Устройство подъемно-ударного действия для разрушения прочных грунтов

(5 И 4 Е 02 Г 5 32 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ ЬСТ Л 7 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ А ВТОРСКОМУ СВИ(54) УСТРОЙСТВО ПОДЪЕМНО-УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ ДЛЯ РАЗРУШЕНИЯ ПРОЧНЫХ ГРУНТОВ(57) Изобретение относится к разработке прочных грунтов и позволяет снизить энергоемкость процесса их разрушения. Устр-во включает наконечник 1, рабочий орган, выполненный из полого корпуса 2, внутри которого размещен боек 3. С корпусом 2 соединен с возможностью ограниченного и продольного перемещения наконечник 1 с наковальней. Наконечник 1 в исходном положении рабочего органа посредством упругои связи с корпусом 2 поджат к последнему, Дно корпуса 2 имеет центральное отверстие для подъема каната 5 и упоры, выполненные в виде регулировочных винтов 6. Боек 3 взаимодействует с одной стороны с наковальней, а с другой - с винтом 6. На бойке 3 закреплена контрольная линейка 4 для регулирования величины зазора между бойком 3 и наковальней наконечника 1. С помощью каната 5 поднимается боек 3, который, упираясь в винты 6 корпусом 2, поднимает наконечник 1. По линейке 4 контролируется величина зазора между наконечником 1 и бойком 3, Разрушение осуществляют двумя ударными импульсами, для чего подбирают параметры первого и второго ударного импульсов. Совокупное и последовательное воздействие двумя ударами увеличивает продолжительность упругонапряженного состояния объема грунта под рабочим органом. 2 з.п.ф-лы, 4 ил1Изобретение относится к разработке прочных грунтов, в частности к устройствам подъемно-ударного действия,Цель изобретения - - снижение энергоемкости процесса разрушения прочных грунтов.На фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства подъемно-ударного действия в исходном положении; на фиг. 2 то же, во время ударного процесса; на фиг, 3 - совмещенные во времени: а кривая деформация в грунта; б - напряжение о и реакции упругой составляющей еу, в - изменение количества движения ай рабочего органа в ударном процессе; на фиг. 4 - то же, но при реализации изобретения; а - изменение реакции упругой составляющей еу при ступенчатом нагружении; б - изменение количества движения т 1 при ступенчатом нагружении; в - то же, при разрушении грунта с более высокими упругими характеристиками; г - кривая деформация грунта е при реализации изобретения.Устройство состоит из клиновидного наконечника 1, на верхнем торце которого установлен перевернутый стакан 2 (полый корпус) с размещенным внутри грузовым блоком 3 (бойком) и закрепленной на нем контрольной линейкой 4 так, что образуется зазор между ударной поверхностью и торцом наковальней наконечника 1. Дно стакана 2 имеет центральное отверстие для подъемного каната 5 и упоры в виде регулировочных винтов 6, причем стакан 2 и наконечник 1 соединены через демпфирующую прокладку 7 посредством штанг 8 с буртиками 9 и пружинами 10, расположенными в полостях 11 стенок стакана 2.На фиг. 3 приведены совмещенные во времени графики ударного процесса при наличии отскока рабочего органа, где а), б) и в) соответственно деформация е объема грунта под рабочим органом, напряжения о, реакция упругой составляющей еу и изменение количества движения т 1 рабочего органа, при этом: О - 1 - время первой фазы ударного процесса;- -Ь - время второй фазы ударного процесса; О - 2 - мгновенная деформация при загружении, состоящая из упругой мгновенной ву. и пластической мгновенной а; 2 - 4 -- длительная деформация; 4 - 7 - обратная деформация, состоящая из 4 - 6 - обратной упругой мгновенной и 6 - 7 - обратной упругой длительной еу деформации при разгрузке; прямая 2 - 5 - длительная деформация вязко-пластического течения в, где разность ординат точек 1 и 5 дает величину полной пластической деформации е.Как видно из графиков на фиг. 3, в момент времени Ь основное влияние на величину отскока рабочего органа оказывает величина мгновенной упругой составляющей 4 - 6 обратной деформации, распространяю 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 щейся в грунте со скоростью упругих колебаний.При этом мгновенная 4 - 6 упругая составляющая противодействует переходу упругопластической деформации в пластически-упругую, а длительная 6 - 7 составляющая соответственно пластически-упругой деформации в пластическую,Исходя из того, что реакция упругой составляющей подчиняется принципу независимости действия сил, приложена к одному и тому же объему грунта и направлена при этом навстречу движущемуся рабочему органу, то имеется возможность трансформировать ее в полезную работу разрушения путем нанесения встречного и равного ей по величине второго удара, что обеспечит ее компенсацию, и увеличением продолжительности ударного процесса изменить характер деформации объема грунта.Началом времени воздействия вторым ударным импульсом практически может быть любой момент на участке кривой 2 - 4, т. е. от начала деформации до начала релаксации напряжений, но предпочтительно на участке 3 - 4, так как абсцисса точки 3 соответствует времени затухания длительной упругой деформации.Условное продолжение прямой 2 - 5 до пересечения с горизонталью показывает, что увеличение длительности ударного процесса за пределы точки 5 обеспечит перевод упругопластической деформации в пластическую, если обратная деформация 4 - 7 будет полностью скомпенсирована вторым встречным ударом. При этом, ее мгновенная упругая составляющая 4 - 6 должна компенсироваться жестким и коротким передним фронтом ударного импульса, а длительная 6 -- более продолжительным, но менее жестким задним ударным фронтом.Известно, что с увеличением прочности грунтов величина мгновенной 4 - 6 упругой деформации возрастает, и значение коэффициента восстановления К стремится к единице, а продолжительность времени 1 - Ь обратной деформации уменьшается. Грунты меньшей прочности имеют меньшую величину мгновенной упругой составляющей обрат. ной деформации и, соответственно, меньшее значение коэффициента восстановления К, стремящегося к нулю.Поэтому при работе на грунтах с различными упругими характеристиками необходимо изменять общую продолжительность ударного процесса изменением времени начала воздействия вторым ударным импульсом и изменением его продолжительности. При этом грунты с большей прочностью следует разрушать за более короткий промежуток времени, чем менее прочные.На фиг. 4 приведены совмещенные во времени графики ударного процесса при реализации изобретения разрушения прочных грунтов последовательным ступенчатым5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 нагружением объема грунта двумя ударными импульсами при коэффициентах восстановления К - эО и К1: а, б, в и г соответственно напряжению о, изменение реакции упругой еу составляющей, изменение количества движения т 7 рабочего органа при К-+О, изменение количества движения тУ рабочего органа при К -и график деформации в.Устройство подъемно-ударного действия работает следующим образом,Свободно падающий рабочий орган при встрече с поверхностью разрушаемого грунта массой наконечника 1 и стакана 2 наносит первый удар и количеством движения тГ приводит объем грунта в упругонапряженное состояние, удерживает его своим движением в этом состоянии до второго удара. Так как скорость рабочего органа при движении в разрушаемом грунте падает, то грузовой блок 3 со скоростью свободного падения, двигаясь в стакане 2, пройдет путь, равный зазору между его ударной поверхностью и торцом движущегося наконечника 1, догонит и нанесет по нему через деформирующую прокладку 7 удар.При этом встречным действием переднего фронта ударного импульса и силы мгновенной ву. упругой деформации объем грунта, находящийся под рабочим органом, переводится в пластически-упругую деформацию е. (фиг. 4, г), а сила мгновенной вам упругой деформации трансформируется в силу разрушения.Наконечник 1, получив ударный импульс от грузового блока 3, начинает ускоренное движение, увлекая за собой массу стакана 2 штангами 8, сжимая при этом буртиками 9 пружины 1 О, уменьшая этим ускорение и уравнивая скорость наконечника 1 и грузового блока 3. При этом суммарным количеством движения тГ наконечника 1 и грузового блока 3 совместно с длительной упругой ау составляющей деформации задний фронт ударного импульса растягивается, ударный процесс переводится в более мягкий режим, его продолжительность увеличивается, и этим пластически-упругая деформация е,.+я. переводится в пластическую е, а сила длительной упругой составляющей деформации этим трансформируется в силу разрушения. В результате, упругопластическая деформация еум+впм+епд (фиг. 3, а) поэтапно переводится в пластическую 8.+е (фиг. 4, г).Эффективность взаимодействия силы ву упругой составляющей реакции грунта и второго ударного импульса при работе на грунтах с различными упругими характеристиками регулируется упорными регулировочными винтами 6 изменением величины зазора, который позволяет включать в ударный процесс грузовой блок 3 в требуемый момент времени. Величина зазора определяется по глубине пластической деформации отпечатков, полученных от удара рабочего органа по поверхности разрушаемого грунта. Зазор устанавливается в исходном положении рабочего органа так, чтобы его величина не превышала глубины отпечатка.Для приведения рабочего органа в исходное положение с помощью подъемного каната 5 поднимается грузовой блок 3, который, упираясь в винты 6 стаканом 2 через штанги 8, поднимает наконечник 1. Последний, освободившись от грузового блока 8, поджимается сжатыми пружинами 1 О к торцу стакана 2. При этом по линейке 4 контролируется величина зазора между наконечником 1 и грузовым блоком 3,Параметры первого ударного импульса подбирают такими, чтобы грунт под рабочим органом перешел в упругонапряженное состояние за короткий промежуток времени и удерживался в этом состоянии лвижением рабочего органа. Это достигается за счет создания мощного переднего фронта ударного импульса путем нанесения короткого по времени удара большой массы наконечника 1 и стакана 2, которые в совокупности должны быть в два-три раза больше массы грузового блока 3.Упругонапряженное состояние объема грунта под движующимися большими массами наконечника 1 и стакана 2 позволяет произвести в первой фазе второй удар перел. ним фронтом, жесткими и достаточным для компенсации мгновенной еу упругой составляющей реакции грунта, (фиг. 3, а) массой грузового блока 3, что обеспечивает вовлечение ее в ударный процесс в виде силы разрушения и перевод упругопласти,еской деформации в пластически-упругую е +е . (фиг. 4, г). При этом нанесение второго удара по упругонапряженному объему увеличивает продолжительность ударного процесса в целом, что на завершающем этапе ударного процесса обеспечивает перевод пластически-упругой деформации е,./ев пластическую еп. (продолжение прямой 2 - 5 до пересечения с горизонталью, фиг, 3, а). Параметры второго удара подбирают такими, чтобы передним фронтом ударного импульса и компенсацией мгновенной е. упругой составляющей реакции грунта вовлечь ее полностью в ударный процесс как силу разрушения,а постепенным повторным привлечением массы стакана 2 в ударный процесс на последнем этапе посредством штанг 8 и сжатием пружин 10 увеличить его продолжительность, интенсивность привлечения дополнительной массы в количество движения тЧ, что обеспечит вовлечение дополнительной е.1 упругой составляющей реакции в ударный процесс в виде силы разрушения, и перевод пластически5упругой деформации 81 п+еуд в пластическую в (фиг. 4, г).Это достигается изменением времени начала воздействия вторым ударным импульсом, продолжительностью и его величиной, которая для прочных грунтов не превышает трети первого удара.Такое совокупное и последовательное воздействие первого и второго ударов увеличивает продолжительность упругонапряженного состояние объема грунта под рабочим органом, исключает из ударного процесса пассивную фазу и отскок рабочего органа, трансформирует энергию упругого сжатия объема грунта в энергию его разрушения, и обеспечивает поэтапный переход упругопластической деформации в пластическую, снижая этим энергоемкость процесса разрушения.Формула изобретения1. Устройство подъемно-ударного действия для разрушения прочных грунтов, включающее рабочий орган, выполненный из полого корпуса, из соединенного с ним с возможностью ограниченного продольного перемещения наконечника с наковальней и избойка, размещенного в корпусе с возможностью взаимодействия с одной стороны снаковальней последнего, а с другой - с упором корпуса, и соединенный с бойком подъемный канат, отличающееся тем, что, с цельюснижения энергоемкости процесса разрушения прочных грунтов, наконечник в исход 10 ном положении рабочего органа посредствомупругой связи с корпусом поджат к последнему, а упор выполнен в виде жесткогоэлемента, соединенного с корпусом с возможностю регулирования в исходном положении рабочего органа зазора между бойком и наковальней наконечника.2. Устройство по и, 1, отличающееся тем,что оно снабжено закрепленной на бойкеконтрольной линейкой для регулированиявеличины зазора между бойком и наковальней наконечника.3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что упор выполнен в виде регулировочного винта,. Варина Корректор М. Шароши Подписное Составител Техред И. Ве Тираж 607 ного комитета СССР осква, Ж - 35, Рау рафическое предприпо делам изобретен шская наб., д. 4/5 ятие, г. Ужгород, ул.