей машины и связанной с ним сваи.

    Продольно направленные колебания, сообщаемые свае, разрушают связь между частицами  грунта и грунта со сваей, вследствие чего уменьшается трение боковых  поверхностей сваи о грунт, и свая под влиянием собственной массы и массы вибропогружающей машины заглубляется в грунт.

    Необходимо, чтобы амплитуда колебаний, вызываемых вибропогружателем, была больше, чем  величина упругой деформации грунта, в противном случае свая не будет  погружаться.

    Вибрационные машины разделяются на вибропогружатели и вибромолоты. По числу колебаний разделяются на низкочастотные (с частотой 300 — 500 колебаний в 1 мин.) и высокочастотные с частотой 700 — 1500 колебаний в 1 мин).

    

    Рис. 5. Вибронагружатель ВП-1

    а — общий вид; б — схема положения  дебалансов за один оборот валов 

    Вибропогружатель  жестко связывается со сваей, вследствие чего вызываемые им направленные колебания  передаются свае. Низкочастотный вибропогружатель ВП-1 (рис. 5) состоит из стального корпуса 3, четырех валов 4 с дебалансами 5, электродвигателя 1, установленного на крышке корпуса, зубчатой передачи 2 от электродвигателя к валам эксцентриков и оголовника 6 для соединения с оголовником сваи.

     

    На рис. 5, б показана схема расположения дебалансов вибропогружателя через каждые 90° их поворота. Из схемы видно, что при вращении дебалансов в разные стороны горизонтальные составляющие центробежной силы взаимно уравновешиваются, а вертикальные составляющие складываются, создавая направления в вертикальной плоскости колебания системы.

    Для снижения вибрации электродвигателя и  продления срока его службы в  ряде конструкций вибропогружателей  его устанавливают на плите, отделенной от корпуса вибраторов пружинами. Помимо того, что плита является основанием, она выполняет роль пригрузочной массы, что улучшает характеристику вибропогружателя.

     

    

    Рис. 6. Схема вибромолота

    Выпускают вибропогружатели с возмущающей силой от 19,1 до 184 т с частотой вращения эксцентриков от 420 до 1500 в мин-1, масса вибропогружателей от 2,5 до 11 т.

    Вибромолот  является ударно-вибрационной машиной  для забивки в грунт и извлечения из него свай, шпунтов, труб и т. д., а также рыхления и уплотнения грунтов путем совместного воздействия ударов и вибрации.

    Вибромолот  отличается от вибропогружателя тем, что  его корпус не j имеет жесткой связи со сваей и тем, что при колебаниях корпуса возникают удары, воспринимаемые сваей.

    Вибромолот (рис. 6) имеет два электродвигателя 5 с дебалансами 6 на валах роторов. Корпусы электродвигателей закреплены на плите 4, имеющей с нижней стороны боек 7. Между плитой 4 и основанием / размещены пружины 3.

    При вынужденных колебаниях системы  вибратор бойком 7 наносит удары  по наковальне 2. Работа вибромолота  основана на совместном воздействии  вибрации и ударов на сваю и грунт, в результате чего увеличивается эффективность погружения сваи не только в водонасыщенные несвязные грунты, но и в более плотные.

    Выпускаются вибромолоты с возмущающей силой  от 11 000 до 218 000 Н, с числом ударов 480 — 1450 в 1 мин. Масса вибромолотов от 150 до 6500 кг.

    Самоходные  сваебойные устройства.

    Самоходные  сваебойные устройства, применяемые  в строительстве, изготовляют на базе гусеничных тракторов, шасси грузовых автомобилей или на базе одноковшовых экскаваторов.

    Главным параметром сваебойных установок является максимальная высота забиваемой сваи и масса ударной части молота. По способу навески рабочего органа самоходные установки разделяют на фронтальные и с боковой подвеской.

    Главным параметром сваебойных устройств является максимальная длина забиваемой сваи и масса ударной части молота, применяемого на данном агрегате. Сваебойный самоходный агрегат с фронтальной навеской (рис. 7) состоит из базового трактора 8, несущей рамы 9, опирающейся на ходовые тележки трактора, направляющей мачты / с дизель-молотом 12, монтажной стойки 6 и механизмов. Гидроцилиндр 2 с канатным полиспастом-мультипликатором обеспечивают подъем дизель-молота. Гидроцилиндром 4 изменяется угол наклона мачты /. При помощи гидроцилиндра 5, канатного полиспаста 3 и выносной стрелы 10 подтягивают сваи и устанавливают в положение для забивки под молотом. Соединение сваи с молотом осуществляется оголовком 11. Контргруз 7 уравновешивает навесное оборудование. При переводе агрегата из рабочего положения в транспортное положение его мачта укладывается на стойку 6.