автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Обоснование параметров и разработка комплекта гидравлического виброоборудования для подачи и уплотнения бетона при сооружении буронабивных свай

ВИНОГРАДОВ Олег Викторович

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКТА ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ВИБРООБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПОДАЧИ И УПЛОТНЕНИЯ БЕТОНА ПРИ СООРУЖЕНИИ БУРОНАБИВНЫХ СВАЙ

Специальность: 05.05.04 - «Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ВИНОГРАДОВ Олег Викторович

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКТА ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ВИБРООБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПОДАЧИ И УПЛОТНЕНИЯ БЕТОНА ПРИ СООРУЖЕНИИ БУРОНАБИВНЫХ СВАЙ

Специальность: 05.05.04 - «Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена в ОАО «Научно-исследовательский институт транспортного строительства (ОАО ЦНИИС).

Научный руководитель: кандидат технических наук,

Панин Игорь Александрович Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Кузин Эдуард Николаевич кандидат технических наук, Марышев Борис Семенович

Ведущая организация: ОАО «Гипростроймост»

Защита состоится 01 октября 2004 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 303.018.01 при ОАО «Научно-исследовательский институт транспортного строительства» (ОАО ЦНИИС) по адресу: 129329, Москва, Кольская ул., д. 1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОАО ЦНИИС. Автореферат разослан 01 сентября 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

ЖА Петрова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Технология сооружения буронабивных свай повышенной несущей способности предусматривает виброукладку бетонной смеси на глубину, в том числе под воду и виброуплотнение (виброштампование) смеси по всей высоте сооружаемой сваи. В ряде случаев требуется укрепление грунтового основания сваи путем вибровтрамбовывания в него сыпучих материалов. С этой целью необходимо применение специального вибрационного оборудования, обеспечивающего регулируемость характеристик процесса воздействия на обрабатываемый материал (бетонная смесь, щебень, песок, грунт и т.д.) по амплитуде, частоте и возмущающей силе в режиме вибрации и виброудара.

Эти условия наиболее эффективно обеспечиваются средствами механизации, снабженными гидравлическим приводом и системами дистанционного ручного и автоматизированного управления. Однако на сегодняшний день отечественные строители не обеспечены комплектами оборудования, полностью отвечающего выдвигаемым требованиям, необходимым для соблюдения технологических регламентов по сооружению буронабивных свай методом виброуплотнения бетонной смеси. Технология глубинного виброуплотнения и виброштампования сама по себе пионерна, в том числе и для зарубежных стран. Чтобы обеспечить реальность применения данной технологии, необходимо проведение научных исследований, на основании которых стала бы возможной разработка специализированного вибрационного оборудования для сооружения буронабивных свай повышенной несущей способности при любом их диаметре и глубине заложения, принятых в отечественном фундаментостроении на данное время и на перспективу.

Цель работы - обоснование исходных технических характеристик, экономических и эргономических требований и создание на их основе комплекта гидравлического вибрационного оборудования, обладающего возможностью модульной компоновки его составных частей. Комплект должен обеспечить реальную возможность виброуплотнения бетонной смеси и грунтовых оснований на большой глубине, в том числе в обводненных грунтах при различных условиях строительства и конструкции возводимых сооружений с возможностью постоянной оценки получаемых результатов.

Методы исследований - изучение технологии сооружения буронабивных свайных фундаментов различной глубины и диаметра, в том числе в обводненных и слабых грунтах, литературных источников в области свайной вибротехники с гидроприводом, теоретические исследования процесса виброуплотнения материалов с использованием методов математического моделирования, экспериментальные исследования на физических моделях и на натурных образцах оборудования в условиях реального строительства.

Научная новизна:

- принципы расчета и конструирования многодвигательных гидромоторных вибраторов дебалансного типа, состоящих из отдельных виброблоков,

РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА

лишенных жестких механических связей между вибровалами и компонуемых по определенным схемам расстановки с обеспечением требуемой согласованности вращения дебалансов при заданных частоте и амплитуде;

- принципы регулирования параметров оборудования, обеспечивающие поддержание заданных режимов работы виброштампов при передаче вибровозмущений через жесткую столбчатую конструкцию от источника колебаний (вибратор) к рабочему органу (виброштамп) на большую глубину;

- уточненная методика расчета параметров гидропривода (по мощности, давлению, расходу жидкости) и выбора комплектующих элементов, включаемых в состав вибрационного гидрооборудования.

Практическая значимость. На основании выполненных автором исследований разработан компонуемый на модульной основе комплект гидравлического виброоборудования, обеспечивающий виброуплотнение бетонной смеси, щебня, песка и других сыпучих материалов при сооружении буронабивных сваи и щебеночных фундаментов в слабых и обводненных грунтах, а также вибропогружение арматурных каркасов и других длинномерных металлоконструкций при сооружении столбчатых фундаментов большой длины по бурошнековой технологии. Разработаны рекомендации по увеличению срока эксплуатации серийных гидромоторов и повышению' вибростойкости их конструкции.

Реализация результатов. Разработки внедрены путем изготовления серии комплектов гидравлического виброоборудования, с помощью которых специализированными строительными организациями при строительстве транспортных объектов в г. Москве сооружено более 2 тысяч свайных фундаментов повышенной несущей способности.

Апробация работы. Достоверность и эффективность разработок подтверждена практикой использования комплектов нового гидравлического оборудования на объектах строительства многоуровневых транспортных развязок в различных геологических условиях.

Основные положения диссертации докладывались на научно-технических конференциях, проводимых Росавтодором в 2002 и 2003 г.г. и на секции «Механизация транспортного строительства, строительные машины и оборудование» Ученого совета ЦНИИС в 2004 г.

По теме диссертации опубликованы 7 статей.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников и комплекта приложений. Она содержит: общее количество страниц - 203, таблиц - 12, рисунков - 55. Ссылки даны на 93 литературных источника.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе проведен анализ состояния вопроса, сформулированы цель и задачи исследований.

Развитие фундаментостроения имеет тенденцию к сооружению буронабивных свай с применением обсадных труб и сменного грунторазрабатывающего оборудования. Эта технология наиболее

универсальна и может применяться в любых геологических и гидрогеологических условиях, однако, наряду с известными преимуществами, обладает рядом недостатков, к которым в первую очередь следует отнести:

• вынужденное бетонирование литой бетонной смесью;

• пассивное заполнение скважины, в результате чего возможны образования пустот в теле сваи;

• возникновение при часто имеющей место неритмичности укладки бетона пробок внутри обсадных и бетонолитных труб;

• невысокий коэффициент использования материала.

Исследования в ЦНИИС при содействии ОАО «Волгомост» и фирмы «Инсотранс» позволили разработать технологию «Вибростолб», устраняющую вышеперечисленные недостатки (рис.1).

Рис. 1. Схема процесса сооружения сваи по технологии «Вибростолб»

1 - скважина в грунте; 2 - обсадная труба; 3 - арматурный каркас; 4 - виброштамп; 5 -вибратор с приемным бункером; 6 - бетонолитная труба; 7 - насосная станция; 8 — гибкие трубопроводы; 9 - кубло для бетонной смеси; 10 - крюк крана; 11 - освобождаемая секция обсадной трубы; 12 - освобождаемая секция бетонолитной трубы;

В арматурный каркас краном опускают технологический снаряд — полый виброштамп соответствующего диаметра для бетона, соединенные секции вибростойких бетонолитных труб с инвентарными вибропередающими бандажными зажимами и уплотнительными элементами, гидравлический

вибратор. Бетонную смесь подают в загрузочную воронку вибратора или непосредственно в сухую скважину, при необходимости включая вибратор (поз. 1). Размыкают наголовник и удаляют вибратор. Поднимают обсадную трубу и демонтируют ее освободившуюся секцию (поз. 2). Вновь закрепляют вибратор на бетонолитной трубе. Включают вибратор и, постепенно поднимая и опуская снаряд, производят виброуплотнение уложенного объема бетонной смеси (поз. 3). После этого фиксируют на обсадной трубе и размыкают нижний бандаж освободившихся секций бетонолитной трубы. Затем с помощью крана относят и укладывают их в накопитель (поз. 4). Вибратор переносят и закрепляют на укороченной бетонолитной трубе (поз. 5). Цикл работы повторяют до полного окончания сооружения буронабивной сваи.

Исследования А.Ю. Смирнова и И.В. Ходорова позволили установить амплитудо-частотные характеристики, необходимые при технологических операциях: 15-20 Гц - вибротрамбование щебня в основание сваи; 20-25 Гц -виброуплотнение бетона; 20-35 Гц- подача (виброукладка) бетонной смеси на глубину. Для реализации технологии необходимо создать специальное вибрационное гидрооборудование, аналога которому в нашей стране и за рубежом не выявлено.

Первичные лабораторные исследования вибротехнологии обработки бетона показали, что комплект такого оборудования должен включать: двухвальный вибратор дебалансного типа с регулируемыми параметрами; дистанционно управляемый наголовник; подвеску-амортизатор; вибропередающую секционную бетонолитную трубу; захватные и пригрузочные устройства; сменные уплотнительные и забивочные приспособления. Наиболее рациональным, исходя из сформулированных требований, является создание комплекта мобильного оборудования, полностью оснащенного современным гидравлическим приводом. При этом расположение вибратора на глубине было признано нерациональным.

Исследованиями строительного оборудования активного (вибрационного и ударного) действия с современными видами привода и систем управления занимались отечественные ученые Т.В. Алексеева, И.А Недорезов, Э.Н. Кузин, Б.С. Марышев, В.Н. Баранов, Ю.Е. Захаров, И.А Панин, Р.А Коган, А.Н. Звягинцев, Ю.Е. Иванов, О.Н. Панчев и ряд других, а также специалисты ведущих зарубежных фирм Германии, Франции, Англии, Италии, США, Австрии, Швеции, Голландии. Над созданием свайных вибропогружателей работали Д.Д. Баркан, И.И. Блехман, Г.Г. Азбель, А.С. Головачев, АН. Тарасов, В.М. Иванов, А.Д. Прохоров, В.И. Черняев, ОА Савинов и ряд других отечественных и зарубежных ученых и специалистов. Однако их разработки могут быть использованы лишь частично, и для решения рассматриваемой проблемы необходимо проведение дополнительных целевых исследовательских работ.

Новое оборудование должно обеспечивать сооружение свай диаметром 0,6-2 м и глубиной до 35 м. Перспективными являются сваи диаметром 3-5 м. глубиной до 60 м. Поскольку оборудование должно трансформироваться под условия работы, необходим принцип его модульной компоновки. Основными

модулями служат виброблоки (2-3 типоразмера) с возможностью их компоновки на силовом агрегате по заданной схеме. При этом необходимо иметь унифицированные секции бетонолитной трубы, рабочие виброорганы (штампы, плиты, упоры), насосные станции с модульной компоновкой насосных агрегатов, блоков гидроаппаратуры, кондиционеров рабочей жидкости и трубопроводов.

Исходя из цели выполнения работы определены следующие задачи исследований:

1. Исследовать работу гидравлических вибраторов дебалансного типа с определением возможности применения к процессам виброобработки строительных материалов на различной глубине.

2. Исследовать совместную работу двух и более гидромоторных виброблоков, лишенных механической связи их валов.

3. Установить границы амплитудо-частотных характеристик работы вибраторов применительно к процессам виброуплотнения бетонной смеси, виброштампования твердых материалов и вибропогружение арматурных каркасов в свежеуложенный бетон.

4. Разработать принципы расчета и компоновки модульных комплектов оборудования применительно к процессам уплотнения строительных материалов способом виброштампования.

5. Изучить работу сопутствующего оборудования к вибраторам и определить основополагающие требования к их компоновке, расчету параметров и проектированию.

6. Разработать рекомендации по типоразмерному ряду составных частей комплектов оборудования, основанных на многоуровневом модульном построении.

7. Разработать рекомендации по эксплуатации гидравлического вибрационного оборудования применительно к технологическим процессам сооружения фундаментов по технологии «Вибростолб».

Во второй главе приведены материалы теоретических исследований всего технологического виброснаряда и отдельных составных его частей. Начальной задачей является определение эффективности вибропередачи от вибратора к виброштампу через бетонолитную трубу, для чего составлена модель (рис. 2). Согласно исходным требованиям и конструктивной целесообразности технологический снаряд снабжен вибратором, расположенным сверху; бетонолитная труба выполняет функции жесткого полого стержня, через который вынуждающая сила передается рабочему органу и бетонной смеси, расположенным на значительном удалении от источника колебаний.

Расчетная схема математически дифференциальных уравнений

может быть выражена системой

д2х, ,

811

Н(<)

61)

Ы

Система уравнений для изображения амплитуд перемещений вибратора, бетонолитной трубы и бетонной смеси имеет вид

На этой основе построены амплитудно-частотные характеристики рабочего процесса применительно к различным стадиям бетонирования скважины от первого поданного на глубину слоя бетонной смеси до стадии завершения виброуплотнения бетонной смеси. В начале виброуплотнения на всех частотах, включая рабочие, имеют место резонансные режимы, при которых амплитуда колебаний вибратора существенно превышает амплитуду 8

колебаний бетонолитной трубы и бетонной смеси. На стадии завершения процесса виброуплотнения амплитуда колебаний бетонолитной трубы и бетонной смеси уменьшается до 1 - 2,5 мм при глубине сваи до 30 м, что делает приемлемым расположение вибратора на верхней части технологического снаряда.

При отсутствии жесткой механической связи виброблоков может отсутствовать синхронность вращения вибровалов. Вместе с тем их свободная расстановка дает ощутимые положительные результаты при сооружении пространственных фундаментных конструкций. Проблемы синхронизации гидродвигателей отражены в трудах Т.М. Башты, В.В. Ермакова, С.Я. Скрицкого, И.А. Панина, В.Л. Солдатова, Г.В. Коврова и др. Все авторы предусматривают гидравлические устройства принудительного согласования работы, что применительно к вибраторам делает гидросхему сложной, а оборудование дорогим. Проблемы самосинхронизации моторов (в основном, электрических) решали Г.Г. Азбель, И.И. Блехман, И.М. Абрамович, Б.ПЛавров, Д.А. Плисе; ими предложены различные модели, рассмотрены стабилизирующие факторы и критерии устойчивости вращения вибровалов. Специалистами фирмы «Тюнкерс» разработана схема, определяющая границы устойчивого вращения валов с дебалансами в синхронном режиме. А.Н. Тарасов экспериментально установил, что принудительная компенсация угла расхождения валов с электромоторами после их каждого оборота требует приложения мгновенной мощности, на порядок превышающей номинальную мощность вибратора. Компенсация ошибок в таких системах может производиться периодически или не производиться вовсе. В последнем случае имеет место так называемая «блуждающая синхронизация», когда угол расхождения между валами колеблется от 0 до тс или полная остановка одного из вибровалов с набором второго вибровала двойной скорости вращения.

Для гидропривода критерием устойчивой синхронной работы при самосинхронизации является момент синхронизации. При определении влияния геометрических параметров на синхронную работу гидравлического двухвального вибратора с независимой связью валов приняты следующие допущения:

- вибровозбудители установлены идеально горизонтально на общей опоре;

- геометрическая ось вибросистемы строго вертикальна и проходит через собственный центр тяжести;

- виброблоки установлены симметрично относительно геометрической оси вибратора;

- характеристики гидродвигателей линейны и описываются уравнением вида - критическая частота вращения;

В соответствии с принятыми допущениями, получено обобщенное уравнение реакций на дебалансы, возникающих при возвратно-поступательном вертикальном перемещении колеблемой массы

Л/, ——— - Л,Г БШ (оя + (р) - Л2г соб(<УГ + р) - = ®

где реакции на дебалансы Л, = ¿'.от; Л, = £",/я

Ускорения Е„ Е, колебаний определяются обобщенными вынуждающими силами и силами сопротивления движению вибросистемы в обрабатываемой

где Р,£, РгГ - обобщенные вынуждающие силы в вертикальной и

1 горизонтальной плоскостях;

- силы сопротивления перемещению вибросистемы в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Поскольку

для двух виброблоков, установленных на одном погружаемом элементе, система взаимосвязанных уравнений имеет вид:

где « — У,- - расстояние от точки приложения инерционных сил до

оси вращения дебалансов, выраженная через межосевое расстояние. На основании полученных зависимостей установлено:

- с увеличением Qц синхронизирующий момент растет. Вместе с тем возрастает и масса вибротора, что снижает Мс;

- необходимо так подобрать эксцентриситет дебалансов, чтобы при заданном статическом моменте обеспечить наименьшую массу вибратора.

Однако изложенные выше данные не дают полной оценки условий вращения дебалансов. Автором предложена схема вращения вибровалов с гидромоторами, питаемыми от общего насоса, отражающая процесс с учетом действия внутренних и внешних сил на вибратор (рис. 3). При а)| > (ад в момент, когда дебаланс вала А оказывается в крайнем нижнем положении, он пытается преодолеть реакцию сопротивления Ы за счет своей возмущающей силы Ра. Дебаланс вала В отстает на угол а, и за счет своей возмущающей силы Рь воспринимает ту же самую реакцию сопротивления R. Если Ра + Бь > Я, то вся система перемещается вниз, преодолевая силу сопротивления R; в тот же самое время на валу отстающего дебаланса вала В, в силу импульса сопротивления ходу вибратора, возникает инерционный момент, под влиянием которого гидромотор, не встречая сопротивления на сливе, может мгновенно провернуться и полностью или частично уравнять угловое положение обоих дебалансов; назовем его моментом синхронизации Мсинх. Данный эффект самосинхронизации будет постоянным за каждый оборот вала только в том случае, если существует достаточная реакция сопротивления вибровоздействию R. Если же такое сопротивление отсутствует (Я —► 0), эффект самосинхронизации не будет наблюдаться, и вибратор будет работать в рассогласованном режиме. Момент синхронизации Мси„ должен быть больше момента сопротивления вращению дебалансных валов

(о,

е

Рь *

Р.

Рис. 3. Динамическая схема двухзального вибровозбудителя

Момент сопротивления вращению дебалансных валов равен:

МС0Пр. = АМтр, + М^вта + МКИн. + Мд„н.,

где АМ-ф. - суммарный момент от сил трения, который равен сумме моментов трения в гидромоторе и подшипниках (ДМхр = ДМГ м + ДМП); Мст. - максимальный статический момент дебалансов; Мквн - кинетический момент дебалансов; - динамический момент, - угол отклонения центра тяжести дебалансов от вертикальной оси. Момент синхронизации при полном обороте дебаланса изменяется по величине и направлению (рис. 4.а). Однако если наступает условие, при котором больше (т. А), возможна

полная компенсация ошибки за каждый оборот и синфазное вращение дебалансов (зону 3 на рис. 4.б). Если этого не происходит, рассогласование имеет место, и наступает режим «блуждающей синхронизации» с различным периодом перехода от полного виброимпульса до вращения в режиме маховика (зону 2 на рис. 4.б). Если же момент сопротивления в отстающем виброблоке превышает момент, потребный для вращения опережающего дебаланса А, отстающий вибровал «В останавливается полностью, а вибровал А набирает двойные обороты (зону 1 на рис. 4.б). Рассмотренный эффект самосинхронизации применим в основном к гидроприводу, так как параллельное соединение гидромоторов образует гидравлический дифференциал. Это влечет за собой мгновенное перетекание жидкости в полостях гидромотора дебалансного вала В, что может вызывать нежелательный эффект кавитации; однако расчеты показали, что в период компенсации накопленной ошибки в положении дебалансов, истечение жидкости в трубопроводах происходит со скоростью 15-22 м/сек, что хотя и нежелательно, но кратковременно допустимо.

Практика показывает предпочтительность применения в вибрационной технике гидромоторов аксиально-поршневого типа. Работа гидромотора в вибрационном режиме влечет за собой наложение гармоник технологической вибрации, создаваемой вибромеханизмом, на пульсационный режим протекания жидкости в его поршнях, который также изменяется по гармоническому закону. На рис. 5 показан график синусоидального изменения давления в рабочих полостях семи поршней гидромотора (кривые 1-7), а значит и доли создаваемого каждым из них крутящего момента на выходном валу. Кривая 8 отражает характер изменения за один оборот дебаланса вынуждающей силы, создаваемой виброблоком механизма, оснащенного этим гидромотором. За один оборот гидромотора каждый поршень совершает полный период колебаний, сдвинутых по фазе относительно друг друга. Дебаланс виброблока также совершает за этот период полный оборот с передачей на вал и на весь гидромотор динамической синусоидальной нагрузки. Силы инерции действуют нормально к движущимся поршням и создают в них дополнительное трение. Как видно из графика, в течение каждого оборота максимальное добавочное нагружение постоянно действует на поршни 5 и 2 в момент нанесения вибратором максимального вибровоздействия или удара, т.е. в периоды, когда требуемое давление в них и без того максимально. При этом соседние поршни 6 и 1 нагружены уже на 55-

зона полной рассинфонизации зона блуждающей -синхронизации зона полной синхронизации

20) б =0%' 5 = юо% ~~~ ш1

и) ^ ш2

0 Мдв <Мс< Мсопр Мдв >Мс< Мсопр Мдв >Мс> Мсопр

Рис. 4.б. Диаграммаустойчивойработы дебалансныхвалов

»4

ш

IV

4»

Г 1 I— н ■л г Г6 !- 7

\ / \Х А / /

/ * / \ X X /х \\ \)—10 X / V

у* Ч/\ / \Х

/ \ Чу <Г /XI ♦ у' N.

а,

О 60 120 180 240 300 360

Рис. 5. Графикработы поршневой группы гидромотора в вибрационном режиме

60%, а остальные практически не испытывают дополнительных нагрузок. Если же фаза колебаний дебаланса несколько сдвинута относительно фазы движения поршня (кривая 9), максимальную нагрузку испытывают не один, а два поршня 1 и 2. Таким образом, наиболее нагружаемые динамикой колебаний прецизионные пары (поршень-цилиндр) износятся первыми, уменьшат свою герметичность или вовсе выйдут из строя. Компенсация влияния дополнительных нагрузок может быть достигнута путем периодического сдвига фаз поршней и дебаланса и приложения колебательных нагрузок на другие поршни.

Третья глава посвящена экспериментальным исследованиям на физических моделях. Основными задачами физического моделирования были:

- определение граничных условий работоспособности вибратора, оснащенного двумя или несколькими модульными гидравлическими виброблоками дебалансного типа;

- определение результирующего характера колебаний многодвигательного виброагрегата, управляемость процессом формирования вибровоздействий с одной и двумя степенями свободы;

- уточнение методики расчета и проектирования гидропривода для многоблочного вибрационного оборудования;

- проведение критериальной оценки потерь в вибропередаче «вибратор -рабочий орган» по мере увеличения глубины опускания технологического снаряда в скважину.

Для осуществления поставленных задач использовалась разработанная автором физическая модель (рис. 6), которая включает в себя базовый стол 1, зафиксированный основанием 10 на силовом полу. Вдоль вертикальной оси стола смонтирована полая направляющая рама 2 внутри которой подвижно установлен жесткий ствол 5, служащий имитатором элемента, подвергаемого вибрации (рабочий орган виброагрегата). В нижней части ствола расположена пружинная система силовой подвески 8; она упруго соединена с вертикальным гидроцилиндром 9, регулирующим вертикальную нагрузку на ствол. Клиновые устройства 6 с гидроцилиндрами 7 обеспечивают создание сил трения на боковых поверхностях ствола 5, препятствуя его вертикальному движению вверх и вниз. На верхней части ствола смонтирован макет многодвигательного виброагрегата; он представляет собой сборную балочную металлоконструкцию 3, на которой размещены виброблоки 4. Она состоит из двух одинаковых балок, расположенных в два яруса. Балки шарнирно соединены между собой с возможностью жесткой взаимной фиксации и разворота одной балки относительно другой на угол до 360°. Это позволяет в процессе экспериментов расставлять модульные гидравлические виброблоки по определенным схемам в единой плоскости и в двухмерном пространстве. Управлением боковыми упорами и вертикальным гидроцилиндром под стволом имитировались режимы, специфичные для процесса виброобработки материалов и вибропогружения конструкций. Общая высота модели - 6,5м.

Рис. 6.Схемафизическоймодели

Контролировались и измерялись:

- частота вращения дебалансных валов;

- амплитуды колебаний столба-имитатора;

- поступательное перемещение имитатора;

- давление в рабочей полости гидроцилиндра лобового сопротивления;

- давление в гидроцилиндре системы создания сил бокового трения;

- расход жидкости в гидромоторах виброблоков;

- давления в насосе питания гидромоторов;

- полезная производительность насоса;

- температура рабочей жидкости;

- время протекания процессов.

Для получения информации о вибрации узлов модели использовали датчики измерения виброперемещений в различных точках модели.

По результатам измерений путем пересчета определены также другие необходимые параметры: реализуемая мощность; объемный, механический и общий КПД; скорость и ускорение движения; крутящий момент; полезное усилие; возмущающая сила; коэффициент динамичности; изгибающий момент; коэффициент запаса по данному параметру; скорость протекания жидкости; степень согласованности вращения; процентное соотношение вертикальных и горизонтальных составляющих направленных колебаний.

В четвертой главе приведены результаты исследований работы в натурных условиях гидравлического виброоборудования, которые проводились с целью подтверждения результатов теоретических исследований, расчетов и экспериментов на моделях. В дополнение к этому фиксировались данные, получение которых при моделировании сложно:

1. Проверка принципиальной работоспособности комплекта оборудования применительно ко всем технологическим режимам, подтверждение правильности назначения АЧХ при их выполнении.

2. Проверка работы оборудования в режиме погружения и извлечения строительных элементов в вибрационном и виброударном режимах.

3. Изучение практических параметров вибропередачи на глубину скважины при различной консистентности обрабатываемого материала.

4. Уточнение принципов регулирования параметров и управления оборудованием, его диагностирования на стройплощадке.

5. Определение показателей повышения надежности (добротности) гидропривода оборудования в различных условиях эксплуатации.

6. Практическая проверка отказов в гидромоторах различного типа и других составляющих комплектов оборудования.

Натурные испытания базировались на применяемом в строительной практике оборудовании с использованием серийно изготовленных комплектов «ВО-32», созданных на основе результатов теоретических и экспериментальных исследований автора. Комплекты эксплуатировались при температуре окружающего воздуха от - 25 до + 40°С. В соответствии с разработанными технологическими регламентами, комплекты были применены при строительстве одиночных и групповых фундаментных свай диаметром 0,6

- 1,2 м глубиной от 15 до 31 метра. Примеры сооружения свайных фундаментов различного назначения по технологии «Вибростолб» с участием автора: транспортная эстакада на участке внутригородской кольцевой магистрали от шоссе Энтузиастов до Волгоградского проспекта; участок 3-го Транспортного кольца от ул. Вавилова до Б. Тульской ул.; левобережный подход к Андреевскому мосту на участке 3-го Транспортного кольца; участок транспортного тоннеля на пересечении Кутузовского проспекта и 3-го Транспортного кольца. Производились замеры падения амплитуды колебаний по длине технологического виброснаряда длиной до 30 м и определялось ожидаемое падение амплитуды при длине снаряда до 60 м. Сопоставление реальных, стендовых и теоретических данных позволяет утверждать, что в среднем амплитуда колебаний на отрезке один погонный метр обрабатываемой сваи уменьшается на 0,7 - 1,5%. Это означает, что разработанный комплект виброоборудования ВО-32 дает возможность гарантировано обрабатывать сваи глубиной до 35 метров при их диаметре до 1,7 м, что в основном обеспечивает нужды современного транспортного фундаментостроения. В случае необходимости обработки свай на глубину до 60 м, потребуется увеличение мощности вибратора путем работы вибраторов в тандеме.

На основе этих исследований даны рекомендации по повышению надежности (добротности) гидропривода виброоборудования и определены нормы его ТО и диагностирования.

В пятой главе изложена трехуровневая структура компоновки модульных составляющих комплектов оборудования. Первый уровень составлен в соответствии с требованиям виброобработки материалов на глубине и включает в себя основные агрегаты оборудования. Второй уровень состоит из блоков и сборок, на основе которых компонуются модули первого уровня; третий уровень комплекта содержит покупные комплектующие изделия.

Разработанная методика выбора составных частей комплекта оборудования предусматривает: получение исходных данных о сооружаемом объекте; определение потребной мощности виброоборудования и диапазона регулирования параметров; выбор необходимого количества и типоразмера виброблоков; определение схемы их расстановки; составление принципиальной гидравлической схемы оборудования; расчет параметров гидропривода; выбор количества секций бетонолитных труб и сменных виброштампов.

Технико-экономическая эффективность применения комплекта виброоборудования оценивалась на основе конечного результата сооружения фундаментов на данном объекте с применением оборудования и технологии «Вибростолб». Это позволяет увеличить несущую способность свай, в силу чего становится возможным: уменьшение диаметра свай, понижение высоты свай, уменьшение их количества в фундаментной конструкции, повышение общей несущей конструкции сооружения. В результате снижаются трудозатраты (сокращение времени строительства) и денежные расходы (экономия материалов, отчислений на эксплуатацию техники, сокращение транспортных расходов). При этом следует учитывать дополнительные удельные расходы на применение данной технологии. Полученный

экономический эффект (экономия сметы строительства) достигается за счет применения нового технологического процесса с применением специального оборудования и улучшенных марок строительных материалов (высокомарочных бетонов); в ряде случаев технология «Вибростолб» позволяет отказаться от более дорогих методов строительства (тампонирования скважин, водопонижения, применения свай с уширением фундаментной частью и т.п.). С учетом принятых расценок (МТСН 81 — 89, дополнение 7) данный комплект оборудования, при реальной загрузке строительной организации, не менее 400 свай 0 1м, окупается за 1,5 - 2 года эксплуатации.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

На основании проведенных теоретических исследований, стендовых экспериментов и натурных испытаний комплектов гидравлического виброоборудования для уплотнения бетонной смеси сделаны общие выводы и разработаны рекомендации.

1. Применение вибраторов с несоединенными механически дебалансными валами для технологии сооружения фундаментов «Вибростолб» является наиболее целесообразным, так как это обеспечивает свободу расстановки виброблоков, наличие по вертикальной оси агрегата полости нужного диаметра и сознательное регулирование соотношения вертикальных и горизонтальных колебаний в зависимости от характера производимой операции.

2. Основное влияние на устойчивость АЧХ вибраторов оказывают: межосевое расстояние между вибровалами, величина колеблющейся массы, разность механических КПД виброблоков, внешнее сопротивление на рабочем органе. При этом чем меньше суммарный статический момент дебалансов вибратора, тем выше минимальная частота его устойчивой работы и тем больше необходимое межосевое расстояние между вибровалами. С увеличением внешних сил сопротивления работе вибратора вплоть до наступления режима виброудара возрастает степень синхронности вращения вибровалов от близкой к нулевой до абсолютной (синфазной).

3. При технологической виброобработке сыпучих (подвижных) сред -бетонная смесь, песок, щебень - возможно использовать эффект частичной несинхронности вращения вибровалов, в результате чего обеспечивается создание радиально направленных колебаний, которые суммируются с колебаниями, создаваемыми перьями виброштампа и повышают эффективность втрамбовывания материала не только в вертикальном направлении, но также в стенки скважины.

4. Включение в гидросистему синхронизирующего устройства дроссельного типа может быть использовано для стабильности запуска

вибраторов в работу и периодического введения вибровалов в согласованное вращение при нарушении баланса режима работы вибратора.

5. Падение амплитуд колебаний по высоте вибростолба на глубину составляет от 0,7 до 1,5% на один погонный метр столба. Это позволяет при мощности до 40 кВт. производить качественную обработку материалов на глубине обрабатываемой сваи до 30 м с предсказуемым падением амплитуды колебаний.

6. Использование вибраторов, состоящих из нескольких виброблоков, обеспечивает увеличение их мощности и возможность виброобработки пространственных конструкций с достижением желаемого эффекта путем подбора параметров каждого виброблока и схемы их расстановки.

7. Основой комплекта специального виброоборудования может служить виброблоки модульной конструкции, скомпонованных на единой конструкции вертикально или в горизонтальной плоскости. Остальные составные части комплектов оборудования также могут быть выполнены на основе модульной компоновки с тремя уровнями модульности.

8. Срок службы гидравлических вибраторов колеблется от 500 до 2500 ч. активной работы в зависимости от режимов нагружения. Продление службы гидромоторов обеспечивается путем периодического смещения фаз вращения их поршневой группы относительно дебалансов.

9. Для обеспечения добротности гидропривода оборудования необходимо конструктивно предусматривать:

- запас по производительности насоса на 20 - 25%;

- запас по давлению на 15 - 20% от расчетно-максимального;

- скорость протекания рабочей жидкости: рабочие линии - 12 м/с; линии

всасывания - 0,5 - 1,0 м/с; линии слива - 4 м/с.

10. Для сооружения буронабивных свай диаметром 0,6 - 1,7 м глубиной до 30 м (применяемых на сегодняшний день) достаточно комплекта виброоборудования мощностью 40 кВт.; для сооружения свай диаметром до 3 м на глубину 60 м (на перспективу) необходима мощность 100-120 кВт.

В качестве рекомендательных документов, обеспечивающих разработку перспективных комплектов гидравлического оборудования для работы по технологии «Вибростолб» в работе приведены:

1. Методика расчета комплекта гидравлического вибрационного оборудования для подачи и уплотнения бетонной смеси при сооружении буронабивных свай.

2. Типоразмерный ряд модульных виброблоков с приводом от серийных отечественных гидромоторов аксиально-поршневого типа.

3. Методика расчета и выбор составных частей гидропривода вибрационного оборудования.

4. Принципиальные схемы составных частей гидравлического привода и их компоновки.

5. Схемы расстановки модульных виброблоков с индивидуальным приводом вращения вибровалов.

Публикации автора по теме диссертации:

1. Виноградов О.В., Ходоров И.В. Физическая модель для исследования модульных конструкций гидромоторных вибраторов с регулируемыми параметрами. Труды ОАО ЦНИИС. Вып. 216. «Совершенствование конструкций транспортных сооружений для экстремальных условий». М., ОАО ЦНИИС, 2003, с. 32-45.

2. Виноградов О.В., Ходоров И.В. Методика лабораторных исследований процесса объемного виброштампования жесткого материала в основании буронабивной сваи. Труды ОАО ЦНИИС. Вып. 216. «Совершенствование конструкций транспортных сооружений для экстремальных условий». М., ОАО ЦНИИС, 2003, с.58-65.

3. Виноградов О.В., Ходоров И.В. Опыт устройства основания, укрепленного щебеночными сваями, при строительстве железнодорожной насыпи левобережного подхода к Андреевскому мосту Труды ОАО ЦНИИС. Вып. 205. «Актуальные вопросы транспортного строительства». М, ОАО ЦНИИС, 2001.

4. Виноградов О.В., Ковров Г.В. Модульные комплекты оборудования для монтажных работ при строительстве мостов. Труды Научно-технической конференции «Современные технологии строительства, реконструкции, ремонта и содержания искусственных сооружений на автомобильных дорогах» М., 2002, с.88-96.

5. Виноградов О.В., Ходоров И.В., Смирнов А.Ю. Технология сооружения буровых свай повышенной несущей способности «Вибростолб». Труды Научно-технической конференции «Современные технологии строительства, реконструкции, ремонта и содержания искусственных сооружений на автомобильных дорогах» М., 2002, с.8128-139.

6. Виноградов О.В. Повышение надежности работы гидромоторов в вибрационном и ударном режимах нагружения. Труды ОАО ЦНИИС. Вып.220. «Транспортные сооружения. Расчеты, испытания, строительство». М., ОАО ЦНИИС, 2004, с.79-90.

7. Виноградов О.В., Иванов Ю.Е., Панин И.А. Пути совершенствования подбивочных блоков путевых машин типа ВПРМ-Г. Труды ОАО ЦНИИС. Вып.220. «Транспортные сооружения. Расчеты, испытания, строительство». М., ОАО ЦНИИС, 2004, с. 170-180.

Подписано в печать 24.08.2004. Формат 60 х 84 1/16. Печать офсетная. Объем 1,5 п.л. Тираж 70 экз. Заказ 21.

Отпечатано в типографии ОАО ЦНИИС. Лицензия ПЛД № 53-510 от 22.10.1999 г.

129329, Москва, Кольская 1 Тел.: (095) 180-94-65

" 7 52 75

Введение.

Глава 1. Современный уровень механизации и технологий фундаментных работ

1.1. Передовые технологии возведения фундаментных конструкций.

1.2. Вибрационные средства механизации для строительных работ.

1.2.1. Глубинные вибраторы для уплотнения бетона.

1.2.2. Вибрационное оборудование для поверхностного уплотнения.

1.2.3. Средства виброуплотнения балласта верхнего строения ж.д. путей.

1.2.4. Свайные вибропогружатели.

1.3. Применение гидропривода в технологическом оборудовании для возведения фундаментов.

1.4. Анализ нерешенных проблем.

1.5. Задачи исследований.

Глава 2. Взаимодействие вибрационной системы с гидроприводом

2.1. Система «Вибратор - бетонолитная труба - рабочий орган -бетонная смесь».

2.2. Синхронизация вращения дебалансных валов виброблоков.

2.3. Влияние вибрации на работу гидромоторов.

2.4. Условия добротности работы гидропривода виброоборудования.

2.5. Выводы по главе.

Глава 3. Стендовые эксперименты на физических моделях

3.1. Универсальный лабораторный комплекс и специальные средства физического моделирования.

3.1.1. Задачи экспериментальных исследований.

3.1.2 Лабораторное оборудование для проведения экспериментов.

3.1.3. Методы имитации нагрузки. ИЗ

3.1.4. Программа и методика экспериментальных исследований.

Развитие процессов фундаментостроения в России и за рубежом происходит с достаточно интенсивным увеличением доли свайных фундаментов, сооружаемых в транспортном и других видах строительства из железобетона буронабивным методом с погружением в образуемую скважину арматурного каркаса и заполнения ее бетонной смесью, доставляемой непосредственно на место строительства. Для данной технологии, получившей наименование ВПТ (метод вертикально перемещаемой трубы) промышленность ведущих стран освоила выпуск самоходных гидравлических бурильных агрегатов и других сопутствующих средств механизации. Однако этой технологии присущ ряд недостатков, снижающих эффективность использования данного вида фундаментных конструкций. Исследования российских ученых показали, что характеристики буронабивных свайных фундаментов могут быть значительно улучшены, если применить бетонные смеси более высоких марок с обеспечением их подачи и укладки на глубину, в том числе под воду, и виброуплотнение смесей по всей высоте сваи. Кроме того, в большинстве случаев представляется целесообразным предварительное уплотнение основания свай путем втрамбовывания в грунт на определенную глубину сыпучих материалов (щебня, песка). Усовершенствованная технология сооружения буронабивных фундаментов получила наименование «Вибростолб». Для ее осуществления необходимо оборудование вибрационного действия, оснащенное силовыми агрегатами и сменными рабочими органами, обеспечивающее заданные режимы активной обработки строительных материалов с требуемой амплитудой и частотой (АЧХ). Подобного рода оборудование в строительной практике отсутствует; наиболее близкие к выдвигаемым требованиям зарубежные образцы громоздки, не мобильны, требуют источников мощности в 150-250 кВт и работают по несколько иным, менее эффективным технологиям. Это приводит к значительному увеличению экономических затрат и сложности использования имеющихся средств механизации и технологий как на отдаленных строительных объектах, так и в городском строительстве. Поэтому было признано необходимым создание мобильного отечественного вибрационного оборудования, построенного на принципе модульной компоновки узлов и агрегатов, потребляющего ограниченную мощность и обеспечивающего переменные скоростные и силовые параметры с оперативной их адаптацией к условиям производства работ. Оборудование должно быть полностью гидравлическим; его основой должен служить полый вибратор дебалансного типа, оснащенный виброблоками вращательного действия, лишенными жесткой механической связи их валов. Это обеспечивает свободу компоновки вибратора, вариантность расстановки и количества виброблоков на нем и технологичность подачи материалов для укладки и обработки на глубине и по всей высоте сооружаемой сваи.

Работы по созданию нового виброоборудования начались в ОАО ЦНИИС в начале 90-х годов. Были разработаны опытные образцы гидравлических вибраторов дебалансного типа невысокой мощности и сопутствующих устройств; при этом практически полностью отсутствовали научно обоснованные данные по рациональной компоновке и расчету параметров гидравлических виброблоков и всего вибратора, требования к периферийной части гидропривода (насосная станция, зажимающий наголовник, система управления, коммуникации). Требовалось также получить уточненные характеристики вибропередающего секционного ствола переменной длины от вибратора к рабочему органу, расположенному внутри скважины.

Настоящая работа посвящена решению отмеченных выше проблем. Автором изучены материалы российских и зарубежных ученых в области вибротехники и гидравлического привода; проведен математический анализ работы вибросистемы, включающей гидромоторный вибратор, вибропередающий ствол с рабочим органом (виброштампом) и обрабатываемую среду (бетон, щебень). Проведен анализ работы двухвального дебалансного вибратора без жесткой связи вибровалов с установкой возможных условий их синхронного вращения и способов поддержания согласованности в работе с учетом внешних воздействий и внутренних потерь мощности. Определены аналитические зависимости и принципы выбора параметров виброблоков и виброагрегата в целом. Разработана крупномасштабная физическая модель, на которой с высокой степенью приближения изучалась работа технологического снаряда (насосная станция - вибратор - вибропередающий столб - обрабатываемая среда), включающего два или несколько виброблоков с расположением их в единой плоскости и в двухмерном пространстве. В процессе экспериментов изменялись частота вращения, момент дебалансов, расстояние между осями дебалансов, характер внешних нагрузок на вибратор. На основании I полученных аналитических данных и результатов стендовых экспериментов разработаны положения, принятые за основу при разработке конструкторской документации на комплект специализированного оборудования для технологии «Вибростолб».

Автор принял активное участие в разработке и изготовлении серийных образцов оборудования, их испытании и применении на объектах транспортного строительства в г. Москве. На основании накопленного практического опыта работы оборудования в реальных условиях и во все времена года, проведено комплексное обобщение данных, на основами которых проведено обоснование параметров виброоборудования для подачи и уплотнения бетона при сооружении буронабивных свай, разработана методика расчета основных конструктивных характеристик составных частей комплекта в зависимости от диаметра сваи и ее высоты, определен типоразмерный ряд модульных конструкций составных частей технологического оборудования. Установлена технико-экономическая эффективность использования нового комплекта оборудования, подтвержденная практическими результатами.

Работа проводилась по тематике филиала ОАО ЦНИИС «НИЦ «Стройтехкомплексы», на имеющейся в его распоряжении экспериментальной базе и с участием предприятий и организаций

Угличмаш», «Инсотранс», «Спецтехнострой-4» и ряда мостостроительных отрядов.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Технология сооружения буронабивных свай повышенной несущей способности предусматривает виброукладку бетонной смеси на глубину, в том числе под воду и виброуплотнение смеси по всей высоте сооружаемой сваи. В ряде случаев требуется укрепление грунтового основания сваи путем виброштампования в него сыпучих материалов. С этой целью необходимо применения специального вибрационного оборудования, обеспечивающего регулируемость характеристик процесса воздействия на обрабатываемый материал (бетонная смесь, щебень, песок, грунт и т.д.) по амплитуде, частоте и возмущающей силе в режиме вибрации и виброудара. Эти условия наиболее эффективно обеспечиваются средствами механизации, снабженными гидравлическим приводом и системами дистанционного ручного и автоматизированного управления. Однако на сегодняшний день отечественные строители не обеспечены комплектами оборудования, полностью отвечающего выдвигаемым требованиям, необходимым для соблюдения технологических регламентов по сооружению буронабивных свай методом виброуплотнения бетонной смеси. Технология глубинного виброуплотнения и виброштампования сама по себе пионерна, в том числе и для зарубежных стран. Чтобы обеспечить масштабность применения данной новой технологии, необходима разработка специализированного вибрационного строительного оборудования, которое дало бы возможность сооружать буронабивные сваи повышенной несущей способности при любом их диаметре и глубине заложения, принятых в отечественном фундаментостроении на сегодняшний день и на перспективу. ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Целью данной работы является определение исходных технических характеристик, экономических и эргономических требований и создание на их основе комплекта гидравлического вибрационного оборудования, обладающего возможностью модульной компоновки его составных частей. Комплект должен обеспечить реальную возможность виброуплотнения бетонной смеси на большой глубине и грунтовых оснований, в том числе в обводненных грунтах при сооружении буронабивных свай повышенной несущей способности с возможностью принудительного регулирования амплитудно-частотных характеристик агрегатов в требуемых пределах, а также качество выполнения технологических операций при различных условиях строительства и конструкций возводимых сооружений с возможностью постоянства оценки получаемых результатов. НАУЧНАЯ НОВИЗНА.

1. Исследован процесс работы и установлены принципы расчета и конструирования многодвигательных гидромоторных вибраторов дебалансного типа, состоящих из отдельных виброблоков, лишенных жестких механических связей между вибровалами и компонуемых по определенным схемам расстановки с обеспечением синхронности вращения дебалансов в заданных пределах по частоте и амплитуде.

2. Исследован процесс передачи вибровозмущений через жесткую столбчатую конструкцию от источника колебаний (вибратор) к рабочему органу (виброштамп) на большую глубину. Разработаны принципы регулирования параметров оборудования, обеспечивающие поддержание заданных режимов работы виброштампов на переменных глубинах при выполнении технологических операций виброштампования подвижных сред.

3. Исследован процесс работы гидропривода виброоборудования (регулируемый насос - длинномерные гибкие трубопроводы -гидромоторы виброблоков), разработана уточненная методика расчета параметров гидропривода (по мощности, давлению, расходу жидкости) и выбору комплектующих элементов, включаемых в состав вибрационного гидрооборудования.

4. Исследовано влияние технологической вибрации на конструкцию серийных гидромоторов; разработаны рекомендации по увеличению срока эксплуатации и повышению вибростойкости их конструкции.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ. Разработан компонуемый на модульной основе комплект гидравлического виброоборудования, обеспечивающий виброуплотнение бетонной смеси, щебня, песка и других сыпучих материалов при сооружении буронабивных сваи и щебеночных фундаментов в слабых и обводненных грунтах, а также вибропогружения арматурных каркасов и других длинномерных металлоконструкций при сооружении столбчатых фундаментов большой длины по бурошнековой технологии.

Изготовлена серия новых комплектов гидравлического виброоборудования, с помощью которого осуществлено сооружение более 2 тысяч свайных фундаментов повышенной несущей способности на объектах транспортного строительства.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ:

1. Уточненная методика расчета параметров и выбора составных частей (агрегатов) и комплектующих изделий гидравлического вибрационного оборудования для виброуплотнения бетонной смеси, учитывающая динамику запуска инерционных масс, большую длину гибких трубопроводов, регулирование расхода, температурных условий, аккумулирование энергии для зажима наголовника во всем диапазоне изменения давления в гидромоторах виброблоков.

2. Математическая модель расчета и компоновки гидравлических многомоторных вибрационных машин, лишенных жесткой механической связи вибровалов, обеспечивающих выполнение процесса виброуплотнения бетонной смеси.

3. Принципы расчета и компоновки секционных и цельных длинномерных вибропередающих устройств, связующих генератор колебаний (вибратор) с рабочим органом (глубинным виброштампом различного назначения).

4. Рекомендации по увеличению моторесурса серийно выпускаемых промышленностью гидромоторов аксиально-поршневого типа, подвергаемых воздействию технологической вибрации.

ВЫВОДЫ

Теоретические разработки, экспериментальные исследования и испытания в условиях реального строительства позволили установить следующее.

1. Применение вибраторов с несоединенными механически дебелансными валами для технологии сооружения фундаментов «Вибростолб» является наиболее целесообразным, так как это обеспечивают свободу расстановки виброблоков, наличие по вертикальной оси агрегата полости нужного диаметра и сознательное регулирование соотношения вертикальных горизонтальных колебаний в зависимости от характера производимой операции.

2. Технологический снаряд для выполнения виброобработки материалов в скважине предусматривает верхнее расположение вибратора, соединяемого вертикальным вибропередающим полым стволом с фиксацией на его конце сменных перистых виброштампов. Расположение вибратора внизу, непосредственно возле виброштампа, не представляется целесообразным, поскольку это влечет за собой значительное усложнение и удорожание оборудования и дополнительные сложности при эксплуатации, снижающие производительность труда; при этом КПД вибропередачи при заданной глубине погружения (до 30 м) повышается в пределах, не оправдывающих усложнение конструкции узлов и агрегатов.

3. Основой комплекта специального виброоборудования может служить одно- или двухмоторные виброблоки модульной конструкции, образующие типоразмерный ряд из трех базовых моделей. Число блоков может составить 2, 3 или 4, скомпонованных на единой базовой конструкции в один ряд («классика»), в два ряда вертикально («этажерка»), в горизонтальной плоскости («крест» и «звезда»). Остальные составные части комплектов оборудования также могут быть выполнены на основе модульной компоновки с тремя уровнями модульности.

4. Режим синхронизации вращения вибровалов может быть сознательно выдержан со степенью точности от 0 до 100%. При правильном выборе регулируемых параметров виброоборудования и конструктивной компоновке технологического снаряда обеспечиваются:

- виброподача бетонной смеси с частотой до 2000 к/мин. при радиальной составляющей от 15 до 20%;

- виброуплотнение уложенной бетонной смеси с частотой 1500 к./мин. при радиальной составляющей от 30 до 50%;

- виброштампование щебня в грунт с частотой 600 - 900 к/мин. при радиальной составляющей, близкой к нулевому значению;

- вибропогружение арматурных каркасов в свежеуложенный бетон с частотой до 1200 к/мин. при радиальной составляющей не более 10%.

5. Для корректировки синхронного режима вращения виброблоков в периоды разгона и установившегося движения целесообразно использовать серийно выпускаемые делительные клапаны (делители потока); при использовании в вибраторе более двух виброблоков их соединение с делительным клапаном следует выполнять по бортовой схеме.

6. Для привода вибровалов наиболее целесообразно использовать аксиально-поршневые гидромоторы (по условиям регулирования, запуска, высоких КПД, высокого давления, вибростойкости и стойкости к перегрузкам). Срок службы гидравлических вибраторов (при регламентированной замене моторов) - от 1000 до 2500 час. активной работы в зависимости от режимов нагружения. Продление сроков службы гидромоторов обеспечивается путем периодического смещения фаз вращения поршневой группы гидромотора относительно положения дебалансов с шагом 90 градусов.

7. Для обеспечения добротности гидропривода оборудования необходимо конструктивно предусматривать:

- запас по расходу (по производительности насоса) на 20 - 25% от расчетно-максимального;

- запас по давлению на 15 - 20% от расчетно-максимального;

- скорость протекания рабочей жидкости по трубопроводам: рабочие длинномерные линии к гидродвигателям - 12 м/с; линия всасывания -0,5 - 1,0 м/с; линии слива - 4 м/с.

- рабочий диапазон температуры жидкости в масляном баке - 40-80°С.

8. Наличие гидроаккумулятора в гидросистеме виброоборудования с учетом его возможностей заполняться рабочей жидкостью и разряжаться с различным интервалом времени, обеспечивает:

- поглощение пиков давления при гидравлических и динамических нагрузках на гидромоторы, в особенности в период разгона вибровалов с места;

- сглаживание пульсации жидкости, подаваемой насосом;

- накопление потенциальной энергии в виде объема жидкости, находящейся под давлением, которая необходима для гарантированного поддержания усилия в системе механизмов наголовника, предназначенных для зажима сменных рабочих органов.

9. При параллельном соединении гидромоторов запуск необходимо осуществлять при настройке насоса не на нулевую, а на начальную производительность Q3anycK, соответствующую минимальной устойчивой частоте вращения гидромоторов, что позволит в короткий период преодолеть зону их неустойчивой работы и ввести гидромоторы в синхронный режим. При необходимости запуска вибратора от нулевой скорости с плавным нарастанием частоты вращения до рабочей целесообразно воспользоваться синхронизирующим устройством, в качестве которого в эффективно применим делитель потока.

10. Необходимость обеспечения свободного выбега гидромоторов вибраторов при остановке вибратора во избежание высоких динамических перегрузок привода и механизмов, если остановку оборудования производить принудительным путем.

11. При вибропередаче колебаний от вибратора до рабочего виброштампа происходит падение амплитуды колебаний. Амплитуда колебаний на один метр обрабатываемой сваи уменьшается на 0,7 - 1,5 %.

12. При расстановке виброблоков по определенным схемам следует отдавать предпочтение их возможным вариантам в зависимости от выполняемых технологических процессов:

- при расстановке в вертикальной плоскости - виброштампование щебня и вибропогружение арматурных каркасов диаметром свыше 1м;

- при расстановке в горизонтальной плоскости - виброуплотнение бетонной смеси и вибропогружение арматурных каркасов диаметром более 1м;

13. Для сооружения буронабивных свай диаметром от 0,6 до 1,7 м глубиной до 30 м достаточно комплекта виброоборудования мощностью 40 кВт; для сооружения свай диаметром до 3 м на глубину 50 м необходим комплект виброоборудования мощностью 120 кВт, если оборудования с такой мощность отсутствует, то существует возможность совместной работы двух или трех данных комплектов.

РЕКОМЕНДАЦИИ

В качестве рекомендательных документов, обеспечивающих разработку перспективных комплектов гидравлического оборудования для работы по технологии «Вибростолб» в работе приведены:

1. Методика расчета комплекта гидравлического вибрационного оборудования для подачи и уплотнения бетонной смеси при сооружении буронабивных свай.

2. Типоразмерный ряд модульных виброблоков с приводом от серийных отечественных гидромоторов аксиально-поршневого типа.

3. Методика расчета и выбор составных частей гидропривода вибрационного оборудования.

4. Принципиальные схемы составных частей гидравлического привода.

5. Схемы расстановки модульных виброблоков с индивидуальным приводом вращения вибровалов.

ПУБЛИКАЦИИ ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ

1. Виноградов О.В., Ходоров И.В. Физическая модель для исследования модульных конструкций гидромоторных вибраторов с регулируемыми параметрами. Труды ОАО ЦНИИС. Вып. 216. «Совершенствование конструкций транспортных сооружений для экстремальных условий» -М., ОАО ЦНИИС, 2003, с. 32 - 45

2. Виноградов О.В., Ходоров И.В. Методика лабораторных исследований процесса объемного виброштампования жесткого материала в основании буронабивной сваи. Труды ОАО ЦНИИС. Вып. 216. «Совершенствование конструкций транспортных сооружений для экстремальных условий» - М., ОАО ЦНИИС, 2003, с. 58 - 65

3. Виноградов О.В., Ходоров И.В. Опыт устройства основания, укрепленного щебеночными сваями, при строительстве железнодорожной насыпи левобережного подхода к Андреевскому мосту. Труды ОАО ЦНИИС. Вып. 205. - «Актуальные вопросы транспортного строительства» - М., ОАО ЦНИИС, 2001.

4. Виноградов О.В., Ковров Г.В. Модульные комплекты оборудования для монтажных работ при строительстве мостов. Труды Научно -технич. конференции «Современные технологии строительства, реконструкции, ремонта и содержания искусственных сооружений на автомобильных дорогах» - М., 2002, с. 88 - 96.

5. Виноградов О.В., Ходоров И.В., Смирнов А.Ю. Технология сооружения буровых свай повышенной несущей способности

Вибростолб». Труды Научно - технич. конференции «Современные технологии строительства, реконструкции, ремонта и содержания искусственных сооружений на автомобильных дорогах» - М., 2002, с. 128- 139.

6. Виноградов О.В. Повышение надежности работы гидромоторов в вибрационном и ударном режимах нагружения. Труды ОАО ЦНИИС. Вып.220. «Транспортные сооружения. Расчеты, испытания, строительство». М., ОАО ЦНИИС, 2004, с.79-90.

7. Виноградов О.В., Иванов Ю.Е., Панин И.А. Пути совершенствования подбивочных блоков путевых машин типа ВПРМ-Г. Труды ОАО ЦНИИС. Вып.220. «Транспортные сооружения. Расчеты, испытания, строительство». М., ОАО ЦНИИС, 2004, с. 170-180.

1. Бобриков Б.В., Русаков И.М., Царьков А.А. Строительство мостов. -М.: Транспорт, 1987. 303 с.

2. Бурин Н.И., Хасхачих Г.Д. Применение свай-оболочек в портовом строительстве. М.: Транспорт, 1987. - 200 с.

3. Руденко Моргун И. Я., Чичерин И. И. Технология свайных работ. М.: Высшая школа, 1983. - 95 с.

4. Смородинов М. И. Основания и фундаменты. М.: Стройиздат, 1976. -279 с.

5. Савинов О.А., Лускин А.Я. Вибрационный метод погружения свай и его применение в строительстве. Л.: Госстройиздат, 1960. - 251 с.

6. Головачев А. С. Свайная вибротехника. М.: Транспорт, 1972.- 109 с.

7. Проспекты фирмы IHC FUNDEX Equipment B.V. Holland.

8. Гончаров Ю.М., Таргулян Ю. О., Вартанов С.Х. Производство свайных работ на вечномерзлых грунтах. 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Стройиздат., 1980. - 160 с.

9. Цейтлин М.Г., Верстов В.В., Азбель Г.Г. Вибрационная техника и технология в свайных и буровых работах. Л.: Стройиздат, ЛО, 1967.-262 с.

10. Ю.Рекламные проспекты фирмы Casagrande. Италия. 11 .Рекламные проспекты фирмы Bauer. Германия. 12.Рекламные проспекты фирмы Liebherr. Австрия.

11. Смирнов А.Ю. Совершенствование технологии подводного бетонирования буровых свай мостовых фундаментов. Диссертация на соискание степени кандидата технических наук. М., 1997. 145 с.

12. Савинов О.А., Лавринович Е.В. Вибрационная техника уплотнения и формирования бетонной смеси. Д.: Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1986.-280 с.

13. Гольдштейн Б.Г., Петрунькин Л.Н. Глубинные вибраторы для уплотнения бетона (конструкция, теория и расчет), М.: Машиностроение, 1966. 172 с.

14. Савинов О.А., Лавринович Е.В., Лускин А. Я. и др. Вибровозбудитель. Авт. свид. № 252890, Бюл. изобр., 1969, № 29.

15. Савинов О.А., Лавринович Е.В., Лускин А. Я. и др. Вибровозбудитель. Авт. свид. № 343016, Бюл. изобр., 1972, № 20.

16. Крат О. В., Равкин А. А., Долматов А. П., Чрдилеле О. Г., Савинов О. В. Основание технологии укладки и уплотнения смеси на строительстве плотины Ингури ГЭС. Энергетическое строительство, 1974, №11.

17. Крат О. В., Равкин А. А., Долматов А. П. Укладка и уплотнение бетонной смеси при строительстве плотины. Энергетическое строительство, 1978, № 5.

18. Савинов О. А., Толкачев А. А. К вопросу об уплотнении бетонных смесей пакетов мощных глубинных вибраторов, подвешенных к трактору. Энергетическое строительство, 1969, № 6.

19. Троицкий С. Н., Тарасов B.C. Как укатаешь так и поедешь. -Строительная техника и технологии. М.: 2002. № 1, 38 - 45 с.

20. Марышев Б.С. Большие возможности при малой цене. -Строительная техника и технологии. М.: 2002. № 1, 46 48 с.

21. Соломонов С. А. Путевые машины. М.: Транспорт, 197. 391 с.

22. Виноградов О.В., Иванов Ю.Е., Панин И.А. Пути совершенствования подбивочных блоков путевых машин типа ВПРМ-Г. Труды ОАО ЦНИИС. Вып.220. «Транспортные сооружения. Расчеты, испытания, строительство». М., ОАО ЦНИИС, 2004, с. 170-180.

23. Рекламные проспекты фирмы «Plasser & Theurer» (Австрия)

24. Рекламные проспекты фирмы «Matiza» (Швейцария)

25. Рекламные проспекты фирмы «Geismar» (Франция)

26. Рекламные проспекты фирмы «Robell» (Германия)

27. Рекламные проспекты фирмы «Kershau» (Канада)

28. Рекламные проспекты фирмы «Tamper» (США)

29. Баркан Д.Д. Виброметод в строительстве. -М.: Гостройиздат, 1969. -315с.

30. Баркан Д.Д. Устройство оснований сооружений с применением вибрирования. М.: Машстройиздат, 1949.

31. Головачев А. С. Исследование, применение и развитие свайной вибротехники в транспортном строительстве. Сб. науч. тр. Юбилейный выпуск-М.: ЦНИИС, 1995, с. 103 117.

32. Баранов В.Н., Захаров Ю.Е. Электрогидравлические и гидравлические вибрационные механизмы. М.: Машиностроение. 1977.

33. Азбель Г.Г., Савинов О.А., Цейтлин М.Г. Вибрационные машины для погружения свай, шпунта и для геологического бурения. Вибрация в технике: Справочник. Вибрационные процессы и машины. М.: Машиностроение, 1981, т.4 - с. 325 - 335.

34. Бауман В.А., Быховский И.И. Вибрационные машины и процессы в строительстве. М.: Высшая школа, 1977. - 225 с.

35. Верстов В.В., Азбель Г.Г., Гольденштейн И.В. Безопасное вибропогружение шпунта вблизи существующих зданий. Основания, фундаменты и механика грунтов, 2002, №1. с. 22-25

36. Головачев А.С. Пчелин И.К., Черняев В.И. Исследования виброударного погружения конструкций в грунт. Науч. тр. ЦНИИС, М.: Трансжелдориздат, 1960, - 134 с.

37. Головачев А.С. Повышение технического потенциала вибропогружателей на основе регулирования их параметров в процессе работы. В. кн.: Исследования машин для свайных и буровых работ. Сб. науч. тр. ЦНИИС. - М.: Транспорт, 1987. - с. 417

38. Головачев А.С. Современное состояние и перспективы развития свайной вибротехники: Обзорная инф М.: Оргтрансстрой, 1977. -40 с.

39. Головачев А.С., Мокин В.В. Выбор параметров вибрационных шпунтовыдергивателей. В кн.: Исследование машин для земельных работ. Сб. науч. тр. ЦНИИС. М.: Транспорт, 1984, с 40 -46

40. Верстов В.В, Перлей Е.М., Гольденштейн И.В. Отечественный высокоэффективный вибропогружатель для выполнения специальных работ в грунтах. Механизация строительства, 2000, №9, с 2 - 5

41. Головачев А.С. Пути повышения эффективности свайных вибропогружателей в транспортном строительстве. В кн.: Сваебойное оборудование. - М.: ЦИНТИ AM, 1964. с. 74 - 78.

42. Карасев Н.Ф. Погружение и извлечение металлических свай -Транспортное строительство, 1962, № 1, с. 21 -25.

43. Мокин В.В. Ударно-вибрационный шпунтовыдергиватель МШ -2М. Транспортное строительство, 1977, № 8, с. 27 - 28.

44. ГОСТ Р 51363 99. Вибропогружатели и сваевыдергиватели. Общие технические условия. - М.: ИПК Издательство стандартов, 2000. - 7 с.

45. ГОСТ Р 50906 96. Оборудование сваебойное. Общие требования безопасности. - М.: ИПК Издательство стандартов, 1996. - 16 с.

46. СНиП 2.02.03. 85. Свайные фундаменты / Госстрой СССР. - М.: ЦИТП Госстрой СССР, 1986. - 48 с.

47. Головачев А.С., Мокин В.В. Специальный вибропогружатель. -Трансп. стр-во, 1992, № 4, с. 44 45.

48. Головачев А.С. Повышение технического потенциала вибропогружателей на основе регулирования их параметров в процессе работы. В кн.: Исслед. машин для свайных и буровых работ. Сб. науч. тр. ЦНИИС. - М.: Транспорт, 1987, с. 4 - 17.

49. Головачев А.С., Панин И.А., Русланов В.И. и др. Исследование и отработка вибропогружателя с регулируемыми параметрами и автоматическим управлением / Тр. ЦНИИС, вып. 85. М.: Транспорт, 1972.

50. Головачев А.С., Хачикян Э.Д. Перевод вибропогружателей на гидропривод эффективный путь их использования и совершенствования. - Вестник мостостроения, 1997, № 4, с 37 - 41.

51. Гидравлические и электрические вибропогружатели фирмы «Tunkers». Рекламный проспект. Германия, 1989. 10 с.

52. MGF Maschinen- und Gerate-Fablik GmbH. Гидравлические вибропогружатели фирмы «MGF». Рекламный проспект. Германия.

53. International Construction Equipment BV. Гидравлические вибропогружатели фирмы «1СЕ». Рекламный проспект. Голландия.

54. Гидравлические вибропогружатели фирмы «Ваиег». Рекламный проспект. Германия.

55. Гидравлические вибропогружатели фирмы «1МЕСО». Рекламный проспект. Австрия.

56. Procedes techniques de construction. Гидравлические вибропогружатели фирмы «РТС». Рекламный проспект. Франция.

57. Mobile Hydraulic components. Mannesmann Rexrot. 1988, 772 с.

58. Bosh Hydraulik Informainen. Kat. 1-6. Stuttgart, 1987/88. 153 c.

59. Danfoss hydraulikkomponenten an bauund strassenbaumaschinen. 1989, 42 c.

60. Verkaufsprogramm Hydraulik. Herion-Gruppe. Fellbach, 1985, 69 c.

61. Atos. Catalogo tecnico. Oleoidraulica. 1989, 320c.

62. Hagglunds-Denison. Prodact catalogue. 1988, 506 c.

63. Бесекерский B.A. Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. Москва. Наука, 1966. 369 с.

64. Скрицкий С.Я., Рокшевский В.А. Синхронизация исполнительных органов гидрофицированных машин и механизмов. М.: Машиностроение, 1973. 142 с.

65. Блехман И.И. Синхронизация динамических систем. М.: Наука, 1971.-896 с.

66. Блехман И.И. Что может вибрация? О вибрационной механике и вибрационной технике. М.: Наука, 1988. - 208 с.

67. Блехман И.И., Джанелидзе Г.Ю. Вибрационное перемещение. М.: Наука, 1964.-412 с.

68. Азбель Г.Г., Трофимов В.Е. Исследование процесса регулирования статического момента массы дебалансов вибровозбудителя. Рациональная технология производства специальных строительных работ: Сб. науч. тр./ ВНИИГС. Л., 1991. - С. 24 - 31.

69. Елинсон И.И., Панин И.А., Солдатов В.Л. Методические указания на проектирование систем объемного гидропривода машин транспортного строительства. М.: Оргтрансстрой, 1972.

70. Алексеева Т.В. Гидропривод и гидроавтоматика землеройно-транспортных машин. «Машиностроение», М., 1966.

71. Комаров М.С. Динамика механизмов и машин. «Машиностроение», М., 1969.

72. Левитский Н.И. Расчет управляющих устройств для торможения гидроприводов. М.: Машиностроение, 1971.

73. Гречин Н.К., Васильченко В.А., Житкова С.А. Гидравлическое оборудование для гидроприводов строительных, дорожных и коммунальных машин. М., ЦНИИТЭстроймаш, 1978.

74. Прокофьев В.Н., Данилов Ю.А., Кондаков JI.A. Аксиально-поршневой регулируемый гидропривод. М., «Машиностроение», 1969.

75. Башта Т.М., Зайченко И.З., Ермаков В.В., Хаймович Е.М. Объемные гидравлические приводы. М., «Машиностроение», 1969.

76. Прокофьев В.Н., Данилов Ю.А., Кондаков JI.A. Основы теории иконструирования объемных гидропередач. М., «Высшая школа», 1968.

77. Башта Т.М. Гидропривод и гидропневмоавтоматика. М.: Машиностроение, 1972. 319 с.

78. Зайченко И.З., Мышлевский JI.M. Гидромоторы лопастные. Руководящие материалы по гидрооборудованию станков. М. ЭНИМС ОНТИ, 1966.

79. Усов А.А., Шухман М.И. Насосы шестеренные и поршневые. Руководящие материалы по гидрооборудованию станков. М. ЭНИМС ОНТИ, 1964.83. «Поверка и калибровка измерительной системы МКВС» Рабочая инструкция РИ32, редакция 2, М., ОАО ЦНИИС, 2003.

80. Веников В.А. Теория подобия и моделирования применительно к задачам электроэнергетики. Москва. Высшая школа, 1966. 487 с.

81. Веников В.А. Основы моделирования и подобия. Москва. Высшая школа, 1971. 506 с.

82. Зайдель А. И. Элементарные оценки ошибок измерений. Ленинград. Наука, 1968. 97 с.

83. Румшинский Л.З. Математическая обработка результатов эксперимента. Москва. Наука, 1971. 192 с.

84. Гамынин Н.С., Коробочкин Б.Л., Камерин Я.А. Гидравлический следящий привод. Москва. Машиностроение, 1968. 561 с.

85. Панин И.А. Насосно-аккумуляторный гидропривод механизмов передвижения строительных машин цикличного действия. Труды ЦНИИСа, вып. 91. М.: Транспорт, 1974.

86. Добринский Г.И., Ересько И.И., Панин И.А. и др. Освоение бурошнековой технологии сооружения свай с вибропогружением длинных арматурных каркасов. Вестник мостостроения, 1999, № 4, с 41-44.

87. Методические указания по изготовлению, монтажу и наладке систем гидропривода машин транспортного строительства. М.: ЦНИИС, 1981.

88. Московские территориальные строительные нормы 81-98. Дополнение 7. М.: АО МЦЦС «Мосстройцены», 2002.