Свайные погружатели. Классификация, принцип действия, применение

Виды погружателей

Выделяют несколько типов свайных погружателей, в зависимости от конструкции и принципа работы.

Механические молоты – машины ударного действия, в которых используются лебедка и канат, свободным концом закрепленный на молоте.

Паровоздушные молоты приводит в действие сила пара или сжатого воздуха, которые воздействуют напрямую на ударную часть молота.

Работа дизель-молотов базируется на передаче энергии сгорающих газов непосредственно на рабочий орган (ударную часть молота).

В основе принципа действия вибропогружателей лежит передача колебательных движений рабочего органа на сваю.

Вибромолоты сочетают эффект вибрации с ударами по свае.

Сегодня для массового возведения свайных фундаментов чаще всего используют паровоздушные и дизель-молоты. Низкая производительность механических молотов не устраивает современных застройщиков.

Вибропогружатели применяются в основном для трубчатых свайных элементов (оболочек) большого диаметра, а также погружения и извлечения шпунтовых свай. Вибромолоты более эффективны, чем вибропогружатели, но требуют больших затрат.

Принцип работы свайного молота

В рабочем цикле любого свайного молота выделяют два такта: холостой ход, во время которого ударная часть поднимается на определенную высоту, и рабочий ход, когда она устремляется вниз, ударяя по свае.

Молоты одиночного (простого) действия – те, в которых на рабочий ход действует только сила тяжести ударной части. К этой категории могут принадлежать механические, паровоздушные или дизель-молоты.

Молотами двустороннего (двойного) действия называют паровоздушное оборудование, в котором пар или сжатый воздух применяется не только при подъеме ударной части, но и во время рабочего хода. Это позволяет повысить скорость движения.

Устройство свайного молота

Конструкция любого свайного молота включает следующие элементы:

• подвижную ударную часть, которая производит удар по свае;
• неподвижную часть (станину или корпус), которая объединяет все узлы и направляет движение ударной части;
• устройство, которое позволяет чередовать холостые и рабочие ходы ударной части;
• шабот, который принимает удар и передает его свае.

В дизель-молотах и паровоздушных молотах все эти узлы сгруппированы в станине (корпусе). У механических молотов, самых простых по структуре, корпуса нет. Каждый элемент является отдельным узлом, устройство монтируется на копре, мачта которого задает направление движения молота.

При возведении фундаментов зданий и сооружений происходит погружение свай, которые отличаются по диаметру, длине и массе, в разнообразные по характеристикам грунты. В зависимости от конкретных параметров для вдавливания железобетонных свай могут понадобиться молоты различной мощности. Погружающая способность (мощность) молота зависит от массы ударной части, энергии одного удара и количества ударов в минуту.

Сегодня в строительстве применяют погружатели с массой ударной части от нескольких килограммов до 10 тонн и с частотой удара от 5 до 250 в минуту и более.

Механические молоты

Механические (подвесные) молоты – это наиболее простой вид свайных погружателей. Они используются для забивки свай и шпунта длиной 3-5 метров (до 10 метров при работе со слабым грунтом).

Подвесной молот – это чугунная или стальная отливка массой от 100 до 3000 кг, которую сбрасывают с высоты 2-4 метра на голову сваи. Направление задает стрела копра, с которой молот связан кольцами и ползунами. Чтобы поднять молот, используется канат, навитый на механическую или ручную лебедку. На конце каната закреплен специальный крюк. Когда молот поднят на необходимую высоту, достаточно нажать рычаг, крюк выскочит из проушины, молот свободно упадет.

Погружение опор механическим молотом – малоэффективный и длительный процесс, поэтому их применяют крайне редко. К плюсам такого решения можно отнести простоту конструкции, ее невысокую стоимость и долговечность. Благодаря этим достоинствам механические молоты до сих пор используют, когда необходимо погрузить ограниченное число коротких свай.

Паровоздушные молоты

Для работы паровоздушного молота необходима стационарная или передвижная компрессорная станция, которая используется в качестве силовой установки. Мощность станции зависит от мощности молота. Выделяют два типа паровоздушных молотов – простого и двойного действия.

Паровоздушные молоты простого действия представляют собой массивный чугунный корпус, внутри которого расположен паровой цилиндр . Нижняя часть корпуса увеличена.

В цилиндре находится поршень с поршневым штоком. В нижней части цилиндра расположено отверстие для спуска конденсата. Крышка не только закрывает верхнюю часть цилиндра, но и содержит парораспределительное устройство. Оно состоит из коромысла, скоб и поворотного крана.
Для подъема молота на копре применяют проушины.

Технология погружения железобетонных свайных конструкций паровоздушным молотом выглядит так. Сжатый воздух через кран поступает в цилиндр, обеспечивая давление на верхнюю крышку цилиндра и поршень. За счет того, что шток поршня опирается на сваю, под давлением корпус молота поднимается, скользя по штоку. Когда корпус поднимается на нужную высоту, положение распределительного крана меняют, и полость цилиндра контактирует с атмосферой. Воздух стремительно движется наружу, корпус падает вниз, ударяя сваю. После удара кран снова поворачивают и цикл запускается по новой.

Паровоздушные молоты простого действия обладают хорошим соотношением ударной части к массе молота. 70% металла тратится на ударную часть, что выгодно с точки зрения расхода материала, «мертвая» сила тяжести (масса неподвижных элементов) составляет всего 30%.

Но есть у них и недостатки – низкая производительность (малое количество ударов в минуту), массивность и зависимость от специальных установок для подачи пара или воздуха. Ведомственные заводы используют для внутренних нужд молоты простого действия с массой ударной части от 1,25 до 6 тонн.

Молоты двойного действия получили более широкое распространение.

Паровоздушные молоты двойного действия

Разработано множество типов свайных паровоздушных молотов двойного действия, которые значительно отличаются друг от друга конструктивно. Этот вид погружателей наиболее популярен при строительстве морских портов и причалов, гидротехническом строительстве. Паровоздушные молоты используют для вдавливания и извлечения железобетонных и металлических свай.

Паровоздушный молот состоит из нескольких компонентов, которые скреплены болтами и заключены в корпус. Это цилиндр, его нижняя крышка и верхняя крышка с проушиной для подъема молота. Также камера с направляющими для ударной части бойка и нижняя кольцевая крышка. Ударная часть установлена на конце поршневого штока, а удары передаются через шабот.

Каналы соединяют золотниковую камеру с надпоршневой и подпоршневой полостью цилиндра, а также с выхлопным и паровыводящим патрубками. Сам золотник кранового типа представляет собой круглый удлиненный стержень с двумя парами пазов, которые расположены в соответствии с каналами.

Вертикально установленный золотник находится в золотниковой камере, отлитой вместе с корпусом цилиндра. С помощью штока золотника можно повернуть золотник на 45° и изменить его положение. Закрепленная на ударной части молота гайка управляет положением золотника.

Корпус молота в процессе работы расположен на голове вдавливаемой сваи, а ударная часть перемещается внутри корпуса. Ударная часть молота поднимается с помощью сжатого воздуха, который ускоряет ее падение в следующем такте. Подача воздуха зависит от положения ударной части и происходит автоматически.

Поршень – ударная часть большинства типов молотов двойного действия.

Основные характеристики молотов двойного действия

Ударная часть молотов двойного действия составляет 15-25% от общей массы молота. Для молота простого действия этот показатель составляет от 65 до 70%. Энергия одного удара у молота простого действия гораздо выше. Но благодаря автоматическому распределению воздуха легкие молоты двойного действия достигают показателя 100, 200 и более ударов в минуту.

К достоинствам молотов двойного действия относят:

• высокую производительность,
• возможность работы с грунтами различной плотности,
• компактность относительно молотов простого действия,
• возможность вертикального или наклонного погружения,
• автоматическое регулирование частоты ударов,
• закрытый корпус (у большинства моделей) защищает оборудование от грязи и пыли, а также позволяет работать под водой – сжатый воздух препятствует попаданию воды внутрь.

Несмотря на усовершенствованную конструкцию паровоздушных молотов двойного действия, сваебойные установки с ними остаются сложными в эксплуатации и слишком массивными. Такие устройства получили применение при погружении элементов с малым лобовым сопротивлением (металлических труб, балок, шпунтов, железобетонных трубчатых свай с открытым концом).

Дизель-молоты

Дизель-молоты быстро стали популярны в строительной отрасли благодаря том, что им не нужны дополнительные источники энергии, у них простая конструкция и высокая эффективность, их легко обслуживать. Неудивительно, что на сегодня это самый популярный вид машин для монтажа свайных опор.

По методу действия дизель-молоты относят к свободнопоршневым двигателям, в которых не используется кривошипно-шатунный механизм. Энергия газов воздействует напрямую на ударную часть молота (его рабочий орган).

Выделяют два типа дизель-молотов, штанговые и трубчатые.

Штанговые дизель-молоты

Штанговые дизель-молоты применяются в строительстве чаще всего.

Конструкция штанговых дизель-молотов включает: поршневой блок, шарнирную опору, ударную часть – цилиндр, направляющие штанги, траверсу и топливную систему.

Поршневой блок – это стальная отливка, которая включает поршень и основание. На полом внутри поршне сверху выточены канавки для компрессионных колец.

Топливопровод установлен посередине днища поршня. Сверху он ограничен форсункой, а снизу – гнездом для подключения топливного насоса. Четыре ребра прочно связывают поршень с основанием поршневого блока. Передняя часть основания содержит емкость для горючего, а сзади установлены два кронштейна с направляющими, которые удерживают молот в мачте копра.

В нижней части основания поршневого блока расположена шарнирная опора, которая представляет собой соединенные серьгой наголовник и сферическую пяту. Шарнирная опора гарантирует центральный удар по свае даже при небольшом смещении осей сваи и молота относительно друг друга.

Чугунный цилиндр – это ударная часть молота, в которой находится камера сгорания. Перед цилиндром установлен штырь, которым запускается топливный насос. Четыре выступа, которые расположены в нижней части цилиндра, проходят через окна поршневого блока, передавая удар на шарнирную опору.

Полые направляющие штанги вверху связаны траверсой. Между ударной частью и траверсой на направляющих штангах находится движущийся захват-кошка, который используется для подъема ударной части в момент запуска молота.

В нише верхней части цилиндра размещается валик. При опускании захват-кошка автоматически цепляется за валик с помощью крюка. Рычагом захват вручную отсоединяется от ударной части. Верхняя часть захвата-кошки включает два крюка, которые используются для сцепления с траверсой. Поднимается траверса канатом от лебедки копра.

Топливная система

Топливная система дизельного молота включает топливный насос, механизм подачи топлива и механизм регулирования.

Используется плунжерный насос высокого давления. Нажатие рычага подачи на толкатель опускает плунжер. Всасывающие отверстия перекрываются, плунжер вытесняет топливо, которое осталось в полости насоса, в нагнетательный клапан и топливопровод. Под влиянием возвратной пружины во время обратного хода плунжера клапан закрывается, а в полости насоса возникает вакуум. В результате, когда всасывающее отверстие снова открывается, топливо стремится заполнить полость насоса.

Изменяя ход плунжера, можно дозировать количество топлива, поступающего в полость. Рабочий цикл насоса запускается цилиндром молота. При падении он своим штырем поворачивает коленчатый рычаг подачи, ударяя по его скошенному выступу, и поворачивает толкатель.

Положение эксцентрикового валика, на котором свободно установлен рычаг, можно изменить вручную, используя веревку, соединенную с концом коромысла. Таким образом, количество подаваемого топлива регулируется поворотом коромысла.

Работа дизельного молота

Чтобы начать работу, ударную часть молота с захватом поднимают канатом, закрепленным на барабане лебедки копра, на максимальную высоту. Далее захват траверсы отцепляют и ударная часть под действием силы тяжести падает на поршень. Воздух, который в нем содержится, сжимается и нагревается.

Штырь, расположенный на ударной части молота, запускает топливный насос. Тот подает топливо в цилиндр, где смесь топлива с воздухом воспламеняется. Образовавшиеся в результате горения отработанные газы поднимают цилиндр вверх. При отделении цилиндра от поршня отработанные газы уходят в атмосферу. Ударная часть, достигнув верхней точки, снова падает. С этой минуты и до остановки топливного насоса молот будет работать автоматически. На высоту подъема цилиндра влияет величина погружения сваи от одного удара молота (величина отказа сваи). Минимальной величине отказа соответствует максимальная высота подъема.

В строительстве штанговые дизельные молоты применяют для устройства фундаментов, погружения/извлечения шпунта или свай, рыхления/уплотнения грунта.

Дистанционное управление

Устройство свайных дизельных молотов дает возможность управлять ими дистанционно (механическим, электромеханическим и гидравлическим способом). Наибольшее распространение получило гидравлическое дистанционное управление, поскольку оно является самым простым, надежным и удобным.

Как работает гидравлическое дистанционное управление штанговым дизельным молотом? В момент запуска молота захват-кошка опускается вниз, а крюк механически цепляется за штырь. Кошку поднимают до высоты, необходимой для запуска молота, за ней следует падающая часть цилиндра.

Затем подключается гидроцилиндр поворота крюка, цилиндр отделяется от кошки и падает на поршень. Гидроцилиндр регулирует подачу топлива. Оба гидроцилиндра запитаны параллельно от одного шланга и вступают в работу одновременно, но второй гидроцилиндр чуть отстает благодаря дросселю, вмонтированному в маслопровод. В итоге в момент, когда гидроцилиндр поворота крюка скидывает ударную часть молота, гидроцилиндр немного приостанавливает подачу топлива, чтобы избежать чрезмерного подскока падающей части после первого удара. После этого давление масла снимается, пружина фиксирует рычаг на максимальную подачу топлива и далее молот работает автоматически.

Гидроцилиндр регулировки топлива можно выдвинуть на небольшое расстояние в процессе работы – это позволить снизить подачу топлива. Для остановки работы шток выдвигают полностью, подача топлива прекращается.

Гидроцилиндры снабжаются маслом гидросистемы копрового оборудования. Для этого используется шланг, который проходит в стороне от направляющих копра, и специальный золотник, установленный в кабине машиниста.

Трубчатые дизель-молоты

Трубчатые дизельные молоты отличаются более сложной конструкцией. При одинаковой массе ударной части энергия удара у них выше, чем у штанговых. Ударной частью трубчатых моделей является подвижный поршень. Цилиндр молота неподвижен и обеспечивает заданное направление ударной части во время работы. При этом он является рабочим цилиндром двигателя.

Чтобы выбрать оптимальную модель молота, нужно учесть особенности грунта и характеристики свайных элементов. Средняя продолжительность вдавливания одной сваи составляет 10-20 минут. Отклонение от этого показателя говорит о необходимости подобрать молот большей или меньшей мощности.

Вибропогружатели

Ищете вибропогружатель? Все модели в наличии Подобрать

В последние годы все большую популярность набирают вибропогружатели. Использование вибрационного воздействия позволяет проводить работы в черте города, без вреда для близлежащих зданий. Подробнее об этом типе свайных погружателей можно узнать в отдельной статье