Постановка задачи: Подобрать соответствующий тип вибропогружателя и вибромолота для погружения свай, шпунтов и оболочек в грунт. Исходные данные для расчета принять согласно варианта по таблице 26.
Последовательность выполнения задания
1. Определение возмущающей силы вибратора.
2. Определение угловой скорости вращения валов дебалансов.
3. Определение мощности двигателей вибропогружателя.
4. Выбор типа вибропогружателя.
5. Определение массы ударной части вибромолота.
6. Определение частоты ударов вибромолота.
7. Расчет и выбор вибромолота.
Методика расчета
Для погружения элементов небольшой массы (шпунты, трубы) служат высокочастотные вибропогружатели, для погружения элементов большей массы – низкочастотные. Вначале определяется критическое сопротивление сваи перемещению относительно грунта:
Ткр = L H τкр , Н
где L – периметр поперечного сечения сваи, м; Н – полная глубина забивки сваи, м; Τкр – удельное сопротивление внедрению сваи, зависящее от типа сваи и грунта, МПа (таблица 26).
Возмущающая сила вибратора может быть определена по формуле:
Q = Tкр Ку, Н
где Ку – коэффициент, учитывающий влияние упругости грунта (для тяжелых свай Ку = 0,6; для легких Ку = 1).
Статический момент дебалансов вибратора определяется по формуле:
Sст = g A m / Kc, Нм
где g = 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения; А – амплитуда колебаний (для песчаных легких грунтов - 6…10 мм; для глинистых грунтов - 8…17 мм; m – масса вибропогружателя, т (таблицы 23, 24); Кс – коэффициент, учитывающий тип сваи (Кс = 0,8 – для железобетонных свай, Кс = 1 – для всех остальных элементов).
Угловая скорость вращения дебалансов (частота колебаний):
ω = √g Tкр / Sст, с-1
Средняя мощность двигателя вибропогружателя:
N = Sст ω, кВт
На основе полученных данных, пользуясь таблицами 23, 24 необходимо выбрать тип вибропогружателя, выписать его основные параметры и вычертить конструктивную схему вибропогружателя.
Масса ударной части вибромолота определяется по формуле:
mуд = 0,5(mсв + mн), т
где mсв – масса сваи (таблица 26); mн – масса наголовника: для вариантов 1-6 и 19-30 равна массе вибропогружателя; для вариантов 7-18 – 0,3 массы вибропогружателя.
Число ударов вибромолота определяется по зависимости:
ω = n / 60K
где n = 1000…1500 мин-1 – стандартная частота вращения серийного двигателя вибромолота; К = 2 – коэффициент режима работы.
Скорость перемещения деформации грунта U и удельное динамическое сопротивление внедрению сваи Кд можно определить в связи с небольшими скоростями внедрения сваи по приближенным зависимостям:
σ (1- μ)
U = √ ------------------; Кд = σ ξ
ξ І (1 – μ - 2μ2)
где σ = 0,8σпр – максимальное значение напряжения уплотнения грунта, не достигающего предела его прочности σпр. Значения σ, ξ, І, μ приведены в таблице 26.
Критическое сопротивление сваи Ткр определяется по зависимости:
Ткр = L H τкр
Расчетная скорость удара
υуд = S U Kд / 2Ткр
где S – площадь контакта, см2 (таблица 26).
Мощность привода вибромолота определяется по формуле:
N = 0,5 mуд υ2уд ω, Вт
Полная мощность вибромолота
Nп = (1,2…1,25) N, Вт
По вычисленной мощности из таблицы 25 выбрать тип вибромолота, выписать его основные параметры и вычертить его конструктивную схему.
Таблица 23. Технические характеристики низкочастотных вибропогружателей
| Показатели | ВП-1 | ВП-2 | ВПТ-6 | ВПУ-30 | ВП-80 | С-838 | ВП-3 | ВП-170 | ВП-250 |
| Мощность электродвигателя, кВт Частота колебаний, мин-1 Количество электродвигателей Возмущающая сила, кН Амплитуда колебаний, мм Общая масса, т Габаритные размеры, м длина ширина высота | 2,5 1,3 0,86 1,65 | 2,0 0,95 0,75 1,27 | 66,8 15,0 2,6 2,4 2,2 | 405-580 4,9 1,3 0,85 1,70 | 408- 510-910 9,2 2,1 2,1 2,1 | 160-400 14,8 3,5 1,48 1,5 0,98 | 8,3 1,56 1,54 2,50 | 404-505 13,3 2,05 1,42 3,37 | 540-667 12,3 2,23 1,89 2,38 |
Таблица 24. Технические характеристики высокочастотных вибропогружателей
| Показатели | В- | В- | ВПП-1 | ВПП- | ВПП-2А | ВПМ- | ВПМ-1 |
| Мощность электродвигателя, кВт Частота колебаний, мин-1 Возмущающая сила, кН Амплитуда колебаний, мм Общая масса, т Габаритные размеры длина, м ширина, м высота, м | - 22,2 1,8 1,17 0,88 1,39 | 15,7 2,0 0,91 0,68 1,75 | - 14,3 2,1 1,01 0,95 1,63 | - 13,8 1,2 1,00 0,96 1,50 | 15,2 2,2 0,80 1,27 2,25 | - 14,2 0,3 0,63 0,53 1,37 | 3,7 - 13,2 0,15 0,50 0,39 0,94 |
Таблица 25. Технические характеристики вибромолотов
| Показатели | С- | С-402 | С-831 | ВМ-74 | ВМ- | С-835 | ВМС-1 | Ш-1 | Ш-2 |
| Масса ударной части, кг Количество электродвига-телей Мощность электродвига-теля, кВт Частота ударов в минуту Энергия удара, Нм Статический момент, Н см Возмущаю-щая сила, кН Масса машин, кг Габаритные размеры, см длина ширина высота | 1,0 10,5 | 2,8 | 4,5 | 4,7 |
Таблица 26. Исходные данные
| Вариант | Свая, оболочка | Масса вибропогру-жателя, m, т | Площадь попереч-ного сечения сваи, S см2 | Длина сваи, l, м | Масса сваи, mсв, т | τкр, МПа | Глубина забивки, Н, м | Грунт |
| Стальная круглая r = √S / π L = 2π r | 0,8 | 0,8 | 0,06 | Легкий σ=0,08 МПа ξ=0,02 μ=0,2 І=1,1 т/м3 | ||||
| 0,8 | 0,7 | 0,05 | ||||||
| 0,9 | 1,8 | 0,06 | ||||||
| 1,1 | 0,8 | 0,1 | ||||||
| 1,0 | 0,7 | 0,09 | ||||||
| 0,9 | 0,7 | 0,08 | ||||||
| Деревянная квадратная S = a2 L = 4a | 1,2 | 0,7 | 0,06 | Легкий σ=0,08 МПа ξ=0,02 μ=0,2 І=1,1 т/м3 | ||||
| 1,0 | 0,8 | 0,06 | ||||||
| 1,1 | 0,6 | 0,06 | ||||||
| 1,0 | 0,8 | 0,05 | ||||||
| 1,2 | 0,6 | 0,07 | ||||||
| 1,0 | 0,8 | 0,06 | ||||||
| Железобетонная труба δ =10 см S = π(r22 – r21) r1 = r2 – δ L = 2π r2 | 5,0 | 1,0 | 0,05 | Легкий σ=0,08 МПа ξ=0,02 μ=0,2 І=1,1 т/м3 | ||||
| 5,2 | 1,3 | 0,06 | ||||||
| 6,0 | 4,5 | 0,06 | ||||||
| 6,5 | 1,5 | 0,07 | ||||||
| 9,0 | 1,4 | 0,06 | ||||||
| 10,0 | 4,2 | 0,1 | ||||||
| Стальная труба δ = 5 см S = π(r22 – r21) r1 = r2 – δ L = 2π r2 | 15,0 | 0,1 | Средний σ=0,09 МПа ξ=0,028 μ=0,26 І=1,3 т/м3 | |||||
| 25,0 | 0,06 | |||||||
| 20,0 | 0,09 | |||||||
| 18,0 | 0,08 | |||||||
| 25,0 | 0,07 | |||||||
| 22,0 | 0,08 | |||||||
| Железобетон-ная квадратная S = a2 L = 4a | 2,0 | 20*20 | 1,6 | 0,01 | Средний σ=0,09 МПа ξ=0,028 μ=0,26 І=1,3 т/м3 | |||
| 2,1 | 20*20 | 1,4 | 0,02 | |||||
| 2,4 | 20*20 | 1,8 | 0,03 | |||||
| 2,0 | 20*20 | 1,2 | 0,02 | |||||
| 2,2 | 20*20 | 1,4 | 0,03 | |||||
| 2,5 | 20*20 | 1,8 | 0,04 |
Литература
1. Волков Д.П. Строительные машины, Москва, Высшая школа, 1986 г.
2. Барсов И.П. Строительные машины и оборудование, Москва, Стройиздат, 1986 г.
3. Гальперин М.И., Домбровский Н.Г. Строительные машины, Киев, Стройиздат, 1980 г.
4. Евдокимов В.А. Механизация и автоматизация строительного производства, Ленинград, высшая школа, 1985 г.
5. Онищенко В.В. Строительная техника, Киев, Урожай, 2000 г.
6. Шестопалов К.К. Подъемно-транспортные, строительные и дорожные машины, Москва, мастерство, 2002 г
7. Бауман В.А., Лапира Ф.А. Строительные машины, Справочник в 2-х томах, Москва, Машиностроение, 1976 г.
8. Добронравов С.С. Строительные машины и оборудование. Справочник, Москва, Стройиздат, 1991 г.
9. Заленский В.С. Строительные машины. Примеры расчетов, Москва, Стройиздат, 1987 г.
Приложение 1
МИНИСТЕРСТВО АГРАРНОЙ ПОЛИТИКИ УКРАИНЫ
ЛУГАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра Технологии и организации строительного производства