Marteau sonique pour enfoncer un pilotis ou élément analogue La présente invention a pour objet un marteau sonique pour enfoncer un pilotis ou élément ana logue.
On connaît des marteaux soniques pour pilotis, comprenant un générateur de vibrations acoustiques, c'est-à-dire un oscillateur générateur de vibrations relié acoustiquement au pilotis en réglant correcte- ment l'impédance de sortie de l'oscillateur avec celle du pilotis, le pilotis étant en contact étroit avec la terre, de façon à établir une action longitudinale des ondes soniques dans le pilotis. Généralement, l'oscil lateur est actionné de façon à engendrer dans le pi lotis une onde stationnaire longitudinale résonnante.
En supposant un fonctionnement dans la gamme de fréquence fondamentale, la fréquence de résonance peut être comprise, pendant le fonctionnement, entre C/2L et C/4L où L est la longueur équivalente du pilotis et accouplée acoustiquement dans la masse du marteau pour pilotis et C est la vitesse du son dans le milieu du pilotis. Pour de plus grandes lon gueurs de pilotis, le fonctionnement peut s'effectuer à un harmonique de la fréquence fondamentale.
Le marteau sonique selon l'invention est caracté risé en ce qu'il comprend un oscillateur mécanique pour engendrer une force alternative verticale, l'oscil lateur comprenant un organe menant rotatif et un corps relativement massif contenant un organe mené à vibrations verticales, un dispositif d'accouplement pour relier ledit corps à un pilotis de façon que les vibrations du corps soient appliquées au pilotis, une charpente destinée à être guidée verticalement et une source d'énergie montée sur la charpente com prenant un moteur pour commander l'organe menant la source d'énergie étant supportée élastiquement par le pilotis.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution du marteau sonique faisant l'objet de la présente invention.
La fig. 1 est la vue schématique d'une installa tion d'enfoncement de pilotis comprenant un marteau sonique.
La fig. la est un détail de la fig. 1 à plus grande échelle.
La fig. 2 est une vue de face d'un autre détail de la fig. 1 également à plus grande échelle.
La fig. 3 est une vue en plan, à plus petite échelle de la fig. 2.
La fig. 4 est la vue de côté de la machine de la fig. 3 suivant la flèche 4.
La fig. 5 est la vue de côté suivant 5-5 de la fig. 3.
La fig. 5a est la coupe détaillée suivant 5a-5a de la fig. 5.
La fig. 6 est la coupe à plus grande échelle sui vant 6-6 de la fig. 3.
La fig. 7 est la coupe partielle suivant 7-7 de la fig. 6.
Comme représenté sur la fig. 1, un véhicule 30 monté sur chenille 31 supporte sur un axe de rotation en 32 une flèche 33 dont l'extrémité supérieure sup porte, à son tour, sur un axe, en 34, les tubes ou guides 35 comprenant une structure de poutre en caisson, comportant une paire de branches anté rieures verticales tubulaires 36 sur et entre lesquel les un bâti 37 du marteau sonique est guidé d'une façon sensiblement verticale comme une masse clas sique.
Un dispositif, dit de réglage, comprenant une structure de poutre télescopique 38, réglable en lon gueur, est monté entre le véhicule 30 et l'extrémité inférieure des guides 35 et un agencement de câble classique 39 est utilisé pour soulever et abaisser la flèche, le tout comme on le pratique d'ordinaire et qui n'a pas besoin d'être décrit en détail. Les guides 35 comprennent, en plus des branches antérieures verticales 36 ci-dessus mentionnées, une paire de branches postérieures 36a et des entretoises horizon tales appropriées<I>36b</I> avec des entretoises en diago nale 36c, comme il est indiqué.
Le marteau sonique est suspendu à l'extrémité supérieure des guides par un dispositif de levage, comme il est décrit ci-après.
Bien que le marteau pour pilotis représenté soit capable d'enfoncer divers types de pilotis, comme des pilotis tubulaires, ouverts ou fermés à l'extrémité in férieure, tubulaires ondulés, entraînés intérieurement ou extérieurement par un mandrin, à section en forme de H, etc., l'exemple représenté comporte un pilotis tubulaire P (fila. 2). L'extrémité supérieure de ce pilotis est rigoureusement maintenue par un dispo sitif d'accouplement, désigné par 40. Comme on le voit en particulier sur la fila. 6, une colonne, dési gnée de façon générale par 41 et formée par des élé ments qui seront décrits plus loin, s'étend de bas en haut à partir du dispositif de serrage 40 et porte à son sommet le générateur de vibrations 42.
En fonc tionnement, le corps de cet oscillateur applique à l'extrémité supérieure de la colonne 41 une force alternative cyclique de grande amplitude orientée verticalement et transmise par l'intermédiaire de la colonne 41 et du dispositif de serrage 40 à l'extré mité supérieure du pilotis. La fréquence de cette force cyclique est telle qu'elle doit être comprise dans la gamme de fréquence de résonance des ondes sta tionnaires du pilotis.
Le marteau sonique représenté comprend deux moteurs séparés pour commander l'oscillateur 42 comprenant de préférence deux moteurs à combus tion interne 44 (fila. 2, 3 et 4), disposés sur les côtés opposés des guides en relation bout à bout, leurs arbres de commande 45 étant en alignement axial. L'axe commun des arbres de commande croise l'axe vertical du pilotis P et de la colonne 41.
Une poutre de support horizontale 46 s'étend horizontalement au-dessus des deux moteurs, soit longitudinalement pour ceux-ci (fila. 2 et 3) et com prend une poutre centrale 47, deux petites poutres 48 boulonnées aux extrémités de la poutre centrale 47 et s'étendant vers l'extérieur à partir de celle-ci et deux poutres tubulaires 49 de support de moteur s'étendant vers l'extérieur à partir des poutres 48 et au-dessus des deux moteurs. Les deux poutres tubu laires 49 présentent des brides 50 fixées de façon appropriée à des brides associées 51 des poutres 48.
Les poutres. tubulaires 49 sont fermées aux extrémi tés et servent de récipients d'air dans un but qui sera décrit plus loin. Un compresseur classique (non représenté) maintient ces récipients ou réservoirs, remplis d'air sous la pression nécessaire. Des bâtis de supports de moteurs s'étendent latéralement vers le bas à partir des poutres tubulaires 48 et com prennent des éléments latéraux 53 et des éléments en forme de U verticaux 54 supportant des consoles 55 de support de moteurs (fila. 3, 4 et 5). Des élé- ments inférieurs horizontaux 56 de bâti sont reliés aux extrémités inférieures des éléments 54.
Des pla tes-formes 58 s'étendent vers l'arrière, à partir des éléments de bâti postérieurs 56 (fila. 3 et 4) et sur l'une au moins de ces plates-formes sont montés un garde-fou 59 et un siège 60 pour opérateur. Un panneau de commande, situé à portée de l'opérateur, est indiqué en 61. Des réservoirs de carburant pour les moteurs sont indiqués en 62 ; ils sont supportés au-dessous des moteurs par les éléments de bâti 56 et les mo teurs sont représentés avec des tuyaux d'échappe ment 63, des silencieux 64 et des filtres à air 65 (fila. 2).
Tout le marteau sonique peut être soulevé ou abaissé au moyen d'un appareil de levage 66 com prenant des poulies doubles 67 au sommet des gui des, un câble 68 et un bloc 69 présentant un eeillet 70 pour être relié à une extrémité du câble 68 et une poulie 71 montée au centre de la poutre 46 (fila. 1 à 5).
Le câble 68 passe de l'ozillet 70 sur une poulie 67 au sommet des guides, puis descend et passe autour de la poulie 71, puis monte et passe sur la seconde poulie 67, puis descend derrière les guides pour passer sur des poulies de guidage 72a et 72b sous une poulie 73 montée sur les guides au voisinage de l'extrémité supérieure de la flèche 33, sous une autre poulie 74 près de l'extrémité infé rieure de la flèche, puis vers un treuil (non repré senté) situé dans le véhicule 30. Pendant le mouve ment de levage ou d'abaissement du marteau soni que par ces câbles, le marteau est guidé par les élé ments tubulaires 36, comme on le verra plus loin.
Les poutres 48 présentent des branches à double paroi dirigées vers le bas 75 (fila. 5 et 6) comportant, en alignement axial avec les arbres de commande des moteurs, des moyeux faisant saillie vers l'inté rieur 76. Dans ces moyeux 76 sont introduits des manchons de palier 77 contenant des roulements à galets 78 pour des manchons de commande 79 pré sentant des cannelures internes 80.
Chacun des arbres 45 de moteur susmentionnés est relié par l'intermédiaire d'un accouplement 83 à une cuvette 84 présentant des cannelures internes et un arbre de commande 86 comporte sur une ex trémité une tête introduite à l'intérieur de la cuvette 84, avec des. cannelures courbes venant en prise avec les, cannelures internes de la cuvette 84 et pré sente sur l'autre extrémité une tête 91 ayant des can nelures courbes introduites dans l'extrémité corres pondante du manchon 79 et venant en prise avec les cannelures 80. Les cannelures courbes des têtes de l'arbre 86 lui permettent de se déplacer oblique- ment dans une mesure limitée, tout en entraînant le manchon 79 à partir de l'arbre 45 du moteur.
Dans l'extrémité opposée du manchon 79 est introduite une tête cannelée 95 formée sur l'extrémité d'un arbre 96 et engrenant avec les cannelures 80. L'au tre extrémité de cet arbre 96 commande certaines roues dentées menant à l'oscillateur, comme on le verra plus loin.
Les deux moyeux 76 (fig. 6) forment des touril lons alignés axialement, sur lesquels l'oscillateur et un engrenage associé et certains autres éléments du mécanisme sont montés à pivot. Des manchons de palier 100 entourent les tourillons 76 et des éléments de bâti ou colliers 101 peuvent tourner sur les man chons 100 et sont disposés autour des tourillons et auxquels est soudée une bague supérieure 102 de bâti. Une paroi cylindrique interne 103 est soudée au bord interne de la bague 102 et aux éléments 101 et une paroi cylindrique externe 104 est soudée au bord externe de la bague 102, juste à l'extérieur des éléments 101.
Une plaque tronconique 108 est soudée aux pa rois 103 et 104 juste au-dessous des colliers 101 ; elle porte sur son bord interne inférieur une bague de montage 109 venant en contact par un rebord périphérique 110 avec le bord d'une plaque de sup port épaisse 111, qu'on décrira plus en détail ci- après, mais qui peut être considérée, pour le mo ment, comme étant supportée uniformément dans le sens vertical par l'extrémité supérieure d'un ressort pneumatique désigné de façon générale par 112.
On peut dire également, pour le moment, que le poids des deux moteurs est appliqué par l'intermédiaire de la poutre 46, des branches 75 de bâti, des tourillons 76, des colliers<B>101</B> de bâti, des parois cylindriques 103 et 104, de la plaque tronconique 108 et de la plaque 111, à l'extrémité supérieure du ressort pneu matique. En fait, comme on le verra plus loin, le poids de tout le marteau à l'exception de l'oscillateur 42, de sa colonne de support 41, des pistons de res sorts pneumatiques décrits plus loin et du dispositif de serrage hydraulique 40 du pilotis, est porté par l'intermédiaire de la plaque 111 sur l'extrémité su périeure du ressort pneumatique.
L'air sous pression, contenu dans ce ressort pneumatique 112, reporte uniformément toute cette charge sur la colonne sus mentionnée 41 et ainsi sur le pilotis, comme on va le décrire ci-après. On voit, en outre, que les pou tres 44, les dispositifs de support des moteurs portés directement par elles et les bras 75 des poutres, cons tituent une charpente principale destinée à être gui dée verticalement par les guides, tandis qu'un bâti 101, 102, 103, 104, 108 et<B>111</B> qui tourillonne sur les bras 75 de cette charpente, applique la charge de cette structure sur le sommet du ressort pneumati que.
Le ressort pneumatique 112, dans la présente forme de réalisation donnée à titre d'exemple, est constitué de la façon suivante (fig. 6) : le dispositif de serrage 40 du pilotis comprend une cuvette su périeure renversée 115 ayant un rebord marginal 116 fixé par exemple par des vis 117 à la partie infé rieure d'une cuvette de serrage renversée inférieure <B>118,</B> dans laquelle les extrémités supérieures du pilo tis sont introduites et serrées. La cuvette supérieure 115 présente une paroi latérale cylindrique 119 et un sommet plat 120. Sur le sommet 120 de la cuvette 115 est montée une plaque circulaire 124, qui sert de piston au ressort pneumatique. La plaque 124 est introduite entre un montant 125 reposant sur la cu vette 115 et une tête 126.
La cuvette 115, le mon tant 125 et la tête 126 sont reliés par des tirants 130, dont les extrémités supérieures sont vissées dans un rebord 131 de l'extrémité inférieure d'une tige tubu laire 132 formant une partie supérieure de la colonne 41 et dont les extrémités inférieures sont filetées pour recevoir les écrous 133, comme il est représenté. Une tête cylindrique de plus grand diamètre 134 à l'extrémité supérieure de la tige 132 est fixée, par exemple par des goujons 135 à la partie de base cylindrique 136 du corps 137 de l'oscillateur.
La cuvette 115, la plaque 124, le montant 125, la tête 126 et la tige 132 constituent la colonne susmention née 41 par laquelle le corps de l'oscillateur est sup porté à l'extrémité supérieure du pilotis.
La plaque formant piston 124 est disposée dans les chambres 140 dont les parois latérales sont déli mitées par des bagues cylindriques 141 et des ba gues d'écartement 150. Une plaque de couverture 143 du ressort pneumatique vient en contact étanche avec la bague supérieure 141 et supporte la charge dirigée vers. le bas de la plaque 111 et présente un alésage central 144 dans lequel est introduite avec un faible jeu la tête 126 de la colonne 41. L'ensem ble des bagues 141 et 150 et des plaques de cou verture supérieure et inférieure 143 et 147 est fixé par de longs boulons 141a en formant l'enveloppe 154 du ressort pneumatique.
A la partie inférieure de l'ensemble du ressort pneumatique se trouve une plaque de couverture inférieure 147 venant au contact de l'extrémité infé rieure de la bague inférieure 141 et alésée comme indiqué en 149 pour recevoir avec jeu la paroi laté rale cylindrique 119 de la cuvette 115. La plaque 147 est fraisée pour recevoir un manchon de palier en bronze 148 pour la paroi 119 de la cuvette de ser rage et des bagues à piston 140' relient la plaque de couverture 147 d'une façon étanche à la paroi 119.
Entre la plaque de couverture 143 et la plaque formant piston 124 se trouve un ressort de compres sion 155, tandis qu'entre la plaque formant piston 124 et la plaque de couverture inférieure 147 se trouve un autre ressort de compression 152. La péri phérie du piston en forme de plaque 124 supporte des segments, qui forment des joints sous pression avec les surfaces internes cylindriques des bagues 141.
L'air, qui est supposé provenir d'une source d'air sous pression appropriée quelconque, par exemple, l'un des réservoirs sous pression 49, est admis dans les chambres 140 de ressort par un tuyau souple approprié 156 et un orifice (non représenté). Pen dant l'enfoncement du pilotis, le piston 124 oscille verticalement, tandis que les coussins d'air situés entre les plaques 143, 147 isolent virtuellement l'en veloppe de cette oscillation.
En même temps, les parties reposant sur l'enveloppe du ressort pneuma tique sont supportées verticalement par l'air sous pression contenu dans le ressort pneumatique et quelle que soit la faible vibration verticale, si elle existe, qui peut se produire dans l'enveloppe du res sort pneumatique, elle est absorbée par l'air com primé du ressort pneumatique.
La périphérie de la plaque de support 111, comme il est expliqué ci-dessus, présente un rebord périphérique ou bordure de montage<B>110</B> et une partie bombée percée au centre 171. Cette partie arquée 171 entoure le moyeu 173 du sommet de la plaque de couverture 143 et elle est disposée entre des bagues de portée 174, 176 dans un alvéole mé nagé au sommet de la plaque 143.
Le manchon 180 présente, juste au-dessus d'une partie tubulaire 178, un rebord annulaire 181 dont le côté inférieur vient en contact de la bague de portée 176 et qui supporte, à son tour, certaines parties du mécanisme, comme on le verra plus loin.
Le manchon 180 monte jusqu'à un niveau situé juste au-dessus de l'extrémité inférieure de la partie de base cylindrique 136 du corps ou enveloppe de l'os cillateur, ayant à son extrémité supérieure un épau lement interne<B>183,</B> qui s'ajuste contre la partie de base 136 de l'oscillateur et contre la tête cylindrique 134 de la tige 132 avec un jeu, et sous lequel est maintenu un manchon de portée en bronze 184 pour ladite tête cylindrique 134.
En se référant de nouveau à la fig. 6, les arbres ci-dessus mentionnés 96, qui sont supposés être en traînés en sens opposé sur leur axe commun à partir des deux moteurs, présentent à leurs extrémités les plus rapprochées de l'axe du pilotis, des tête canne lées 190, qui engrènent avec les cannelures internes ménagées dans les alésages de pignons coniques 192.
Chacun de ces pignons 192 présente un manchon 193, qui tourne dans un palier 194 dont les cages sont disposées dans les ouvertures cylindriques 197 ménagées dans les côtés opposés d'une bague de bâti 198 (fig. 7) supportée par une partie périphérique du rebord ci-dessus mentionné 181 et fixée à cette dernière.
Les pignons coniques 192 tournant en sens op posé engrènent avec une couronne dentée 200, qui entoure le manchon 180 avec un jeu annulaire et qui est fixée à un rebord annulaire 210 sur l'extrémité inférieure d'un ensemble de manchon de commande télescopique 211 entourant le manchon 180 et pou vant tourner par rapport à lui.
De préférence, l'en semble des manchons 211 comprend un manchon inférieur s'étendant vers le haut à partir du rebord 210 et supportant une douille en bronze 213 suscep tible de tourner sur le manchon 180, un manchon supérieur opposé 214 espacé au-dessus du manchon inférieur et portant une douille en bronze 215, qui peut également tourner sur le manchon 180 et un manchon de liaison intermédiaire 216 ayant des par ties recouvrant les manchons supérieur et inférieur et reliées à eux par cannelures 218.
Le rebord 210 situé à la base de l'ensemble des manchons de commande 211 est fixé par sa base à une bague de portée en bronze 220, qui s'appuie et tourne sur le rebord<B>181.</B> L'extrémité supérieure du manchon supérieur 214 de l'ensemble de manchon 211 est formée d'une seule pièce avec une couronne dentée 221, qui engrène avec deux pignons coniques 222 d'une tourelle 224 et les entraîne en sens op posé sur leur axe commun, tourelle par l'intermé diaire de laquelle l'oscillateur 42 est commandé.
La nature télescopique de l'ensemble de manchon 211 permet une dilatation et une contraction longitudina les en raison des changements de température et assure que les pièces de travail aux extrémités, à la fois supérieure et inférieure de l'ensemble de man chon, restent en position correcte par rapport aux surfaces de portée, aux pignons, etc.
Les pignons coniques 222 se trouvent sur des manchons 230 (fig. 6) qui tourillonnent dans des paliers appropriés disposés dans des logements 231, fixés aux côtés opposés d'une bague de bâti de tou relle 232 et cette dernière présente à sa base un pro longement tubulaire 233 et une face de portée diri gée vers le bas 234 sur son côté externe, qui vient au contact d'une bague de portée en bronze 235 dis posée dans la bague de bâti précédemment décrite 198. La bague 232 peut ainsi tourner sur la bague 198.
La bague 232 présente au sommet une surface de portée cylindrique interne 238 et une surface de portée dirigée vers le haut 239, qui viennent au con tact d'une bague de portée en bronze 240 fixée à un rebord 241 de l'extrémité supérieure d'un chapeau 242 fixé sur et à l'extrémité supérieure du manchon 180.
A la bague 232 sont fixés, à des endroits diamé tralement opposés, des ensembles de carter de com mande 250 contenant un dispositif de commande pour l'oscillateur. Chacun des pignons coniques 222 est intérieurement relié par cannelures en 251 à un arbre 252 sur lequel est montée une poulie 253 à plusieurs courroies. Les courroies 254 commandent une poulie 255, qui est accouplée à un volant 261. Un arbre de commande 265 présente des extrémités sphériques munies de cannelures courbes, comme il est indiqué en 263, les cannelures venant en prise avec les cannelures internes de la poulie 255 et avec un accouplement 269 d'un côté de l'oscillateur 42.
Comme on le verra sur le dessin, les deux ensembles de carter 250 sont agencés de façon que les deux arbres de commande 265 sont parallèles l'un à l'au tre, soit sur les côtés opposés de l'oscillateur 42 et sont alignés avec les moitiés opposées de ce dernier. Egalement, le dispositif de commande est agencé de façon que les deux arbres 265 tournent en sens opposé, ainsi qu'il est évident.
L'oscillateur contient un dispositif commandé par les deux arbres 265 grâce auquel le corps massif 137 de l'oscillateur est mis en vibration d'amplitude relativement faible, mais ayant une grande force ver ticale et ce dispositif peut comprendre, comme dans de nombreuses applications connues dans la techni que antérieure, deux rotors déséquilibrés ou orbi taux , l'un étant mis en rotation par chacun des deux arbres rotatifs opposés, les rotors tourillonnant dans le corps 137, et leurs masses déséquilibrées étant synchronisées de façon à se déplacer verticale ment de concert et latéralement l'une vers l'autre, de concert.
Dans un tel dispositif, les deux rotors déséquilibrés, dont les centres de gravité décrivent des trajectoires orbitales, engendrent des forces de réaction sur le corps 137 qui s'ajoutent dans le sens vertical, mais qui s'annulent dans le sens latéral. De puissantes forces de vibration orientées verticalement sont ainsi exercées sur le dispositif sur lequel le corps 137 du générateur est monté.
Au cours du fonctionnement de la machine, les pignons coniques 192 commandent la couronne den tée 200 et la réaction s'exerçant sur les pignons 192 est telle qu'elle a tendance à engendrer une rotation défavorable du bâti annulaire 198. Pour résister au couple agissant ainsi sur le bâti annulaire 198, ce dernier est muni sur les côtés diamétralement oppo sés, à mi-chemin entre les paliers 194, de goujons 300 supportant à pivot les blocs 301 (fig. 7)
qui sont disposés dans des fentes verticales 302 ména gées dans une paire de consoles de bâti diamétrale ment opposées 303 s'étendant vers le haut à partir de la bordure de la plaque de support 111. L'axe des deux goujons 300 croise le point central de pivote ment T. Les fentes ménagées dans les consoles 303 maintiennent les blocs 301 pour s'opposer à l'action du couple sur le bâti annulaire 198.
En enfonçant un pilotis dans le sol, le pilotis a normalement tendance à ne pas descendre en ligne droite, mais à s'incliner dans une certaine mesure en raison de la composition non uniforme du sol ou du fait qu'il rencontre de gros cailloux. Il peut aussi avoir tendance à tourner dans une certaine mesure. Le marteau sonique pour enfoncer les pi lotis tel que décrit, permet ces écarts et tire même profit de la tendance qu'a le pilotis à tourner et la favorise.
En cas d'inclinaison du pilotis par rapport à la verticale, la colonne 41 serrée sur l'extrémité supé rieure du pilotis et supportant l'oscillateur s'incline de façon correspondante. L'ensemble environnant du manchon 180 et de l'enveloppe du ressort pneu matique subit la même inclinaison et il en est de même du bâti annulaire 198, des paliers 194, des pignons coniques 192 supportés par eux et de la roue dentée de commande de l'oscillateur entraînée par les pignons coniques 222 comprenant l'ensemble de la tourelle 224.
L'inclinaison de ces pièces est permise par le glissement des bagues de portée ar quées 174 et 176 sur la partie arquée 171 de la pla que de support 111, le coulissement relatif de ces pièces arquées se produisant au centre T, qui est un point de pivotement. La raison de .la forme en U de la plaque de support 111 sera maintenant évidente en ce sens que cette conformation permet l'action oscillante des rebords 181 au-dessus, et du couvercle 143 du ressort pneumatique, au-dessous.
On voit qu'au cours de cette oscillation ou in clinaison du manchon 180, du rebord 181 et du bâti annulaire 198 par rapport à la plaque de support 111, les blocs 301 portés par le bâti annulaire pivo tent simplement dans les fentes 302 ménagées dans les consoles 303 en se soulevant à partir du bâti an- nulaire, pour permettre ainsi le pivotement relatif des deux groupes d'éléments en question.
On voit également, en particulier d'après la fig. 6, que les cannelures courbes des extrémités des arbres 96 permettent aux pignons coniques 192 de s'incliner suivant l'angle nécessaire sans, gêner la transmission à partir des arbres 86 et des moteurs. La plaque 111, dans ces conditions, peut osciller autour des axes de tourillons fournis par les colliers 101, qui pivo tent sur les moyeux ou tourillons 76, bien que cet axe de tourillonnement serve principalement à un autre but, comme on le verra plus loin.
On a indiqué que le pilotis peut avoir tendance à tourner sur son axe pendant son enfoncement et on pense que ceci est avantageux. Le présent mar teau a été conçu pour favoriser ou augmenter la ten dance à la rotation, attendu que la rotation du pilo tis pendant l'enfoncement a avantageusement pour effet de diminuer le frottement entre le pilotis et la terre. La réaction de la couronne dentée 221 en commandant le train d'engrenage monté sur tou relle est susceptible d'exercer un couple sur le bâti 232 de la tourelle et ce couple contraint le bâti de la tourelle à tourner lentement sur les manchons de portée 235 et 240.
Le bâti de la tourelle est calé sur le corps de l'oscillateur au moyen de deux ailes 137a introduites dans les fentes verticales 310 ménagées dans des consoles 311 (fig. 7) montées sur le bâti de tourelle 232. Des pièces rapportées verticales 312 sont dispo sées, de préférence, dans les fentes de consoles. Le bâti de la tourelle, en tournant comme décrit, agit ainsi par l'intermédiaire de cette liaison pour faire tourner le corps de l'oscillateur et avec lui la co lonne 41 et le pilotis.
Le bâti de la tourelle peut ainsi tourner par rapport au bâti annulaire 198 pour provoquer une lente rotation du pilotis pendant l'en foncement, par exemple six rotations du pilotis pen dant un enfoncement complet d'un pilotis, mais sans y être limité.
En se référant de nouveau au guidage du marteau sonique par les tubes 36, chacun de ces derniers est constitué par un certain nombre de tronçons de tu bes 36d présentant à leurs extrémités des brides d'accouplement boulonnées ensemble 450.
Sur les côtés des tronçons de tubes 36d se faisant vis-à-vis sont soudés des rails de guidage parallèles et espacés 452, qui s'étendent le long des tronçons de tubes et qui forment des glissières W pour recevoir des blocs de guidage verticalement espacés 453 et 454 (fig. 5 et Sa) faisant saillie à partir des bras 75 des poutres.
De préférence, les extrémités supérieure et inférieure des tubes 36 sont fermées par des plaques 450a, mais les bords d'accouplement intermédiaires 450 établissent une communication entre les tronçons de tubes successifs (fig. 2) de façon que les tubes 36 puissent être remplis par des colonnes d'eau, pour augmenter le poids des guides. La raison de cette précaution ressortira ci-après.
En cas de résistance , il est quelquefois souhai table d'ajouter une force de poussée vers le bas sup plémentaire au marteau sonique. Dans ce but, on prévoit un système de câble avec des liaisons au sommet du marteau sonique et avec des dispositifs (non représentés) sur le véhicule 30 pour exercer une tension sur le câble. Deux bielles 460 sont re liées par leurs extrémités supérieures aux bras 75 du bâti, comme il est indiqué en 461 (fig. 5) et de là s'étendent obliquement vers le bas pour porter à leurs extrémités inférieures un tube horizontal 462.
Le tube 462 est renforcé à son tour par des entre toises 463, qui supportent des blocs coulissants 464 disposés dans les glissières W des tubes de guidage. Les entretoises 463 sont rendues rigides par les bielles 460. Un câble 467 est relié â l'arbre 462 et s'étend de haut en bas pour passer sous une poulie 465 située aux extrémités inférieures des guides et de là sur un treuil (non représenté) situé dans le véhicule 30. Il est évident que la force, qui peut être ainsi exercée vers le bas sur la machine sonique et sur le pilotis, est limitée par le poids des guides, étant donné que les câbles, en passant sous la poulie 465 montée sur les guides a tendance à les soulever.
C'est pour cette raison qu'on prévoit, de préférence, un moyen pour alourdir les guides en remplissant les tubes 36 avec de l'eau.
Au début d'une opération d'enfoncement d'un pilotis, ce dernier repose habituellement en position horizontale au niveau du sol. Tout le marteau soni que est descendu sur les guides par l'appareil de levage 66 et le treuil précité situé sur le véhicule 30 jusqu'à ce que le point de pivotement T soit sensi blement en alignement avec l'extrémité du pilotis horizontal. La partie pivotante R de la machine, pouvant basculer sur les tourillons 76, oscille alors vers le haut en position horizontale,
comme il est représenté en traits mixtes sur les fig. 3 et 4. On le réalise au moyen d'une paire d'entretoises pneumati ques télescopiques 550 du type à cylindre et piston. Des cylindres 551 de ces entretoises sont reliés à pi vot au sommet aux poutres transversales 48, comme indiqué en 552, et les tiges 553 des pistons sont re liées à pivot en 554 à des consoles 555 s'étendant à partir de la paroi cylindrique 104 d'enveloppe, la liaison à pivot 554 s'étendant latéralement par rap port à l'axe des tourillons 76, comme on le verra sur le dessin.
Des conduites pneumatiques appro priées 556 et 557 (fig. 5) et des soupapes de com mande (non représentées) sont considérées comme étant prévues pour commander et actionner les en tretoises extensibles ainsi obtenues et il est évident que la contraction de cette entretoise fait osciller l'ensemble pouvant basculer R dans la position indi quée en traits mixtes sur les fig. 3 et 4.
Le pilotis P est alors introduit dans le dispositif de serrage 40, et ce dernier est serré, comme il est décrit ci-dessus. Le marteau sonique est alors sou levé sur les guides par l'appareil de levage 66, et le pilotis est soulevé en position verticale, l'ensemble incliné R de la machine oscillant progressivement pour revenir dans sa position verticale normale. Le véhicule 30, la flèche 33, et le dispositif de réglage 38 sont manipulés pour placer le pilotis en un point où il doit être enfoncé et le pilotis est alors descendu le long des guides par l'appareil de levage 66 jus qu'à ce que son extrémité inférieure vienne au con tact du sol.
Les moteurs sont mis en marche pour commander le marteau et l'appareil de levage 66 est relâché par une manoeuvre appropriée du treuil pour appliquer une partie ou la totalité du poids du marteau sonique sur l'extrémité supérieure du pilotis. Les moteurs entraînent les arbres cannelés 86 et 96 et par l'intermédiaire de ceux-ci les pignons coniques 192 et la couronne dentée 200, qui com mande, à son tour les pignons coniques 222 de la tourelle 224, et par l'intermédiaire des trains d'engre nage situés dans les deux carters 250 de la tourelle, les deux arbres de commande 265 de l'oscillateur.
Ainsi, les bagues de l'oscillateur sont entraînées et une force oscillante verticale de réaction est engen drée par le corps 137 de l'oscillateur et est appliquée par l'intermédiaire de la colonne 41 à l'extrémité su périeure du pilotis. Les moteurs sont réglés à une vitesse telle que la fréquence de cette force oscillante verticale corresponde à une fréquence de résonance du pilotis P, pris avec la partie de la masse vi brante du marteau sonique pour enfoncer les pilotis qui y est accouplée de façon à établir une onde sta tionnaire longitudinale dans le pilotis.
L'extrémité supérieure du pilotis, la colonne 41, y compris les pistons 124 des ressorts pneumatiques et le corps 137 de l'oscillateur participent alors à une oscillation verticale dont l'amplitude dépend naturellement de l'échelle de grandeur de l'équipe ment et de la puissance développée par l'oscillateur.
En raison des cannelures courbes des extrémités des arbres 265 de commande de l'oscillateur, ces arbres subissent une vibration oblique avec l'oscilla tion verticale du corps de ce dernier, mais la vibra tion verticale n'est pas transmise dans une mesure importante par l'intermédiaire de ceux-ci à la tou relle.
Le poids des parties du marteau sonique, en dehors des pièces directement montées sur le pilotis, c'est-à-dire les pièces comprenant les moteurs, la charpente, les trains d'engrenage, etc., autres que le dispositif de serrage hydraulique, la colonne 41, comprenant le piston du ressort pneumatique et le corps de l'oscillateur sont toutes supportées par l'en veloppe 154 du ressort pneumatique et par consé quent sont supportées uniformément par l'air sous pression contenu dans les chambres du ressort pneu- matique au-dessus du piston 124 de ce dernier.
Le piston du ressort pneumatique est par conséquent capable d'osciller verticalement sans transmettre de vibration importante à l'enveloppe du ressort pneu matique et aux pièces du marteau sonique reposant sur lui qui sont pratiquement isolées de l'oscillateur et du pilotis vibrant. Les pressions régnant dans le ressort pneumatique sont réglées automatiquement pour maintenir un support uniforme des pièces re posant sur l'enveloppe du ressort pneumatique.
Le marteau s'adapte au mouvement de rotation et d'inclinaison du pilotis, comme précédemment dé crit et le dispositif de commande, situé entre les mo teurs et le pilotis, comprend des éléments de transi tion souple, comme par exemple, les divers arbres de commande cannelés courbes, ce qui facilite cette adaptation.
Dans certains cas où l'on se heurte à de grandes résistances, il est souhaitable ou nécessaire d'aug menter la charge exercée vers le bas, c'est-à-dire la poussée exercée sur le pilotis. On peut le faire en ajoutant du lest au marteau sonique ou en la tirant vers le bas par l'intermédiaire des câbles 464, comme précédemment décrit.
Pour un effort d'enfoncement modéré, il suffit d'utiliser un seul des deux moteurs. En réalité, la commande d'un seul moteur est habituellement suf fisante et l'emploi des deux moteurs n'est nécessaire que pour le type de travail le plus dur.
Le marteau sonique décrit peut aussi être utilisé pour tirer un pilotis hors du sol. Dans ce cas, la charge de poussée exercée vers le bas du .pilotis doit être compensée et une poussée vers le haut doit être exercée. On le réalise en renvidant simplement le câble de levage 68 au moyen du treuil correspon dant situé sur le véhicule 30.
Une force est ainsi exercée vers le haut par l'intermédiaire du câble 68 sur la poutre de support principale 46 et les pièces du marteau suspendues à ladite poutre, et lorsque l'oscillateur est mis, en marche dans ces conditions, le pilotis est soulevé hors du sol. Le treuil est com mandé naturellement pendant cette opération de fa çon à maintenir le câble 68 tendu et à l'enrouler au fur et à mesure que le pilotis est soulevé. Egalement, pendant cette opération de levage, le ressort pneuma tique 112 fonctionne comme pendant l'enfoncement, mais en sens inverse.
Sonic hammer for driving a pile or the like The present invention relates to a sonic hammer for driving a pile or the like.
Sonic hammers are known for pilings, comprising an acoustic vibration generator, that is to say an oscillator generating vibrations acoustically connected to the piling by correctly adjusting the output impedance of the oscillator with that of the piling, the pile being in close contact with the earth, so as to establish a longitudinal action of the sonic waves in the pile. Generally, the oscillator is actuated so as to generate a resonant longitudinal standing wave in the pi lotis.
Assuming operation in the fundamental frequency range, the resonant frequency may be, during operation, between C / 2L and C / 4L where L is the equivalent length of the piling and acoustically coupled into the mass of the piling hammer and It is the speed of sound in the middle of the pile. For longer piling lengths, operation can be done at a harmonic of the fundamental frequency.
The sonic hammer according to the invention is characterized in that it comprises a mechanical oscillator to generate a vertical alternating force, the oscillator comprising a rotary driving member and a relatively massive body containing a driven member with vertical vibrations, a device coupling for connecting said body to a pile so that the vibrations of the body are applied to the pile, a frame intended to be guided vertically and a power source mounted on the frame comprising a motor for controlling the member driving the energy source being elastically supported by the piling.
The accompanying drawing shows, by way of example, an embodiment of the sonic hammer forming the subject of the present invention.
Fig. 1 is a schematic view of a pile driving installation comprising a sonic hammer.
Fig. 1a is a detail of FIG. 1 on a larger scale.
Fig. 2 is a front view of another detail of FIG. 1 also on a larger scale.
Fig. 3 is a plan view, on a smaller scale of FIG. 2.
Fig. 4 is the side view of the machine of FIG. 3 following arrow 4.
Fig. 5 is the side view along 5-5 of FIG. 3.
Fig. 5a is the detailed section along 5a-5a of FIG. 5.
Fig. 6 is the section on a larger scale following 6-6 of FIG. 3.
Fig. 7 is the partial section on 7-7 of FIG. 6.
As shown in fig. 1, a vehicle 30 mounted on a caterpillar 31 supports on an axis of rotation at 32 an arrow 33 whose upper end supports, in turn, on an axis, at 34, the tubes or guides 35 comprising a beam structure in box, comprising a pair of front vertical tubular branches 36 on and between them a frame 37 of the sonic hammer is guided in a substantially vertical manner like a conventional mass.
A so-called adjustment device comprising a telescopic beam structure 38, adjustable in length, is mounted between the vehicle 30 and the lower end of the guides 35 and a conventional cable arrangement 39 is used to raise and lower the boom, all as is usually done and which does not need to be described in detail. The guides 35 include, in addition to the aforementioned vertical front legs 36, a pair of posterior legs 36a and suitable horizontal struts <I> 36b </I> with diagonal struts 36c, as indicated.
The sonic hammer is suspended from the upper end of the guides by a lifting device, as described below.
Although the hammer for piling shown is capable of driving various types of piling, such as tubular pilings, open or closed at the lower end, corrugated tubular, internally or externally driven by a mandrel, with an H-shaped section, etc., the example shown comprises a tubular pile P (fila. 2). The upper end of this piling is rigorously maintained by a coupling device, designated by 40. As can be seen in particular on the fila. 6, a column, generally designated by 41 and formed by elements which will be described later, extends from bottom to top from the clamping device 40 and carries the vibration generator 42 at its top.
In operation, the body of this oscillator applies to the upper end of the column 41 a cyclic alternating force of large amplitude oriented vertically and transmitted through the column 41 and the clamping device 40 at the upper end. of the piling. The frequency of this cyclic force is such that it must be included in the range of resonant frequency of the standing waves of the piling.
The sonic hammer shown comprises two separate motors for driving oscillator 42 preferably comprising two internal combustion motors 44 (fila. 2, 3 and 4), disposed on opposite sides of the guides in end-to-end relation, their shafts of. control 45 being in axial alignment. The common axis of the control shafts crosses the vertical axis of the piling P and of the column 41.
A horizontal support beam 46 extends horizontally above the two motors, or longitudinally for them (fila. 2 and 3) and comprises a central beam 47, two small beams 48 bolted to the ends of the central beam 47 and extending outwardly therefrom and two tubular engine support beams 49 extending outwardly from beams 48 and above both engines. The two tubular beams 49 have flanges 50 suitably attached to associated flanges 51 of the beams 48.
Beams. tubulars 49 are closed at the ends and serve as air containers for a purpose which will be described later. A conventional compressor (not shown) maintains these receptacles or reservoirs, filled with air under the necessary pressure. Motor support frames extend laterally downward from tubular beams 48 and include side members 53 and vertical U-shaped members 54 supporting motor support brackets 55 (fila. 3, 4 and 5). Lower horizontal frame members 56 are connected to the lower ends of members 54.
Platforms 58 extend rearwardly from the rear frame elements 56 (fila. 3 and 4) and on at least one of these platforms are mounted a guardrail 59 and a seat 60 for operator. A control panel, located within reach of the operator, is indicated at 61. Fuel tanks for the engines are indicated at 62; they are supported below the engines by frame members 56 and the engines are shown with exhaust pipes 63, mufflers 64 and air filters 65 (fila. 2).
The whole sonic hammer can be raised or lowered by means of a lifting device 66 comprising double pulleys 67 at the top of the gui des, a cable 68 and a block 69 having an eyelet 70 to be connected to one end of the cable 68 and a pulley 71 mounted in the center of the beam 46 (fila. 1 to 5).
The cable 68 passes from the ozillet 70 on a pulley 67 at the top of the guides, then goes down and passes around the pulley 71, then goes up and passes on the second pulley 67, then goes down behind the guides to pass on guide pulleys 72a and 72b under a pulley 73 mounted on the guides near the upper end of the boom 33, under another pulley 74 near the lower end of the boom, then to a winch (not shown) located in the vehicle 30. During the lifting or lowering movement of the hammer soni only by these cables, the hammer is guided by the tubular elements 36, as will be seen below.
The beams 48 have double-walled branches directed downwards 75 (fila. 5 and 6) comprising, in axial alignment with the control shafts of the motors, hubs projecting inwardly 76. In these hubs 76 are introduced bearing sleeves 77 containing roller bearings 78 for control sleeves 79 having internal splines 80.
Each of the aforementioned motor shafts 45 is connected via a coupling 83 to a cup 84 having internal splines and a drive shaft 86 has at one end a head inserted inside the cup 84, with of. curved grooves engaging the internal grooves of the cup 84 and present on the other end a head 91 having curved grooves introduced into the corresponding end of the sleeve 79 and engaging the grooves 80. The grooves The curved splines of the heads of the shaft 86 allow it to move obliquely to a limited extent while driving the sleeve 79 from the shaft 45 of the motor.
In the opposite end of the sleeve 79 is introduced a splined head 95 formed on the end of a shaft 96 and meshing with the splines 80. The other end of this shaft 96 controls certain toothed wheels leading to the oscillator, as we will see later.
The two hubs 76 (Fig. 6) form axially aligned journals, on which the oscillator and an associated gear and certain other elements of the mechanism are pivotally mounted. Bearing sleeves 100 surround the journals 76 and frame members or collars 101 can rotate on the sleeves 100 and are disposed around the journals and to which is welded an upper frame ring 102. An inner cylindrical wall 103 is welded to the inner edge of the ring 102 and to the elements 101 and an outer cylindrical wall 104 is welded to the outer edge of the ring 102, just outside of the elements 101.
A frustoconical plate 108 is welded to the walls 103 and 104 just below the collars 101; it carries on its lower internal edge a mounting ring 109 coming into contact via a peripheral rim 110 with the edge of a thick support plate 111, which will be described in more detail below, but which can be considered, for the moment, as being supported uniformly in the vertical direction by the upper end of an air spring, generally designated 112.
It can also be said, for the moment, that the weight of the two motors is applied by means of the beam 46, the frame branches 75, the journals 76, the frame <B> 101 </B> collars, the frame brackets. cylindrical walls 103 and 104, of the frustoconical plate 108 and of the plate 111, at the upper end of the air spring matic. In fact, as will be seen later, the weight of the whole hammer with the exception of the oscillator 42, of its support column 41, of the pneumatic spring pistons described below and of the hydraulic clamping device 40 of the piling, is carried by means of the plate 111 on the upper end of the pneumatic spring.
The pressurized air contained in this pneumatic spring 112 uniformly transfers all this load onto the aforementioned column 41 and thus onto the piling, as will be described below. We see, moreover, that the beams 44, the engine support devices carried directly by them and the arms 75 of the beams, constitute a main frame intended to be guided vertically by the guides, while a frame 101 , 102, 103, 104, 108 and <B> 111 </B> which journals on the arms 75 of this frame, applies the load of this structure on the top of the pneumatic spring.
The pneumatic spring 112, in the present exemplary embodiment, is made as follows (fig. 6): the clamping device 40 of the piling comprises an upturned upper cup 115 having a marginal flange 116 attached. for example by screws 117 to the lower part of a lower inverted clamping cup <B> 118, </B> in which the upper ends of the pilo tis are introduced and clamped. The upper cup 115 has a cylindrical side wall 119 and a flat top 120. On top 120 of the cup 115 is mounted a circular plate 124, which serves as a piston for the air spring. The plate 124 is introduced between an upright 125 resting on the bowl 115 and a head 126.
The bowl 115, the tube 125 and the head 126 are connected by tie rods 130, the upper ends of which are screwed into a flange 131 of the lower end of a tubular rod 132 forming an upper part of the column 41 and the lower ends of which are threaded to receive the nuts 133, as shown. A larger diameter cylindrical head 134 at the upper end of the rod 132 is fixed, for example by studs 135 to the cylindrical base portion 136 of the body 137 of the oscillator.
The cup 115, the plate 124, the post 125, the head 126 and the rod 132 constitute the aforementioned column born 41 by which the body of the oscillator is supported at the upper end of the piling.
The piston plate 124 is disposed in the chambers 140, the side walls of which are delimited by cylindrical rings 141 and spacer bars 150. A cover plate 143 of the pneumatic spring comes into sealing contact with the upper ring 141 and supports the load directed towards. the bottom of the plate 111 and has a central bore 144 into which the head 126 of the column 41 is introduced with a slight clearance. The set of rings 141 and 150 and of the upper and lower cover plates 143 and 147 is secured by long bolts 141a forming the casing 154 of the air spring.
At the bottom of the air spring assembly is a bottom cover plate 147 contacting the lower end of the lower ring 141 and bored as indicated at 149 to playfully accommodate the cylindrical side wall 119 of the cup 115. The plate 147 is countersunk to receive a bronze bearing sleeve 148 for the wall 119 of the pressure cup and piston rings 140 'connect the cover plate 147 in a sealed manner to the wall 119 .
Between the cover plate 143 and the piston plate 124 is a compression spring 155, while between the piston plate 124 and the lower cover plate 147 is another compression spring 152. Plate-shaped piston 124 supports rings, which form pressurized seals with the cylindrical inner surfaces of rings 141.
The air, which is assumed to be from some suitable pressurized air source, for example, one of the pressure tanks 49, is admitted into the spring chambers 140 through a suitable flexible hose 156 and an orifice ( not shown). During the sinking of the piling, the piston 124 oscillates vertically, while the air cushions located between the plates 143, 147 virtually isolate the envelope from this oscillation.
At the same time, the parts resting on the casing of the air spring are supported vertically by the pressurized air contained in the air spring and regardless of the weak vertical vibration, if any, which may occur in the casing. from the air spring it is absorbed by the compressed air in the air spring.
The periphery of the support plate 111, as explained above, has a peripheral rim or mounting edge <B> 110 </B> and a domed portion pierced at the center 171. This arched portion 171 surrounds the hub 173 from the top of the cover plate 143 and it is disposed between the bearing rings 174, 176 in a recess formed at the top of the plate 143.
The sleeve 180 has, just above a tubular part 178, an annular rim 181 whose lower side comes into contact with the bearing ring 176 and which in turn supports certain parts of the mechanism, as will be seen. further.
The sleeve 180 rises to a level just above the lower end of the cylindrical base portion 136 of the body or shell of the cillator bone, having at its upper end an internal shoulder <B> 183, </B> which fits against the base portion 136 of the oscillator and against the cylindrical head 134 of the rod 132 with play, and under which is held a bronze bearing sleeve 184 for said cylindrical head 134.
Referring again to fig. 6, the above-mentioned shafts 96, which are supposed to be dragged in the opposite direction on their common axis from the two motors, present at their ends closest to the axis of the piling, rod heads 190, which mesh with the internal splines in the bevel pinion bores 192.
Each of these pinions 192 has a sleeve 193, which rotates in a bearing 194, the cages of which are disposed in the cylindrical openings 197 formed in the opposite sides of a frame ring 198 (Fig. 7) supported by a peripheral part of the rim. above mentioned 181 and attached to the latter.
The posed op-rotating bevel gears 192 mesh with a ring gear 200, which surrounds sleeve 180 with annular clearance and which is secured to an annular flange 210 on the lower end of a surrounding telescopic control sleeve assembly 211 the sleeve 180 and can rotate relative to it.
Preferably, the sleeve assembly 211 includes a lower sleeve extending upward from the flange 210 and supporting a bronze sleeve 213 rotatable on the sleeve 180, an opposing upper sleeve 214 spaced above it. of the lower sleeve and carrying a bronze bush 215, which can also rotate on the sleeve 180 and an intermediate connecting sleeve 216 having parts covering the upper and lower sleeves and connected to them by splines 218.
The rim 210 located at the base of the assembly of the control sleeves 211 is fixed by its base to a bronze bearing ring 220, which rests and rotates on the rim <B> 181. </B> The upper end of the upper sleeve 214 of the sleeve assembly 211 is formed integrally with a ring gear 221, which meshes with two bevel gears 222 of a turret 224 and drives them in the op direction posed on their common axis, turret through which the oscillator 42 is controlled.
The telescoping nature of the sleeve assembly 211 allows for longitudinal expansion and contraction due to temperature changes and ensures that the working pieces at the ends, both top and bottom of the sleeve assembly, remain in contact. correct position in relation to bearing surfaces, gears, etc.
The bevel gears 222 are on sleeves 230 (fig. 6) which journal in suitable bearings arranged in housings 231, fixed to the opposite sides of a turret frame ring 232 and the latter has a profile at its base. long tubular 233 and a downwardly directed bearing face 234 on its outer side, which comes into contact with a bronze bearing ring 235 placed in the previously described frame ring 198. The ring 232 can thus rotate on the ring 198.
The ring 232 has an internal cylindrical seating surface 238 at the top and an upwardly facing seating surface 239, which contact a bronze seating ring 240 attached to a flange 241 of the upper end of the ring. a cap 242 fixed on and at the upper end of the sleeve 180.
Attached to the ring 232, at diametrically opposed locations, are control housing assemblies 250 containing a control device for the oscillator. Each of the bevel gears 222 is internally connected by splines at 251 to a shaft 252 on which is mounted a pulley 253 with several belts. Belts 254 drive a pulley 255, which is coupled to a flywheel 261. A drive shaft 265 has spherical ends with curved splines, as shown at 263, the splines engaging the internal splines of pulley 255. and with a coupling 269 on one side of oscillator 42.
As will be seen in the drawing, the two housing assemblies 250 are arranged so that the two drive shafts 265 are parallel to each other, or on opposite sides of the oscillator 42 and are aligned with the opposite halves of the latter. Also, the controller is arranged so that the two shafts 265 rotate in opposite directions, as is evident.
The oscillator contains a device controlled by the two shafts 265 by which the solid body 137 of the oscillator is set into vibration of relatively small amplitude, but having a great vertical force and this device can include, as in many applications known in the prior art, two unbalanced rotors or orbitals, one being rotated by each of the two opposing rotating shafts, the rotors journalling in the body 137, and their unbalanced masses being synchronized so as to move vertically. in concert and laterally towards each other, in concert.
In such a device, the two unbalanced rotors, whose centers of gravity describe orbital trajectories, generate reaction forces on the body 137 which are added in the vertical direction, but which cancel out in the lateral direction. Powerful vertically oriented vibrational forces are thus exerted on the device on which the body 137 of the generator is mounted.
During the operation of the machine, the bevel gears 192 control the toothed ring gear 200 and the reaction exerted on the gears 192 is such that it tends to generate an unfavorable rotation of the annular frame 198. To resist the acting torque thus on the annular frame 198, the latter is provided on the diametrically opposed sides, halfway between the bearings 194, with studs 300 pivotally supporting the blocks 301 (fig. 7).
which are disposed in vertical slots 302 formed in a pair of diametrically opposed frame brackets 303 extending upwardly from the edge of the support plate 111. The axis of the two studs 300 intersect the center point of pivoting T. The slots formed in the consoles 303 hold the blocks 301 to oppose the action of the couple on the annular frame 198.
When driving a piling into the ground, the piling normally tends not to descend in a straight line, but to tilt to some extent due to the uneven composition of the ground or because it encounters large pebbles. It may also have a tendency to spin to a certain extent. The sonic hammer for driving the stilts as described, allows for these deviations and even takes advantage of and promotes the tendency of the piling to turn.
In the event of an inclination of the piling relative to the vertical, the column 41 clamped on the upper end of the piling and supporting the oscillator tilts correspondingly. The surrounding assembly of the sleeve 180 and of the casing of the air spring matic undergoes the same inclination and it is the same for the annular frame 198, the bearings 194, the bevel gears 192 supported by them and the control gear wheel. the oscillator driven by the bevel gears 222 comprising the assembly of the turret 224.
The inclination of these parts is permitted by the sliding of the arcuate bearing rings 174 and 176 on the arcuate part 171 of the support plate 111, the relative sliding of these arcuate parts occurring at the center T, which is a point of pivoting. The reason for the U-shape of the support plate 111 will now be evident in that this conformation allows the oscillating action of the flanges 181 above, and of the air spring cover 143 below.
It can be seen that during this oscillation or inclination of the sleeve 180, the flange 181 and the annular frame 198 relative to the support plate 111, the blocks 301 carried by the annular frame simply pivot in the slots 302 formed in the consoles 303 by lifting from the annular frame, to thus allow the relative pivoting of the two groups of elements in question.
It can also be seen, in particular from FIG. 6, that the curved splines of the ends of the shafts 96 allow the bevel gears 192 to tilt to the required angle without interfering with the transmission from the shafts 86 and motors. The plate 111, under these conditions, can oscillate around the journal axes provided by the collars 101, which pivot on the hubs or journals 76, although this journal axis mainly serves another purpose, as will be seen later. .
It has been indicated that the piling may have a tendency to rotate on its axis during its depression and this is believed to be advantageous. The present hammer has been designed to promote or increase the tendency to rotate, since the rotation of the pilo tis during driving in has the advantageous effect of reducing the friction between the piling and the earth. The reaction of the ring gear 221 in controlling the gear train mounted on the turret is likely to exert a torque on the turret frame 232 and this torque forces the turret frame to rotate slowly on the bearing sleeves 235 and 240.
The frame of the turret is wedged on the body of the oscillator by means of two wings 137a introduced into the vertical slots 310 formed in consoles 311 (FIG. 7) mounted on the frame of the turret 232. Vertical inserts 312 are provided. preferably arranged in the console slots. The frame of the turret, rotating as described, thus acts by way of this connection to rotate the body of the oscillator and with it the column 41 and the piling.
The frame of the turret can thus rotate relative to the annular frame 198 to cause a slow rotation of the piling during sinking, for example six rotations of the piling during a complete sinking of a piling, but without being limited thereto.
Referring again to the guidance of the sonic hammer through the tubes 36, each of the latter is constituted by a number of sections of tube 36d having at their ends coupling flanges bolted together 450.
To the sides of the opposing tube sections 36d are welded parallel and spaced guide rails 452, which extend along the tube sections and form W slides for receiving vertically spaced guide blocks. 453 and 454 (fig. 5 and Sa) projecting from the arms 75 of the beams.
Preferably, the upper and lower ends of the tubes 36 are closed by plates 450a, but the intermediate mating edges 450 establish communication between the successive tube sections (Fig. 2) so that the tubes 36 can be filled by. water columns, to increase the weight of the guides. The reason for this precaution will emerge below.
If there is resistance, it is sometimes desirable to add additional downward pushing force to the sonic hammer. For this purpose, a cable system is provided with connections at the top of the sonic hammer and with devices (not shown) on the vehicle 30 for exerting tension on the cable. Two connecting rods 460 are connected by their upper ends to the arms 75 of the frame, as indicated at 461 (fig. 5) and from there extend obliquely downwards to carry at their lower ends a horizontal tube 462.
The tube 462 is in turn reinforced by spacers 463, which support sliding blocks 464 arranged in the slides W of the guide tubes. The struts 463 are made rigid by the connecting rods 460. A cable 467 is connected to the shaft 462 and runs up and down to pass under a pulley 465 located at the lower ends of the guides and thence on a winch (not shown). ) located in vehicle 30. It is evident that the force, which can thus be exerted downwards on the sonic machine and on the pile, is limited by the weight of the guides, since the cables, passing under the pulley 465 mounted on the guides tends to lift them.
It is for this reason that there is preferably provided a means for making the guides heavier by filling the tubes 36 with water.
At the start of a pile driving operation, the pile usually rests in a horizontal position at ground level. The entire hammer is lowered onto the guides by the hoist 66 and the above-mentioned winch located on the vehicle 30 until the pivot point T is substantially in alignment with the end of the horizontal piling. The pivoting part R of the machine, which can tilt on the journals 76, then oscillates upwards in a horizontal position,
as shown in phantom in figs. 3 and 4. This is achieved by means of a pair of pneumatic telescopic struts 550 of the cylinder and piston type. Cylinders 551 of these spacers are connected pi vot at the top to cross beams 48, as indicated at 552, and piston rods 553 are pivoted at 554 to brackets 555 extending from cylindrical wall 104 envelope, the pivot link 554 extending laterally with respect to the axis of the journals 76, as will be seen in the drawing.
Appropriate pneumatic lines 556 and 557 (fig. 5) and control valves (not shown) are considered to be intended to control and actuate the expandable struts thus obtained and it is evident that the contraction of this strut causes oscillation. the assembly being able to tilt R into the position indicated in phantom in fig. 3 and 4.
The piling P is then introduced into the clamping device 40, and the latter is clamped, as described above. The sonic hammer is then lifted on the guides by the lifting device 66, and the piling is lifted into a vertical position, the inclined assembly R of the machine gradually oscillating to return to its normal vertical position. Vehicle 30, boom 33, and adjuster 38 are manipulated to place the pile at a point where it is to be depressed and the pile is then lowered along the guides by hoist 66 until that its lower end comes into contact with the ground.
The motors are started to control the hammer and the hoist 66 is released by appropriate operation of the winch to apply some or all of the weight of the sonic hammer to the upper end of the piling. The motors drive the splined shafts 86 and 96 and through them the bevel gears 192 and the ring gear 200, which in turn drives the bevel gears 222 of the turret 224, and through the gear trains located in the two housings 250 of the turret, the two control shafts 265 of the oscillator.
Thus, the rings of the oscillator are driven and a vertical oscillating reaction force is generated by the body 137 of the oscillator and is applied by means of the column 41 at the upper end of the piling. The motors are regulated at a speed such that the frequency of this vertical oscillating force corresponds to a resonant frequency of the pile P, taken with the part of the vibrating mass of the sonic hammer to drive the piles which is coupled therein so as to establish a longitudinal stationary wave in the piling.
The upper end of the piling, the column 41, including the pistons 124 of the pneumatic springs and the body 137 of the oscillator then participate in a vertical oscillation, the amplitude of which naturally depends on the size scale of the equipment. and the power developed by the oscillator.
Due to the curved splines of the ends of the oscillator drive shafts 265, these shafts vibrate obliquely with the vertical oscillation of the latter body, but the vertical vibration is not transmitted to a significant extent through the oscillator body. the intermediary of these to the turret.
The weight of the parts of the sonic hammer, apart from the parts directly mounted on the piling, i.e. parts including the motors, the frame, the gears, etc., other than the hydraulic clamping device , the column 41, comprising the air spring piston and the oscillator body are all supported by the air spring casing 154 and therefore are uniformly supported by the pressurized air contained in the air spring chambers. - matic above the piston 124 of the latter.
The air spring piston is therefore able to oscillate vertically without transmitting significant vibration to the air spring casing and the sonic hammer parts resting on it which are virtually isolated from the oscillator and vibrating pile. The pressures in the air spring are automatically adjusted to maintain uniform support of the parts resting on the air spring casing.
The hammer adapts to the rotational and tilting movement of the piling, as previously described, and the control device, located between the motors and the piling, includes flexible transition elements, such as the various shafts, for example. curved spline control, which facilitates this adaptation.
In certain cases where great resistance is encountered, it is desirable or necessary to increase the load exerted downwards, that is to say the thrust exerted on the pile. This can be done by adding ballast to the sonic hammer or by pulling it down through cables 464, as previously described.
For a moderate sinking force, it suffices to use only one of the two motors. In reality, control of a single motor is usually sufficient and the use of both motors is only necessary for the hardest type of work.
The sonic hammer described can also be used to pull a pile out of the ground. In this case, the thrust load exerted downward of the pilotis must be compensated and an upward thrust must be exerted. This is done by simply rewinding the lifting cable 68 by means of the corresponding winch located on the vehicle 30.
A force is thus exerted upwards through the cable 68 on the main support beam 46 and the hammer parts suspended from said beam, and when the oscillator is switched on, under these conditions, the piling is lifted. off the ground. The winch is naturally controlled during this operation so as to keep the cable 68 taut and to wind it up as the pile is lifted. Also, during this lifting operation, the pneumatic spring 112 operates as during the depression, but in reverse.