7. Примеры расчетов вибропогружателей

Пример1. Подобрать параметры вибропогружателя для железобетонной сваи-оболочки. Размеры сваи: наружный диаметр - 0,8 м, толщина стенок - 0,1 м, длина-10 м, сила тяжести 32 , грунтовые условия - водонасыщенный песок.

Примем ориентировочно силу тяжести вибропогружателя = 30 . Из табл. 6.1 задаемся значением удельного сопротивления срыву ; в данном случае для условия погружения сваи без выемки грунта

=7 .

Расчетная величина Р_kp, кН критического сопротивления сваи срыву при полной глубине ее погружения определяется по формуле (6.2):

кН.

Определим примерную величину статического момента дебалансов по формуле (6.9), предварительно выбрав из табл. 6.3 значение амплитуды колебаний А = 6 мм:

.

Рассчитаем величину амплитуды возмущающей силы вибропогружателя по формуле (6.1), приняв значение коэффициента =0,7:

кН.

Частота колебаний, создаваемых вибровобудителем, определяется по формуле (6.11):

.

Согласно условию (6.6), найдем необходимую минимальную силу тяжести вибропогружателя и сваи , приняв из табл. 6.3 значение необходимого давления р₀ = 0,8 ( Н/м²):

.

Проверка достаточности величины веса вибропогружателя со сваей проводится из условия (6.7). Получаем

; .

Условие (6.7) не выполняется. Поэтому необходимо увеличить амплитуду возмущающей силы до такого значения, при котором будет соблюдаться условие (6.7): . Примем .

.

Необходимое условие удовлетворяется. Общая сила тяжести вибропогружателя со сваей по этому условию составит

.

Следовательно, сила тяжести самого вибропогружателя должна иметь статическую пригрузку, равную

.

Так как сила тяжести вибропогружателя была принята равной 30 , общая сила тяжести вибропогружателя составит 40 .

В связи с увеличением силы тяжести вибропогружателя со сваей уточним величины по формулам (6.1), (6.9),(6.11) и (6.4):

; ;

; ;

; .

Определим мощность, необходимую для поддержания колебаний, по формуле (6.7), в которой статический момент выражается в . Для определения , воспользуемся формулой (6.12):

.

Тогда мощность

кВт.

Пример 2. Рассчитать параметры вибропогружателя, рассмотренного в предыдущем примере, для погружения металлического шпунта типа ШП-1 (строительные шпунтовые сваи различного профиля и их характеристика представлены на рис. 7.1 и в табл. 7.1) длиной 20 и силой тяжести на глубину в глинистые водонасыщенные слабопластичные грунты.

Рис. 7.1. Стальные шпунтовые сваи различного профиля:

а – плоского; б – корытного; в – корытного типа «Ларсен»;

г – Z-образный

Значение удельного сопротивления срыву из табл. 6.1 , амплитуда колебаний из табл. 6.3 . Сила тяжести наголовника для шпунтов несколько меньше, чем для железобетонных свай, поэтому примем силу тяжести вибропогружателя в данном случае равным 28 .

Таблица 7.1

Характеристика стального шпунта

Шпунт	Размеры, мм				Площадь попереч-ного сечения, мм2	Масса 1м, кг
Плоский: ШП-1 ШП-2	400 200	103 71	- -	10 8	8200 3900	62,6 29,4
Корытный: ШК-1 ШК-2	400 400	75 125	10 10	10 10	6400 7400	49 56,8
Z-образный: ШД-3 ШД-4	400 400	240 320	9 12	10 14	7800 11900	59,8 91,1
Корытный типа «Ларсен»: ЛIV ЛV	400 420	204,5 196	14,8 21	12 15	94,3 127,6	72,5 98

Величина полного критического сопротивления срыву по формуле (6.9) равна

.

Значение амплитуды возмущающей силы вибратора для погружения металлического шпунта равна величине (так как коэффициент х=10).

Статический момент эксцентриков вибратора по (6.9) и (6.12) составит:

и

.

Частота колебаний вибропогружателя по (6.10) или (6.11) составит

или .

Отсюда частота вращения дебалансных валов

Определяем необходимую силу тяжести вибропогружателя. Исходя из условий (6.7) или (6.8), сила тяжести вибропогружателя со сваей (для случая погружения стального шпунта) при :

.

Следовательно, сила тяжести самого вибропогружателя должна быть не менее

.

Если окажется, что сила тяжести вибропогружателя меньше рассчитанного , то необходимо в конструкцию вибропогружателя добавить статическую пригрузку , равную , где - предварительно заданная сила тяжести вибропогружателя.

В данном случае предварительно выбранная сила тяжести вибропогружателя и шпунта (42 ) больше расчетной, следовательно, является приемлемой.

Определим мощность электродвигателя по формуле (6.17):

кВт.

Таким образом, чтобы обеспечить возможность погружения как тяжелых железобетонных свай-оболочек, так и металлического шпунта, вибропогружатель должен иметь следующие технические характеристики

Сваи Шпунт

Статический момент дебалансов, 55 и 34,2

Амплитуда возмущающей силы, 180 и 180

Скорость вращения эксцентриковых

валов, 648 и 700

Мощность (без учета сопротивлений в

трансмиссии и подшипниках), 43 и 35

Сила тяжести (максимальная), 72

Вибропогружатель с такими параметрами может быть изготовлен как трансмиссионным, так и бестрансмиссионным. В первом случае изменение колебаний достигается с помощью редуктора, обеспечивающего две скорости вращения дебалансных валов, во втором – две частоты колебаний могут быть получены только при использовании двухскоростных электродвигателей. Исходя из соображений простоты и надежности конструкции целесообразно выбрать вариант бестрансмиссионнго вибропогружателя.

В этом случае основным параметром, по которому выбирается электродвигатель, является скорость вращения его вала. Как было указано в п.п. 5.3.1 для погружения свай-оболочек предназначены низкочастотные вибропогружатели, у которых частота колебаний составляет 300...500 . Поэтому частоту колебаний вибропогружателя, рассчитанного в примере 1, необходимо уменьшить до рекомендуемых значений, что можно сделать при выборе электродвигателя.

По каталогу двухскоростных трехфазных электродвигателей с короткозамкнутым ротором выбираем электродвигатель, параметры которого будут наиболее близки к расчетным. Этим параметрам соответствует электродвигатель типа АОП-94-12/6 с частотами вращения валов 485 и 975 . Мощность электродвигателя на низких скоростях 25 и на высоких – 40 . При установке двух электродвигателей суммарная мощность вибратора будет равна 50 и 80 . Учитывая, что потери мощности в подшипниках при 485 составят примерно 15% и при 975 - 25%, получим, что мощность, которая может быть использована для поддержания колебаний, при низкой частоте вращения вала составляет 42,5 , а при высокой – 60 .

Поскольку действительные скорости вращения валов отличаются от расчетных, необходимо уточнить основные параметры вибропогружателя. Обозначив параметры, относящиеся к погружению сваи-оболочки индексом 1, а к погружению шпунта индексом 2, проведем корректировку.

Угловые скорости вращения дебалансных валов

.

и

.

Подставим значения угловых скоростей , и мощности в формулу (6.17) и получим

;

и

.

По найденным значениям угловых скоростей и статических моментов определяем из формулы (6.10):

;

и

.

Затем из условия (6.1), принимая для и для , находим значения амплитуд возмущающих сил:

,

.

Теперь нужно из условия (6.7) проверить достаточность силы тяжести вибропогружателя со сваей и на этом закончить расчет.

В случае погружения сваи-оболочки:

0,4 < 72/151,2 = 0,48 < 1,0.

При погружении шпунта:

0,15 < 72/288 = 0,25 < 0,5.

Таким образом, условие соблюдается, и окончательные параметры вибропогружателя будут следующие:

	Свая-оболочка	Шпунт
Сила тяжести вибропогружателя,	40	28
Амплитуда возмущающей силы,	151	288
Статический момент дебалансов,	84	29
Электродвигатель	двухскоростной
Частота вращения вала,	485	975
Мощность одного двигателя,	25	40
Количество	2

Приведенный расчет является приближенным, но обеспечивает возможность правильно ориентироваться при выборе параметров и типа вибропогружателя применительно к определенным условиям.

Пример 3. Подобрать основные параметры вибропогружателя для деревянных свай при следующих исходных данных: глубина погружения сваи - 10 ; диаметр сваи - 0,25 ; сила тяжести - 3,5 ; грунт - водонасыщенный песчаный и мягкопластичный с плотными прослойками.

Величина полного критического сопротивления срыву при (табл.6.1) по формуле (6.2) равна

.

В данном случае неясно, в каком диапазоне будет находится частота колебаний вибропогружателя. Поэтому определим сначала значения по формуле (6.5), имея в виду, что =0,5 - 0,8 м/с. Так как сила тяжести деревянной сваи незначительна по сравнению с железобетонной и шпунтом, очевидно, что и сила тяжести вибропогружателя будет невелика. Значение , как было указано ранее, для высокочастотных вибропогружателей и деревянных свай составляет 1,0.

Приняв =0,5 , найдем

.