Содержание к диссертации
Введение
1. Вибрационное и ударно-вибрационное оборудование для погружения и извлечения свайшйс элементов и задачи исследования
1.1. Свайная вибротехника в СССР и за рубежом.
1.2. Виброизоляция грузоподъемной машины при извлечении свайных элементов 22
1.3. Обзор исследований синхронизации вибрационных сваепогружащих машин с центробежным приводом 26
1.4. Цель и задачи исследований 38
2. Экспериментальные и теоретические исследования виброзащиты грузоподъемной машины при ударно-вибрационном извлечении свайных элементов 40
2.1. Экспериментальные исследования по определению тягового усилия грузоподъемной машины в процессе извлечения свайных элементов и рекомендации по выбору упругой характеристики виброизолятора 40
2.2. Обоснование принятых допущений и математической модели для исследования упругих характеристик виброизоляторов 44
2.3. Методика исследования упругих характеристик 55
Выводы
3. Исследование вопроса закрепления свайного элемента наголовником 69
3.1. Определение силы зажима свайного элемента наголовником при его ударно-вибрационном извлечении из грунта
3.2. Конструкции наголовников созданных по разработанной методике расчета силы зажима свайного элемента
3.3. Экспериментальная проверка результатов исследований 78
Выводы 83
4. Теоретические и экспериментальные исследования смосинхронизации роторов вибропогружателя 84
4.1. Принципиальная расчетная схема самосинхронизирующегося вибропогружателя 84
4.2. Дифференциальные уравнения движения вибропогружателя - 90
4.3. Решение и исследование уравнений движения вибропогружателя
4.4. Анализ полученных результатов исследований са-мосинхронизиругощегося вибропогружателя.
4.5. Определение условия устойчивости движения системы с помощью интегрального критерия устойчивости
4.6. Цели экспериментальных исследований лабораторного стенда вибропогружателя 119
4.7. Конструкция лабораторного стенда самосинхронизирующегося вибропогружателя и измерительная аппаратура 120
4.8. Описание экспериментальных исследований лабораторного стенда самосйнхронйзирущегося вибропогружателя и анализ результатов 126
5. Основные результаты внедрения и перспективы совершенствования вибропогружателей 134
5.1. Результаты внедрения и расчета экономической эффективности 134
5.2. Перспективы совершенствования вибропогружателей 135
Литература 143
- Обзор исследований синхронизации вибрационных сваепогружащих машин с центробежным приводом
- Обоснование принятых допущений и математической модели для исследования упругих характеристик виброизоляторов
- Конструкции наголовников созданных по разработанной методике расчета силы зажима свайного элемента
- Определение условия устойчивости движения системы с помощью интегрального критерия устойчивости
Введение к работе
Основными направлениями экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года, принятыми на ХХУІ съезде КПСС, предусмотрено широко применять при создании новых машин, оборудования, аппаратуры и приборов модульный принцип их проектирования с использованием унифицированных узлов и агрегатов /81/.
Все увеличивающиеся в нашей стране объемы промышленного, транспортного и гидротехнического строительства, требуют дальнейшего повышения эффективности и совершенствования методов сооружений свайных фундаментов. Решение этих задач тесно связано с поиском новых конструкций сваепогружающих (извлекающих) машин и усовершенствованием существующих для обеспечения роста производительности труда, снижая их металлоемкости и энергоемкости.
Свайные элементы в виде труб, шпунта, балок, используемых для временных сооружений и других целей при выполнении земляных работ, являются оборотным материалом и подлежат многократному использованию. Процесс извлечения указанных элементов обладает некоторой спецификой по сравнению с их погружением. В настоящее время имеется развитой парк сваебойных машин, оснащенных копровыми установками, для извлечения же свайных элементов ощущается недостаток в эффективном оборудовании. Созданные для этих целей мощные вибромолоты и шпунтовыдергиватели наряду с положительными качествами обнаружили некоторые недостатки, связанные с передачей недопустимо высоких уровней вибраций грузоподъемной машине при извлечении свайных элементов. Пружинные
виброизолирущие устройства в существующих конструкциях шпунто-выдергивателей обладают низкой надежностью, повышенной металлоемкостью, значительным уровнем шума и большими габаритными размерами.
Эффективность работы погружающей (извлекающей) машины во многом зависит от надежного закрепления наголовником свайного элемента. Однако малоизученным остается вопрос определения необходимой силы зажима свайного элемента при ударно-вибрационном извлечении, которое является наиболее тяжелым режимом с точки зрения динамической нагруженности всего комплекса машины и наголовника в частности.
Для развития современных вибрационных сваепогружающих машин характерна тенденция модульного проектирования, позволяющая путем компоновки их из унифицированных центробежных виброблоков создавать мощные машины для погружения и извлечения из грунта практически все виды свайных элементов. Существенным недостатком центробежных вибровозбудителей являются шестеренчатые синхронизаторы, кинематически жестко связывающие дебаланс-ные валы в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Наличие подобного способа синхронизации снижает надежность, повышает металлоемкость и усложняет машину в целом.
За рубежом ведущие машиностроительные фирмы " КеП5В"Ь5Ы Klkai Chosa" (Япония), " Мalter" (ФЕТ), "Mmag " (ФРГ), "Menek" (ФРГ), "ICE" (США), "Foster " (СЯМ) и другие освоили серийный выпуск вибропогружателей, отвечающих современным требованиям практики.
В СССР поиском, созданием и исследованием вибропогружателей и вибромолотов занимаются БПО ВНИИстройдормаш, ЦНИИС,
ВНИИГС, НИИОСП, Люберецкий завод мостостроительного оборудования и другие организации.
Таким образом, учитывая широкое распространение и дальнейшие перспективы развития ударно-вибрационных и вибрационных сваепогружающих машин, проблема совершенствования их конструкций является актуальной задачей и отражена в координационном плане НИР АН СССР на I98I-I985 гг. (проблема теории машин и систем машин - I.II.I).
ЦЕЛЬЮ НАСТОЯЩЕЙ работы является дальнейшее совершенствование вибрационных машин для погружения в грунт и извлечения из него свайных элементов широкой номенклатуры.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА работы состоит в том, что предложен новый самосинхронизирующийся вибропогружатель, обоснована его математическая модель и составлены дифференциальные уравнения движения с учетом действия сопротивления грунта в виде силы сухого трения. Исследованием этих уравнений на ЭВМ выявлены необходимые условия для обеспечения синхронно-синфазных движений роторов вибропогружателя.
Для снижения динамических нагрузок, передаваемых на грузоподъемную машину от шпунтовыдергивателей, разработана методика выбора упругих характеристик виброизоляторов с учетом характера изменения тягового усилия грузоподъемной машины в процессе извлечения свайного элемента.
Разработана в рамках стереомеханической теории удара методика расчета силы зажима свайного элемента, развиваемой наголовником при ударно-вибрационном извлечении, обеспечивающей их надежное соединение.
Новизна конструкторских разработок, выполненных на базе
исследований, защищена авторским свидетельством и положительным решением ВНИИГПЭ.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ. Результаты проведенных исследований позволяют на стадии проектирования определять необходимую силу зажима наголовником свайного элемента; повысить эффективность работы виброизолятора за счет выбора рациональной нелинейной его характеристики; усовершенствовать вибропогружатель за счет исключения жесткой кинематической синхронизации роторов.
ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. В НПО ВНИИстройдормаш использованы результаты разработок при создании техпроектов вибропогружателей СВ-03, СВ-08 и СП-80. В тоннельном отряде № 4 управления "Киевметрострой" испытан и эксплуатируется наголовник для захвата двутавровых балок, шпунта и труб при ударно-вибрационном их извлечении. Технико-экономический эффект от внедрения разработок составляет 173 тыс. рублей в расчете от годового выпуска 100 машин СП-80, что предусмотрено приказом Министра строительного, дорожного и коммунального машиностроения № 740 от 30.12.83 г. Выпуск этих машин по упомянутому приказу включен в план новой техники Стерлитамакского завода "Строймаш" Минстройдормаша.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения и результаты исследования диссертационной работы докладывались и обсуждались на 43-й научно-технической конференции МИСИ им.В.В.Куйбышева,Москва, 1984 г.; на секции НТС НПО ВНИИстройдормаш в 1984 г.
ПУБЛИКАЦИЯ РАБОТЫ. Научные положения и результаты диссертации опубликованы в трех печатных работах /3,30,31/, получено авторское свидетельство на изобретение /6/ и отражены в от-
чете по хоздоговорной теме /62/. НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ:
расчетная динамическая модель самосинхронизирущегося вибропогружателя, предназначенного для извлечения и погружения в слабые грунты свайных элементов широкой номенклатуры, учитывающая сопротивление грунта в виде силы сухого трения;
результаты теоретических исследований уравнений динамики самосинхронизирущегося вибропогружателя на ЭВМ и экспериментальных исследований лабораторного стенда;
методика выбора рациональных упругих характеристик, необходимых для разработки новых конструкций виброизоляторов повышенной надежности и эффективности;
методика расчета силы зажима свайного элемента, развиваемой наголовником при ударно-вибрационном извлечении его из грунта.
Работа выполнялась под руководством профессора, доктора технических наук Борщевского А.А. и является частью исследований, проводимых на кафедре "Механическое оборудование" МИСИ им.В.В.Куйбышева в соответствии с координационным планом АН СССР на І98І-І985 гг. (проблема теории машин и систем машин -І.ІІ.І). Экспериментальная часть работы выполнена на Центральном научно-испытательном полигоне НПО ВНИИстройдорлаш и в производственных условиях в тоннельном отряде № 4 управления государственного строительства метрополитена "Киевметрострой".
Обзор исследований синхронизации вибрационных сваепогружащих машин с центробежным приводом
Поиски эффективных способов виброизоляции грузоподъемных машин привели специалистов западногерманской фирмы "Delmorj к новым решениям. В последнее время их машины снабжаются виброизолиру-ющим устройством, с упругими элементами из резины, расположенным между крюком машины и подвесной серьгой извлекающего оборудования /82/. Преимущества и недостатки упругих элементов из резины изложены достаточно обстоятельно в /38, 41, 58/.
Использование воздуха в качестве упругого элемента в системах виброзащиты получает все большее распространение /41/. Стремление создать наиболее эффективные системы виброзащиты приводит к отказу от использования таких традиционных упругих элементов, как пружины, рессоры, торсионы в пользу пневматических и пневмовакуумных нелинейных упругих элементов.
Общим признаком вибрационных и ударно-вибрационных машин для погружения и извлечения свайных элементов является наличие вибровозбудителя, который создает вынуждающую силу направленного действия, чаще всего для этой цели используют двухвальные центробежные вибровозбудители. Синхронное вращение дебалансных валов может быть достигнуто принудительной кинематической или электрической синхронизацией. Одним из способов электрической синхронизации привода вибрационных машин предложен в /89/. Для решения проблемы повышения эффективности принудительной синхронизации и фазировки вращения дебалансных валов вибропогружателя западногерманская фирма " De moij использует электромагнитную синхронизацию /82/. В /8/ рассмотрена возможность принуда- тельной синхронизации механических вибровозбудителей с асинхронным электроприводом. В этом устройстве синхронный и синфазный режим работы вибровозбудителя достигается путем автоматического сравнения фазы вращения роторов с фазой вращения "опорного" ротора.
Синхронизация роторов электродвигателей усложняет конструкцию машин, снижает их надежность и является источником шума. При механической синхронизации роторы двигателей жестко связываются между собой чаще всего зубчатой передачей. При компоновке машин из нескольких двухвальных вибровозбудителей принудительная связь между всеми роторами значительно усугубляет отмеченные недостатки. В связи с этим большой интерес приобретает создание вибропогружателя с самосинхронизирующимся вибровозбудителем. Общая теория самосинхронизации динамических систем связана с именем И.И.Елехмана и отражена в его фундаментальном труде /23/. Где с единой точки зрения рассмотрены различные аспекты теории синхронизации: дается формулировка общей задачи о синхронизации, развивается математический аппарат-теория периодических решений нелинейных дифференциальных уравнений, содержащих малый параметр. Частные проблемы самосинхронизации механических систем изложены в /15, 24, 34, 53, 54, 69, 71, 87, 88, 94/ и в других многочисленных работах. При определенных условиях центробежные вибровозбудители с приводом от асинхронных двигателей начинают вращаться синхронно, несмотря на различиє их характеристик и отсутствие непосредственных связей между валами. Равенство или в некоторых случаях кратность /23/ их средних угловых скоростей, наличие определенных фазовых соотношений при вращении роторов осуществляется за счет колебания корпуса вибровозбудителя (несущего тела), в котором установлены роторы, то есть в силу внутренних свойств самой колебательной системы, проявлением которых являются вибрационные моменты /25, 69/. Эти моменты обуславливают эффект самосинхронизации и вибрационного поддержания вращения.Рассмотрим некоторые важные динамические схемы синхронизации механических систем с точки зрения вибрационного погружения свайных элементов. При этом будем задавать вращение дебалансных валов в противоположных направлениях.
Начнем с наиболее общей компланарной схемы, изображенной на рис.1.5, которая обладает тремя степенями свободы несущего тела. Здесь и далее /23/ предполагается, что имеет место только нерезонансный случай. Вследствие этого диссипативной силой сопротивления движению несущего тела можно пренебречь. Предполагаем также, что несущее тело и свайный элемент являются твердыми телами.
Тело массы М, образующееся из несущего тела с присоединенными к нему массами дебалансов, посредством идеальных упругих элементов жесткости Сх и Су соединено с неподвижным основанием и может совершать плоские колебания. Оси вращения деба-лансных валов 0 и 0 лежат в плоскости, проходящей через центр тяжести 0 несущего тела на одинаковых расстояниях 0,0 = 020=Г от точки 0.
Обоснование принятых допущений и математической модели для исследования упругих характеристик виброизоляторов
Во многих случаях упругие характеристики виброизоляторов вибрационных сваепогружающих машин не могут быть получены на основе теоретического анализа и должны определяться экспериментально. Выбор упругой характеристики виброизолятора связан с необходимостью набора значительного объема статистических данных о характере и диапазоне изменения тягового усилия в процессе извлечения свайных элементов различной длины, номенклатуры и зависит также от грунтовых условий. Однако с целью выявления качественной оценки характера изменения тягового усилия достаточно ограничиться результатами серии опытов. Опыты были проведены при извлечении нескольких свайных элементов в виде двутавровых балок В 60 длиной до 14 м из песчаных грунтов. Характер изменения величины тягового усилия одновременно в зависимости от времени и высоты извлечения свайных элементов проводились с помощью киносъемки следующим образом (рис.2.1). Между крюком грузоподъемной машины на базе экскаватора Э-IOOII Д и подвеской ударно-вибрационного шпунтовыдергивателя был установлен динамометр I. Для определения высоты и скорости извлечения свайного элемента 2 на расстоянии І м от него устанавливалась мерная линейка 3 длиной 4 м и с ценой деления 0,05 м. Киносъемка осуществлялась с расстояния 22 м кинокамерой типа AK-I6. В кадре киносъемки постоянно находились шкала динамомет- , ра, стрелка указателя высоты извлечения, перемещающаяся вместе со свайным элементом и шкала мерной линейки. Киносъемка со скоростью 24 кадра в секунду позволила выяснить изменение тягового усилия во времени, в зависимости от высоты и скорости извлечения свайного элемента. На рис.2.2 представлены результаты исследований в виде типовой диаграммы.
Результаты экспериментов показали, что на процесс извлечения существенно влияет величина тягового усилия. Из диаграммы (рис.2.2а) видно ступенчатое перемещение свайного элемента (кривая 2), каждое последующее движение которого совпадает в основном с увеличением прилагаемого тягового усилия (кривая I). После (5 20)с работы шпунтовыдергивателя происходит "срыв" свайных элементов и их перемещение на (0,10 0,15) м. В момент "срыва" величина тягового усилия достигает 180 кН. Перемещение свайного элемента вызывает падение величины тягового усилия, однако машинист успевает выбрать слабину канатов и как следует из экспериментальных данных величина тягового усилия изменяется в диапазоне (100 180) кН. В условиях эксперимента при извлечении свайных элементов на высоту более 4 м, силы сцепления между ними и грунтом снижались настолько, что дальнейшее извлечение производилось только под действием тягового усилия.
На основании проведенных экспериментальных исследований представляется возможным выявить и характер изменения тягового усилия и характер движения свайного элемента, а следовательно и характер сопротивления его извлечению. Это дает возможность выработать предварительные рекомендации упругой характеристики виброизолятора (рис.2.26). Максимальное перемещение свайного элемента за "рывок" не превышает 0,15 м, что позволяет с некоторым запасом принять рабочий ход выходного звена виброизолятора равным 0,3 м. При переходе от участка d x d к участкам x d и х di жесткости на этих участках с{ ; о2 возрастают и становятся существенно больше жесткости С0 основного участка. Упругая характеристика может быть аналитически выражена зависимостью /66/:
Одним из основных требований, предъявляемых к вибрационным машинам при извлечении свайных элементов является обеспечение их вибробезопасности для грузоподъемной машины. Создание виброизоляторов, как отмечалось в главе I является сложной проблемой. В связи с этим представляется необходимым исследование виброактивности свайных машин в комплекте с грузоподъемной машиной.
Ударно-вибрационные машины при работе возбуждают в элементах конструкций сопряженных с ними колебания в широком спектре частот, что в полной мере относится и к шпунтовыдерги-вателям. При их работе возникают, в том числе и частоты, близкие к частоте, машин для погружения и извлечения свайных элементов вибрационного действия. Кроме того, ударно-вибрационные машины работают с большими ускорениями, чем вибрационные, поэтому и грузоподъемная машина при работе с ними испытывает большие динамические воздействия. Например, при скорости ударной части вибромолота равной 2 м/с, ускорение ее составит примерно 160 Q /73/. Все это говорит о том, что при разработке и иссле-. довании виброизолирувдих устройств необходимо рассматривать грузоподъемную машину совместно с ударно-вибрационным шпунто-выдергивателем, как наиболее виброопасным из всех свайных пог-ружателей. Виброизолятор, обеспечивающий необходимую виброзащиту грузоподъемной машины,при работе с ударно-вибрационным шпунтовыдергивателем будет безусловно пригодным и для вибрационного погружателя.
Конструкции наголовников созданных по разработанной методике расчета силы зажима свайного элемента
Результаты решения на АВМ подтвердили возможность работы виброизолятора, с рекомендованной на основе экспериментального исследования упругой характеристикой, который обеспечивает виброзащиту грузоподъемной машины. Анализ полученных решений показал, что при ходе выходного звена виброизолятора 0,30 м и в диапазоне изменения величины тягового усилия Fw (100 180) кН обеспечивается работа виброизолятора на участке его упругой характеристики с наименьшей жесткостью (примерно 300 кН/м).
На рис.2.12 представлены формы упругих характеристик виброизоляторов. Пружинный виброизолятор без предварительного под-жатия имеет линейную упругую характеристику (прямая 4 рис.2.12). Достижение эффективного гашения колебаний с помощью этого виброизолятора /II/, путем снижения жесткости пружин, а следовательно и собственной частоты системы, влечет за собой резкое увеличение габаритов пружин, при которых он становится практически неприменим. Виброизолятор с предварительно поджатыми пружинами, характеристика которого изображена прямой 3 на рис. 2.12, позволяет в некоторой мере преодолеть эти недостатки. При проектировании таких устройств предварительное поджатие следует установить в пределах 100 кН.
Однако высокие требования к прочности пружин для обеспечения необходимой их надежности, значительные металлоемкость и излучаемый шум сдерживают их успешное применение, о чем говорит опыт их эксплуатации /62/. Поэтому целесообразна разработка новых виброизоляторов, реализующих рекомендованную форму упругой характеристики.
Результаты исследований позволили разработать новую конструкцию пневмо-вакуумного виброизолятора (ПВВ), реализующую выработанную упругую характеристику. Конструкция ПВВ защищена авторским свидетельством В I04326I /6/. (Приложение I), ПВВ (рис. 2.13) включает корпус I, с крышкой 2, помещенный в отверстие крышки 2 шток 3, диафрагму 4, скрепленную со штоком 3, а по периметру с корпусом I и образующую с корпусом герметично замкнутую корпусную полость 5, а с крышкой штоковую полость 6. Штоковая полость 6 соединена с атмосферой дросселем 7 и дополнительно сообщается с атмосферой через обратный клапан 8. Шток 3 с помощью проушины крепится к крюку грузоподъемной машины. Корпус ПВВ жестко соединяется с корпусом шпунтовыдергивателя. Устройство работает следующим образом. В начальном положении шток 3 находится в крайнем положении, объем корпусной полости минимальный. При приложении тягового усилия к штоку 3, диафрагма 4 отделяется от днища корпуса и объем полости 5 растет, а. полости 6 падает. Так как начальный объем в полости 5 близок к нулю, то при перемещении штока 3 вверх, давление на коротком участке хода падает до минимального значения и затем практически неизменяется, что соответствует участку повышенной жесткости (кривая ОА, рис.2.12). В штоковой полости 6 давление увеличивается и воздух через дроссель 7 вытесняется в атмосферу. Дроссель 7 выбран таким образом, чтобы при скорости перемещения штока 3 соответствующей скорости подъема крюка, при достижении предельного своего хода 0,3 м величина тягового усилия Гтягсоставляла бы 180 кН. Этот участок на рис.2.12 показан кривой І (ABC). Как следует из экспериментальных исследований, обычно при этом в течение (5 20)с наступает "срыв" свайного элемента.
Скорость движения свайного элемента при извлечении много меньше скорости подъема крюка, поэтому скорость движения штока 3 при извлечении, также меньше скорости его движения при подъеме крюка. Это приводит к тому, что упругая характеристика обратного хода изменяется по кривой 2 (СДА), вследствие снижения сопротивления перетеканию воздуха через дроссель 7 и обратный клапан 8 по сравнению с прямым ходом. Этот участок "мягче",чем ABC и поэтому в процессе извлечения форма характеристики ПВВ близка к ранее рекомендованной рациональной форме характеристики. Предложенная конструкция ПВВ обладает по сравнению с существующим пружинным виброизолятором повышенной эффективностью, надежностью в работе и пониженным уровнем шума.
Вполне очевидно, что наиболее эффективной формой упругой характеристики виброизолятора является прямая 5 (рис.2.12),т.е. виброизолятор с нулевой жесткостью. Такая форма характеристики виброизолятора допускает процесс извлечения при постоянном тяговом усилии, близком к максимальной грузоподъемности крана (180 кН), что существенно повышает производительность. Виброизолятор, реализующий указанную форму упругой характеристики, может обладать повышенным ходом выходного звена (0,5 0,6) и и более, что облегчает работу машиниста. При таком виброизоля-торе достаточно простыми средствами может быть достигнута автоматизация процесса вибрационного извлечения свайных элементов.
Определение условия устойчивости движения системы с помощью интегрального критерия устойчивости
Учитывая распространение в последнее время гидравлических наголовников, в ШО ВНМИстройдормаш разработаны подобные зажимные устройства для свайных элементов широкой номенклатуры. Основными их преимуществами являются быстрое освобождение и закрепление свайного элемента, надежность соединения, удобство управления. Сила зажима свайного элемента в этих наголовниках рассчитывалась по предложенному выражению (3.14).
Гидравлический наголовник для погружения и извлечения шпунта типа Ларсен ІУ, У, двутавровых балок Jfc 50 60; труб (рис.3.2) состоит из корпуса І, в котором установлен гидроцилиндр 2. Шток гидроцилиндра 2 соединен с рычагом 3, который посредством оси 5 связан с корпусом наголовника. Прижимные башмаки 4, охватывающие свайный элемент 6, установлены соответственно: один неподвижно, другой шарнирно с рычагом 3. Работа наголовника осуществляется следующим образом. В исходном положении шток гидроцилиндра 2 выдвинут, наголовник устанавливают на погружаемый элемент 6. При включении гидравлического привода рабочая жидкость под давлением перемещает шток гидроцилиндра и одновременно происходит поворот рычага 3 относительно оси 5. Подвижный башмак 4, упираясь в погружаемый элемент, зажимает его. Для снятия наголовника со свайного элемента 6 после окончания работы шток гидроцилиндра 2 возвращают в исходное положение. Рычаг 3, перемещая башмак 4, освобождает зажатый свайный элемент. Аналогичные конструкции гидравлических наголовников разработаны для погружения железобетонных свай сечением (0,35x0,35) м, (0,40x0,40) м.
Хорошо зарекомендовал себя в эксплуатации клиновой наголовник /29/ для захвата отмеченных выше свайных элементов, при разработке которого также использовалась методика расчета, приведенная в данной работе.
Наголовник рис.3.3 состоит из корпуса 3, с клиновидным пазом 4, в нижней части которого установлены клиновые зажимы 5 с пружинами І. В верхней части каждого клинового зажима со стороны зажимных поверхностей 7 имеются паз 4 и выступ 2, причем выступ одного клинового зажима размещен в соответствующем пазу другого. К корпусу прикреплены направляющие пластины 6 и подпружиненная защелка с канатом 9, взаимодействующая с одним из клиновых зажимов. При заведении наголовника на шпунт клиновые зажимы 5 поднимаются, представляя шпунту свободный проход. При подъеме наголовника клиновые зажимы 7 автоматически зажимают свайный элемент.
С целью проверки применимости в проектных расчетах наголовников, полученного теоретическим путем, выражения (3.14) для определения необходимой силы зажима и выявления работоспособности созданных наголовников, были проведены их экспериментальные исследования. Они проводились в производственных условиях при ударно-вибрационном извлечении двутавровых балок Ш 60 длиной 14 м на строительстве метрополитена в г.Киеве.
Задача экспериментов была проста и сводилась к определению, есть или нет относительные перемещения наголовника и свайного элемента в процессе его ударно-вибрационного извлечения. Для этого перед извлечением свайного элемента на его боковуюповерхность и на корпус наголовника были установлены пьезоак-селерометры типа КЦ-35. В процессе извлечения одновременно были произведены записи виброперемещений корпуса наголовника и свайного элемента.
На рис.3.4 представлена схема установки пьезоакселеромет-ров и осциллограмма записи виброперемещений корпуса наголовника и свайного элемента в процессе его ударно-вибрационного извлечения. После расшифровки осциллограммы колебаний установлено, что абсолютная величина полуразмаха виброперемещения корпуса наголовника равная 0,6 мм соответствует величине виброперемещения свайного элемента. Как следует из осциллограммы рис.3.46 максимумы и минимумы обоих виброперемещений совпадают, что свидетельствует об отсутствии перемещения наголовника относительно свайного элемента. На рис.3.5 изображен свайный элемент в виде двутавровой балки В 60 после извлечения. На поверхности двутавровой балки оставлены отпечатки от внедрения зубьев плашки, что также указывает на отсутствие проскальзывания наголовника относительно балки.
Длительная эксплуатация наголовников показала, что при силе зажима, найденного по выражению (3.14), не происходит разрушения головной части свайных элементов в процессе их ударно-вибрационного извлечения и поломок самих наголовников. Все это говорит о правомерности принятых допущений при определении силы необходимой для зажима свайного элемента и применимости для практических расчетов выражения (3.14).
Однако, изложенные теоретические исследования в данной главе, следует рассматривать, как первое приближение, на основе которого можно строить инженерный расчет.
