Modelling of piling technology by vibroimpact device with hydropulse drive

Abstract

Based on the analysis of the developed mathematical model, this paper proposes optimal operating modes of the vibroimpact device to ensure the intensification of driving construction piles. It is an original design of a modern, highly efficient device for driving construction piles, equipped with a compact, powerful hydraulic impulse drive unit. To develop a mathematical model of the construction pile driving technology, the following methods were used: mechanoreological phenomenology, hydrodynamics, and generalised laws of mechanics. Mathematical models of the dynamics of technological processes of driving construction piles with a vibroimpact device are improved based on a hydraulic impulse drive unit in the form of a spatial non-stationary formulation of the problem and integral equations of dynamic characteristics of the moving elements of the drive unit. The study obtained the distribution of the pressure and velocity of the working fluid in the hydraulic unit of the vibroimpact device, as well as changes in the kinematic parameters of the elements of the technological equipment based on the mathematical model developed by the finite volume method, using numerical modelling and high-performance computer systems. Optimal modes of operation of a hydraulic impulse drive of a vibroimpact device are proposed to provide an intensification of the construction pile driving technology. It was found that when low-frequency vibration is applied, the driving of construction piles is intensified. Application of a hydraulic impulse drive that is based on twostage vibration excitation allowed implementing the vibroimpact modes of the device. The average pile driving speed with a vibroimpact interaction is five times higher compared to conventional driving methods.

Розроблена математична модель технологічного процесу роботи віброударного пристрою для занурення будівельних паль на базі гідроімпульсного приводу. На основі аналізу розробленої математичної моделі запропоновано оптимальні режими роботи вібраційного пристрою для забезпечення інтенсифікації процесу занурення паль. Запропоновано оригінальну конструкцію сучасного високоефективного пристрою для занурення будівельних паль, який оснащено компактним потужним гідроімпульсним приводом. Для розробки математичної моделі технологічного процесу занурення паль використовувались методи механореологічної феноменології, гідродинаміки і узагальнені закони механіки. Удосконалено математичні моделі динаміки технологічних процесів занурення паль віброударним пристроєм на базі гідроімпульсного привода, у формі просторово-нестаціонарної постановки задачі та інтегральних рівнянь динамічних характеристик рухомих елементів привода. На основі розробленої математичної моделі методом кінцевих об’ємів, за допомогою чисельного моделювання і високопродуктивних обчислювальних комп’ютерних систем, отримано розподіл тиску і швидкості робочої рідини в гідроімпульсному приводі віброударного пристрою, а також зміни кінематичних параметрів елементів технологічного обладнання. Запропоновано оптимальні режими роботи гідроімпульсного приводу віброударного пристрою для забезпечення інтенсифікації технологічного процесу занурення паль. Встановлено, що при застосуванні низькочастотної вібрації відбувається інтенсифікація процесу занурення будівельних паль. Застосування гідроімпульсного приводу на основі двокаскадного віброзбудження дозволило реалізувати віброударний режим роботи пристрою. Середня швидкість занурення палі за ударно-вібраційної взаємодії у середньому в п’ять разів вища порівняно з традиційними методами занурення.