2.2.2. Паровоздушные молоты двойного действия
Существующие типы свайных паровоздушных молотов двойного действия многочисленны и значительно различаются между собой по конструкции. Паровоздушные молоты двойного действия применяют преимущественно для забивки и извлечения металлических и железобетонных свай в гидротехническом строительстве, при строительстве морских портов и причалов.
Паровоздушный молот двойного действия типа СССМ-501 (см. рис. 2.4) средней мощности представляет собой корпус, состоящий из пяти частей, связанных между собой стяжными болтами (7). Средняя часть (4) является паровым цилиндром, внутри которого находится поршень (5), по обе стороны заканчивающийся массивными штоками (3). Две другие части (2) и (6) корпуса служат направляющими для штоков поршня.
Вверху корпус закрыт крышкой (8) с проушиной для подъема молота; снизу корпус заканчивается кольцом (1), в отверстие которого входит корпус ударной плиты (13), непосредственно воспринимающий удар нижнего штока поршня.
Плита (13), как и во всех других конструкциях молотов двойного действия, имеет возможность незначительно перемещаться по вертикали и от выпадения удерживаться упорами (14), имеющимися на головках стяжных болтов (7). Удлиненные головки болтов образуют направляющие, благодаря чему молот сохраняет устойчивое положение на свае. Если эта устойчивость оказывается недостаточной, что может иметь место, например, при забивке металлических шпунтовых свай, направляющие головки болтов снабжаются различными дополнительными устройствами.
В том случае, когда молот устанавливается на копре или подвесных направляющих стрелах, к корпусу молота сбоку привинчиваются направляющие уголки.
Парораспределительное устройство состоит из круглого дискового золотника (10), шаровых клапанов (9) и (12) и золотниковой камеры (11).
Золотник не имеет механической связи с ударной частью молота, и перемена его хода осуществляется давлением пара. Работа молота происходит следующим образом (см. рис. 2.5). Энергоноситель подводится через впускной патрубок и одновременно поступает в две крайние полости (5) и (10) золотниковой камеры, которые всегда находятся под рабочим давлением.
Рис. 2.4. Паровоздушный молот двойного действия
типа СССМ-501
Рис. 2.5. Схема работы молота СССМ-501
Средняя полость (7) золотниковой камеры сообщается с атмосферой и служит для выхлопа энергоносителя; две остальные промежуточные полости (6) и (8) сообщаются каналами (12) (показано пунктиром) соответственно с надпоршневым и подпоршневым пространствами парового (воздушного) цилиндра.
В крайнем верхнем положении (положение I) золотник сообщает между собой полости (8) и (10), энергоноситель через эти полости и каналы (12) поступает в подпоршневое пространство и поднимает поршень.
Одновременно в этом положении дисками золотника сообщены между собой также полости (6) и (7) золотниковой камеры, благодаря чему отработавший энергоноситель из верхней (надпоршневой) полости цилиндра через кольцевой канал может свободно выходить в атмосферу.
При крайнем нижнем положении золотника (положение II) сообщаются полости (5) и (6), свежий пар поступает в надпоршневое пространство цилиндра. В то же время из нижней половины цилиндра отработавший энергоноситель выходит в атмосферу через канал (12), полость (7) золотниковой камеры и через выхлопное отверстие. Поршень под действием энергоносителя движется вниз и ударяет по плите. Перемещения золотника происходят автоматически под действием энергоносителя, поступающего через вспомогательные каналы (2) и (13). Эти каналы с одного конца заканчиваются шаровыми клапанами и через них сообщаются с камерами (1) и (14) молота; другими концами каналы (2) и (13) соединяются с золотниковой камерой и одновременно через узкие отверстия сообщаются с полостями (5) и (10) золотниковой камеры, а через более широкие отверстия (3) и (11) – с крайними полостями (4) и (9) этой камеры.
Управление золотником осуществляется верхним и нижним поршневыми штоками следующим образом. В положении I шарик верхнего клапана отжат пружиной влево, благодаря чему крайняя верхняя полость (4) золотниковой камеры сообщается с камерой (1) корпуса молота (над верхним штоком) и далее с атмосферой через свободные каналы и полость (7) золотниковой камеры. Вследствие этого над верхним диском золотника давление будет лишь немногим выше атмосферного; нижний диск золотника в это же время будет находиться под значительно большим давлением, так как в нижний шаровой клапан корпусом нижнего штока отжат вправо и сообщение канала (13) с атмосферой прервано.
Вследствие разности давлений золотник перемещается вверх и происходит холостой ход поршня.
При подъеме верхний шток своим корпусом закроет верхний клапан энергоносителя и, наоборот, откроет нижний, благодаря чему давление над верхним диском золотника резко возрастает, а под нижним станет немногим выше атмосферного. Золотник перемещается в крайнее нижнее положение.
Корпус паровоздушного молота двойного действия другой конструкции (см. рис. 2.6) состоит из нескольких частей, соединенных болтами: верхней крышки 7 с проушиной для подъема молота, цилиндра 5, нижней крышки 11 цилиндра, камеры 12 с направляющими для ударной части 3 и нижней кольцевой крышки 2. Ударная часть укреплена на конце поршневого штока 4. Удары свае передаются через шабот 1.
Золотник 9 кранового типа расположен вертикально в золотниковой камере, отлитой заодно с корпусом парового (воздушного) цилиндра; изменение положения золотника достигается поворотом его на 450 с помощью золотникового штока 13. Управление золотником происходит автоматически и осуществляется гайкой 14, неподвижно укрепленной на ударной части молота.
1
Рис. 2.6. Паровоздушный молот двойного действия С-231
Молот работает следующим образом.
При крайнем нижнем положении ударной части (после удара) золотник занимает положение, при котором надпоршневая полость цилиндра соединена с патрубком, подводящим энергоноситель, а подпоршневая – с выхлопным патрубком.
Энергоноситель, поступающий под поршень, поднимает последний и укрепленную на штоке ударную часть; отработавший энергоноситель из надпоршневого пространства удаляется в атмосферу. Происходит холостой ход.
Свободное поступление энергоносителя в цилиндр продолжается до тех пор, пока перемещающаяся вместе с ударной частью гайка не достигнет винтовой части канавки золотникового штока. При дальнейшем движении вверх гайка начнет поворачивать золотниковый шток и золотник, перекрывая впускные окна, полностью прекратит доступ энергоносителя в подпоршневую полость цилиндра. Одновременно нижняя часть золотника займет положение, при котором откроется доступ энергоносителя в верхнюю надпоршневую полость цилиндра.
Достигнув верхней мертвой точки, поршень под действием давления энергоносителя и силы тяжести ударной части начнет ускоренно двигаться вниз. При этом гайка, пройдя прямой участок канавки золотникового штока, достигнет винтовой части и повернет золотник в исходное положение.
При холостом ходе гайка скользит по одной кромке канавки, при рабочем – по противоположной.
Совместное действие собственного веса и силы энергоносителя значительно повышает скорость движения ударной части в молотах двойного действия при рабочем ходе. Благодаря этому оказалось возможным, не уменьшая конечной скорости ударной части и, следовательно, энергии удара, сократить длину рабочего хода и тем самым уменьшить продолжительность цикла молота. В свою очередь это привело к существенному увеличению частоты ударов: в молотах тяжелого типа – до 100-200 ударов в минуту, в легких моделях молотов – до 500 и более.
Молоты двойного действия имеют закрытый корпус, благодаря чему их детали надежно защищены от попадания пыли и грязи. Наличие глухого корпуса позволяет использовать свайный молот двойного действия для работы под водой на глубине до 20 м, при этом возможность проникания воды внутрь корпуса молота, в камеру, где находится ударная часть (баба), исключается благодаря сжатому воздуху, подаваемому в молот под давлением. Для этого молот снабжен рукавом для выхлопа отработанного воздуха (пар в этом случае неприменим), один конец которого крепят к выхлопному отверстию, а другой выводят выше уровня воды.
Паровоздушные молоты двойного действия в отличие от молотов простого действия имеют небольшие габаритные размеры, просты в эксплуатации, дают возможность осуществлять автоматическое регулирование силы удара и производить работы без копра, вести работы под водой, а также под любым наклоном и в стесненных условиях, могут быть использованы для извлечения свай (в качестве сваевыдергивателей).
Эти преимущества молотов двойного действия позволяют отнести их к категории эффективного оборудования для погружения свай.
Однако рассмотренные конструкции свайных молотов двойного действия обладают существенным недостатком, заключающимся в повышенной металлоемкости. Если в молотах простого действия мертвый вес составляет примерно 30% общей массы молота, то в молотах двойного действия он повышается до 70-80%, а в легких моделях – и до 85 - 90%.
Такой рост металлоемкости обусловливается конструктивными особенностями молотов двойного действия и объясняется тем, что при рабочем ходе сила энергоносителя одновременно действует не только на поршень, но и на верхнюю крышку цилиндра, стремясь поднять корпус молота вверх.
Следовательно, если действующая сила энергоносителя превышает мертвый вес молота, корпус будет поднят кверху и нормальная работа молота окажется невозможной. Во избежание этого приходится значительно утяжелять массу корпуса свайного молота двойного действия.
Указанные недостатки отсутствуют в дифференциальных молотах, являющихся разновидностью паровоздушных молотов двойного действия.
Молот (см. рис. 2.7) состоит из четырех основных узлов: парового цилиндра, ударной части, парораспределительного устройства и корпуса.
Корпус молота разъемный и состоит из двух полукруглых половин (2) и (4), соединяемых между собой болтами. Одна половина корпуса представляет собой крышку и может быть демонтирована без нарушения правильного взаиморасположения деталей молота, смонтированных в другой половине корпуса, что удобно при ремонте.
На внешней поверхности половин корпуса отлиты направляющие пазы, которыми молот удерживается в стрелах копра.
Рабочий цилиндр имеет ступенчатую форму и состоит из двух последовательно расположенных цилиндров (6) и (13) различного диаметра. Размещен цилиндровый блок в верхней части корпуса молота и соединяется с последним общей крышкой (15) и продольными ребрами (10), края которых укреплены в стыке половин корпуса. Внутри цилиндра находятся два поршня (7) и (11), соединенных общим штоком. Снизу цилиндровый блок открыт; роль днища цилиндра выполняет малый поршень (7). Сбоку цилиндра в приливе размещена золотниковая камера (9), сообщающаяся двумя каналами (14) и (12) соответственно с надпоршневой полостью и выхлопной трубой (16). В верхней части малого цилиндра расположен кольцевой канал (8), постоянно сообщающийся с золотниковой камерой, подпоршневой полостью и паропроводом, по которому к молоту подается энергоноситель.
Рис. 2.7. Паровоздушный молот дифференциального действия
Энергораспределительный механизм состоит из поворотного золотника, на одном конце которого (с внешней стороны золотниковой коробки) посажены под некоторым углом друг к другу два рычага (17) и (18), и распределительной рейки (20) с управляющими кулачками (19), укрепленной в корпусе ударной части (3). Движение рейки направляется пазами, имеющимися в корпусе молота и на внешней поверхности цилиндрового блока.
Ударная часть (3) соединена с поршневым блоком с помощью фигурного стакана и сферического утолщения на конце штока.
С боков ударной части сделаны пазы, направляющие ее движение в рейках (5), установленных в корпусе молота в стыке его половин.
Как и в других конструкциях молотов, удар передается свае через подвижную сменную плиту (1), имеющую снизу выемку для головы сваи; плита удерживается в корпусе с помощью кольца и хвостовой части корпуса (22), образующего с плитой наголовник.
Молот дифференциального действия работает следующим образом.
Положение I золотника (см. рис. 2.8) соответствует началу холостого хода ударной части; надпоршневое пространство цилиндра соединено с выхлопной трубой; давление в этой полости лишь немногим превышает атмосферное.Свежий пар из паропровода через впускной патрубок подается в кольцевой канал (8) (см. рис. 2.7) на малом цилиндре и далее в подпоршневую полость и золотниковую камеру. Под давлением пара на большой поршень снизу баба перемещается вверх (холостой ход). В конце холостого хода кулачок распределительной рейки, воздействуя на рычаг золотника, повернет его в положение II (см. рис. 2.8) и пар из золотниковой камеры будет поступать в пространство над большим поршнем. Подпоршневая полость цилиндра, как и при холостом ходе, остается соединенной с паропроводом.
Таким образом, при положении II золотника свежий пар действует одновременно и снизу, и сверху большого поршня, причем в обеих полостях давление его почти одинаковое; но, так как площадь поршня, на которую действует пар снизу, значительно меньше, чем площадь поршня сверху, и на поршень, кроме того, действует вес ударной части, штока и самого поршня, ударная часть начнет ускоренно двигаться вниз (рабочий ход). Перемещаясь вместе с ударной частью, распределительная рейка незадолго до удара по свае, воздействуя кулачком на рычаг золотника, возвратит последний в исходное положение, и цикл повторится.
Молоты дифференциального действия имеют почти такую же частоту ударов, как и соответствующие по мощности молоты двойного действия обычной конструкции, но отличаются значительно более выгодным соотношением между массой ударной части и общей массой и, следовательно, имеют меньшую мертвую массу (55-65% общей массы молота). Основным недостатком паровоздушных молотов двойного действия является потребность в постороннем источнике энергии – паре или сжатом воздухе. Имеющиеся в эксплуатации установки для производства сжатого воздуха обладают недостаточной производительностью, в связи с чем при использовании таких молотов приходится применять дополнительный рессивер, подключать к нему одновременно несколько передвижных компрессорных станций или устанавливать стационарный компрессор.
Рис. 2.8. Схема работы молота дифференциального действия
Указанные обстоятельства существенно ограничивают область рационального применения паровоздушных молотов.
Паровоздушные молоты двойного действия широко используются для забивки металлического шпунта в гидротехническом строительстве при возведении плотин гидроэлектростанций, на строительстве морских и речных портов. Они эффективны при забивке элементов с малым лобовым сопротивлением – деревянный и стальной шпунт, балки, железобетонные трубчатые сваи с открытым концом, металлические трубы. Техническая характеристика паровоздушных молотов двойного действия приведена в табл. 2.3.
Таблица 2.3
Техническая характеристика паровоздушных молотов
двойного действия
Показатель |
С – 35 |
С - 32 |
СССМ-708 |
С – 232 |
С - 977 |
Энергия удара, кДж |
10,85 |
15,90 |
11,20 |
18 |
17,27 |
Наибольшая высота подъема ударной части, м |
0,45 |
0,525 |
0,406 |
0,508 |
0,460 |
Частота ударов, мин-1 |
135 |
125 |
140 |
95 – 112 |
100 – 105 |
Давление энергоносителя, МПа |
0,7 – 0,8 |
||||
Объемный расход воздуха, м3/мин |
12,8 |
17 |
12,7 |
17 |
20 |
Массовый расход пара, кг/ч |
900 |
1200 |
865 |
1190 |
- |
Габаритные размеры, м |
2,375 0,65 0,71 |
2,391 0,63 0,80 |
2,49 0,56 0,71 |
2,765 0,66 0,81 |
- |
Масса ударной части, кг |
614 |
655 |
680 |
1130 |
2250 |
общая |
3767 |
4095 |
2363 |
4650 |
5200 |
Несмотря на ряд усовершенствований, внесенных в конструкцию паровоздушных молотов, сваебойные установки, снабженные такими молотами, весьма громоздки и сложны в эксплуатации.