RU2101491C1 - Device for building piles in earth - Google Patents

Abstract

FIELD: construction engineering. SUBSTANCE: this can be used for building cast-in-place piles in industrial and civil engineering and also for compacting earth and improving its structure. Device has form-creating body and located inside it with possible limited longitudinal displacement is striking mechanism with working end of piston-striker protruding beyond striking mechanism. Made in lower part of form-creating body is chamber which is filled with liquid and open at side of striking mechanism. Diameter of chamber neck is equal to diameter of lower end of piston-striker which periodically enters aforesaid chamber during its working stroke. This ensures reliability and improved performance due to reduced peak loads on compacting machine and base vehicle during operation. EFFECT: high efficiency. 1 dwg

Description

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при изготовлении набивных свай в промышленном и гражданском строительстве, а также для уплотнения грунта и улучшения его структуры. The invention relates to construction and can be used in the manufacture of printed piles in industrial and civil engineering, as well as for compaction of the soil and improve its structure.

Известно устройство для образования скважин в грунте [1] содержащее базовую машину со стрелкой и приводом рабочего органа, направляющую штангу и рабочий орган в виде усеченного конуса, который с помощью лебедки поднимается на высоту 5 10 м и срабатывается на грунт. A device for forming wells in the soil [1] containing a base machine with an arrow and a drive of the working body, a guide rod and a working body in the form of a truncated cone, which with the help of a winch rises to a height of 5 10 m and operates on the ground.

Недостатком указанного устройства является громоздкость, малая частота ударов (2 3 удара в минуту), большие динамические воздействия на стрелу и привод базовой машины, в силу чего указанное устройство обладает малой производительностью и надежностью. Кроме того, после каждого удара рабочий орган вынимается из скважины. Это, с одной стороны, связано с большими затратами энергии на извлечение рабочего органа, а с другой после извлечения рабочего органа происходит разгрузка грунта, что неблагоприятно влияет на качество образуемой скважины. The disadvantage of this device is cumbersome, low frequency of strokes (2 3 beats per minute), large dynamic effects on the boom and drive of the base machine, whereby the specified device has low performance and reliability. In addition, after each stroke, the working body is removed from the well. This, on the one hand, is associated with high energy costs for the extraction of the working body, and on the other, after the working body is removed, the soil is unloaded, which adversely affects the quality of the well being formed.

Известно также устройство [2] для вытрамбовывания котлованов, содержащее корпус с размещенным внутри бойком с приводом, а в нижней части корпуса с возможностью продольного перемещения установлена трамбовка. В этом устройстве базовая машина, на которой устанавливается описанное устройство, практически не испытывает динамических воздействий при разгоне и взводе бойка. Кроме того, в этом устройстве трамбовка не извлекается из грунта после каждого удара, а остается в трамбуемой выемке. Однако, как и в предыдущем устройстве [1] разгон бойка происходит за счет силы тяжести, поэтому для достижения требуемой энергии длина устройства достигает нескольких метров. A device [2] is also known for tamping pits, comprising a housing with a drive head located inside the drive, and a rammer is installed in the lower part of the housing with the possibility of longitudinal movement. In this device, the base machine on which the described device is installed practically does not experience dynamic effects during acceleration and cocking of the striker. In addition, in this device, the tamper is not removed from the ground after each impact, but remains in the tamped recess. However, as in the previous device [1], the striker is accelerated due to gravity, therefore, to achieve the required energy, the length of the device reaches several meters.

Более совершенным является устройство [3] в котором погружение трамбовки осуществляется ударным механизмом (гидромолотом), расположенным сверху и соединенным с трамбовкой посредством жесткой муфты. Размеры данного устройства при довольно большой энергии и частоте ударов значительно меньше, чем в устройствах [1, 2] Недостатком устройств [2,3] является то, что корпус трамбовки состоит из двух частей, подвижных друг относительно друга и соединенных между собой муфтой. При погружении трамбовки через зазор между корпусом и муфтой уплотняемый грунт может проникать внутрь корпуса, что отрицательно сказывается на работоспособности устройства. More perfect is the device [3] in which the tamper is immersed by a percussion mechanism (hydraulic hammer) located on top and connected to the tamper by means of a rigid coupling. The dimensions of this device with a rather high energy and shock frequency are much smaller than in devices [1, 2]. The disadvantage of devices [2,3] is that the ramming case consists of two parts, movable relative to each other and interconnected by a coupling. When rammers are immersed through the gap between the housing and the coupling, the compacted soil can penetrate into the housing, which negatively affects the operability of the device.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство [4] содержащее корпус, внутри которого подвижно установлен поршень-боек, наносящий удары по корпусу, блок управления и пневмоаккумулятор. The closest in technical essence to the claimed is a device [4] containing a housing, inside of which a piston-striker is mounted movably, striking the housing, a control unit and a pneumatic accumulator.

В этом устройстве и включена возможность проникновения грунта внутрь корпуса. Однако, и оно не лишено недостатков. В этом устройстве, как и в предыдущих [2, 3] поршень-боек в конце своего хода наносит удар непосредственно по корпусу или по жесткой муфте. В результате в поршне-бойке и в корпусе устройства в момент соударения возникают ускорения, равные нескольким сотням "g". В результате в поршне-бойке и корпусе возникают чрезмерные напряжения, близкие или превосходящие предел текучести. Учитывая, что корпус трамбовки как правило представляет собой сварную конструкцию, воздействие на которую интенсивных знакопеременных нагрузок крайне нежелательно, надежность таких устройств будет низкой. In this device, and included the possibility of penetration of soil into the body. However, it is not without flaws. In this device, as in the previous [2, 3], the piston-striker at the end of its stroke strikes directly against the housing or on a rigid coupling. As a result, accelerations equal to several hundred "g" arise in the piston-hammer and in the device case at the moment of impact. As a result, excessive stresses occur in the piston-striker and the housing, which are close or exceed the yield strength. Given that the tamper body is usually a welded structure, the impact on which of intense alternating loads is extremely undesirable, the reliability of such devices will be low.

Таким образом, прототипу присуща недостаточная надежность и эффективность устройства. Thus, the prototype is inherent in the lack of reliability and efficiency of the device.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в повышении надежности и эффективности устройства для образования скважин в грунте. The problem to which the invention is directed, is to increase the reliability and efficiency of the device for the formation of wells in the ground.

Сущность изобретения состоит в том, что в отличие от известного устройства для образования скважин в грунте, содержащего формообразующий корпус, внутри которого с возможность ограниченного продольного перемещения размещен ударный механизм с выступающим из его нижнего торца рабочим концом поршня-ударника, согласно изобретению в нижней части формообразующего корпуса выполнена открытая со стороны ударного механизма камера, заполненная жидкостью, диаметр горловины которой по существу равен диаметру нижнего конца поршня-ударника, периодически входящего в упомянутую камеру во время своего рабочего хода. The essence of the invention lies in the fact that, in contrast to the known device for the formation of wells in the soil, containing a forming body, inside of which with the possibility of limited longitudinal movement there is a shock mechanism with a working end of the piston-hammer protruding from its lower end, according to the invention in the lower part of the forming the housing is made open from the percussion mechanism of the chamber, filled with liquid, the diameter of the neck of which is essentially equal to the diameter of the lower end of the piston-impactor, period nical included in said chamber during its stroke.

Технический результат, который может быть получен в результате использования изобретения, заключается в повышении надежности и эффективности устройства за счет снижения пиковых нагрузок на корпус и ударник во время их соударения. The technical result that can be obtained as a result of using the invention is to increase the reliability and efficiency of the device by reducing peak loads on the body and impactor during their collision.

Упомянутый результат при использовании заявляемого устройства достигается за счет того, что в нижней части корпуса (формообразующей оболочки) выполнена открытая со стороны ударного механизма заполненная жидкостью камера, диаметр горловины которой по существу равен диаметру нижнего конца поршня-ударника ударного механизма, взаимодействующего с последней. Предложенное конструктивное решение позволяет растянуть по времени ударный импульс и тем самым резко уменьшить пиковые нагрузки на корпус и ударник и более эффективно использовать кинетическую энергию поршня-ударника для погружения формообразующей оболочки в грунт, благодаря чему формообразующая оболочка может быть выполнена тонкостенной и относительно легкой. The mentioned result when using the inventive device is achieved due to the fact that in the lower part of the body (forming shell), a chamber is opened, open on the side of the shock mechanism, and filled with liquid, the neck diameter of which is essentially equal to the diameter of the lower end of the piston-hammer of the shock mechanism interacting with the latter. The proposed constructive solution makes it possible to extend the shock pulse in time and thereby sharply reduce peak loads on the body and impactor and more efficiently use the kinetic energy of the impactor piston to immerse the forming shell into the ground, so that the forming shell can be made thin-walled and relatively light.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства для образования скважины в грунте (продольный разрез). The drawing shows a schematic diagram of a device for forming a well in the ground (longitudinal section).

Устройство для образования скважины в грунте состоит из формообразующего корпуса 1, на внутренней поверхности имеющего нижнюю 2 и верхнюю 3 цилиндрические направляющие поверхности, в которых подвижно установлен корпус ударного механизма 4. В нижней части формообразующего корпуса 1 выполнена заполненная жидкостью камера 5, имеющая сверху цилиндрическую горловину 6, диаметр которой равен диаметру нижнего конца поршня-ударника 7 ударного механизма 4. Горловина 6 камеры 5 сверху имеет торцевую опорную поверхность 8, с которой контактирует нижний торец 9 корпуса ударного механизма 4. В верхней части корпус 1 снабжен кольцевым выступом 10, который через буфер 11 взаимодействует с выступом 12 ударного механизма 4. A device for forming a well in the soil consists of a forming body 1, on the inner surface having a lower 2 and upper 3 cylindrical guide surfaces, in which the body of the percussion mechanism 4 is movably mounted. In the lower part of the forming body 1 there is a chamber 5 filled with liquid, having a cylindrical neck on top 6, the diameter of which is equal to the diameter of the lower end of the piston-hammer 7 of the impact mechanism 4. The neck 6 of the chamber 5 has an end supporting surface 8 on top of which the lower second end 9 the hammer body 4. The top of the housing 1 is provided with an annular projection 10 which, via a buffer 11 interacts with the projection 12, the hammer 4.

Заявляе6мое устройство работает следующим образом. The inventive device operates as follows.

В исходном состоянии формообразующий корпус 1 устройства опирается на уплотняемый грунт. Нижний торец 9 корпуса ударного механизма 4 контактирует с торцевой опорной поверхностью 8 формообразующего корпуса, а поршень-ударник 7 ударного механизма 4 находится в крайнем нижнем положении, при этом его нижний конец размещен в камере 5, заполненной жидкостью, например, минеральным маслом или масляной эмульсией. In the initial state, the forming body 1 of the device is based on a compacted soil. The lower end 9 of the body of the percussion mechanism 4 is in contact with the end support surface 8 of the forming body, and the piston-percussion 7 of the percussion mechanism 4 is in its lowest position, while its lower end is placed in the chamber 5, filled with liquid, for example, mineral oil or oil emulsion .

При включении привода ударного механизма 4 поршень-ударник 7 перемещается вверх, его нижний конец выходит из камеры 5, а освободившееся при этом пространство в камере 5 заполняется жидкостью, находящейся в формообразующем корпусе 1. Уровень жидкости в формообразующем корпусе 1 устанавливается несколько выше опорной поверхности 8. Поршень-ударник 7 после достижения своего крайнего верхнего положения начинает ускоренное движение вниз рабочий ход. На пути от верхнего положения до момента входа в горловину 6 камеры 5 поршень-ударник 7, практически не испытывая никакого сопротивления, запасает кинетическую энергию. When you turn on the drive of the percussion mechanism 4, the piston-hammer 7 moves up, its lower end leaves the chamber 5, and the space that is freed up in the chamber 5 is filled with liquid in the forming body 1. The liquid level in the forming body 1 is set slightly higher than the supporting surface 8 The drummer piston 7, after reaching its extreme upper position, begins an accelerated downward stroke. On the way from the upper position to the moment of entry into the neck 6 of the chamber 5, the piston-hammer 7, practically without any resistance, stores kinetic energy.

После входа нижнего конца поршня-ударника 7 в горловину 6 камеры 5, пространство последней будет изолировано от внутренней полости формообразующего корпуса 1. After entering the lower end of the piston-hammer 7 in the neck 6 of the chamber 5, the space of the latter will be isolated from the inner cavity of the forming body 1.

При дальнейшем движении поршня-ударника 7 в камере 5 происходит сжатие жидкости, кинетическая энергия поршня-ударника 7 переходит в потенциальную энергию сжатой жидкости. При этом на дно камеры 5 и нижний торец поршня-ударника 7 будут действовать силы, равные по величине, но противоположные по направлению. Одна из них вызывает погружение формообразующего корпуса 1 в грунт, а другая торможение поршня-ударника 7. В момент, когда скорости поршня-ударника 7 и формообразующего корпуса 1 становятся одинаковыми, т.е. в момент, когда отсутствует взаимное перемещение поршня-ударника 7 и формообразующего корпуса 1, в камере 5 устанавливается максимальное давление жидкости. С этого момента поршень-ударник 7 под действием давления жидкости в камере 5 начинает ускоренно двигаться вверх относительно формообразующего корпуса 1. Формообразующий корпус 1 будет продолжать двигаться вниз, погружаясь в грунт. Давление жидкости в камере 5 по мере выхода ударника из полости камеры 5 будет падать и в момент его выхода из камеры становится равным нулю, после чего на формообразующий корпус 1 и поршень-ударник 7 прекращается действие сил со стороны жидкости. Дальнейшее движение формообразующего корпуса 1 вниз и поршня-ударника 7 вверх будет происходить при действии силы сопротивления грунта на внедрение формообразующего корпуса 1 и сил упругости на поршень-ударник 7 со стороны привода ударного механизма 4. With further movement of the piston-hammer 7 in the chamber 5, the liquid is compressed, the kinetic energy of the piston-hammer 7 passes into the potential energy of the compressed liquid. At the same time, forces equal in magnitude but opposite in direction will act on the bottom of the chamber 5 and the lower end of the piston-impactor 7. One of them causes the forming body 1 to sink into the ground, and the other braking the piston-hammer 7. At a time when the speeds of the piston-hammer 7 and the forming body 1 become the same, i.e. at the moment when there is no mutual movement of the piston-hammer 7 and the forming body 1, the maximum liquid pressure is set in the chamber 5. From this moment, the piston-hammer 7 under the action of fluid pressure in the chamber 5 begins to accelerate upward relative to the forming body 1. The forming body 1 will continue to move down, immersed in the ground. The pressure of the liquid in the chamber 5 as the firing pin leaves the cavity of the chamber 5 will fall and at the moment of its exit from the chamber becomes equal to zero, after which the action of the forces from the side of the liquid ceases on the forming body 1 and the piston-hammer 7. Further movement of the forming body 1 down and the piston-hammer 7 up will occur when the soil resistance force acts on the introduction of the forming body 1 and the elastic forces on the piston-hammer 7 from the drive side of the shock mechanism 4.

Величина максимальной силы, действующей на формообразующий корпус 1 и поршень-ударник 7 со стороны жидкости в камере 5, определяется энергией удара механизма 4, объемом жидкости в камере 5, диаметром поршня-ударника 7, а также величиной зазора между поверхностями горловины 6 камеры 5 и нижнего конца поршня-ударника 7. The magnitude of the maximum force acting on the forming body 1 and the piston-hammer 7 from the liquid side in the chamber 5 is determined by the impact energy of the mechanism 4, the volume of liquid in the chamber 5, the diameter of the piston-hammer 7, as well as the gap between the surfaces of the neck 6 of the chamber 5 and the lower end of the piston-hammer 7.

Непосредственно после удара между торцевыми опорными поверхностями 8 и 9 горловины 6 и корпуса ударного механизма 4 образуется зазор, определяемый величиной погружения формообразующего корпуса 1 в грунт. После удара под действием сил со стороны манипулятора (на чертеже не показан) корпус ударного механизма 4 опускается вниз до соприкосновения с опорной поверхностью 8 горловины 6э
Далее цикл повторяется. После погружения формообразующего корпуса 1 полностью в грунт с помощью манипулятора (на чертеже не показан) к ударному механизму 4 прикладывается усилие, направленное вверх. Ударный механизм 4 через бурт 12, буфер 11, воздействуя на бурт 10 формообразующего корпуса 1, извлекает последний из грунта.Immediately after an impact, a gap is formed between the end supporting surfaces 8 and 9 of the neck 6 and the body of the percussion mechanism 4, which is determined by the immersion of the forming body 1 in the ground. After impact under the action of forces from the side of the manipulator (not shown in the drawing), the body of the percussion mechanism 4 lowers down to contact with the supporting surface 8 of the neck 6e
Next, the cycle repeats. After immersing the forming body 1 completely in the ground using a manipulator (not shown in the drawing), an upward force is applied to the impact mechanism 4. The impact mechanism 4 through the shoulder 12, the buffer 11, acting on the shoulder 10 of the forming body 1, removes the latter from the soil.

Предложенное конструктивное решение позволяет легко обеспечить оптимальный режим образования скважин в грунте при высоком КПД использования энергии (не менее 70% ) и сравнительно легкой конструкции формообразующего корпуса устройства, так как силы, действующие на корпус в этом случае, на несколько порядков меньше, чем при непосредственном соударении поршня-ударника с формообразующим корпусом. The proposed constructive solution makes it easy to ensure the optimal mode of well formation in the soil with a high energy efficiency (at least 70%) and a relatively lightweight design of the device’s forming body, since the forces acting on the body in this case are several orders of magnitude lower than with direct impact of the piston-hammer with the forming body.

Источники информации:
1. Авторское свидетельство СССР N 1260442.Sources of information:
1. USSR author's certificate N 1260442.

2. Авторское свидетельство СССР N 926153. 2. Copyright certificate of the USSR N 926153.

3. Патент PCT N 92/10637. 3. Patent PCT N 92/10637.

4. Авторское свидетельство СССР N 1093800, кл. T 21 C 3/20 (прототип). 4. Copyright certificate of the USSR N 1093800, cl. T 21 C 3/20 (prototype).

Claims (1)

Устройство для образования скважин в грунте, содержащее формообразующий корпус, внутри которого с возможностью ограниченного продольного перемещения размещен ударный механизм с выступающим из его нижнего торца рабочим концом поршня-ударника, отличающееся тем, что в нижней части формообразующего корпуса выполнена открытая со стороны ударного механизма камера, заполненная жидкостью, диаметр горловины которой по существу равен диаметру нижнего конца поршня-ударника, периодически входящего в упомянутую камеру во время своего рабочего хода. A device for forming wells in the soil, comprising a shaping body, inside of which, with limited longitudinal movement, a shock mechanism is placed with a working end of the piston-hammer protruding from its lower end, characterized in that a chamber open on the side of the shock mechanism is made in the lower part of the mold body, filled with a liquid, the diameter of the neck of which is essentially equal to the diameter of the lower end of the piston-hammer, periodically entering the said chamber during its working ode.