Современные зарубежные свайные дизель молоты

Содержание ВВЕДЕНИЕ 1. НОВЫЕ ТРУБЧАТЫЕ ДИЗЕЛЬ-МОЛОТЫ С УДАРНЫМ РАСПЫЛИВАНИЕМ ТОПЛИВА фирмы DELMAG (ФРГ) 2. НОВЫЕ ДИЗЕЛЬ-МОЛОТЫ фирмы BRITISH STEEL PILING (Англия) 3. НОВЫЕ ДИЗЕЛЬ-МОЛОТЫ фирм KOBE STEEL и ISHIKAWAJIMA HARIMA (Япония)
Заключение Список литературы:
ВВЕДЕНИЕ Трубчатые дизель-молоты с ударным распыливанием топ­лива и со свободным падением ударной части широко при­меняются в СССР и за рубежом для завивки в грунт различ­ных свайных элементов. Молоты этого типа обеспечивают со­вокупное воздействие на сваю удара и усилия от взрыва топ­лива в камере сгорания, что существенно увеличивает эффек­тивность сваебойных работ. Ярко выраженная тенденция к повышению производитель­ности и эффективности всех видов строительных работ отра­жается и на требованиях к сваебойным молотам. Однако возможности дальнейшего повышения эффективности молота путем увеличения энергии удара для молота с регламентиро­ванной массой ударной части практически исчерпаны. Даль­нейшее повышение энергии удара возможно путем увеличения скорости ударной части в момент удара (что ограничивается прочностью забиваемой сваи) или путем увеличения высоты подскока ударной части (что приводит к снижению частоты ударов). Эти граничные условия и предопределяют основное направление повышения эффективности сваебойных работ — повышение единичной мощности сваебойного молота. Единич­ная, мощность дизель-молота может быть повышена двумя способами — увеличением массы ударной части и повышением частоты ударов. Увеличение массы ударной части дизель-молота до 7500 и 15000 кг позволяет забивать в грунт тяжелые и сверхтяжелые сваи-оболочки, заменяющие собой десятки свай средних типо­размеров, что позволяет достигнуть существенной экономии материала, времени и снижения трудозатрат. Вместе с тем, в ряде случаев наиболее рационально при­менять легкие и средние сваи; при этих видах сваебойных ра­бот повышение производительности обеспечивается примене­нием быстроходных дизель-молотов с увеличенной частотой ударов. Для дальнейшего повышения эффективности совершенству­ется процесс сгорания в двигателе дизель-молота, повышается долговечность молота, улучшаются условия эксплуатации (применяются специальные наголовники и устройства для бескопровой бойки). Сваебойные дизель-молоты являются энергетически авто­номными машинами и практически вытеснили со стройплоща­док другие сваебойные средства, требующие подвода энергии. В последнее время широко используются гидравлические эк­скаваторы в качестве базовой машины для навески копрового оборудования. В этом случае наиболее рационально примене­ние гидравлического молота простого или двойного действия с приводом от двигателя копровой установки. Такая гидрофи-цированная копровая установка также энергетически авто­номна.
1. НОВЫЕ ТРУБЧАТЫЕ ДИЗЕЛЬ-МОЛОТЫ С УДАРНЫМ РАСПЫЛИВАНИЕМ ТОПЛИВА фирмы DELMAG (ФРГ) Фирма Delmag, выпускавшая до последнего времени три модели трубчатых дизель-молотов с ударным распыливанием топлива D-5, D-12, D-22 с ударной частью массой соответст­венно 500, 1250, 2200 кг, дополнила номенклатуру дизель-мо­лотами моделей D-30, D-36, D-44, D-55 с ударной частью 3000, 3600, 4900 и 5400 кг. Эти молоты имеют существенные конст­руктивные отличия от ранее выпускаемых. Рабочий цилиндр дизель-молотов выполнен литым и име­ет горизонтальные круговые ребра охлаждения, отлитые за одно целое с корпусом рабочего цилиндра, что снижает трудо­затраты при изготовлении и улучшает охлаждение. В нижней и верхней частях цилиндра имеются выступы для крепления к металлоконструкциям (для бескопровой бойки). Топливный и смазочный баки вынесены на направляющую трубу, что ос­ложняет заправку в процессе эксплуатации, но снижает на­грев топлива. Эти конструктивные особенности делают работу молота более стабильной, особенно при высокой температуре окружающего воздуха и при длительной непрерывной работе. Молот оснащен хорошо регулируемым топливным насосом к смазочным насосом, подающим масло в зону шаботных комп­рессионных колец и в рабочий цилиндр. Наголовник имеет широкие захваты, подвижно фиксирующие его относительно направляющих копровой установки. Дизель-молоты D-44 и D-55 обладают высокой энергией удара и используются преимущественно для забивки тяжелых свай-оболочек. Например, молот D-44 использовался для за­бивки стальной трубы диаметром 2800 мм, длиной 36 м и мас­сой 64 г. За десять ударов в конце процесса погружения сум­марная величина осадки сваи-оболочки составляла 4 мм, в то время как при использовании в тех же условиях паровоздушного молота с ударной частью массой 6000 кг суммарная ве­личина осадки была лишь 0,4 мм. Дизель-молот D-55 используется для забивки стальных свай-оболочек диаметром до 3300 мм, длиной 42 м и массой 120 т при возведении портовых сооружений. Таблица 1. Техническая характеристика трубчатых дизель-молотов фирмы Delmag с ударным распыливанием топлива U-30 D-36 D-li D-55 Масса ударной части, кг . 3000 3600 4300 5400 Наибольшая потенциальная энер­ гия ударной части, кгс-м . 7500 10200 12000 16200 Частота ударов, удар/лшм . 39—60 37—53 37—56 36—47 Высота молота, мм . . . . 4320 4563 4830 5410 Ширина захватов, мм — 720 720 720 Емкость топливного бака, л . 38,5 83 88 88 Расход топлива, л/ч 11 14 17 21 Емкость масляного бака, л . 7 17 18 18 Расход масла, л/ч . 1,5 1,3 3 3 Наибольшее усилие, передаваемое на сваю от вспышки топлива (при Р:=91 кгс/см2), кгс . 100000 180000 200 000 250 000 Наибольший наклон забиваемой сваи, град 45 45 45 45 Масса молота (сухая) с кошкой, без наголовника, кг 5600 7596 10200 11956 Кроме того, тяжелые дизель-молоты используются для за­бивки стальных труб меньшего диаметра (508 и 724 мм, масса 5000 кг) в плотные грунты и под наклоном. Фирма Delmag выпускает дизель-молот с устройством для бескопровой бойки для забивки железобетонных свай-оболо­чек и стальных труб большого диаметра. Молот со­стоит из наголовника, закрепляемого на свае-оболочке, и кор­пуса, фиксирующего молот относительно наголовника и сваи-оболочки. На корпусе предусмотрены направляющие для кош­ки, используемой для установки молота и сваи на точку за­бивки и для запуска молота. Корпус устройства имеет проре­зи для обслуживания молота и доступа воздуха к ребрам ох­лаждения рабочего цилиндра.
2. НОВЫЕ ДИЗЕЛЬ-МОЛОТЫ фирмы BRITISH STEEL PILING (Англия) Фирма British Steel Piling, производившая до последнего времени три модели дизельных молотов DE-20, DE-30, DE-40 (с ударной частью массой соответственно 907, 1814, 2270 кг) со свободным падением ударной части и ударным распыливанием топлива, расширила свою программу выпуском двух новых моделей DE-30B и DE-50B. Новые модели дизель-молотов отличаются технологичностью изготовления, имеют устройства для закрепления непосредственно на шпун­те, что позволяет использовать их при бескопровой бойке. Но­вая конструкция шабота (с пятой, соответствующей профилю забиваемого шпунта) исключает необходимость применения наголовника. Таблица 2. Техническая характеристика трубчатых дизель-молотов моделей DE-30B и DE-50B -с ударным распыливанием топлива фирмы British Steel Piling (Англия) Дг.-ЗОЗ ДЕ-50В Масса ударной части, кг . 1Э60 2260 Потенциальная энергия ударной час­ ти, кгс-м . 3731 6219 Частота ударов, удар/мин 47 47 Высота молота, мм . 4300 4370 Емкость топливного бака, л . 70,5 92 Расход топлива, л 7,7 12,2 Емкость масляного бака, л . 25 29 Масса молота (сухая) с кошкой, без наголовника, кг . 3457 4685 Для повышения производительности сваебойных работ фирма BSP создала быстроходные дизель-молоты DA-35A, В-15, В-45 с повышенной частотой ударов. Дизель-молот модели DA-35Aработает по прин­ципу ударного распыливания топлива, и конструктивно не от­личается от дизель-молотов моделей ДЕ-20, ДЕ-30 со свобод­ным падением ударной части. Рабочий цилиндр молота силь­но оребрен в нижней части. В верхней части установлен пнев­матический буфер, аккумулирующий работу расширения, что позволило снизить высоту подскока ударной части и сократить цикл. Компенсация потери энергии удара от снижения высоты подскока ударной части достигается воздействием на удар­ную часть (при ее ходе вниз) воздуха, сжатого в пневмати­ческом буфере молота (при ходе поршня вверх). На рабочем цилиндре укреплены топливные баки и направляющие для кошки, в зоне которых находится продольная прорезь цилин­дра, через которую происходит зацепление кошки с ударной частью. Молот имеет устройства для соединения со шпунтом и может работать без копровой установки. Этот молот может быть использован и при забивке железобетонных свай. Кроме того, фирма BSP выпускает новые сваебойные быст­роходные дизель-молоты двух моделей В-15 и В-45 с пневмо-вакуумным буфером. Дизель-молот модели В-15 (рис. 1) состоит из рабочего цилиндра и соединенной с ним направля­ющей трубы большего диаметра, образующих ступенчатый корпус. Внутри корпуса установлены шабот и поршень с ци­линдрическими углублениями на торцах, образующими при соприкосновении сфер поршня и шабота камеру сгорания. На рабочем цилиндре имеются выхлопные патрубки. Таблица3. Техническая характеристика быстроходных дизель-молотов моделей DA-35B, В-15 и В-45 фирмы British Steel Piling (Англия) DА-35R В-15 В-15 Масса ударной части, кг . 1270 1500 4500 Потенциальная энергия ударной час­ ти, кгс-м . . . . 3840 3630 10900 Частота ударов, удар/.нин 72 80—100 80—100 Высота молота, мм . 5639 4700 5100 Емкость топливного бака, л . 86 220 Расход топлива, л/ч 12,3 9 20 Емкость масляного бака, л . 22 50 Масса молота (сухая), с кошкой, без наголовника, кг 4767 3820 11 000' В зоне ка­меры сгорания смонтирован топливный насос высокого дав­ления, приводимый в действие газами, сжимаемыми в рабо­чем цилиндре. Подъем молота и его запуск осуществляется с помощью подъемного устройства, на нижнем конце которого расположен рычажный механизм, взаимодействующий по ме­ре необходимости с ударной частью или с корпусом молота.
Рис. 1. Принципиальная схема быстроходного ди­зель-молота с пневмовакуумным буфером фирмы British Steel Piling (Анг­лия) : / — канат управления топ­ливным насосом; 2—шабот, 3 — топливный насос высокого давления; 4 — выхлопной патрубок; 5 — поршень; 6— пневмовакуумный буфер; 7—­рычажный механизм подъ­емного устройства; 8 — подъемное устройство; 9—направляющая труба; 10—ра­бочий цилиндр; 11 — устройство для крепления к погружаемому элементу; 12 — камера сгорания Высота подъема ударной части изменяется путем изменения величины подачи топлива на один цикл с помощью тросика, соединенного с рычагом насоса. Молот крепится к погружае­мому свайному элементу специальным устройством, которое обеспечивает возможность бескопровой бойки и восприятие реактивного усилия от пневмовакуумного буфера, воздейству­ющего на корпус при подъеме ударной части. Дизель-молот работает следующим образом. Подъемное устройство опускается вниз и попадает в цилиндрический цен­тральный канал поршня. При этом его рычажный механизм входит во взаимодействие с ударной частью. Для запуска подъемное устройство извлекается, а вместе с ним поднимает­ся и поршень, образуя в полости пневмовакуумного буфера разрежение. В верхней мертвой точке поршень сбрасывается— ударная часть падает и сжимает воздух в рабочем цилиндре; в буфере сжатия не происходит, так как при ходе поршня вниз открываются клапаны, соединяющие полость буфера с атмос­ферой. Воздух, сжатый в рабочем цилиндре, приводит в дей­ствие топливный насос молота, который через две форсунки впрыскивает топливо в камеру сгорания. В результате сгора ния топлива поршень подбрасывается вверх, а в пневмобуфере возникает разрежение. После достижения верхней мертвой точки поршень начинает двигаться вниз. При движении порш­ня вниз на него действует сила тяжести и усилие, равное про­изведению площади поршня (в зоне пневмовакуумного буфе­ра) на разность между атмосферным давлением и давлением (разрежением) в пневмовакуумном буфере. Топливная система, используемая в конструкции дизель-молотов моделей В-15 и В-45, запатентована фирмой Ishika-wajima Harima (Япония).
3. НОВЫЕ ДИЗЕЛЬ-МОЛОТЫ фирм KOBE STEEL и ISHIKAWAJIMA HARIMA (Япония) В пятидесятых годах японские фирмы были крупнейшими изготовителями сваебойных дизель-молотов. Первоначально выпускаемые ими дизель-молоты полностью соответствовали патентам фирмы Delmag (ФРГ). Однако особенности эксплу­атации в странах с жарким климатом привели к необходимо­сти использовать дизель-молоты с водяным испарительным охлаждением. С другой стороны, в Японии раньше, чем в евро­пейских странах, возникла необходимость в создании сверх­мощных дизель-молотов для забивки свай-оболочек большо­го диаметра. Фирмами Японии были созданы тяжелые труб­чатые дизель-молоты с ударной частью массой 6000, 7200 и 15000 кг. При создании тяжелых дизель-молотов выявилось, что традиционная камера сгорания, применявшаяся для удар­ного распыливания топлива, неприемлема, Рис. 2. Принципиальная схема трубча­того дизель-молота с ударным распыливанием топлива фирмы Kobe Steel (Япония): /—шабот: 2—компрессионное кольцо; 3 — кольцевая впадина; 4 — рабочий цилиндр; 5— кольцевой выступ; 6—поршень так как из-за возрастающей скорости истечения топлива возникает кавитация, приводящая сферы поршня и шабота к быстрому износу. С целью повышения долговечности сфер поршня и шабота фирма Kobe Steel разработала дизель-молот с камерой сго­рания нового типа (рис. 2) Молот состоит из шабота с кольцевой впадиной, соприка­сающейся при ударе с кольцевым выступом поршня. Топли­во подается не в центр сферы, как у всех трубчатых дизель-молотов с ударным распыливанием топлива, а в кольцевую впадину. Из кольцевой впадины топливо выбрасывается в ка­меру сгорания, образуемую при ударе стенками рабочего ци­линдра, выступами поршня и шабота. В камере сгорания топ­ливо самовоспламеняется и сгорает, подбрасывая поршень на расчетную высоту. В связи с тем, что истечение топлива начинается не от центра, а из кольцевой впадины, длина сферического канала сокращается, соответственно сокращается и скорость истече­ния топлива, так как время действия удара не изменяется. Вероятность возникновения кавитационных раковин на сфери­ческих поверхностях поршня и шабота снижается. Недостатком данной конструкции является необходимость высокой точности изготовления кольцевого сферического уг­лубления в шаботе и выступа на поршне для обеспечения кон­такта при соударении шабота и поршня по всей поверхности. Другим существенным недостатком является невозмож­ность равномерного распыливания топлива по всему объему камеры сгорания, поскольку топливо подается насосом в одну точку сферического углубления на торце шабота и не успевает до удара равномерно растечься по всему кольцу. Поэтому в зоне камеры сгорания, близкой к месту подачи топлива, смесь топлива с воздухом будет переобогащенная, а в противополож­ной зоне — обедненная. Еще больше увеличивается неравно­мерность распределения топлива по объему камеры сгорания при забивке наклонных свай. Все это приводит к снижению среднего эффективного давления и, следовательно, высоты подскока ударной части (при данном объеме рабочего ци­линдра). В настоящее время трубчатые дизель-молоты фирмы Kobe Steel выпускаются с камерой сгорания описанной конструк­ции. Фирма Ishika-wajima Harima создала новую топливную си­стему, сочетающую преимущества ударного и форсуночного распыливания (рис. 3). На стенке рабочего цилиндра 2 в зоне камеры сгорания, образованной поршнем 3 и шаботом 1, укреплен топливный насос 4, внутренняя полость которого соединена с камерой сгорания каналом 5. В корпусе насоса, состоящем из трех отдельных частей 6, 9, 11, соединенных между собой в одно целое, смонтирован поршень 7 с компрессионными кольцами. воздействующий на толкатель 8, подвижно установленный в средней части корпуса. Подвижная втулка 10, расположенная в верхней части 11 корпуса с одной стороны прижимается пружиной 12 к торцу толкателя 8, а с другой — к торцу плун­жера 13 топливного насоса, сопряженного со втулкой 14. Топливо по топливо проводу 18 подается в полость 21, а за­тем через отверстия 20 попадает в подплунжерную полость 15. Клапан 16, прижимаемый пружиной 19 к седлу наконечника, отсекает напорный трубопровод от подплунжерной полости. Напорный трубопровод с помощью накидной гайки крепится к корпусу игольчатой форсунки. Форсунка состоит из корпуса 22 и наконечника 25. В корпусе установлена игла 30, прижима­емая к седлу наконечника 25 пружиной 23. Полость 26 соеди­нена каналом 24 с напорным трубопроводом. Коническая часть 29 иглы 30 отделяет полость 26 от форсуночной полости 27 и сопловых отверстий 28 форсунки.
Молот и его топливная система работают следующим об­разом. При ходе поршня вниз воздух в рабочем цилиндре 2 сжи­мается: сжатый воздух по каналу 5 поступает во внутреннюю полость насоса и давит на поршень 7, толкатель 8 и плунжер 13. В момент, когда усилие от давления газа становится боль­ше усилия пружины 2, плунжер начинает двигаться, откры­вает клапан 16 и по трубопроводу 18 подает топливо к двум форсункам 22, расположенным в зоне камеры сгорания, друг против друга. При этом топливо по каналам 21 и 24 попадает в полость 26 и, воздействуя на торец иглы 30, сжимает пружи­ну 23, открывая доступ топлива в полость 27, откуда оно через сопловое отверстие 28 попадает в камеру сгорания, где само­воспламеняется и сгорает. Поршень 3 подбрасывается про­дуктами сгорания вверх на расчетную высоту. При ходе пор­шня 3 вниз продувается рабочий цилиндр и сжимается воз­дух в рабочем цилиндре. Далее цикл повторяется.
Рис 3. Принципиальная схема дизель-молота фирмы Ishikawjima Harima (Япония): / — шабот 2 — рабочий цилиндр; 3 — ударная часть; 4 — топливный насос; 5, 24—канал; 6—нижняя часть корпуса насоса; 7 — поршень; 8 — толкатель, 9 — средняя часть корима корпуса топливного насоса; 10—подвижная втулка; 11 — верхняя часть корпуса топ­ливного насоса, 12, 23 — пружина; 13— плунжер; 14 — втулка; 15 — подплунжерная полость 1Ь — клапан- 17 — топливопровод; 18— напорный топливопровод; 19—пружина, 20 - отверстия, 21, 26, 27 — полость; 22 — корпус форсунки; 25 — наконечник;26—сопловое отверстие; 29 — коническая часть иглы; 30—игла. Следует отметить, что топливо подается только в процессе сжатия, так как к моменту начала самовоспламенения рабочий ход плунжера уже исчерпан и поршень 7 садится своей юбкой на среднюю часть 9 корпуса насоса. Пневмопривод и подбор жесткости пружины 12 позволяет обеспечить подачу топлива незадолго до удара или даже в момент удара, как и у дизельных молотов с ударным распыливанием топлива. По­этому усилие взрыва воздействует на погружаемую сваю в момент или после ударного импульса, увеличивая эффект по­гружения. Данная топливная система обеспечивает высокие пусковые качества дизельных молотов при их запуске и большой осад­ке сваи. Это объясняется тем, что подача и самовоспламене­ние топлива происходит и в том случае, если соударения пор­шня и шабота не происходит. К недостаткам этой топливной системы относится повы­шенная сложность изготовления, а также ненадежность рабо­ты из-за расположения насоса в зоне высоких температур. Другой недостаток по сравнению с ударным распыливани­ем топлива заключается в том, что давление конца сгорания в этом случае будет ниже, соответственно снизится и эффек­тивность погружения сваи. Это объясняется тем, что в камеру сгорания при ударном распыливании топлива подается вся доза топлива за время, близкое к времени действия удара, а в данном случае топливо подается в течение значительно боль­шего времени. При этом ранее поданная часть топлива начи­нает гореть раньше, что приводит к затяжке процесса горения и, следовательно, к понижению давления в конце сгорания. Тем не менее, применение данной топливной системы улучшает пусковые качества дизель-молота на слабых грунтах, что пред­ставляет определенный интерес и для других фирм. Так, фир­ма British Steel Piling (Англия) использует эту систему в сво­их быстроходных дизель-молотах В-15 и В-45.
Заключение Основное направление развития сваебойных молотов ударного действия — создание высокопроизводительных ма­шин для повышения эффективности сваебойных работ. Для повышения производительности модернизируются существующие молоты и создаются новые конструкции, суще­ственно отличающиеся от традиционных. Модернизация молотов ударного действия в основном заключается в увеличении энергии удара за счет усовершен­ствования процесса сгорания и увеличения высоты подскока ударной части, повышения долговечности и надежности ос­новных деталей молота за счет более эффективной смазки и принятия более рациональных соотношений сфер соударяющихся деталей — поршня и шабота, а также за счет улучше­ния условий эксплуатации и техники безопасности. Создание новых моделей молотов в первую очередь выдвигает задачу повышения единичной мощности молота. 5. Повышение единичной мощности молота достигается двумя путями: увеличением частоты ударов и повышением энергии удара. Повышение частоты ударов у дизельных молотов до­стигается путем уменьшения высоты подскока ударной части и введения в конструкцию молота пневматического буфера, компенсирующего потери энергии вследствие снижения высо­ты подскока ударной части. Увеличение энергии удара обеспечивается преимущест­венно повышением массы ударной части — созданием тяже­лых моделей молотов с ударной частью массой 7500, 10000 и 15000 кг при сохранении в момент удара скорости, близкой к 6 м/с, что позволяет забивать сверхтяжелые сваи и сваи-обо­лочки. Развитие производства гидравлических экскаваторов и гидрофицированных копров привело к созданию работаю­щих в комплекте с ними гидравлических молотов двойного и простого действия, имеющих в этом случае на стройплощадке энергетическую автономность, присущую дизель-молотам. Наиболее перспективными гидравлическими молотами двойного действия являются такие, в конструкции которых не применяются механические обратные связи ударной части с распределительным устройством, а также другие виды энер­гоносителей. Для повышения частоты ударов и эффективности гид­ромолотов простого действия целесообразно применять им­пульсный подброс ударной части, для более полной передачи кинетической энергии ударной части погружаемой свае меж­ду сваей и ударной частью в процессе удара целесообразно применять амортизаторы с регулируемой в зависимости от грунтовых условий жесткостью.
Список литературы: 1. Ю. В. Дмитревич. Современные отечественные и зарубежные свайные дизель-молоты. М 1990 2. Молоты сваебойные. Гост 7888-73. 1/1 1995