ВЛИЯНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГИДРОАККУМУЛЯТОРОВ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАБОТЫ МОБИЛЬНЫХ СВАЕБОЙНЫХ КОМПЛЕКСОВ

АННОТАЦИЯ

В работе выполнено исследование влияния использования гидроаккумулятора на эффективность работы мобильных сваебойных комплексов при малоэтажном гражданском строительстве. Анализ динамических испытаний проходил на опытном образце сваебойной установки. Результатом работы являются данные по времени возведения фундамента с использованием железобетонных свай разного сечения и разной длины с установленным гидроаккумулятором и без него. Проведенное исследование доказало использование гидроаккумулятора при возведении фундамента на плотных грунтах и использования свай, превышающих максимальное сечение, заявленное изначально производителем установок.

ABSTRACT

In this work, a study of the use of a hydroaccumulator for the effectiveness of complexes in low-rise civil engineering was carried out. The analysis of dynamic tests was carried out on a prototype of a pile-driving installation. The result of the work is data on the construction time of the foundation using reinforced concrete piles of different cross-sections and different lengths with and without a hydraulic accumulator installed by it. A study of the use of a hydraulic accumulator in the construction of a foundation on dense soils.

Ключевые слова: свая; фундамент; гидроаккумулятор; копер.

Keywords: pile; foundation; hydroaccumulator; pile driver.

Введение

В настоящее время получили распространение мобильные сваебойные комплексы - самоходная строительная машина, предназначенная для подъёма, установки сваи на точку погружения, корректировки, погружения сваи в грунт с помощью молота. Такая установка может работать без дополнительного крана для подъема и установки свай, т.к. необходимое оборудование установлено на самом комплексе. Данные установки используются при забивании свай сечением от 150х150 до 400х400 мм и длиной до 9 м.

Основная проблема таких комплексов из-за невозможности передвижения по дорогам общего пользования состоит в их доставке к месту возведения фундамента, а т.к. большая часть заказов выполняется за 1-2 дня, то перемещение между объектами выполняется достаточно часто.

Специфика использования железобетонных свай в качестве опор такова, что при возведении фундамента с высокой несущей способностью необходимо применять сваебойную установку с большей энергией удара, что неизменно влечет изменения в конструкции в сторону увеличения массы и габаритов комплекса, что в свою очередь влечет удорожание транспортировки до объекта и снижения чистой прибыли.

Для сохранения компактных размеров и оптимальной массы установки следует идти по пути оптимизации параметров силовой установки мобильных комплексов, а именно двигателя и гидравлической системы привода молота. Одним из таких путей является внедрение в конструкцию гидроаккумулятора.

Гидравлический аккумулятор – это гидроемкость (сосуд, устройство) рассчитанный для аккумулирования и возврата энергии рабочей жидкости, находящейся под давлением. Иными словами, позволяет накапливать энергию сжатого газа или пружины, передавать её в гидросистему потоком жидкости. С помощью аккумулятора можно понизить мощность насосов гидросистемы или обеспечить перерывы в работе насоса. Помогает поддерживать работу гидросистемы в аварийных и нештатных ситуациях, т.е. при выходе из строя источника питания. Аккумулирование энергии рабочей жидкости происходит во время пауз или незначительного расхода. В периоды интенсивной работы накопленная энергия возвращается в систему.

Важно знать характеристику и расчет при выборе гидроаккумулятора, так как уникальность этого оборудования проверено временем. Сохраненное давление в гидроаккумуляторе помогает изгладить влияние таких факторов, как вызванное колебаниями температуры изменение объема рабочей жидкости и ее потери, провоцирующие снижение давления. Работа дает возможность рекуперацию мoщнoсти, чтo пoзволяет уменьшить мoщнoсть гидрoпривoда, увеличить КПД и снизить пoтребление энергии в целoм. Также позволяет преодолевать пиковые нагрузки и использовать насосы наименьшей мощности и объемом. Может служить демпфером от пульсации насосов и гидравлических ударов во всасывающих и напорных магистралях.

Материалы и методы

Методология: в процессе исследования проблемы оптимизации параметров силовой установки мобильных комплексов использовались: аналитический метод описания процесса и экспериментальные методы.

Гидроаккумуляторы классифицируются по способу накопления энергии:

– гидроаккумуляторы с механическим накопителем;

– гидроаккумуляторы с пневматическим накопителем.

В зависимости от конструкции, гидроаккумуляторы с механическим накопителем делятся на грузовые и пружинные гидроаккумуляторы (таблица 1).

Таблица 1.

Виды гидроаккумуляторов, преимущества и недостатки

Гидроаккумуляторы с пневматическим накопителем широко применяются в промышленности, на транспорте, в авиации, на судах и в системах водоснабжения. Наибольшее распространение в технике получили за счет своих преимуществ, таких как высокая энергоемкость, компактность, разнообразие конструктивных решений.

Пневмогидравлический аккумулятор накапливает энергию в результате сжатия газа (азота или воздуха). Пневмогидравлический аккумулятор – закрытый сосуд, заполненный сжатым газом с начальным давлением р_н зарядки; при подаче в этот сосуд жидкости объем газовой камеры уменьшается, вследствие чего давление газа повышается, достигая к концу зарядки (заполнения) жидкостью значения р_mах. Количество поданной в аккумулятор жидкости и среднее давление газа, которое приближенно для изотермного процесса может быть принято равным, определяют запас энергии (энергоемкость), которая может быть полностью или частично использована при разрядке аккумулятора. В гидравлических аккумуляторах в качестве разделительных элементов используются поршни, баллоны и мембраны. Это используется для того чтобы устранить возможность растворения газа в жидкости.

В качестве экспериментальной установки для испытания пневмогидравлического аккумулятора будет использована сваебойная мобильная установка фирмы Стройматик, модель «Стройматик CГК-300» (рис.1.)

Рисунок 1. «Стройматик CГК-300»

Согласно общероссийскому классификатору продукции установлен код ОКПД2: 28.92.30.110 Копры и копровое оборудование для свайных работ. Копры серии «Стройматик CГК» предназначено для использования в гражданских целях и не является продукцией военного назначения.

Машина  не имеет общее транспортное назначение и не может эксплуатироваться на дорогах всех категорий. Машина «Стройматик» предназначена для использования при малоэтажном гражданском строительстве и не предназначена для использования при строительстве промышленных объектов.

Машины  предназначены для эксплуатации при температуре окружающего воздуха в диапазоне -25...+30 °С, относительной влажности 98% (при +25°С), в условиях запыленности воздуха, при ветре с песком, осадках, обледенении, для эксплуатации на суше и должны сохранять работоспособность в макроклиматических районах с умеренным, холодным и влажным тропическим климатом.

Разработчиком является ООО «Северный технопарк» г. Череповец. Технические решения в конструкции машины реализованы с учётом имеющихся средств и технологий у производителя продукции. Технические решения в конструкции машин отвечают всем современным требованиям и соответствуют ГОСТ Р 50906-96.

В качестве исходных данных для подбора гидроаккумулятора принимаем параметры, предоставляемые производителем, такие как:

-гидроцилиндр подъема молота 80.40х800 и рабочей полостью 1 литр;

-максимальное давление масла 250 бар;

-минимальное 100 бар.

Для полученных данных был выбран гидропневмоаккумулятор с рабочим объемом 1 литр (рис.2.)

Рисунок 2. Пневмогидравлический аккумулятор

Результаты

После установки гидроаккумулятора на сваебойную установку «Стройматик CГК-300» были проведены контрольные испытания на забивку свай сечением 150х150 и 300х300 на глубину 3 метра.

После предварительных испытаний было принято решение дополнительных тестов, используя сваю сечением 300х300 с погружением на 5 метров. Результаты испытаний сведены в таблицу 2.

Таблица 2.

Результаты испытаний забивания свай

*Сваебойная установка без гидроаккумулятора не смогла погрузить сваю на заданную глубину.

Основные выводы по результатам испытаний:

-Зарядка гидроаккумулятора рабочей жидкостью отнимает некоторое время (1-2 секунды), что снижает частоту ударов молота;

-На начальном этапе погружения свай влияние гидроаккумулятор минимально – увеличившаяся энергия удара компенсируется снижением частоты ударов молота;

-На заключительном этапе погружения свай гидроаккумулятор позволяет работать с более плотными грунтами, погружая сваю на необходимую глубину.

Заключение

Исследование влияния использования гидроаккумулятора на эффективность работы мобильных сваебойных комплексов показало, что применение данного устройства целесообразно при возведении фундамента из железобетонных свай на плотных грунтах, либо при забивании свай с параметрами, близкими к максимальным значениям характеристики установки.

Список литературы:

1. Стройматик – строительное оборудование [Электронный ресурс]. — URL: https://www.stroimatic.com/ (дата обращения 07.06.2021)
2. Башта, Т. М., Машиностроительная гидравлика // Т. М. Башта // Справочное пособие: издание 2-е / Москва: «Машиностроение», 1971. – С.432–445.
3. Угничус, А. А., Гидравлика и гидравлические машины. Харьковский университет, 1970. – 396 с.
4. Суслов, Н. М., Чернухин, С. А. Гидравлический привод механизма шагания с гидроаккумуляторами // Горное оборудование и электромеханика. – 2018. – № 1 (135). – С. 3–7.
5. Лоскутов, И. П. К вопросу выбора гидроаккумулятора // Молодой ученый. 2010. – № 3. – С. 29–32.
6. Илаев, Б. В. Обзор и анализ конструкций гидравлического аккумулятора // Известия Горского государственного аграрного университета. – 2011. – Т. 48. – № 1. – С. 159–162.
7. ГОСТ 17752-81 (СТ СЭВ 2455-80) Гидропривод объемный и пневмопривод. Термины и определения .
8. ГОСТ Р 50906-96. ОБОРУДОВАНИЕ СВАЕБОЙНОЕ. Общие требования безопасности.