автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Разработка и исследование трубчатого дизель-молота с переменной массой ударной части

РГ 6 OA

1 9 '^"ШО-ИССЯЭДОВАТГЛЬСКИЛ ИНСТИТУТ

ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

Иа правах рукописи

ЙШНЮ .Станислав Григорьевич

УДК 624.154

РАЗРАБОТКА И [ÍCCJIT^lOBAIÍÍtE TP/ff [ATO ГО ДИЗЕЛЬ-МОЛОТА С ПЕГЕМЕШОЛ !.1АССОЛ УДАПЮЛ ЧАСТИ .

Специальность 05.05.0-1 - Дорожные и строительные машины

ADTOPEIEPAT диссертации ira соискание ученой степени' кандидата технических наук

Москва - 1993 г

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте транспортного строительства (НИИТС).

Научный "руководитель - кандидат технических наук

■ . Ерофеев Лев Викторович

официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор

Бахолдин Борис-Васильевич

■ - кандидат технических наук .

Вчзобикпн Василий Николаеви Ведущая организация ' .- воГсковап часть 25967

1070С6,г.Москва.

Защита с'остоитсл "7 '" -К 19ЭЗ г. в ю часов на

заседании специализировашого совета К. 133.01.01 в.НИИТо по адресу: 129329, г.Москва, ул.Кольская, д.1

С диссертацией мокн'е-эзнакомитьсл в библиотеке института. Отзыв на автореферат, завереинг:;: печатьи организации,просим направлять по адресу специализированного совета.

Автореферат разослан 1993 г.

УченыГ; секретарь

специализированного совета' кандидат технических наук

сщля хлрд1ггернсша работы

Актуальность темп. Дизель-молоты, обладающие энергетической авто-юмностьв, широко применяются в мировой практик« строительства. С их-ммощьп выполняется не менее 70-80 * свайных работ.

Наиболее распространенным типом днзель-молотоп в настоящее вре-1Я являптся трубчатые дизель-молоты с ударным 'распиливанием топлива [ "свободном" палением .ударной- части, отличающиеся относительной прос-отоП конструкции и совокупным воздействие).) на сваю механического уда-а и следующего за ним газового импульса при сгорании топлива. Это беспечивает им положение наиболее эффективных погружателей свай в гскальные грунты лпбой плотности и состава, за исключением слабых.

Скорость погружения сваи через, слой слабого грунта трубчатом ди-зль-мзлотом, выбранным по условии забивки свал до заданной несущей юсобно.сти, резко надает по причине нестабильной-работы его двигате-! с ударным распиливанием топлива. Особенно существенной считается »блема стабильной работы' дизель-молота при погружении нижшре (пер-к) секций составных свай, применяемых< как правило, при наличии 'льшой толщи слабы:; грунтов.

В сеяэи с этим, разработка научных: аспектов и практических пред-жений. по создаяив трубчатых дизель-молбтов с переменной массой удар-й части, позволяющих проводить 1гг адаптацию к изменяющимся парамет-м составной сваи и сопротивления ее погружению, является актуальной, гуальность теш подтверждается включением ее в план НИОИР войсковой :ти 25967 и ЩЩСТРОГШОРМЖ.

Цель -исследования. Целью исследования является, разработка труб-то дизель-молотов с переменной массой ударноЦ -части, обоснование" параметров и определение эффективности.

Научная новизна работы.Обоснована целесообразность изменения мас-ударной части дизель-молота в-ходе погружения составной сваи изменяйся массн.

Разработаны компоновочные сгемы дизель-молотов с одно и дьг-сту-

пс1г:ат:л,1 изменением массн ударноП части, а такпсс принципиальная конструктивная схема с одноступенчатый изменением массы ударной части. Предложены математические модели упругопластического удара составной ударной части по шаботу на недеформируемоГ; плите бесконечно!; масс:л р на упругом основании. Установлено, что ветчина ударного импульса и к.п.д. удара составной.ударноГ части с подвашым соединением двух масс соответственно на 3-7?и 3.-9!^ больше, чем цельной ударно!! части при равных массах и геометрических параметрах-. Созданп математические модели динамики дсгкенш. одной ударно;, -иасси (ударника) при зафиксированное: вверху второ? ударно;; массе с пневмобу^ером ' состаг поР ударноГ: части с псдш-жннм соединением двух масс в точение соответствующее -циклов ударов трубчатого дизель-молота с ударраспили ванием топлива. Разработана методика расчета рационалыс-к - параметров дизель-молота.

Практическа- ценность работк. Пршенеиис трубчатых дизель-молот с ударными частши переменней мае си позсоллст 'существенно уменьшить времг. погружение составных сваИ переменно;" .часа: через тол:цу. слабих грунтов с заглублением в несущи", грунт.

На защиту выиоеггея:

- принципиальна;: схема 'преддожеипоГ. конструкции дизель-молота с одноступенчатым изменением кассы ударноГ части в-ходе г.огружеппч сва

- математические модели динамики дскке:-п„. ударшнеа при •зафиксированной веерку второй ударноГ,- массе с пнеьмо^у'ерс;! составкоГ. уда но Г. части с подешшгм соединением масс в 1ечен,-;е ссответствуюпрго цикла удара дизель-молота;

- результаты теоретических и "лспср:мг"'галм:;;с;слсдсвл:.н" 'ул-ругспластичсского удара составной ударноГ части;

- 4 ультатн .теоретических н зпеперг^-пталыих иссучдоь&шГ. ра-Йо'л: д','гсл:,-:.:олота с' сбс;г: ре:"п,ах; . _ •

- нк:;окэрл:ле рекомецдаци»; и четод'ил Еибсра и расчета основных

Цубликации. По результатам'исследований опубликовано 9 работ,

i - ■ в том числе получено 3 авторских свидетельства.

Объем работы.-Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, заключения, содержащего основные выводы, списка литературы и приложения. Общий объем работы ' 373 ; 1.л страницы, из них 241 страница машинописного текста, 35 таблиц, 105 рисунков,.список литературы из 65 наименований.и II приложений на 55 листах.

. Реализации результатов работы. Результаты теоретических исследований использованы СКТБ 1ШГС, ЕНИИСГРОДЦОКШЗем при разработке проектной документации на трубчатые дизель-молоты с переменной массой ударной части и модульной ударной частью.

Практические результаты работы в виде разработанных и изготовленных экспериментальных и опытных образцов днзель-иолотов с переменной массой ударной части и модульной ударной частью внедрены в строительных организациях войсковой части 25967,

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и полу -¡или одобрение, на заседаниях секции восстановления железных дорог уче-юго совета НЖГС-в 1933, 1935 гг., на 2-й межотраслевой конференции ю безотходной технологии сооружений свайных фундаментов в' 193"' г. 'Г.Етадивссток/, на расширенном заседании научно-технического совета 'лазного управления железнодорожных войск в 1992 г. :

Диссерта^юнна.. работа одобрена на заседании секции машин для '.вайяых работ научно-техн;:ческого совета ШИИСТР0^Д0Р;Ша в 1992 г.

СОДЕЕШИЕ РАБОТЫ .

Во введении обоснована_ актуальность, определена цель исследования и приведена общая характеристика работы. •

3 первом разделе на основе системного подхода исследованы тен-енции развития сваКншс дизель-молстпв и их пусковых качеств, а так-з проведен анализ Исследований в этой области; рассмотрены наиболее

чтцесгвенные свойства дизель-молотов: конструктивные особенности, способ распыления топлива, пнергил удара, • пусковые качества.

Установлено, что "среди выпускаемых в настоящее время дизель-молотов трубчатые являются наиболее распространенный!!.

Енявлено, что диярль-молот с ударным распылением топлива имеет хорошую кинетодинамическую'адаптации к изменению сопротивления сваи при ее осадках от удара е пределах от С',1 и до 0,СС" м. При большие осадках адаптация молото, но происходит.Сто объясняется теп, что. газовый импульс, являющийся одним из глоппг: пгсшодоств дпзель-моло-та, в этих 'условиях, в значительной степени рае::с,пустея но погр^ение сваи и не обеспечивает движение вверх.ударно! части, т.е. поршя двигателя дизель-молота. После катдого уддра требуется подтип ударной части 'грузоподъемным'механизмом, что резко снижает скорость погружп- • ния сваи. '

Особенностям работы дизель-молотов и процессу забивки ими cb.i1 посвещянн труды многих учетах: П.А.Лббасога, Абрамова, Б.Е.Еахол-дина, 50. С.Беляева, С.Е.Еородавчснко, И.Н.Пазутрого.В.К.Еязог/лкина, Б.В.Гончарова, Е.Г. Есипенко, Л.Е.Каракулепа, Е.Е.Конаша, Е.Г.Лнзо, ■ Г.Ф.ЛариноЯ, А.Л.Луга, П.В.Трубникова,'Б.?.Угарова, С.Г.Чернышева, И.Е.Шкодьникова, .Е.Смита, Е.Чэллиса, Л.Янга.

Наиболее характерны в отих трудам три направления: .- совершенствование камеры сгорания, а такяе параметров рабочего и продт5очюго щпшдров даа^ь-чяиота, '

- выявление оптимальных зависимостей в мстеие "?.голот:-СЕая-грунт" для быстрого запуска дизель-молота и повышения эффективности его удара;

- создание и исследование - специальны: устройств и приспособлений для запуска дазель-молотов на слабых грунтах. ■

Из первого .направления для рассматриваемого вопроса надо отметить рекомендации по величине .объема продувочного насоса и - применена» смесеобразования. ■ ' ■

Соответствуицая рекомендуемому объему проявочного насоса высота подъема ударной части Мпр после нгслопа является главным условием стабильной работы двигателя дизель-молота, т.е. должно бить

Нпр* (П,3 - 3>S , где S - рабочий ход дизель-молота.

Для системы „"молот-свля-грунт" введено понятие коэффициента со-1 протнв,и>.ш1я norpyreiv.n сваи 3~ -

и установлено, что прий>2,5 дизель-молоты имеют хорошие пусковые качества (-jck t. - - соответственно площади сечения сваи и ци-¡шнпра, массы сваи и ударной части дизель-болота).

Но эта рекомендация выполнима только при забивке свай, имеющих 1алуп несунов способность,- что веде.т к недоиспользованию материала :ами? свай.

Пологлтельные результаты при определенных условиях дает реали-ация идеи регулирования сопротивления сваи созданием дополнительных ил трения по ее боковой поверхности.

В целом исследования, направленные на обеспечение эффективной оботм трубч«пг.: дизель-молотов при забивке свай через мощный слой iaÍ!K грунтов с ' заглублением в плотный грунт, показывают следующее: одной стороны, желательно иметь более легкие ударные части для ¡учпения пусков;,:: свойств молотов, а с другой стороны, наоборот, бо-:е тяжелые ударные части для увеличения их погружающей способности, вместись эти противоречивые требования мсино путем создания дизель-лота с переменной'массой ударной части, у-которого при погружении отей (иитоих) секции составной сваи .будет работать часть массы сос-рно! ударной части, а, затем в "оде наращивания.секций будет подклю-гься к работе односГупекчато или многоступенчато остальная'ее «ас—

В соответствии с целью работы били побтавлени следоющие задачи '.ледованця: обоснование влияния изменения массы ударной части труб-

чатого дизель-молота на его пусковые свойства при забивке свай п слабый грунт; создание экспериментальных конструкций дивгл*.-молотов с переменной массой ударной части; разработка математических моделей ■ упругопластического удара и рекимов работы этих дизель-молотов, теоретическое исследование удара составной ударной части и циклов работы дизель-молотов в различных регимат, зксперимептальше исследования дизель-молота с одноступенчатым изменением массы ударной части, разработка исходньгс параметров и методики расчета дизель-молотов с одноступенчатым изменением массы ударной части; а также технико-экономическое обоснование применения этих молотое.

Во втором разделе приведено обоснование целесообразности применения трубчатого дизель-молота с переменной массой ударной части при забивке составных свай и разработана принципиальная конструктивная схема дизель-молота с одноступенчатым изменением массы ударной части.

Разработанная методика определения работоспособности двигателя дизель-молота при забивке свай £ слабы! грунт позволяет выполнить расчет движения элементов подсистемы "дизель-молоТ-свая" в системе "дизель-молот-свая-грунт" на четырех характерны:: этапах: удар поршня молота по шаботу, "срыв" свей относительно грунта, карастшш« силы давления рабочих газов при'сгорании топлива, расширение газов до момента выхлопа. Расчет выходных параметров ударов серийных трубчатых дизель-молотов различных типоразмеров, выполненных по зтой методике, показал, что величина отказа сваи прямо пропорциональна массе ударной части дизель-молота, а высота подъема последней после выхлопа газов больше Нпр = (2,8 - 3,0)5 в случае отказа.сваи не более 0,1 - 0,К к.

Скорость погружения сваи падает'при высоте подъема .фарной части менее НПр = (2,0 - 3,0)5 в несколько раз.

' Таким образом, применение ударной части переменной массы обеспе-

Соответствующ&я рекомендуемому объему продувочного насоса висота подъема ударной части НПр после вшлопа является главным условием

где 3 - рабочий ход дизедь-иолота.

Для систеш "нолст-сная-грунт" введено понятие коэффициента со-»

и установлено, что при й'* 5 дизель-молоты имеют'хорошие пусковые качества г. - соответственно площади сечения сваи и цилиндра, массы сваи и ударной части дизель-молота).

По эта рекомендация вылплшша только при забивке свай, имеющих малую несущую способность, что ведет к недоиспользованию материала еа.-.'Ю' с пай.

Положительные результаты при определенных, условиях дает реализация идеи регулирования сопротивления сваи созданием дополнительных сил трения по ее боковой поверхности.

Е целом исследования, направленные на обеспечение элективной окйотм труЛчмж дизель-молотов при забивке свай через моцныЯ слой :лаСн:с грунтов с заглублением в плотный грунт, показнв'азот следующее: : одной стороны, гс-лательно иметь более легкие ударные части для 'лучиенил пусковы: свойств молотов, а с другой стороны, наоборот, бо-¡ее тяжелые ударные части для увеличения их погружающей способности. !овместиТь эти противоречивые требования мо;:шо путем создания дизель-олота с переменной массой ударной части, у которого при погружении далей (нижних) секщи составной сваи .будет работать часть массы сос-авной ударной части, а. затем в ходе наращивания.секций будет подклю-аться к работе односГупенчато или многоступенчато остальная'ее мае-

В соответствии с целью работы были поставлены следующие задачи '.следования: обоснование влияния изменения мае си ударной части труб-

стабильной р?боты двигателя дизель-молота, т.е. додано бить Ц„р7, (Г:,ГЗ - 3) 3 ,

противления погружению сваи

1.

чатого дизель-молота на его пусковые свойства при забивке свай в слабый грунт; создание экспериментальные конструкций дизрль-молотов с переменной массой ударной части; разработка математичссмг: моделей упругопластического удара и режимов работы .зти:г дизель-молотов, теоретическое исследование' удара составной ударной части и циклов работы дизель-молотов в различных режимат, экспериментальные исследова- . ни* дизель-молота с одноступенчатым изменением массы ударной части, разработка исходны;: параметров » методики расчета дизель-молотов с одноступенчатым изменением массы ударной части; а такте тггиико-эко-номическое обоснование применения этих мйлотов.

Во втором разделе приведено обоснование целесообразности применения трубчатого дизель-молота с переменной массой ударной части при забивке составных свай и разработана принципиальная конструктивная схема дизель-молота с одноступенчатым измененной массы ударной части.

Разработанная методика определения работоспособности двигателя дизель-молота при забивке свай в слабый грунт позволяет выполнить расчет движения элементов подсистемы "дизель-молоТ-свая" в системе "дизель-молот-свая-грунт" на четырех характерных оталгй: удар поршя молота по шаботу, "срьши свал относительно грунта, нарастание силы давления рабочих газов при' сгорании' топлива, расширение газов до момента выхлопа. Расчет выходных параметров ударов серийных трубчатых дизель-молотов различных типоразмеров, выполненных по зтой методике, показал, что величина отказа сваи прямо пропорциональна массе ударной части дизель-молота, а высота подъема последней после выхлопа газов больше Нпр = (2,0 - 3,0)5 в случае отказа.сваи не более 0,1 - О,К к. _

Скорость погружения сваи падает'при высоте подъема .фарной части меке'е Нлр = (2,8 - 3,0)5 в несколько раз.

Таким образом, применение ударной части переменной массы обеспе-

ударников с подг.итнмм соединением масс оказался рпг.гн 0,гз5-0,5б, тогда как Д1я цельного ударника он был 0,4.'].

Импульсы в нигнеЯ части состявшк ударников имели болыцуп продолжительность и меньшее амплитудное значгние силы удара. Сами величина импульса у составных ударников больше на .1-7 ы, а-коэМици-рнт полезного дсйстгнл удара составные ударников, имеющих соединительный шток в вергшсЛ массе, оказался тясе, чгм у цельного ударника на 3 - 9

Методика экспериментальных исследований специально изготовленных нятурнкх моделей трубчатых дизель-молотов с одноступенчатым изменением массы _ удппной части УР1С-500Е/900, УПС-ЮООБ/ПООО, УР2-500/1000, УРГ!-500Б/ТСОО включала определение деЯстпитолг,ш.г:< пнпч'-ниЧ тара- ' метров и показателей рабочих процессов дизель-молотов в с1оих режимах, а такгя эффективности применения их при яабивкс свай. Технические характеристики молотов приведены с табл.Г.

Таблица I

Параметры | Марки дизель-молотов

|УР1Г- I УР2- ! УР1С- ! УР2- • «500Е/С00 !50СВ/Ю00 ! 100СЕ/2000 '500/1000

I ' 2 3 4 5

Масса ударника,кг 500 . 500 1000 500

Масса составной удар-

ной части, кг 900' _ 1000 • 2000 \ 2г:,о 45,0 1070

Ъгенциальная энергия удара, кДк 10.5У . '20,7 14.5 зо;о 15.0 30,0

Частота ударов,иин~* сГ * 45 62 А г> С2 45 40 42

высота дизель-молота,м 4,5 ' 1700:4 ■' 5,3. 2170 •5,3 .3700 • 5,0 1430

<!асса дизель-молота, кг 1700 ' 2170 3700. 2000

-18* в числителе параметр для регима работы ударником,

в знаменателе - доя режима роботи гостюй ударной частью..

Наряду с параметр ч-и, характерными для трубчаппс дизель-молотов с ударным рпепнленигм топлива и свободным падением цельной ударной части определялась 'г пгрлментальиын путем такте и специфические параметр!, -гарактгрныр для дизель-молотов с одноступенчатым изменением массы ударной части.

Измерения параметров проводились прямим и косвенным способами с использованием передо илпк тензометричс-ских лабораторий.

Свайные работы проюдилит на пдоцадеах г' однородной плотностью грунта лчи расстояниях Iтгду сваями бо„;е»! 1Л-тн ш: ди.члтрос' для исключения влияния уплотнения грунтм гогруг и у острия забитой серл на ::од погружения последующей сваи.

Остаточные и упругие отказы свай определялись с помощью отказо-ме.ра Па^олдина, в который бшн гнэсенн-небольшие конструктивные изменения .

Результаты обработки индикаторнь:-' диаграмм днзгль-молотов показали, что в первом рруиме работы при отключенных дополнительна' камераг сгорания и дополнительном продувочном окне на уровне "малого" рабочего хода достигается регулируемый наддув- воздуха. Предельная его фактическая величина-оказалась равна = 0,1 С МПа при величине сжатия Рс= 3,57 МПа. Прочие показатели индикаторной диаграммы в этом режиме соответствую^ стандартнш показателям дизель-ноло-тов типа УР1 при каплевидной'камере сгорания или типа УР»? при то-роСбразной камере сгорания.

Обработка осциллограмм давления в пневмобуфере в зкеперимен-• тальком дизель-молоте при высоте фиксирования пригруза с пневмоци-линдрсм Н9 = 1,74 м и энергоемкости 'пневмобуф,ера Э^- - О^О^-Ни^' частота ударов оказалось равной ки = 66 - 67 мин7*. Давление в

явает зепуск трубчатого дизель-полога на значительно меньшей глу-лне погругения сваи при сохранении высокой'эабипяюцей способности а заключительном этапе погружения.

'Ля Егроятнил шести компоновочных схем дизель-молота с одно, двух трехступенчатым измененной массы ударной части для разработки ринцнпнал! ной конструктивной схемы была выбрана одноступенчатая ме-а со взаимным располойЫнсм масс ударной часта по типу "тандем" .е. одна масса над другой.

Принцигпмльно новыми особенностями работы дизель-молота е одноступенчатым изменением массы ударной части являются:

- двуф'я-шгаостъ (первый гетим - нанесение ударов нижней массой горной части, второй - нанесение ударов обеими массами); .

- повышенная частота ударов за счет наличия пневмобуфера в первом етиме роботы;

- образование вакуумного замка между ударными массами 001 втором ре-и!/е роботы.

Б третьем разделе выполнены теоретические исследования- эффектности удара'составной ударной части, с подвижным соедтением масс, опустимого диапазона изменения массы ударной части дизель-молота ри постоянно.! диаметре, цилиндра, ретина работы с нижней массой удар-ой чести и пняЕмобуферсм, а такте режима работы с составной удар-ой частью.

Эффективность составной ударной части оценивалась в сравнении цельной ударной частью по величине импульса упругопластического дара по шаботу на кеде.формируемой плите бесконечной массы и- по ве-ичине к.п.д. упругопластического удара по шаботу на упругом элемен-е, причем расчетные схемы для этого (рис. I) разработаны с учетом сложений теории продольн го удара, учитывающей нак распределенность асс соударяющихся тел, так и.условия в месте их контакта.

Математическая модель упругопластического удара составной ударной

"• Недеформ)

ормируемая плита

С -оо

К

_..........и\\\.

| Упругий. элемент

Рис Л. Расчетные схемы математических моделей у-Ара ударными частями молотов а, в г удар цельной ударной частью

3, г - удар составной -ударной частью'

тети по недефорп-ирусмоку шаботу на упругом элементе при ьыратемпи 'пругш: деформаций че, гч разность полных и пластически" деформаций тредстаЕляется в шде обобщенной системы днИеренцпальних уравне-ш1т, пригодной ,г^1Я рси.гния численным методом:

V 1 / '"I 1-кч. 1-к-ь

х -. I - с у

' 2 |и<ч ^ ' 1 -/v1 гп, |+ |<ц '

шг , »■ Кч 1\ ^ II "

(I)

где К при Й йг-1юэ^ициветы шссгаяовдвкнж

прч^.^Ч -, скорости масс м,- и тг;

Кч при V 1 ' '

при 0, = -^!!;

= при хг1,>*г-1г-, СТ' ^ +

О ЛР11 Уг-| с, ,са :*есткост£ ударных масс

. Кь-аг при V Ьг7*, ; т,.»(Пд'

' Иб« 0 При <г.-6, ст.,С„ - торцовые жёсткости масс

О

¿,= 05,) ^сопл! при к, ^ ;••' . 0 Мг

П I \ ¿X

Соответственно для цельно!) ударной части система дифференциальных уравнений получается, если м, = 0 при условии замены М, на сумму (М, ).

Для определения импульса-упругоплястического удара составной ударной части по недефориируемой плите применялась математическая модель, образованная ия системы дифференциальных уравнений (I) при Ь^*«» . Соответственно для цельной ударной части мэтепатичренал модель получается при ги, - 0 к ^ 3 - оо с заменой ^ на су;л»у ( щ,- + ).

Учитывая, что у натуральной модели дизель-молота изменение со- • *

отношения масс и жесткости мегду ниш в составной ударной части Фиксированной общей массы при проведении экспериментов свясако с исключительно большими затратами т<атериалов и ресурсов, исследования влияния этих параметров на "фиктивность удара с попоцмо разработанных математических моделей проводилось на модельных ударниках.

Приняв предударнуг скорость натурального »1 модельного образцов одинаковой ( и„ч - М С1Л ' ), удалось для пре,пударной энергии и контактной силы вывести соответственно следящие равенства:

Для обеспечения подобия волновых яблони!4 моде/и и натурального

2

где ^ о - масштаб диаметра модельного ударника.

(3)

С)

образца был использован критерий динамического подобия

I

х_

(4)

где

О - скорость звука в материале;

-ТЗ-

- линеаризовянног гчкг'сние подчт.чирости зоны кгчлмкта ударника или ударно Я части о сгрчнигит',лгг.; £ - длина ударник-! пли удпрной чагги.

Результат исслеговяния н° ПОГМ показали, что импульс удара составил,гг ударников го штоком в верхней массе- бо;:мап шпуль сп удара целымх ударникся на 6,2 - ?,С

К.п.д. удара составного удтркика с пгдрапдач сослиснием масс оказался вше к.п.д. удпрч цельного удяриигч на 6,С - 9,2 *.

Исследование диапазона иям^нения мясе У,",;,Г1ю!' ''асти в зарисимос-ти от допустимы- значений парныотров двигать: я при постоянном диаметре райочто цилиндра имрлл целью найти минимально и п-шеимолыго возмогите ее значения для образования «оставиой ударно? Для исследования -»того вопроса Сл'лг» получена Формул.'*. величии• ударной части г зависимости от кзнтруктиг.ни" и тгуо.".икячи'">е,::г: ппрагетров дизель-молотяг

11 V» Чс I 1 (5)

I

VI

максимальная расчетная высота подъема ударной части на стенде;

дитотр рабочего цилиндра; дггленип начала Сжатия в рабочем цилиндре; при раненная птсото камеры сгорания;

где Игла/ -

в -

Ри ~

и. -

Ь, - показатель политропы скатил в капоре сгорания; - механический к.п.'д.;

А. - степень повышения давления при сгорании топлива; Г!^ - показатели политропы расширения в камере сгорания.

Учитывая узкий .г.'-паэон допустимей величины давления сжатия в камере сгорания установлена необходимость дополнительны: камер сгорания, объем которых мояет быть доведен до величины объем-: основной камеры сгорания. Используя ~>тот фактор, а такве допустимые пределы отношения ^/(р и повышенный надпув, удалось найти экстремальные значения массы ударной части трубчатш: диягль-молотоя для наиболее ходовых диаметров 1г: рабочш: цилиндров, пригопшг: для проектирования составной ударной части.

Основное энергетическое уравнение режима работы дизель-молота

нижней массой (ударником) с пневмебуфером имеет еид:

• . "

где

0,1,. - вес ударника;

^тау " Т,Г11ЕРДР1ШПЯ максимальная высота подъема ударника;

Нф - высота фиксирования верхней.массы (пригруза);

^ - коэффициент затрат работы на трение; £

- энергия сжатого воздуха.в пнгвмобуфере.

Учитывая, что конструктивно пневмоцилиндр и камера сн;атия пневмобуфера выполнены не в цилиндре дизель-нолота, а в торцах обеих масс, проблема обеспечения достаточной энергоемкости пневмобуфера при мини-мольно возможном его объеме потребовала исследования'влияния на эти параметры других конструктивных параметров дизель-молота.

Кроме высоты фиксирования верхней массы,' существенно влияет на требуемую энергоемкость пневмобуфера и' приведенная максимальная высота подъема ударника,,, которая может быть и менее 3 м, так как в' этом режиме молот должен работать при осадках сваи не менее 0,02 м, н, еле-

- Т.с -

долателько, часть энергии гяяов сгорания лятрачиваетея на погружение сваи.

Объем пнчвмобу^оря при условии урягновешмкил ре.штирной силы, направленной ррерх, силе Л тяжести корпуса молота с я.чунксировпнной верхней массой (пригруяом).-рявгн:

где

Р0 - д,".ел<-'НИ" окрутя^сго воздуха , О-мм ~ я"гртвмП" гес молпта;

ф - ерс пригруза (яафиксировяшгоИ вер-ней масг.м);

- покааатг.чъ политроп 1 еглтчя воздуха в гигвиощлиндру;

с! ,ит -- диаметр гнегмоцил-.ждря.

Из формулы ( 7 ) видно, что увеличение резней мясы (пригруза) дает возможность уменьшить объем .пневмобуфера.

Разработанная математическая модель динагаки дпигения ударника в течение цикла удара при наличии пнегмебуфера позволила установить обратную пропорциональность мегду чястотой ударов и высотой фмксира-ьания' верхней маосн.

Е результате исследования первого режима работа дизель-молота • бил определен рациональный диапазон отношения версией массы к нижней составной ударной части. Сн колеблется от 0,8 до Г,2.

На основе разработанной математической модели динамики движения составной ударной части с подвигннм соединением масс было исследовано их взаимодействие через "вакуумный замок". Исследование проводилось на Эй! с использованием программ на язкке "£ортран". . •

Установлено, что. зазор мегду массами составной ударной части образуется при ее движении на участке продувочного цилиндра из-за

тормокения нпгнс-Й мысы (ударника) при ьсасшпини сьетего заряда воздуха. Егличнна сто зависит от объема кдке-ры сжатия пневыобуфе-'-" ра (вакуумной каыгрн по е то ром режиме работы), а тоисж от соотношения масс 1. составной ударной части. Закрыг ^ется он на рабочем ходе при'сгатпи югу у-ти. Перед ударом знзор должен бить нулевым или иметь догу стимул ьг личину

гпе 1 -длительность соужг-ри^ил иригру^а с улфпиком , 1!к - скорость лригруза ь моь.ент касания ударником шг.бота;

- задергка ьосгламснения рабочей смеси; цн -ускорение-движения пригруза шлз.

При необходимости должна производиться корректировка параметров, пневмобуфера.

Сравнительные расчеты предуд&рщг: энергий дипель-иолотов с соч*. тавной и цел) ной ударными частями поквя.гли ьзчнмное ривенстЕо чти" параметров.

Б четвертом раадше изложены методика и результаты экспериментальных исследований составльгс и цгльнк"моделыаг: удзрникпр, л также натурных моделей дизель-молотов с переменной массой ударной части

Методика экспериментальных исследований- эффективности удара • составных ударников с подвижным соединением масс на специальном лабораторном копре включала определение предударных скоростей ударников, коэффициентов восстановления скорости удара, ударных импуль-■ сов в сечениях ударников и наковальни, а такге к.п.д. удара.

. Применялись

электронный -осцилограф, тензодатчики и другие элект? тронные и оптические устройства. .

■ Средний коэффициент восстановления скорости удара Составных

дарников с подвитнш соеданснигм касс оказался рпг.сн 0,гэ5-0,5б,

тогда как Д1Я Цельного ударника он был 0,42.

Импульсы в нигней части составит ударников имели большую продолжительность и меньшее амплитудное значгнис силы удара. Сона вс-i4ima импульса у составных ударников больше на .1-7 а. коо?<?ици-•fr полезного дейстгия удара составные ударников, имргецгт соедини-гльный шток в верхней массе, оказался вше, чн.1 у цельного ударпи-г на ,3 .-9 "'.

Методика экспериментальных исследования специально изготовленных wypmrx моделей трубчмгг дизель-мплотов с одноступенчатым измснени-! массы ударной части УР1С-ССОС/900, УПС-Ю00Е/2000, УР2-500/ГОС0, '2-500E/IGOO включала определение действительных мняч^кий гарп-;тров и показателей рабочих процессов дизель-молотов в cloitx ремах, а такт« г»Л»ективиости применения их при яабиг.кр свой. Техни-•ские характеристики молотов приведены в табл.1.

, . Таблица I

Параметры { Марки дизель-молотов

УР1С- ! УР2- ! УР1С- I УР2- ■ !5ОСЕ/ООО 1500E/IC00 'I00CE/2000 I500/I000

.сса ударника,кг 500 . 500 1000 500

icca составной удар-

й части, кг 900 _ 1000 2000 1070

генциальная -энер-я удара, кД»: 10.5* . '20,7 14,5 30,0 22.0 46,0 15.0 30,0

стога ударов,мин-^ ■ G7_X 45 52 42 62 -15 40 42

сота дизель-молота,м 4,5 17004 ' 5,3. 2170 '5,3 .3700 • 5,0 1430

сса дизель-молота, кг 1700 2170 3700. 2000

-18* в числителе na--ii.'.rtp для регима работы ударшО'см,

В знаменателе - для ро*ша работы состаной ударной частью.

Наряду о параметрами, гарактерншн для трубчатых дизель-молотов с ударным распыление'.' топлива и свободным падением цельной ударной части определялись г>г'т-рпментальпкм путем такте и специфические параметр», характерные для дизель-молотов с одноступенчатым изменением массы ударной части.

Измерения параметров проводились прямим и косвенным способами с использованием перед четных тензометрическнх лабораторий.

Свайные работы приводились на плодадках <■■ однородной плотностью грунта лри расстояния* verpy сваями Coj.e»: ТГ-ти и;: дижетрог для исключения влияния уплотнения грунта гпгруг и у острия забитой свал на ::од погружения последующей сваи.

Остаточные и упругие отказы свай оттредглялигь с гомог;ыо отказо-мерп Еахолднна, в который были гнагены небольше конструктивные изменения.'

Результаты обработки инднкаторны диаграмм дизель-молотов показали, что в перг.ог рруиие работы при отключенных дополнительна' камера- ргоряния и дополнительном продувочном огне на уровне "малого" рабочего хода достигается регулируемый неддув-воздуха. Предельная его (фактическая величина.оказалась равна pQ = 0,1С 1!Па при величине сжатия рс= 3,57 ЫПа. Прочие показатели индикаторной дпаграм-мы в этом режиме соответствую^ стандартным показателям дизель-ноло-ioB типа УР1 при каплевидной камере сгорания или типа УРП при то-роОбразной камере сгорания.

Обработка осциллограмм давления в пневмобуфере в окспериыен-•тальном дизель-молоте при высоте фиксирования пригруза с пневмоци-ливдром Hç = 1,74 м и энергоемкости пневмобуфера -частота ударов оказалось равной Ц = 66 - 67 шшг1. Давление в

-т9~

камере етатия ти?8мобу*ч>а рс о,С<*>1 ¡Р!я. ДеЯотгитгл: нпг зтчения покппатгдгЧ политроп г'-атля и рзоншрпния оотвотстг-'-нна |*мли П5 = 1,35 и Гц - 1,4.':.

Посьчя г^цр^тегниос гклчени'' ам^от якгпгрим"ктяльн;> установленный ф.г'т ускорения .ударника сглтим вояду-'ом при его пусковом сбросе, т.р. уте при ттод^г-и:'? "кошкой" ударни-я в п;е1чо*у*-ере дизель-молота соя.г.рпхюсь избыточнее давление.

D рогаче работы дизель-молота с пост шнсй ударной частью и открыттл1 дополнительными кшгра'.м сгорания, иголнешпп'И как с пульсирующими поршш'м, таг' и г ни;/' полг: стаканов получены индикаторные диагра-.гты ц ояяг.орр»«'« величины юъгуума г pjjx"ihü:: замке стыка масс, подтипу даюгугс тг-орстлч<-.-\£ле клгдедопдшя. ' Полученике при есцнллографнровании данные о динамике го/.влсния, увеличения и яакртггия яаясрг мг-'Д" массами подтверждает теоретические выводы, сдгланш-*" ь разделе 3 диссертации.

рАсхотдени» ^кст-^-имгнт'лпшгг и расютшг' величин измеряемых параметров составило С,1 - II,П *.

Сравнительная яо/арка деупянмсг свай якопериментадьнмм дизель-молотом УР1-5ССГ/9СС, работ:о:цик от начала до конца погругения каждой спои только ударной частью ОСО кг, ударной частьв 500 кг с пнев-мобуферсм или сначала ударной частью 500 кг с пкевмобуфером, а за- . тем составной ударной частью 000 кг и, наконец, только составной ударной часты; ООО кг, показала преимущества дву-рехимной работы колота по временному критерию,несмотря на некоторое затраты времени на переключение реумов.

Ка гтропяводствент-тх .испытаниях при забивке железобетонных свай длиной G м и массой 1000 кг б слабый гр-т;? якслершентальнмй дизель-, .;о:,от УРТ-100СГ/2СС0 с одноступенчатым изменением массы ударной jacwi в ходе погругения одной сваи оказался яффехтитее серийного 1,чзелы.:олотя CT7-7S с массой ударной части 1000 кг.

' ГТ^иемопше испытания опытного .образца дизелт.-молота УРЛ-5СО/ГСОО

-гона забивке железобетонных свай длиной 4 м и массой 9С0 кг в слабый

грунт наглядно подтвердили теоретическое положение данной работы, что величина отказа сгаи пропорциональна массе, ударной части дизель-молота при прочих равных условиях: плотности грунта, массе сваи, глубине ее погружения.

Б пятом разпеле изложены исходные параметры для проектирования дизель-молотов с переменной массой ударной части и их экономическая эффективность.

Теоретические исгледованияи статистическая обработка результатов экспериментальных исследований на моделях и натурных образцах позволяют определить исходные параметры для теплового расчета и проектирования трубчатых дизель-молотое с переменной массой ударной части.

Наиболее важными можно считать следующие рекомендации.

Отношение объемов дополнительных и основной камер сгорания

$ * 0,5 - 1,0.

Максимальная масса составной ударной чг.сти кп0<=; 70000 £) (кг),

где ■ .

© - диаметр рабочего цилиндра,м.

Отношение масс, пригруяа .и ударника составной ударной части

- О,В - 1,2.

Высота закрепления притруза при работе ударником с пневмобуфе-. ром Нф = 2,0 - 2,2 м.

Потенциальная энергия пневмобуфераЭ^ = (0,5 - 0,6) (^('"йн^

где ф - вес ударника в Ньютонах.

Степень сжатия в камере сгорания при работе составной ударной частью 15 (давления начала сжатия рч = 0,103 - 0,105 МПа).

Степень сжатия в камере сгорания при работе ударником £ = 9-Ц (давления начала сжатия рч = 0,16 -0,13 МПа).

Остальные рекомендации, имеющие отношение к тепловому расчету -

-21- i

трубчатого дизель-молота с ударным распиливанием топлива и переменной массой ударной части аналогичны рекомендациям для расчета серийного дизель-молота с каплегидной или тороидальной камерой сгорания.

Про г едено технико-пкономическое обоснование предложенных и исследовании дизель-молотов УГ1-1ССОЕ/Г.ООО и УГГ:-5ССБ/1СС0.

При определении -жономичсгкой эффективности использован метод уделип-х показателей. Г качестве сравниваемых иашн били выбрани серийные дизрль-молоты УР2-1000 и УРС-1С0С. Экономический а|фект нг один молот г, год соответственно составил 97СЗ,4 рубля и8Б84рублЯ ( в ценах года). . •

- OCÜOnüUS РЕЗУЛ-ТАТЦ И ГЫЕ0Д1

t

I. Доказана целесообразность создания трубчатого диэе.:ь-молота. с переменной массой ударной части дл" забивки оостчрч'-'* » модуль-н'-'х свар переменной масо.- trepen толщу слабые грунтов.

• Р.. Предлогенм и реализован!» ,в зкопчрямрнтяльньк и опытные образцах принципиальны" конструктивные схемы дизель-молотов с переменной массой ударной части. _ . •

. 3. газработгш математичрские модели упруго пластического удара соетпг.ной ударной части диполь-молота по тд. формируемой плите и шаботу на упругом основании в еиде систем дифференциальных уравнений, ссстаглсны алгоритмы и. программы численного рсиения систем дифференциальных уравнений упругоплпетического удара составное и цельных ударны: частей на ПСЕ'Л."

4. ¡ía'основе теоретических исследований установлено, что импульс удара состагной ударной части по недеформируемой плите равен

+ 0,5 (R + ))( И; + )Ц4; величина ударного импуль-. еа и к.п.д. составных ударников соответственно на '3 - 7 * и 3 - 9 * больше, чем цельных. • ■

•-225. .Создана методика расчета двигателя дизель-молота с ударным распиливанием топлива и переменно!; масиЛ ударно!- части. Определены вкстремачкци» значения массы ударной части для одного типоразмера трубчатого дизель-молота в зависимости от величины отношения объемов полной и осноп ей камер .сгорания.двигателя.

6. Разработана методика расчета параметров 14ТГ-УШ в режиме работы ударником с частичным пневмобуфером, т.е. с пневмобуфером, включаемым в работу в конце продувочного хода, ударника.

7, Выполнено математическое моделирование цикла работы ¡.УТ-УПМ с составной ударной частью и вакуумным замком между ударными массами, а также разработаны алгоритмы и программы расчета на ПОЕМ их движения в течение цикла. . '

О.^Проведены полигонные и производственные испытания натурных моделей днзель-f.,олотов с переменной массой ударной части УГ1-50СБ/900 УР1-1000Б/2000,УР2-500Е/1000 и-натурной модели дизель-колота с модульной ударной часты) марки УР2-500/1000 со снятием' осциллограмм . давления в камере сгорания, в пневмобуфере, Ееличинн вакуума в вакуумной камере составной ударной части, силы удара по стенду и свае.

9. Определены исходные параметры для теплового расчета и проектирования- дизель-молотов с переменной массой ударной части.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

■I. Фоменко С.Г.,Телов В.И,,Одинцов A.C. ^Свайный дизель-молот". A.c. * 5643Ö5 Б.И. Г- 25,1977 г.

• 2. Фоменко С.Г. "Свайный дизель-молот" А.е. Г.003242, Б.И. У 43 :1981 г. '

3, Фоменко' С.Г., Звонких Е!,К. "Трубчатый дизель-молот" A.c. №17724 E.H.'Jf 9,1992 г.

,4. Фоменко С.Г. Трубчатые дизель-молоты с ударной частью переменной массы. Транспортное строительство,1983 г.10.

235. íomchko С.Г. "Разработка технического задания'на проектирование опытного образца дизель-молота с переменной массой ударной части 500/1000 кг. Отчет по теме ИИР ГО-Об-1'Г!С,М'. ,ШЛП, инв. Г 138, ICB5 г.

б. íomchko.С.Г. Трубчатые-дизель-молоты с удчрной частью переменной массы. Тезисы ко второму Есесоюзно?.?у, координационному совещанию-семинару "Механизированная безот/одная технология возггдения свайных фундаментов из свай заводской готовности".Еладпвосток,изд.Даль-!ЕЭДСа, 1908 г.

7. Томонко' С.Г. Методика определения пусковых качеств трубчатого дизгль-молота. 1ДГТГП1С. Сборник научных трудов "Исследование вопросов совпршенствовлния организации, технологии' строительства г.елез-ннх дорог". М. ,1990 г.

0. Грехов И.В. .Фоменко С.Г. Как определить нагрузку на сваю. Транспотное строительство, т., G.

9. Фоменко С.Г. Упругоплсстический удар по ^деформируемой плите. ЦГИИС. Сборник научных трудоч "Проблемы управления и разработки ногнх конструкций, технология и техники при строительстве железных дорог", ;.i.,EJ!:fX, 1.99П г.

Заказ 13 . Объем t,S л.л. Тираж, too экз. Ротапринт НИИТС