Частота вращения вала вибропогружателя
.
Примем
,
и определим статический момент по
формуле (6.15):
.
Необходимую
силу тяжести вибропогружателя со сваей,
принимая из табл. 6.3
(
),
вычислим по формуле (6.6):
.
По формуле (6.1) амплитуда возмущающей силы при :
.
Проверим достаточность силы тяжести по условию (6.7):
.
Результаты проверки удовлетворительны.
Далее, располагая данными, полученными при подборе основных параметров вибропогружателя, производится расчет мощности двигателя по методике, приведенной в примере 1.
Пример 4. Подобрать параметры вибропогружателя для погружения деревянной сваи диаметром 0,3 м и силой тяжести 5 на глубину 5 в глинистый тугопластичный грунт.
Полное
критическое сопротивление срыву Ркр
при
(табл.6.1) по формуле (6.2) и амплитуда
возмущающей силы
по формуле (6.1) составляют
,
и
.
Как
и в предыдущем примере, частоту вибрации
определим по формуле (6.5). Приняв силу
тяжести вибропогружателя
,
,
,
найдем
.
Примем
.
Тогда
,
а статический момент по формуле (6.15)
составит:
.
Необходимая
сила тяжести вибропогружателя и сваи
из условия (6.6) при
будет
.
Проверяем соответствие полученной силы тяжести по условию (6.7):
Условие (6.7) соблюдается.
Необходимая амплитуда колебаний, по зависимости (6.4):
,
что соответствует рекомендуемым значениям (табл. 6.2).
Пример
5. Рассчитать
параметры вибропогружателя для погружения
железобетонной сваи длиной 10 м
с поперечным сечением
.
Сила
тяжести сваи
.
Сила тяжести ударной части в соответствии
с п.6.3 и (6.28) для железобетонной сваи
.
Сила тяжести наголовника
.
Сила тяжести погружаемого элемента (сваи с наголовником)
;
кг.
Как
было указано выше, наиболее эффективно
(особенно при погружении элементов с
большим лобовым сопротивлением) работают
вибромолоты, имеющие частоту ударов
450-750
,
которым соответствуют электродвигатели
с частотой вращения вала 1500 и 1000
с режимами
и
для первых и
для вторых.
Так
как вибромолот предназначен для
погружения железобетонной сваи, принимаем
и частоту вращения вала электродвигателя
(из каталога).
Считая
сваю неподвижной перед ударом и приняв
,
по табл.6.7 или по формуле (6.35) определяем,
что приведенный коэффициент восстановления
.
Частота
ударов,
:
.
Мощность, расходуемая на удары, рассчитывается по формуле(6.51):
.
Полная механическая мощность в соответствии с табл. 6.13 (считаем, что потеря мощности в вибропогружателе составляет 15%)
кВт.
Таким
образом, на вибромолот в двухвальном
исполнении должны быть установлены
электродвигатели по 14,5
кВт. Наиболее
подходит по мощности стандартный
электродвигатель
кВт. Тогда
полная мощность вибромолота
кВт.
При такой мощности электродвигатели оказываются несколько незагруженными, поэтому следует повысить мощность, расходуемую на удары, за счет некоторого увеличения массы ударной части . При малом изменении изменение абсолютной величины также мало и ее можно полагать равной нулю - она входит в формулу (6.51) в квадрате. Из этой формулы находим
кН.
При
по формуле (6.35) значение
;
;
.
Амплитуда возмущающей силы по формуле (6.46) составит
.
Статический момент дебалансов определяем по формуле (6.45):
.
Амплитуда
колебаний ударной части рассчитывается
по формуле (6.45); из табл. 6.9 для
и
.
.
Так
как нулевой зазор является оптимальным
по ударной скорости, жесткость пружин
рассчитаем по формуле (6.40), приняв
:
.
Пример
6. Рассчитать
параметры беспружинного вибромолота
для погружения стальных труб силой
тяжести
;
.
Согласно
рекомендациям силу тяжести вибромолота
принимаем равной силе тяжести трубы
.
Предполагая коэффициент восстановления
скорости
,
а скорость трубы перед ударом равной
нулю, по формуле (6.35) определяем приведенный
коэффициент восстановления скорости,
взяв двойное отношение масс:
.
Устойчивые
периодические режимы работы беспружинного
вибромолота могут быть получены лишь
при
и
.
Последний режим для своего обеспечения
требует подстройки машины в процессе
работы за счёт изменения частоты вращения
дебалансов. Поэтому необходимо
использовать автономный генератор,
обеспечивающий возможность изменения
частоты тока. Приняв
,
из табл. 6.14 находим
.
Амплитуду вынуждающей силы определяем по формуле (6.54):
.
Угловая скорость вращения дебалансов при условии, что наибольшая ударная скорость не превышает 2 , рассчитывается по формуле (6.55):
;
.
Статический момент дебалансов по формуле (6.56) равен
.
Мощность, расходуемая на удары, по формуле (6.51) составит
.
Здесь
частота ударов
с-1
(1об/с=2π
рад/c).
Используя
табл.6.13, определяем, что мощность,
расходуемая на удары, будет соответствовать
не менее 80
от полной мощности. Тогда
.
Далее из каталога выбирается электродвигатель, параметры которого наиболее соответствуют расчетным.
Пример
7.
Рассчитать параметры вибромолота по
следующим данным: сила тяжести
вибровозбудителя (ударной части)
;
число ударов молота 480
;
количество электродвигателей-2; суммарная
мощность электродвигателей – 44
;
частота вращения вала электродвигателя
980
;
тип наголовника - свободно сидящий;
общая сила тяжести вибромолота (с
наголовником)-65
.
Вибромолот предназначен для забивки
металлических двутавровых и шпунтовых
свай длиной до 25
в грунты средней плотности. Схемы
металлических свай и их техническая
характеристика представлены на рис.7.1
и табл.7.1. Скорость в момент удара
принимается, как было отмечено ранее,
равной 2
.
Переход от забивания к выбиванию осуществляется переворачиванием вибромолота, а зазор регулируется изменением натяжения пружин.
Угловая скорость вращения дебалансных валов
.
По
формуле (6.40), приняв
и кратность числа ударов частоте вращения
вала электродвигателя i
= 3, находим жесткость пружин:
.
Для нахождения распределения жесткостей между верхними и нижними пружинами необходимо определить возмущающую силу дебалансов, статический момент дебалансов, размах колебаний ударной части и наибольший положительный зазор (зазор называется положительным, когда между ударной частью и наголовником есть некоторое расстояние).
Вынуждающая сила дебалансов рассчитывается по формуле, :
,
где – отношение частоты вынуждающих колебаний к частоте свободных колебаний вибропогружателя, определяемое из выражения
;
.
Статический момент массы дебалансов по формуле (6.56):
.
Размах
колебаний по формуле (6.47) и табл.6.9 (при
i
= 3 и
коэффициент
)
составит
.
Положительный наибольший зазор будет равен
.
Формулу для определения жесткости верхних пружин принимаем из табл.6.12:
.
Жесткость нижних пружин
.
Из
той же таблицы видно, что максимальная
деформация нижних пружин достигается
при выбивании (если
):
.
Максимальная деформация верхних пружин
.
В
заключение определяется сила тяжести
комплекта пружин. Силу тяжести рабочей
части пружин определим по формуле
(5.50), приняв
,
.
Сила тяжести верхних пружин
.
Сила тяжести нижних пружин
Сила
тяжести всего комплекта составляет
.
Изготовить
такие пружины практически невозможно,
как об этом сказано выше. Поэтому
необходимо в данном случае выбрать
вибропогружатель с меньшей массой
вибровозбудителя и повторить расчет,
после чего пересчитать для полученного
значения силы тяжести ударной части
(вибровозбудителя) параметры
;
;
;
;
;
и
.
Определение параметров дебаланса. Одна из геометрических форм дебалансов, используемых в вибромолотах, представлена на рис.7.2.
Исходные
данные,
:
;
;
;
;
;
;
;
;
.
Необходимо определить размер b.
Рассчитываем
значения длин хорд
и
:
,
.
Возмущающая сила одного дебаланса
.
Рис.7.2. Схема дебаланса
Для сегмента возмущающая сила определяется по формуле
.
.
.
.
,
где
– удельная сила тяжести материала
дебаланса (
Н/см3).
.
.
;
.
Принимаем b=140 .
Проверка
вала дебаланса на прочность.
Расчетная схема нагрузок на дебалансный
вал представлена на рис 7.3. Вал воспринимает
инерционные нагрузки от сил тяжести
самого вала, дебалансов и ротора. При
расчете принимается, что в момент удара
возникают ускорения, равные 100
.
Рис.7.3. Расчетная схема дебалансного вала
в вертикальной плоскости
Нагрузка
в вертикальной плоскости от сил тяжести
ротора электродвигателя и участка вала
между опорами
;
нагрузка от силы тяжести дебаланса
;
нагрузка от силы тяжести консольной
части вала
;
;
.
Реакции опор
.
Изгибающие моменты
.
На вал в горизонтальной плоскости действуют возмущающие силы дебалансов.
Реакции опор в горизонтальной плоскости
.
Изгибающие моменты в горизонтальной плоскости в сечениях и
.
Суммарный изгибающий момент
.
Задавшись
диаметром вала
,
определяем напряжения изгиба в сечениях
и
:
.
Здесь к – коэффициент концентрации, принятый равным 1,0.
Напряжения кручения в расчетных сечениях, :
,
где
–
коэффициент перегрузки, значение
которого примем равным 3,0.
Крутящий момент на валу электродвигателя определяем по одной из следующих формул:
; 
,
где
выражена в
,
–
.
Используя первую формулу, найдем
.
.
В
рассматриваемых сечениях эти напряжения
изменяются по пульсирующему циклу.
Среднее напряжение при
=
и
min
=
0:
.
Приведенный
запас прочности относительно предела
текучести
для стали 40Х:
.
Величиной
ввиду ее относительной малости при
расчетах можно пренебрегать.
Пример
8. Рассчитать
виброударный шпунтовыдергиватель,
предназначенный для извлечения стальных
свай, двутавровых балок №
длиной до 20
и шпунта типа «Ларсен»: ЛIV
и ЛV
длиной до 16
.
Исходные
данные: сила тяжести ударной части
;
кратность числа ударов числу оборотов
вала электродвигателя
,
частота ударов
;
мощность электродвигателя
;
частота вращения валов электродвигателей
;
число электродвигателей – 2; общая сила
тяжести вибромолота (с наголовником)
.