Віброзанурювальний пристрій

Запропонований винахід відноситься до галузі будівництва і може бути використаний для занурення будівельних виробів (паль, труб, оболонок тощо) в грунт. Відомі різні пристрої для занурення будівельних виробів в грунт забиванням за допомогою підвісних молотів, дизель-молотів, вібромолотів тощо (1). Недоліками цих пристроїв є обмеження їх застосування в умовах щільної міської забудови, насиченого розташування різноманітних підземних комунікацій, а також екологічна небезпечність. Відомий віброзанурювач низької частоти (2), який має електродвигун, встановлений на вібраторі, наголовник, який жорстко з'єднаний з корпусом вібратора та з палею, що занурюється, в корпусі вібратора встановлені через підшипники дебалансні ексцентрики, до яких під'єднаний електродвигун через ланцюгову передачу. Електродвигун приводить до обертання ексцентрики, що створюють поздовжню силу, яка є сумарною центробіжною силою дебалансів. До недоліків аналога відноситься низька ефективність роботи в зв'язку з неможливістю окремого регулювання статичного притиску, низький ККД та недовговічність в зв'язку із значними втратами механічної енергії у електродвигуні та ексцентриковому дебалансному механізмі вібратора. Відомий пристрій для збудження сейсмічних коливань (3), який має випромінювальну плиту, електромеханічний перетворювач зі статором і ротором, пружні елементи, встановлені між перетворювачем і випромінювальною плитою, ексцентрики, які жорстко закріплені на роторі перетворювача і встановлені на випромінювальній плиті, між статором і ротором встановлені пружини. До недоліків цього аналога відноситься неефективність його використання для занурювання будівельних виробів в зв'язку з неможливістю окремого регулювання статичного притиску, неможливістю ефективної роботи у вібраційному режимі та складність конструкції у зв'язку з встановленими пружинами між статором і ротором перетворювача. Найбільш близьким технічним рішенням до винаходу за призначенням та технічною сутністю є віброзанурювач (4), який має електродвигун зі статором і ротором, корпус вібратора, пружинний пристрій з пружинами та стрижнями, дебалансний механізм, який має у своєму складі ексцентрики з підшипниками, установленими у корпусі вібратора, навантажувальну плиту, наголовник, ланцюговий та редукторний привод, пульт керування, який має магнітний пускач та контрольні прилади електричного струму. Електродвигун встановлений на навантажувальній плиті, ротор електродвигуна з'єднаний ланцюгом з редуктором, який в свою чергу під'єднаний до дебалансного механізму, наголовник, приєднаний до корпуса вібратора і будівельного виробу, що занурюється. В процесі роботи пристрою обертання ротора електродвигуна призводить до створення дебалансним механізмом коливань вібратора у вертикальному напрямку, а навантажувальна плита забезпечує статичне навантаження на будівельний виріб. До недоліків прототипу відносяться недостатньо високий ККД внаслідок втрат механічної енергії в електродвигуні та дебалансному механізмі вібратора внаслідок обертання ротора і ексцентриків з високою швидкістю та недовговічність роботи в зв'язку з цим. В основу винаходу покладена задача по удосконаленню віброзанурювального пристрою шляхом введення жорсткого зв'язку ротора електродвигуна з ексцентриками і встановлення статора за допомогою пружин у корпусі вібратора, тим самим заміни обертання ротора з високою швидкістю на періодичні повороти ротора з порівняно малою швидкістю, що забезпечує зменшення втрат механічної енергії, підвищення ККД та довговічності пристрою. Поставлена задача вирішується тим, що в віброзанурювальний пристрій, який має електродвигун зі статором і ротором, корпус вібратора, пружинний пристрій з пружинами та стрижнями, ексцентрики з підшипниками, установленими в корпусі вібратора, навантажувальну плиту, наголовник, згідно винаходу, електродвигун з'єднаний з корпусом вібратора за допомогою пружинного пристрою, пружини якого установлені між статором електродвигуна і корпусом вібратора, ексцентрики жорстко закріплені на роторі електродвигуна, та введений пружний елемент, установлений між корпусом вібратора і навантажувальною плитою. В пристрої пружини у пружинному пристрої мають жорсткість, яка забезпечує власну частоту коливань статора електродвигуна відносно корпуса вібратора рівну або близьку до частоти коливань струму електроживлення електродвигуна. В пристрої до обмоток електродвигуна під'єднаний діод. Порівняно з прототипом запропонований пристрій відрізняється наявністю таких відзнак: - електродвигун з'єднаний з корпусом вібратора за допомогою пружинного пристрою, пружини якого установлені між статором електродвигуна і корпусом вібратора; - ексцентрики жорстко закріплені на роторі електродвигуна; - введений пружний елемент, установлений між корпусом вібратора і навантажувальною плитою; - крім того, пружини у пружинному пристрої мають жорсткість, яка забезпечує власну частоту коливань статора електродвигуна відносно корпуса вібратора рівну або близьку до частоти коливань струму електроживлення електродвигуна; - крім того, до обмоток електродвигуна під'єднаний діод. Всі вищеназвані ознаки є суттєвими і забезпечують вирішення поставленої задачі. На фігурі зображений віброзанурювальний пристрій. Пристрій має електродвигун зі статором 1 та ротором 2, корпус вібратора 3, пружинний пристрій з пружинами 4 та стрижнями 5, ексцентрики 6 з підшипниками 7, навантажувальну плиту 8, пружний елемент 9, наголовник 10. Ексцентрики 6 жорстко закріплені з обох боків ротора 2 на його валу за допомогою шпонок 11, підшипники 7 установлені у корпусі вібратора 3 за допомогою опор 12, наголовник 10 під'єднаний до будівельного виробу 13. Пружини 4 пружинного пристрою в найкращому варіанті мають жорсткість, яка забезпечує власну частоту коливань статора 1 відносно корпуса вібратора З рівну або близьку до частоти коливань струму електроживлення. До обмоток електродвигуна в найкращому варіанті під'єднаний діод (не показаний). Пристрій працює таким чином. Навантажувальна плита 8 через пружинний елемент 9 забезпечує створення статичного навантаження через корпус вібратора 3 і наголовник 10 на занурюваний будівельний виріб 13. В початковому стані ексцентрик знаходиться у положенні, як це показано на фіг.1., при цьому статор 1 встановлений відносно ротора 2 таким чином, що при підключенні до електродвигуна змінного чи імпульсного струму виникає обертовий момент. Внаслідок дії першого імпульсу електричного струму ротор 2 починає повертатися і ексцентрики 6 через підшипники 7 та опору 12 приводять в рух корпус вібратора 3 відносно статора 1. За час дії одного імпульсу ротор встигає повернутися на невеликий кут (приблизно біля одного градуса) і переміщення статора 1 і корпуса вібратора буде відбуватися майже у вертикальному напрямку. Після закінчення дії імпульсу струму пружини 4 повертають статор 1 назад, починається коливальний процес. Наступні імпульси струму призводять до розгойдування статора 1 відносно корпуса вібратора 3. Найбільш ефективно пристрій працює, коли пружини 4 мають жорсткість, яка забезпечує власну частоту коливань статора 1 відносно корпуса вібратора 3, рівну або близьку до частоти коливань струму електроживлення. Це призводить до резонансних коливань, амплітуда і сила коливань при цьому, як відомо, можуть значно перевищувати амплітуду і силу коливань, які викликані одним імпульсом електричного струму. При використанні електромережі з промисловою частотою 50Гц можлива резонансна частота вібрації 100Гц. Якщо до обмоток електродвигуна буде під'єднано діод, то в обмотках будуть однополярні імпульси струму, в цьому випадку резонансна частота вібратора буде становити 50Гц. Ця частота може бути більш ефективною для роботи віброзанурювального пристрою у м'яких грунтах. Пристрій може бути також розрахований на іншу резонансну частоту, при цьому треба застосовувати блок електроживлення, що забезпечує задану частоту слідування електричних імпульсів. Переваги віброзанурювального пристрою у порівнянні з прототипом полягають у тому, що кутова швидкість повороту ротора і ексцентриків набагато нижча, кут повороту становить декілька градусів навіть у резонансному режимі за один цикл коливання, а в прототипі за один цикл ексцентрики роблять повне обертання на 360 градусів. Тому втрати механічної енергії у запропонованому пристрої значно нижчі, вище ККД та строк експлуатації, крім того нижче рівень шуму, що підвищує його екологічність. Запропонований пристрій може ефективно і успішно використовуватись у будівництві. Позитивний ефект від застосування запропонованого пристрою полягає у підвищенні ККД, довговічності та екологічності, що забезпечує ефективність будівництва в цілому. Бібліографічні дані джерел інформації 1. Смородинов М.А., Ерофеев Л.Б. Сваебойное оборудование. "Машиностроение", М, 1967г. 2. Грутман М.С. Свайные фундаменты. "Будівельник", Киев, 1969г.,с.21-24. 3. Деклараційний патент України №53241 А. Бюл.№1, 2003р. 4. Под ред. Буланова А.А. Машины и механизмы. Каталог-справочник. М, 1977г., с. 167-169 (прототип).