DK142063B - Fremgangsmåde og apparat til dannelse af en trykbølge i et langstrakt legeme, eksempelvis for nedramning af pæle. - Google Patents

Description

(11) FREMLÆGGELSESSKRIFT 142063

DANMARK (6”lntCI·3 ! °0\ S 13/IS

§(21) Ansøgning nr. 511 72 (22) Indleveret den 1-7* Okt. · I 972 (23) Løbedag 17· Okt. 1972 (44) Ansøgningen fremlagt og o v*. 6r.

fremlseggelsesskriftet offentliggjort dan lo* auS· l^OU

DIREKTORATET FOR , _

PATENT- OG VAREMÆRKEVÆSENET (30 ^ ,5,54/7,. SE

(71) BIRGER LUDVIGSON, Soedra Vaegen 58, 412 54 Goeteborg, SE.

I72) Opfinder: Samme.

(74) Fuldmasgtig under sagens behandling:

Patentagentflrmaet Magnus Jensens Eftf.

(64) Fremgangsmåde og apparat til dannelse af en trykbølge i et langstrakt legeme, eksempelvis for nedramning af pæle.

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde og et apparat til dannelse af en trykbølge i et langstrakt legeme, eksempelvis en pæl, hvis ene ende eller hoved påvirkes af en faldhammer via en elastisk deformerbar slagpude omfattende et stempel, som arbejder i en cylinder mod virkningen af et ved hver slagcyklus i det væsentlige konstant gastryk.

Sædvanligvis nedrammes pæle med slag af en faldende, kort og tung faldhammer mod pælens top, pælehovedet. Hvis hammeren tillades at falde direkte mod pælehovedet, bliver spændingen i hovedet i hvert øjeblik under stødet proportionalt med faldhamme-rens hastighed. Da hammeren bremses hastigt af modtrykket fra pælen, indebærer dette, at den af stødet frembragte trykbølge udviser en kort og høj spændingstop, og spændingskurven bliver eksponentielt aftagende. Da nedramningsmodstanden - og dermed også „ 142063 pælens brudbelastning - forudsætter en vis pælespænding for at blive overvundet,, og da spændingstoppen ikke må medføre risiko for pælens styrke, er det indlysende, at den eksponentielt aftagende spændingskurve er uheldig, og at den for nedramning virksomme del af trykbølgen er lille. Brug af faldhammer giver derfor meget lav virkningsgrad.

Ved at placere en slagpude mellem pælen og faldhammeren kan stødbølgeformen ændres i heldig retning. Eksempelvis kendes fra beskrivelsen til fransk patent nr. 1.509.378 slagpuder med indbyggede fjedre eller i kamre indesluttede fluida. Disse kendte slagpuder giver pælehovedet elastiske egenskaber, men der er ingen mulighed for at regulere disse, altså at tilpasse dem efter jordmodstanden. Jordmodstanden kan variere selv under nedramning af en og samme pæl, og en forkert elasticitet kan vare ringere end slet ingen.

Formålet med opfindelsen er at anvise en fremgangsmåde af den omhandlede art, som dels gør det muligt at neddrive pæle mere sikkert og effektivt, og dels giver et bedre grundlag for bedømmel- · se af den nedrammede pæls bæreevne.

Dette opnås ifølge opfindelsen ved, at man i et første kammer i cylinderen indeslutter et gasvolumen og en væske og i et andet kammer, som står i forbindelse med det første, indeslutter en væske, at man under og umiddelbart efter stødet lader et instrument måle den elastiske deformation af pælens hoved og/eller spændings-forandringerne i dette, og at man lader et organ styre væskestrømningen mellem de to kamre i overensstemmelse med måleværdierne på instrumentet.

En yderligere forbedring af neddrivningens effekt kan ifølge opfindelsen opnås ved, at man efter et stød tilfører et energitilskud til slagpuden, som medfører kompression af gassen, og at udstyrer slagpuden med midler, som udløser dette energitilskud i forbindelse med det efterfølgende stød.

Opfindelsen angår som nævnt også et apparat til udøvelse af fremgangsmåden, hvilket apparat er af den art, der danner en trykbølge i et langstrakt legeme, eksempelvis en pæl, hvis ene ende eller hoved påvirkes af en faldhammer via en elastisk deformerbar slagpude, som indeholder en cylinder, i hvilken et stempel er bevægeligt under indvirkning af faldhammeren. Ifølge opfindelsen karakteriseres apparatet ved, at slagpuden er opdelt i mindst to kamre, som er indbyrdes forbundet, at det første kammer under 3 142063 stemplet indeholder et volumen gas og desuden en væske, medens det andet kammer indeholder væske, at apparatet har et instrument, som er indrettet til at måle de elastiske deformationer afppælens hoved og/eller spændingsændringer i dette, og slagpuden er udstyret med organer, som styrer væskestrømmen mellem kamrene i overensstemmelse med signaler fra instrumentet.

Apparatet kan indrettes til forbedring af neddrivningens effekt, ved at cylinderen foruden stemplet er bevægeligt under indvirkning af faldhammeren, indeholder et andet stempel, som er ' aksialt bevægeligt under påvirkning af det langstrakte legeme, og at det andet kammer afgrænses mellem det andet stempel og cylinderens nærliggende endevæg, samt at organet til styring af væskestrømmen mellem kamrene er placeret i det andet stempel. Det er herved hensigtsmæssigt, at det andet stempel har en første kanal» som står i forbindelse med det første kamrør, hvorved et ventillegeme, som regulerer væske strømmen, er anbragt mellem alle tre kanaler, af hvilke de to sidstnævnte hver er forsynet rød en kon-traventil på en sådan måde, at den ene giver strømning fra det andet kammer i retning mod ventillegemet og den anden fra ventillegemet til det andet karøer.

En god styring af gastrykket kan ifølge opfindelsen opnås ved, at det strømningsregulerende organ udgøres af en reversibel pumpe, som overfører væske fra det andet kamme? til det første kammer eller i modsat retning.

Det af faldhammeren påvirkede støopøl kan til nedsættelse af pladsbehovet fordelagtigt være udformet som et hullegeme, der omslutter den ene del af det første kamrør og er åbent mod dettes anden del.

En yderligere forøgelse af neddrivningseffekten kan afstedkommes ved, at slagpuden bibringes et energitilskud, som udløses ved stødet. Det af faldhammeren påvirkede stempel er da hensigtsmæssigt udformet som et flertrinsstempel, hvorved det fra det første kammer afgrænser et tredje kammer ved cylinderens mod f ald-hammeren vendte ende, samt at en af en passende kilde dreven pumpe er indrettet til at transportere væske fra det andet kammer til det tredje karøer. Det er herved fordelagtigt, at flertrlnsstemp-let er indrettet til oed et i cylinderen bevægeligt ringformet tætningselement at afgrænse en passage for strømning af væske mellem det tredje og det første karøer, henholdsvis mellem det tredje kammer og det andet karøer.

142063 4 I stedet for an løs tætningsring kan man ved flertrins-stemplet udforme flere forbindelsesåbninger mellem det første og det tredje kammer i forskellige niveauer. En god styring af strømmen opnås da, ved at et af faldhammeren påvirket ventilorgan er indrettet til at sætte disse åbninger i indbyrdes forbindelse for strømning af væske mellem det tredje kammer og det andet kammer via i cylinderen udformede passager, der er forsynet med kontraventiler.

Opfindelsen skal i det følgende forklares nærmere i forbindelse med tegningen, hvor fig. 1 viser hovedkomponenterne i et apparat ifølge opfindelsen beregnet for pæleramning, fig. 2 en grafisk repræsentation for sammenspillet mellem faldhammer, slagpude og pæl, fig. 3 skematisk en udfμrelsesform for en slagpude, fig. 4 en anden udførelsesform for en slagpude, fig. 5 en modificeret udførelse af den øvre del af den i fig. 4 viste slagpude, fig. 6 en tredje udførelsesform for en slagpude, og fig. 7 en alternativ udførelsesform for den i fig. 5 viste konstruktion.

I det teoretisk ideelle tilfælde skal kraften, som omsætter en faldhammers bevægelsesenergi til en trykbølge i en pæl, være konstant i den periode stødet varer. Trykbølgen i pælen får da den for pæleramning mest formålstjenlige rektangulære form. Under disse forhold bevæger pælehovedet sig med konstant hastighed i stødretningen, så Isenge stødet varer.

5 142063

Faldhammeren bliver i den samme periode bremset i sin faldbevægelse. Bremsekraften er, som retardationen, konstant, Den ønskede konstante hastighed hos pælehovedet ud#· lukker en kontakt mellem faldhammer og pæl. Bevægelsesenergien må formidles til pælen af et legeme, som tillader deformation 1 stødretningen, og som i det beskrevne idealtilfælde har den egenskab, at den for deformation nødvendige kraft skal være konstant.

Målsætningen ifølge opfindelsen anskueliggøres i den følgende forklaring, som behandler de teoretiske forudsætninger for en effektiv udnyttelse af faldhammerens bevægelses-energi i arbejdet med at overvinde jordens modstand mod pælens nedtrængen. Fremgangsmåden ifølge opfindelsen kan anskueliggøre s af den principielle opstilling i fig. 1, hvor styre-og andre hjælpemekanismer er udeladt.

Faldhammeren 1, hvis nasse er H, falder mod det elastiske organ 2, der her omtales som en slagpnde, hvorved dette komprimeres under en konstant eller næsten konstant kraft P. ” -Kraften P trykker derved også mod pælen 3 og frembringer i denne en komprimering eller trykbølge, som bevæger sig fra pælehovedet mod pælespidsen med lydene hastighed c i pæle- i ; .. ..'i :.? v.’ materialet, og hvis potentielle energi udnyttes til at overvinde jordens modstand mod pælens nedtrængen.

Under fåldhaamerens 1 fald mod slagpuden accelereres hammerens 1 masse af kraften H, og hammerens acceleration ander -faldet er lig med tyngdeaccelerationen g. ?ed kontakt med : ^ ί slagpuden 2 har hammeren 1 i stødøjeblikket hastigheden vQ.

Under stødet retarderes faldhammeren i sin faldbevægelse og får en accelereret bevægelse opad. Den kraft, som derved påvirker hammeren 1, er sammensat af dels kraft«! P fra slagpuden e : ; 1 2 rettet opad og dels af hammerens 1 vægt H, som er rettet ned ad. Faldhammerens 1 acceleration under stødet er: <.....

aH = JLslS— g.

H

142063 6 Sædvanligvis er ved pælenedramning H lille sammenlignet med P og accelerationen der tilnærmes: aH “ — g tt H g.

Faldhammerens 1 hastighed ved tidspunktet t efter stødøjeblikket er VH = Va - aiit.

Når hammerens hastighed er nul, har den afgivet sin bevægelses-energi til slagpuden 2. Det indebærer, at stødtiden

b - VaH

er et vilkår for optimalt udbytte af faldhammerens bevægelsesenergi.

Den del wf af den totale energi, som ved et vilkårligt tidspunkt t% overføres til slagpuden 2 er: w? t’ (2 " ΐ») o og den strækning H hammeren har bevæget sig efter stødøjeblikket, opnås af: 2 SH = Yot ~ aH I .

Under stødet påvirkes pælehovedet af kraften P fra slagpudens komprimering. Pælehovedets hastighed er da

Up = Pc r EA.

Hastigheden er konstant og bestemt af kraften P, lydens hastighed c i pælen, pælens tværsnitsareal A og pælematerialets elasticitetsmodul E. Pælehovedets vej efter stødøjeblikket er £L = Ilt.

P P

Komprimeringen af slagpuden angives af forskellen mellem faldhammerens vej og pælens vej, altså 2

S = SH - Sp - (Vy t + aH I

hvoraf indses, at komprimeringen er nul for t = o, dvs. i stødøjeblikket og for * ‘ T = K 'W'

Af dette fremgår, at VQ skal være større end Vp for at en komprimering skal forekomme og den ønskede kraft P skal opnås.

For t = T er slagpudens komprimering gået tilbage til udgangsstillingen før stødet. Dette betyder, at ingen af stødet tilført energi længere er lagret i slagpuden.

7 142063

Hvis dette tidspunkt falder sammen med det tidspunkt, hvor-fald-hammerens bevægelsesenergi er nul, dvs. hammerens hastighed er nul, indses det, at hele den bevægelsesenergi, hammeren havde i stedede-blikket, er overført til pælen. Betingelsen for denne optimale e-nergioverførsel mellem faldhammer og pæl er at

Vo - 21ΓΡ.

Faldhammerens 1 hastighed i stødøjeblikket skal være dobbelt så stor som pælehovedets hastighed under udvirkningen af kraften P fra slagpuden.

Faldhammerens bevægelsesenergi er nu helt overført til potentiel energi 'i pælen og optræder der i form af en trykbølge med trykkraften P og længden Tc. Trykbølgen er så lang, at vægten af den del af pælen, som omfattes af trykbølgen er lig med hammerens dobbelte vægt, altså

TcAX - 2H

hvor X er pæleaaterialets massefylde. Dette betyder også, at de ovennævnte relationer ikke gælder, hvis faldhammeren 1 er tungere end pælen 3. Er hammeren for tung, vil nemlig pælehovedets hastighed under den senere del af stødperioden påvirkes af forstyrrelser, som reflekteres fra pælespidsen.

Denne redegørelse over samspillet mellem faldhammer, slagpude og pæl anskueliggøres grafisk i fig. 2.

Faldhammeren bevæger sig fra stsdø^eblikket (t*0) langs en parabelformet kurve A-B-C. Parablens derivater angiver hammerens ha - Λ étlghed, Hældningen af linien A-A , som er tangent til parablen i punktet A, angiver hammerens hastighed 1 stødøJeblikket. Hvis linien A-B repræsenterer pælehovedets bevægelse, som funktion af tiden, vil forskellen mellem parablen A-B og den rette linie A-B repræsentere komprimeringen i slagpuden, og hældningen af linien A-B angiver pælehovedets hastighed Vp.

Det indses, at hvis

Vp = Vo, F ir så skærer linien A-B1 parablen i vertex (punkt B) hvor hammerens hastighed

Hvis

Vp < Vo svarende til linien A-D , bliver slagpudens komprimering føret nul, efter at faldhammeren har fået en opadgående bevægelse med en has 142063 8 tighed, som angives af parablens derivat i punktet D. Til denne hastighed svarer en bevægel se senergi ,som går tabt for så vidt den ikke kan udnyttes i arbejdet med at løfte faldhammeren til et nyt slag.

For

Vo<Up < Vo 2 r indses, at slagpudens komprimering igen er blevet nul, endnu medens hammerens bevægelse er nedadrettet. Trykbølgen i pælen afsluttes da med en eksponentielt aftagende spændingskurve med lavere pælespænding til følge.

Er Up > Vo udebliver enhver komprimering i slagpuden, og nedram-ningen foregår, som om slagpuden var udeladt.

Hvad angår samspillet mellem pælen og jorden, når trykbølgens potentielle energi skal udnyttes i neddrivningsarbejdet, henvises til H.C. Fischer : "On longitudinal Impact", Uppsala I960. I del III behandler Fischer et tilfælde, hvor jordens neddrivningsmodstand antages at udgøre en friktionskraft F, som er koncentreret til pælespidsen. Fischer indfører begrebet relativ friktion

f = F

Py hvor Py er den kraft, som optræder i pælespidsen» når trykbølgen reflekteres mod et stumt underlag. Med de tidligere indførte betegnelser er altså Py = 2P.

Fischer viser, at den del w" af energien i trykbølgen, som udnyttes i nedramningsarbejdet, er afhængig af f således: w" = Yf (1-f).

For f > 1 bliver w" negativ. Dette indebærer, at friktionskraften F er for stor, at der ikke opnås nedtrængning, og at energien i trykbølgen reflekteres og genfindes i en opadgående trykbølge. For enhver værdi af F findes således en mindste værdi af P, som må overskrides, før pælen vil føres nedad ved et slag.

For 1 > f > 1/2 bliver o < w" < 1.

En del af energien anvendes således i nedramningsarbejdet, medens den øvrige del 1-w" af energien reflekteres opad i pælen.

Hvis trykbølgens længde Tc > 2L, hvor L er palens længde, vil den reflekterede bølge reducere stødkraften P under den senere del af stødperioden T, som tidligere anført er Tc > 2L når H > ALX.

For f = 1/2. er w" = 1. Hele den stødenergi, som tilføres pælen, udnyttes da i neddrivningsarbejdet.

For 1/2 > f > o vil den i pælespidsen reflekterede spændings- 9 142063 bølge udsatte palen for en trakspanding.

Den resulterende spandingsbølge reflekteres atter ved palehove-det, og en ny trykbølge går néd mod peleøpidsen. Denne sekundåre trykbølge kan, hvis spandingsintenslteten er tilstrakkelig, bidrage endnu engang i arbejdet med at føre palen nedad. For Tc > 2L vil den sekundere trykbølge forstarke den primåre trykbølge, hvis stødperioden endnu ikke er afsluttet. .T

Denne hårdø ansl&ning kan således give en god virkningsgrad. Trakspandingerne, som optrader i palen, ør imidlertid i visse tilfalde skadelige, og kmn eksempelvis ved arbejde med betonpale kun ' godtages, hvis palen er forstarket mød langsgående armring i et sådant omfang, at skadelige sprakkedaniJeleer forhindres.

Af dette kortfattede reauae af Fioellf* afhandling drage· den konklusion-, at hele den tilførte øtødepergl kun udnyttes i neddrlv-ningsarbejdet, hvis kraften F 1 slagpuden er lig med neddrivningeaed-standen. Hverken en sterre kraft eller en mindre kraft giver således samme fordelagtige energiudbytte. Ved palebovedet konstatere« dette fordelagtige energiudbytte derved, at palebovedet forbliver i hvile efter slaget uden at blive forstyrret af en reflekteret spandihge-bølge i eller »od ølagretnlagen. Udredningen bekrafter eget døa tidligere fremsatte påstand, at i dat teoretisk ideale tilfalde skal :'r kraften P 1 slagpuden vare konstant,i den tid stedet varer.

Fischer behandler senere 1 sin afhandling tilfleld% hver jordede neddrivningamodstand antagea at udgere fTiktionekricftør fordelt dver palens langde og tilfald· hvor neddrlvningsaedatanden er keibineret med en elastisk fjedring. Samtlige tilfalde kan tilbageferee til Oten-navnte redegørelse.

Som sammenfatning kan det konstatere», at for hver forekommende kombination af Jordbundsforhold, neddrivningamodstand, pale- og haa-mervagt findes der bestemte tardier for fåldhammerena faldhøjde h0".-og stødkraften P frm slagpuden, der koabinéret indbyrdes gieir en maksimal udnyttelse af den tilførte slagenergi i arbejdet »ed at drive palen ned.

Da jordbundsforhold og nøddrivningeaodstand varierer under nød-ramningen af en paller a&danne anordninger ttedvendige hos slagpuden, at stødkraften F kan andres for tilpasning til dø øjeblikkeligt aktuelle forhold. En andring i kraften P kraver også en tilpasning åf faldhammerena faldhøjde h0,for at energiudbyttet skal vare optimalt.

En kendt fremgangsmåde for nedrasming af 'pale forudsatter, at der mellem faldhammer og pal placeres et elastisk legeme eller organ, 142063 10 som i forvejen er sat under et sådant tryk, at den kraft, som under stødet formidles til pælen, er mindst så stor, som jordens modstand mod neddrivning, og med sikkerhed mindre end den største kraft, som pælen kan tåle uden at blive beskadiget.

Det er i ovenstående redegørelse vist, at en slagpude, som før ramningen er forberedt til at opfylde disse egenskaber, ikke udgør nogen garanti for en god virkningsgrad i arbejdet. Por at give den ønskede gode virkningsgrad skal - udover nævnte egenskabers tilstedeværelse hos slagpuden - dels forspændingen i puden være således tilpasset jordbundsforholdene,at den kraft, som formidles til pælen under stødet, er lig med neddrivningsmodstanden og dels faldhammerens faldhøjde - eller hammerens hastighed i stødøjeblikket - være således tilpasset forspændingen i slagpuden, at hastigheden Vo i stødøjeblikket er dobbelt så stor som den hastighed VP» hvormed pælehovedet bevæger sig under stødet.

Fremgangsmåden ifølge en udførelsesform for opfindelsen forudsætter således en slagpude, som tillader deformation i stødretningen, og som formidler en stødkraft af forudbestemt størrelse til pælen. Egnetheden af den anvendte stødkrafts størrelse aflæses på pælehovedets bevægelse efter stødet eller på spændinger i pælen,når trykbølgen har passeret. Aflæsningerne,som kan foretages visuelt eller via instrumenter, giver grundlag for at tilpasse stødkraften til øjeblikkeligt aktuelle arbejdsforhold,og slagpuden forsynes med anordninger for gennemførelse af denne tilpasning. Faldhammerens faldhøjde overvåges,så at hammeren er i hvile,når deformationen i slagpuden er vendt tilbage til udgangsstillingen.

Slagpuden for denne udførelsesform for opfindelsen forklares nærmere i forbindelse med fig. 3.

En cylinder 4 er i sin ene ende lukket af et stempel 5, hvis yderste stilling bestemmes af lejet 6 på cylinderen. I den anden ende lukkes cylinderen af et stempel 7, hvis stilling bestemmes af et mellem cylinderen 4, lejet 8, stemplet 7 og dets aksel 9 indesluttet væskevolumen 10. Rummet, som begrænses af cylinderen 4, stemplet 5 og stemplet 7 er delvis fyldt med en gas 11 under højt tryk og i øvrigt af væske 12. Væskevoluminet 12 står i forbindelse med væskevo-luminet 10 over en regulerbar ventil 13 og to kanaler forsynet med kontraventiler 14, der er således anordnede, at væske, ved en vis indstilling af ventilen 13, kun kan passere i retning fra voluminet 12 til voluminet 10 og ved en anden indstilling af ventilen 13, kun kan 142063 11 passere fra voluminet 10 til voluminet 12"·^ Ventilen 13 kan også være lukket og hindrer da fuldstændig væskestr—ntng. Mellem cylinderen 4 og stemplerne 5,7,9 findes pakninger 15.

Nedramningsarbejdet udføres,ved at faldhammeren 1 falder strækningen h0 mod stemplet 5 og rammer dette med hastigheden V0 =.V2gE^. Stemplet 5 presses ind i cylinderen 4, hvis cylinderkammer delvis er fyldt med gas 11 under hejt tryk. Så længe stemplet 5 af hammeren 1 holdes inden for dets i figuren viste yderste stilling, trykkar gassen dels mod hammeren 1, som retarderes i sin faldbevægeløe, og dels via væsken 12 og stemplet 7,9 mod pælen 3. I pælen dannes en trykbølge, som giver pælehovedet en nedadrettet bevægelse med hastigheden Vp, hvis størrelse er proportional med trykket i gassen 11. Værdierne af faldhøjden hQ og trykket i gassen 11 vælges,så at V0 2 2Yp.

Til hver værdi af trykket i gassen 11 svarer således en vis beregnelig værdi for faldhøjden hj,, som giver des bedsi» udnyttelse af stød-energien. I praksis kan det optimale energiudbytte også overvåges, ved at hammerens bevægelse efter stedet observeres. Anvendes nemlig en for stor faldhøjde h0, bliver Vo > 2Vp,og hammeren 1 vil efter stødet forlade stemplet 5 i en opadrettet bevægelse og med en energi, som således går tabt i ramningsarteJdet. ffnsmnvfin 1 fjedrer således tilbage fra steaplet 5· β

Energiudbyttet bliver

Hvis tilbagef Jedringshøjden betegnes hg, kan energiudbyttet også udtrykkes som v» = 1 - hø Hø Såvel hQ som h8 kan observeres,og 1½ tilpasses således^at hB bliver lille og nærmer sig grænseværdien nul.

Den 1 pælen 3 frembragte trykbølge går med lydhastighed aod pælespidsen. Når trykket i gassen 11 er korrekt tilpasset Jordbundsforholdene, vil al potentiel energi i trykbølgen blive udnyttet vi ned-drivningsarbøJdet,og pælehovedet forbliver stillestående,når sted-perioden er overstået.

Er derimod trykket i gassen 11 for højt, vil pælehovedøt til tidspunktet t » efter stødøjeblikket blive trukket nedad af en fra pælespidsen reflekteret trækbølge. Dette observeres under arbejdet blandt andet derved, at hammeren 1 et øjeblik bliver hængende fast i • ;Vi 12 U20S3 luften, inden den igen falder ned mod pælehovedet.

Er på den anden side trykket i gassen 11 for lavt, vil den reflekterede bølge være en trykbølge, som, når den når pælehovedet, støder slagpinden 2 fra sig, altså opad.

Korrekt tryk i gassen 11 er altså en forudsætning for god virkningsgrad. Trykket tilpasses ved hjælp af ventilen 13. Er gastrykket 11 for højt,stilles ventilen 13, så væske kan passere fra voluminet 10 til voluminet 1¾. hvilket er muligt mellem stødperioderne, hvor trylfcet li voluminet 1® er højest. Stemplet 7 forskydes herved, så gasvolu-minet 11 bliver større og trykket lavere.

Er gastrykket 11 for lavt i forhold til jordbunden, indstilles ventilen 13, så væske kan passere fra voluminet 12 til voluninet 10, hvilket er muligt i den periode stødet varer.

Det kan almindeligvis være nødvendigt at justere gastrykket 11 flere gange under nedramningen af en pæl, da jordens modstand kan forandres og sædvanligvis forøges,efterhånden som nedramningen skrider frem. Der er ikke i fig. 3 vist de nødvendige mekanismer for regulering af ventilen 13. Disse mekanismer kan være mekaniske eller hydrauliske og drives manuelt eller af en motor.

Faldhammeren løftes og slippes for hvert slag, ved hjælp af eksempelvis et kranspil eller et automatisk arbejdende organ, eksempelvis af gastrykket i en som forbrændingsmotor fungerende arbejds-cylinder.

Ventilen 13 kan også tænkes erstattet af en reversibel pumpe 23, som transporterer væsken mellem voluminerne 10 og 12. En sådan udformning er vist i fig. 4, hvor endvidere faldhammeren løftes ved hjælp af det ekspanderende gasvolumen 11.

I fig. 2 anskueliggøres,hvorledes hammeren 1 fra stødøjeblikket, på tidsaksen repræsenteret ved punktet A, bevæger sig langs parablen A-B-C under udvirkningen af kraften P på · slagpuden. I punktet C har faldhammeren samme hastighed V0 som i startøjeblikket, men hastigheden er modsat rettet. Hvis stødperioden afbrydes i punktet C, vil hammeren kastes tilbage til udgangspunktet for faldbevægelsen, og arbejdsforløbet kan begynde forfra.

Under stødperioden repræsenteret af strækningen A-C, har pælehovedet bevæget sig strækningen V0t. Til opnåelse af automatisk drift af pæleramningen skal således gassen 11 i slagpuden 2 for hvert slag komprimeres til en værdi, som modsvarer deformationen Vpt. Denne forspænding skal udløses under slaget og give faldhammeren 1 det energitilskud PVpt, som kræves for automatisk drift.

13 UZ0G3

Stødtidens længde er fo ah dvs. dobbelt så lang som den stedtid, der opnås ned den i fig. 3 V1-ste .udformning »Dette indebærer en i det mindste fordoblet effekt i pæleramningsarbejdet.

Denne udførelsesfonn skal i det følgende forklares nærmere i forbindelse med fig. 4.

Cylinderen 4 lukkes i den ene ende af et koncentrisk anbragt, ’ som cylinder 16 udformet stempel, hvis ene endestykke er tæt, og hvis anden ende er åben mod rummet i cylinderen 4» Cylinderen 16 slutter tæt mod cylinderen 4 ved lejet 6 og mod et ringformet ventilelement 17, som kan glide mod og tætner mod cylinderens 4 indereide* Ventil— elementet 17 tætner mod et leje 18 på cylinderen 16. Cylinderens· 4 modsatte ende er i princippet udformet som forklaret i forbindelse med fig, 3* Ventilanordningen 13 i fig, 3 or dog erstattet af en reversibel pumpe 23 med drivanordning 24* Sas 11 undér hajt tryk ϋ* indeholdt i cylinderen 16. Øvrige rum er fyldt af væske. Cylinderen 16 presse« af gassen 11 til en øverste stalling Jbvorred eXaSferité^f 17 støder mod lejet 6 og ta tner mod lejet 18.

En pumpe 19, der drives af en ydre kraftkilde 20, pamper vmké fra cylinderruaaæt 12 til det ringformede ram 21, so* begrænses cylindrene 4 og 16 og elementet 17. Cylinderen 16 presses de*ind cylinderen 4, hvorved også gassen 11 komprimere«.

Når gassen 11 har flet et paaaande energitilskud falder bfeaile^3 ren 1 mod cylinderen 16, hvorved gassen 11 komprimere« yderligere,3 samtidig med at ventilen ved 18 åbne«, og ventileleaentet vf' tilbageføres til sin øversts stilling af fjederen 22, medens vtoSke~ Iriserer mellem cylinderens 16 yderside og el—Iwtet 17 fra rammert 21 xii rummer Lå· axsgxeogcieii Teu gESBens jjl kchiii1 iserxzig uucnf pemv^ ning af faldhammeren 1 bliver på denne måde kortere end slaglangdtosi ved trykgassens ekspansion. Stemmeren 1 kartes derved tilbage til udgangsstillingen for en ny faldbevagelse og fastholdes i denne udgangsstilling ved hjælp af passende, ikke viste organer.

Inden hammeren 1 frigives og atter rammer cylinderen 16, med et nyt stød, har pumpen 19 gengivet gassen 11 det ønskede højere tryk, som indebærer,at stemplet 5 presses nedad i cylinderen. Arbejdsforløbet gentages,så længe pumpen 19 arbejder og gassen 11 tilbagekaster hammeren 1 til en sådan højde, at hastigheden vQ i stødøjeblikket 142063 14 er større end pælehovedets hastighed Vp ander stødet. Dette er en betingelse for,at ventilen ved 18 åbnes.

En udførelsesform, som arbejder uafhængigt af faldhammerens hastighed VQ,er vist i fig. 5. Ventilen ved 12 - i fig. 4 - er erstattet af en ventil, der styres af en tap 25, som strækker sig gennem det med hammeren vendte endestykke af cylinderen 16. Tappen 25 står i direkte forbindelse med en cylinderring 26, som dækker et antal huller 27 i cylinderen 16. I den på tegningen viste stilling, pum- / pes væske fra rum 12 til rum 21 på samme måde som beskrevet tidligere. Når hammeren 1 presser toppen 25 ind, åbnes forbindelsen mellem rummene 12 og 21 gennem hullerne 27, hvorved gassen 11 kan ekspandere og udøve sin kraft mod hammer og pæl. Hvis produktet af gastrykket og toppens 25 tværsnitsareal er mindre end faldhammerens vægt,åbnes ventilerne 27 uafhængigt af hammerens anslagshastighed. Den viste udformning indebærer dog ingen indskrænkning for VQ > Vp.

En modificeret udførelsesf orm for den automatisk drevne faldham-mer vises også i fig. 5. I cylinderens 16 mod cylinderrummet 12 vendte endestykke er anbragt et ventillegeme 28, som normalt tillader væ-' Skepassage mellem.rummene i cylindrene 16 og 4.Når cylinderen 16 rammes af et stød, idet det forudsættes at V0 > Up, vil cylinderen 16 blive presset ind i cylinderen 4. Ventillegemet 28 vil på grund af egen massetræghed og af trykdifferencen mellem rummene 11 og 12 tætne mod endepartiet af cylinderen 16. Virkningen heraf bliver «π midlertidigt forhøjet stødkraft, som senere, under ekspansion af gassen 11, overgår til den stødkraft, som er bestemt af trykket i gassen. Denne modificerede udførelsesform egner sig ved jordbundsforhold, som udviser en større modstand,inden pælen kommer i bevægelse end under be*-vægeisen.

I fig. 4 er det forudsat,at væsken er indesluttet i adskilte kamre i cylinderen, mellem hvilke væsken kan strømme i reguleret mængde.

I den alternative udførelsesform, der vises i fig. 6, er et reservoir udformet i slagpuden adskilt fra det egentlige cylinderrum 11,12. Slagpuden er forsynet med et stempel 5, som er formet som en hul cylinder 16, hvis nedre udvidede parti 31 tætnende ligger an mod væggen i cylinderen 4. Væske føres fra reservoiret til cylinderen og omvendt ved hjælp af en reversibel pumpe 23, som drives af en motor 24. I rummet mellem stemplet 5 og cylinderens øvre del er et ventillegeme 32 aksialt forskydeligt og indrettet til i en stilling at tætne mod den øvre flade af stemplets 5 udvidede parti 31. Pumpen 19, . . «: · · 142063 15 der drives af en motor 20, pumper væske fra reservoiret 30 til rummet 34, hvorved gassen 11 bibringes det energitilskud, som udløses ved stødet fra faldhammeren. Slagpuden arbejder på samme måde som i fig. 4 men med den forskel,at vaske under stødet tilbageføres fra , rummet 34 til reservoiret 30, hvorved den passerer mellem cylinderens 16 yderside og ventillegemet 32, samt gennem envejsventilen 33.

Fig. 7 viser en alternativ udførelsesform for den i fig. 5 viste konstruktion. Som i fig. 6 er et reservoir udformet i slagpuden, adskilt fra det egentlige cylinderrum 11,12. Når hammeren presser tappen 25 ind, forskydes ventillegemet 26,og forbindelse åbnes fra rummet 34 via hullerne 36,37 og 33 til reservoiret 30.

Reservoiret for vaske kan endvidere vare helt adskilt fra slagpuden og stå i forbindelse aed denne gennes vaskeførende ledninger.

I det foranstående er det forudsat, at faldhammer og slagpude er adskilt. Alternativt kan hammeren vare sammenbygget eller -koblet med enten stemplet 5 eller cylinderen 4, hvorhos den ikke sammenbyggede eller -koblede del påvirker pælen under stedet.

Det energitilskud, som tilføres gassen 11 for at give automatisk drift, kan også frembringes ved, at rummet 34 i fig. 6 og 7 udformes som eller tilsluttes en som arbejdscylinder i eksempelvis en forbrændingsmotor eller en vamluf tmotor.

Fælles for disse automatisk virkende udførelsesferær er, at femmeren løftes ved hjælp af det ekspanderende gasvolumen 11, og at slaglængden hos cylinderens 16 bevægelse i forhold til cylinderen 4 er kortere under kompressionen end under ekspansionen af gassen 11. , I de beskrevne anordninger »r det forudsat at gas under tryk udgør det medium, aom optager deformationen under stedperioden, I stedet for trykgas kan et andet elastisk medium eller legeme eller elastiske kombinationer af forskellige materialer benyttes.

Faldhammerens 1 elagfrekvene kan eges ved hjalp af en elastisk mekanisme 29 (fig. 1), som øger hammerens acceleration under kaste-bevægelsen. Anlæg for kraften fra mekanismen 29 kan hensigtsmæssigt placeres i en pælekran eller andre, ikke viste styreorganer·

Claims (10)

142063 16 Patentkrav.

1. Fremgangsmåde til dannelse af en trykbølge i et langstrakt legeme, eksempelvis en pæl (3), hvis ene ende eller hoved påvirkes af en faldhammer (1) via en elastisk deformerbar slagpude (2), omfattende et stempel, som arbejder i en cylinder mod virkningen af et ved hver slagcyklus i det væsentlige konstant gastryk, kendetegnet ved, at man i et første kammer i cylinderen indeslutter et gasvolumen og en væske og i et andet kammer, som står i forbindelse med det første, indeslutter en væske, at man under og umiddelbart efter stødet lader et instrument måle den elastiske deformation af pælens hoved og/eller spændingsforandringerne i dette, og at man lader et organ styre væskestrømningen mellem de to kamre i overensstemmelse med måleværdierne på instrumentet.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at man efter et stød tilfører et energitilskud til slagpuden, som medfører kompression af gassen, og at man udstyrer slagpuden med midler, som udløser dette energitilskud i forbindelse med det efterfølgende stød.

3. Apparat til i overensstemmelse med fremgangsmåden ifølge krav 1 at danne en trykbølge i et langstrakt 1egerne, eksempelvis en pæl (3)» hvis ene ende eller hoved påvirkes af en faldhammer (l) via en elastisk deformerbar slagpude, som indeholder en cylinder, i hvilken et stempel (5) er bevægeligt under indvirkning af faldhammeren (1), kendetegnet ved, at slagpuden er opdelt i mindst to kamre (10,30; 11,12), som er indbyrdes forbundet, at det første kammer (11,12) under stemplet (5) indeholder et volumen gas (11) og desuden en væske (12), medens det andet kammer (10,30) indeholder vaske, at apparatet har et instrument, som er indrettet til at måle de elastiske deformationer af pælens hoved og/eller spændingsændringer i dette, og at slagpuden er udstyret med organer (13,23), som styrer væskestrømmen mellem kamrene i overensstemmelse med signaler fra instrumentet.

4. Apparat ifølge krav 3, kendetegnet ved, at cylinderen foruden stemplet (5), der er bevægeligt under indvirkning af faldhammeren, indeholder et andet stempel (7), som er aksialt bevægeligt under påvirkning af det langstrakte legeme (3), at det andet kammer (10) afgrænses mellem det andet stempel 142063 17 (7) og cylinderens nærliggende endevæg, og at organet til styring af væskestrømmen mellem kamrene er placeret i det andet stempel (7)·

5. Apparat ifølge krav 4, kendetegnet ved, at det andet stempel (7) har en første kanal, som står i forbindelse med det første kammer (11,12) og to andre kanaler, som står i forbindelse med det andet kammer (10), hvorved et ventillegeme (13), som regulerer væskestrømmen, er anbragt mellem alle tre kanaler, af hvilke de to sidstnævnte hver er forsynet med en kontraventil (14) på en sådan måde, at den ene giver strømning fra det andet kammer (10) i retning mod ventillegemet og den anden fra ventillegemet til det andet kammer (10).

6. Apparat ifølge krav 3, kendetegnet ved,at det strømningsregulerende organ udgøres af en reversibel pumpe (23), som overfører væske fra det andet kamner (10,30) til det første kammer (11,12) eller i modsat retning.

7. Apparat ifølge krav 3, kendetegnet ved, at det af faldhammeren påvirkede stempel (5) er udformet som et hullegeme (16), som omslutter den ene del (11). af et første kammer (11,12) og er åbent mod dettes anden del.(12).

8. Apparat ifølge krav 3, kendetegnet ved, at det af faldhammeren påvirkede stempel (5) er udformet som et flertrinssterapel, hvorved det fra det første kammer (11,12) afgrænser et tredje kammer (21,34) ved cylinderens mod faldhammeren vendte- ende, samt at en af en passende kilde (20) dreven pumpe (19) er indrettet til at transportere væske fra det andet kammer (30) til det tredje kammer (21).

9. Apparat ifølge krav 8, kendetegnet ved, at det af faldhammeren påvirkede stempel (5) er indrettet til med et i cylinderen bevægeligt, ringformet tætningselement (17,32) at afgrænse en passage for strømning af væske mellem det tredje (21) og det første kammer (11,12), henholdsvis mellem det tredje kammer (34) og det andet kammer (30).

10. Apparat ifølge krav 8, kendetegnet ved, at det af faldhammeren påvirkede stempel (5) har flere i forskellige niveauer anbragte åbninger (36,37) mellem det første kammer (11,12) og det tredje kammer (34), og at et af faldhammeren (1) påvirket ventilorgan (25,26) er indrettet til at sætte disse åbninger i indbyrdes forbindelse for strømning af væske mellem