Основными параметрами свайных молотов являются масса ударной части, наибольшая энергия одного удара, наибольшая высота подъема ударной части, частота ударов в минуту.

Паровоздушные молоты приводятся в действие энергией пара или сжатого воздуха. Различают молоты простого (одностороннего) действия, у которых энергия привода используется только для подъема ударной части, совершающей затем рабочий ход под действием собственной массы и молоты двустороннего действия, энергия привода которых сообщает ударной части также дополнительное ускорение при рабочем ходе, в результате чего увеличивается энергия удара и сокращается продолжительность рабочего цикла.

Ударной частью паровоздушных молотов простого действия служит чугунный корпус массой 1250—6000 кг, направляющей— поршень со штоком, опирающимся на головку сваи. Такие молоты несложны по конструкции, просты и надежны в эксплуатации, но вследствие малой производительности (не более 30 ударов в минуту) применяются сравнительно редко.

Шире распространены автоматически работающие паровоздушные молоты двустороннего действия с частотой ударов по свае до 100—300 в минуту и массой ударной части до 2250 кг.

К недостаткам молотов двустороннего действия относятся значительная масса неподвижных частей («мертвая» масса), составляющая 60—70% ”(у молотов простого действия до 30%) общей массы молота, возможность погружения только легких шпунтов, деревянных и железобетонных свай, большой расход пара или сжатого воздуха.

Основными узлами паровоздушного молота двустороннего действия (рис. 10.1) являются неподвижный корпус, подвижный поршень с двумя массивными штоками (ударная часть) и автоматическое парораспределительное устройство. Корпус молота составлен из трех цилиндров: среднего — парового их для штоков. Сверху корпус закрыт крышкой с проушиной для подъема и удерживания молота, а снизу—ударной плитой, укрепляемой на головке сваи. Плита воспринимает удары нижнего штока ударной части и может перемещаться в незначительных пределах вдоль вертикальной оси корпуса; от выпадения она удерживается упорами.

Возвратно-поступательное движение ударной части молота обеспечивается за счет попеременной подачи пара или сжатого воздуха в верхнюю (надпоршневую) или нижнюю (подпоршне-вую) полости парового цилиндра золотниковым распределительным устройством. Золотник этого устройства движется в золотниковой коробке под действием пара (сжатого воздуха) автоматически таким образом, что верхнему положению поршня всегда соответствует нижнее положение золотника, и наоборот. Путем изменения давления подаваемого пара (сжатого воздуха) можно регулировать энергию удара молота.

Рис. 10.1. Паровоздушный молот двустороннего действия

Паровоздушные молоты устанавливаются на копре или подвешиваются к крюку самоходного крана. Их можно использовать для забивки как вёртиу кальных, так и наклонных свай, а также для выполнения свайных работ под водой. Существенным недостатком паровоздушных молотов является необходимость применения дорогостоящих и громоздких компрессорных установок или парообразователей, для обслуживания и транспортирования которых требуется дополнительный персонал и транспортные средства. Поэтому в настоящее время основным средством для погружения свай служат энергетически автономные мобильные дизель-молоты, работающие по принципу двухтактного дизеля.

По типу направляющих для ударной части дизель-молоты разделяются на трубчатые и штанговые. У трубчатого дизель-молота направляющей ударной части в виде массивного подвижного поршня служит неподвижная труба. У штангового дизель-молота направляющими ударной части — в виде массивного подвижного Цилиндра — служат две штанги, закрепленные в основании поршневого блока и соединенные в своей верхней части траверсой. Распыление дизельного топлива в камере сгорания у штанговых молотов форсуночное, а у трубчатых — ударное.

Дизель-молоты подвешиваются к копровой стреле с помощью захватов и подъемно-сбрасывающего устройства («кошки»), предназначенного для подъема и пуска молота. «Кошка» прикреплена к канату лебедки копровой установки.

В зависимости от массы ударной части различают легкие (до 600 кг), средние (до 1800 кг) и тяжелые (свыще 2500 кг) дизель-молоты.

Штанговый дизель-молот (Рис. 10.2) состоит из следующих основных узлов: поршневого блока, подвижного рабочего цилиндра, (ударной части), двух направляющих штанг, траверсы, шарнирной опоры, механизма подачи топлива и захвата-«кошки».

Рис. 10.2. Штанговый дизель-молот

Поршневой блок состоит из цилиндрического полого поршня с компрессионными кольцами и основания. В центре днища поршня укреплена распылительная форсунка, соединенная топливопроводом с плунжерным топливным насосом высокого давления (до 50 МПа). Питание насоса осуществляется из топливного резервуара. Основание поршневого блока опирается на шарнирную опору, состоящую из сферической пяты и наголовника. В теле основания закреплены нижние концы направляющих штанг, верхние концы штанг соединены траверсой. По штангам перемещается массивный ударный цилиндр со сферической камерой сгорания в донной части. На внешней поверхности цилиндра укреплен штырь (выступающий стержень) , приводящий в действие топливный насос при падении ударной части вниз. Подъем ударной части в верхнее крайнее положение перед запуском молота в работу осуществляется подвижным захватом-«кошкой», подвешенным к канату 8 лебедки копра.

При опускании «кошки» вниз крюк автоматически зацепляется за валик в углублении отливки цилиндра. «Кошку» и сцепленную с ней ударную часть поднимают лебедкой копра в крайнее верхнее положение. Затем, воздействуя вручную (через канат) на рычаг сброса, разъединяют «кошку» и ударный цилиндр, последний под действием собственной массы падает вниз на неподвижный поршень. При надвижении цилиндра на поршень воздух, находящийся во внутренней ролости цилиндра, сжимается (в 25—28 раз) и температура его резко повышается (до 600°С). При нажатии штыря цилиндра на приводной рычаг топливного насоса дизельное топливо по топливопроводу подается к форсунке и распыляется в камере сгорания, смешиваясь с горячим воздухом. При дальнейшем движении цилиндра вниз горячая смесь самовоспламеняется, и в то же мгновение цилиндр наносит удар по шарнирной опоре, наголовник которой надет на головку сваи. Расширяющиеся продукты сгорания смеси (газы) выталкивают ударную часть вверх и выходят в атмосферу. Поднимающийся рабочий цилиндр быстро теряет скорость, под действием собственного веса начинает опять падать вниз, и цикл повторяется. Дизель-молот работает автоматически до выключения топливного, насоса.

Открытая конструкция штангового дизель-молота (поршень, внутренняя полость и направляющие штанги открыты при работе) облегчает доступ абразивных частиц к трущимся поверхностям молота, что способствует ускоренному их износу, который усугубляется отсутствием системы смазки.

Обладая малой энергией удара (составляющей 25—35% потенциальной’энергии ударной части), штанговые дизель-молоты используют для забивки свай массой не более 2000—3000 кг в слабые и средней плотности грунты.

Отечественной промышленностью серийно выпускаются штанговые дизель-молоты с массой ударной части 240 и 2500 кг, развивающие энергию удара соответственно 3,2 и 65 кДж при частоте ударов 50—55 в минуту. Штанговые дизель-молоты применяют в основном для забивки легких железобетонных и деревянных свай, стальных труб и шпунта при сооружении защитных шпунтовых стенок траншей, котлованов и каналов, строительстве водоприемных сооружений и т. п.

Отечественные трубчатые дизель-молоты (рис. 10.3) выполнены по единой конструктивной схеме и, состоят из следующих основных узлов: ударной части — поршня с компрессионными кольцами, трубы (цилиндра) с направляющей и рабочей секциями, шабота (пяты), топливного насоса низкого давления и подъемно-сбрабывающего устройства («кошки»). Труба молота в верхней части открыта, а в нижней герметично закрыта шаботом с компрессионными кольцами. Шабот имеет возможность иеремещаться в небольших пределах вдоль оси трубы, чем достигается полная неподвижность его при ударе. Нижняя опорная поверхность шабота снабжена штырем для центрирования молота на свае.

Внутри цилиндра возвратно-поступательно перемещается удлиненный поршень со сферической головкой, по форме соответствующей выемке в шаботе. При полном контакте сферических поверхностей поршня и шабота (в момент удара) кольцевая полость, образованная между стенками рабочего цилиндра и цилиндрической частью поршня в месте перехода ее в сферическую головку, представляет собой камеру сгорания. Топливо в сферу шабота подается под давлением не более 3—5 кгс/см2 (0,3— 0,5 МПа) плунжерным насосом низкого давления , которым управляет падающий поршень, нажимающий на приводной рычаг. К насосу топливо поступает по гибким резиновым шлангам из топливного бака, вынесенного из зоны удара и укрепленного на цилиндре в средней его части. Закрытая конструкция трубчатого молота практически исключает попадание в его внутренние полости абразивных частиц во время работы. Полость рабочего цилиндра сообщается с атмосферой через всасывающе-выхлоиные патрубки, направленные вверх.

Рис. 10.3. Последовательность работы трубчатого дизель-молота

Для смазки трущихся рабочих поверхностей цилиндра и поршня в верхней части поршня имеется масляный резервуар.

Перед пуском молота поршень поднимается «кошкой», подвешенной на канате, в крайнее верхнее положение, после чего происходит автоматическое расцепление «кошки» и поршня. При свободном падении вниз по направляющей трубе поршень нажимает на приводной рычаг топливного насоса, который подает дозу топлива в сферическую выточку шабота. При дальнейшем движении вниз поршень перекрывает отверстия всасывающе-выхлопных патрубков и начинает сжимать воздух в рабочем цилиндре, значительно повышая его температуру. В конце процесса сжатия головка поршня наносит удар по шаботу, чем обеспечивается погружение сваи в грунт и распыление топлива в кольцевую камеру сгорания, где оно самовоспламеняется, перемешиваясь с горячим сжатым воздухом. Часть энергии расширяющихся продуктов сгорания —газов (максимальное давление сгорания 7—8 МПа) передается на сваю, производя ее дополнительное (после механического удара) погружение, а часть расходуется на подброс поршня вверх на высоту до 3 м. Вследствие воздействия на сваю последовательно двух ударов — механического и газодинамического— достигается высокая эффективность трубчатых дизель-молотов.

При движении поршня вверх расширяющиеся „газы по мере открывания всасывающе-выхлопных патрубков 4 выбрасываются в атмосферу. Через те же патрубки засасывается свежий воздух при дальнейшем движении поршня вверх. По достижении крайнего верхнего положения поршень начинает свободно падать вниз, рабочий цикл повторяется, и в дальнейшем молот работает автоматически до полного погружения сваи. Таким образом, в течение первого такта цикла работы- трубчатого дизель-молота происходит продувка цилиндра, сжатие воздуха, впрыск и разбрызгивание топлива, а в течение второго — самовоспламенение горячей смеси топлива с воздухом и расширение продуктов сгорания, выхлоп отработанных газов в атмосферу и засасывание в цилиндр свежего воздуха.

Для нормальной работы трубчатых дизель-молотов при повышенных температурах окружающего воздуха применяют воздушное или водяное охлаждение стенок их рабочих цилиндров. При температуре воздуха до 25—30° С обычно применяют молоты с охлаждающими ребрами на внешней боковой поверхности цилиндра, а. при больших (свыше 30° С) температурах—молоты с водяной системой охлаждения в виде отдельных вертикальных секций, опоясывающих боковую поверхность цилиндра и соединенных в своей нижней части кольцевым баком, расположенным на уровне камеры сгорания. При работе в условиях низких температур вода из системы охлаждения сливается и в системе начинает циркулировать воздух.

В СССР серийно выпускаются трубчатые дизель-молоты с массой ударной части 500, 1250, 1800, 2500, 3500 и 5000 кг для погружения железобетонных свай всех типоразмеров массой до 13 000 кг и длиной до 25 м. Трубчатые дизель-молоты развивают энергию удара 15—150 кДж при частоте ударов 43—45 в минуту.

Массу ударной части дизель-молота подбирают в зависимости от массы погружаемой сваи и типа применяемого молота. Так, масса ударной части штангового дизель-молота должна быть не менее 100—125%, а трубчатого — 40—70% массы сваи, погружаемой в грунт средней плотности. Высота подскока ударной части дизель-молотов регулируется путем изменения количества впрыскиваемого насосом топлива, что позволяет изменять величину энергии удара в зависимости от типа свай и плотности грунта.

Трубчатые молоты более эффективны, чем штанговые, так как при равной массе ударной части могут забивать более тяжелые (в два-три раза ) сваи за один и тот же отрезок времени. Низкие энергетические показатели штанговых дизель-молотов, их невысокая долговечность( в два раза меньшая, чем у трубчатых) являются основной причиной того, что производство таких молотов в СССР сокращается, и они будут полностью заменены более совершенными трубчатыми молотами. Общим недостатком дизель-молотов является большой расход энергии на сжатие воздуха (50—60%) и поэтому малая мощность, расходуемая на забивку сваи.

Конструкция трубчатых дизель-молотов постоянно совершенствуется. В настоящее время созданы быстроходные трубчатые молоты с пневматическим буфером (пневмобуфером), частота ударов которых составляет 65—75 в минуту.

Пневматический буфер накапливает энергию при ходе ударной части вверх и сообщает ей дополнительное ускорение при разгоне вниз. Вследствие этого мощность молотов с пневмобуфером и, следовательно, темп погружения сваи примерно в полтора раза выше, чем у трубчатых молотов со свободным падением ударной части. Отечественные дизель-молоты с пневмобуфером аналогичны по конструкции, имеют массу ударной части 500, 1250, 1800 кг, развивают энергию удара соответственно 8,5, 19 и 27 кДж.

В нашей стране начат серийный выпуск новых прогрессивных гидравлических молотов простого и двустороннего действия, используемых в качестве сменного рабочего оборудования одноковшовых гидравлических экскаваторов.

Гидравлические молоты двустороннего действия являются машинами многоцелевого назначения, предназначенными как для сваебойных работ, так и для рыхления мерзлых грунтов и скальных пород, трамбования грунтов, булыжника и камня при устройстве оснований, разрушения дорожных асфальто-бетонных покрытий и т. п.

Принцип работы гидромолота двустороннего действия заключается в использовании энергии движущейся с большой скоростью массивной ударной части, разгон которой происходит под действием собственного веса и давления рабочей жидкости, на ее поршень. Рабочая жидкость подается от насоса и гидроаккумулятора.

В конструкцию гидромолота двустороннего действия (рис. Х.4) входят следующие основные узлы и детали: рабочий цилиндр с распределительным золотником и гидроаккумулятором, корпус с направляющей трубой, ударная часть и шабот. Массивная ударная часть подвешена к штоку поршня рабочего цилиндра посредством упругого шарнира.

Цикл работы гидромолота состоит из разгона ударной части вверх, торможения ее перед верхней «мертвой» точкой, разгона вниз и удара по шаботу. Ударная часть не имеет участков установившегося движения. Гидромолот работает следующим образом. При включении насоса рабочая жидкость поступает через золотник в штоковую полость рабочего цилиндра и в полость над поршнем гидроаккумулятора. Начинается разгон ударной части вверх. Во время подъема ударной части распределительный золотник удерживается пружиной в верхнем положении, жидкость из поршневой полости рабочего цилиндра через канал вытесняется через сливную магистраль в бак, а поршень аккумулятора перемещается вниз, накапливая рабочую жидкость. В конце разгона вверх поршень 6 перекрывает сливное окно, вследствие чего возрастает давление в поршневой полости, канале и над верхним торцом золотника. При этом золотник перемещается в нижнее положение, соединяя поршневую -полость рабочего цилиндра с напорной линией. Затем следует фаза торможения ударной части, во время которой поршень вытесняет жидкость из полости в аккумулятор.

Рис. 10.4. Гидромолот двустороннего действия

После остановки ударной части в верхней мертвой точке начинается ее разгон вниз под действием собственного веса и давления рабочей жидкости, действующего на поршень. Когда ударная часть достигает скорости, которую она имела бы при установившемся движении (при данной производительности насоса и площади поршня), аккумулятор начинает разряжаться, отдавая накопленную жидкость в рабочий цилиндр, а его поршень движется вверх. В конце хода вниз ударная часть наносит удар по шаботу.

Перед нанесением удара верхняя кромка поршня опускается ниже обратного клапана, через который жидкость из поршневой полости поступает в сливную магистраль, давление в системе падает, и под действием пружины золотник перемещается вверх. Далее цикл повторяется. Находящийся в направляющей трубе воздух свободно перетекает в полости над и под ударной частью по каналу, не оказывая существенного сопротивления ее движению.

Гидравлические молоты двустороннего действия комплектуют сменными, приспособлениями для крепления рыхлительного, дробящего и трамбующего инструмента.