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Marteau vibrant,
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ta présente invention a pouf objet un marteau ' vibrants enfoncer des pieu* et des tubes d'acier
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dans le sol s pieux et tubes oui seront désignés par émeute âatUa le texte qui va suivre; oe marteau communique
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à l'élément destina à âtre enfoncé en même temps un
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mouvement Vërlkidal et un mo4iement de rotation.
Léo manteaux' Vibrants oit autres dispositifs à Vibration et à p<s'ï'9ueeioh dstihés à enfoncler des éléments danu le sol# qui sont odrinue jusqu'ici communiquent
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uniquement un mouvement Vertical Ce mouvement cet engendré
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soUA Inaction de forcée cehtr1fuges exercées par deux
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masses identiques disposée! symétriquement et excentrique
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ment sur deux arbrèa horizontaux parallèles tournant en
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sens opposa Ces massée* tournant en sens opposé dans
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des plana parij11le verticaux,exercent des forces cent1'1fugêB 4uii dotbitidët3i donnant une résultante dirigée vert1olemoht yti0o 1e'dés;.Óua, buivant l'axe du marteau vibrant} on rsVantJhôi ±drues agissant en sens opposé dans le plah Vertical tlànhultht. L'action du marteau vibrant est 4hb' toujoUa â1tigée en sens vertical.
Des tenures et dts recherches exhaustives relatives aux phénomène ifrinéfaa tinUes et dynamiques au cours de l'enfoncement tie p1ëftti bu de- tubes dans le mol ont ruvele que l'élément à enfoncer avant chaque percunelon, est à l'état de epda; par poutre, après chaque perotiosiont il s'y produit ddu vibrations Verticales amorties.
La
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déformation élastique du sol S'oppose considérablement
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au déplacement effectif de l'élément,, et c'est la
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raison pour laquelle les déplacements absolus ne sont pas
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élevés, Sut 1" dianw1e dé ia fonction b - P/t , représente egr tthe courbe1 en gradins, dans lequel "h" désigne la profondeur d'enfoncement et lit" le temps
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en secondes les di-.'ferents tronçons de tempe entre les
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percussions sont horizontaux, ce qui confirme que l'élément à enfoncer peste en repos, ainsi que l'existant d'un frottement de repos qui absorbe une fraction considérable de l'énergie du marteau vibrant.
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Les défauts et inoonv. nients ausment4onnée sont élimines aveo le marteau vibrant suivant la présente invention, qui engendre, dans l'élément à enfoncer outre des vibrations verticales également des vibration rota-
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tives f9ute & quoi 1 Plument est en mouvement pendant la percussion, de aorte qu'il n'y a plus de frottement
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de repoa ppes la percussion, il ne se produit pas, non plus, de V4bratons propres d<Mi8 l'eleaeatt l'énergie communiquée à 1' élément lors de 1$ percussion est utilisée uniquement pour vaincre la résistance latéral* et le frottement, et les déformations élastiques du aol sont
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très fablec.
Une 0Qtnpnra4.aon de fonctionnement des m4rtea4x vibrants connus jusqu'ici avec les marteaux auivant la présente invention, a vibrations rotatives, prouve que
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la vitease d'enfoncement d'un élément , loru de l'emploi d'un marteau vibrant suivant l'invention, est eensiblement plus grande que lors de l'utilisation de marteaux vibrante ' traditionnels à effet vertical uniquement,
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1,'inetion est décrite à présent plus en détail avec référence au dessin annexe, dans lequel t la ,4. 1 représente le schéma de principe d'un aartar, vibrant au moment de son action verticale ! la Fig. 2 représenta le schéma de principe d'un
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marteau vibrant au moment de on action rot ative;
La Fig. 3 représente lu achetas de principe de marteaux vibrants traditionnels;
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La Fig. 4 représente une vue en. élévation latérale d'un marteau vibrant suivant l'invention, vue du coté des roues dentées parallèlement à l'arbre longitudinal;
La Fig. 5 est une vue en élévation de ce même marteau vibrant, perpendiculairement à l'arbre longitudinale
La Fig. 6 est une vue en élévation du marteau vibrant suivant l'invention, parallèlement à l'arbre longitudinal à partir des disques excentriques;
la Fig. 7 représente le diagramme de fonctionnement cinématique d'un marteau vibrant traditionnel, et
La Fig. 8 représente le diagramme de fonctionnement . cinématique d'un marteau vibrant suivant la présente invention.
La Fig. 3 représente le montage de masses identiques 1(m) sur les disques excentriques 2 ,fixés sur des arbres 3 et 4 tournant en sens opposé, à titre schématique, Lorsque les arbres 3 et 4 tournent en sens opposé, comme l'indiquent les flèches 5 et 6, les forces centrifuges ? s'aditionnent en plan vertical, tandis qu'en plan horizontal les forces s'annulent.
Il subsiste donc uniquement l'action dirigée verticalement vers le ban, dont la valeur est égale au quadruple de la force centrifuge 7, et qui varie cosinusoîdalement suivant la formule F= m #2 e. cos # t dans laquelle m désigne la masse rotative, e l'excentricité, la vitesse angulaire de la masse rotative m et t la durée en secondes,
Maie si, tout en continuant à faire tourner les arbres 3 et 4 en sens opposés, on déplace Ion masses 1(m) de l'extrémité de l'arbre 4 sur l'extrémité correspondante de l'arbre 3, et de l'extrémité de l'arbre 3 sur 1' extrémité correspondante de l'arbre 4, de manière
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telle que les masses 1(m) sont assemblées par paires,
on obtient une disposition comme représentés à la Fig. qui illustre le principe de fonctionnement et la base de construction du marteau vibrant suivant la présente invention.
Dans la disposition représentée par la Fig. 1, la force résultante, dans le plan vertical, a la même
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valeur que dans la disposition suivant la Fig. 3; dans le plan horizontal par contre, il se forme un couple de bras a et de moment M, qui varie aïnusoldalemerit suivant la formule M = 2a mu e f;1inl,.,lt, comme le représente la Fig. 2.
Une telle disposition des massée lem) eur les disques excentriques 2, fixée sur une base rigide, posée sur des ressorts, d'une masse déterminée 16(m) , provoque des vibrations verticales da la masse 16(m), et également des vibrations rotatives du cette même masse par rapport
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à l'axe de symétrie vertical bzz de l'ensemble de l'.nste?: lation do percussion vibrante,
Un marteau vibrant suivant l'invention comprend un limiteur 8 portant le tube d'acier 9 qui doit être enfonce dano le sol, une installation vibrante 10 avec le mécanisme rotatif, et deux cadres 11 fixée au limiteur 8.
L'installation vibrante 10 est composée de deux arbres
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3 et 4, avec dao roues dentées 12 et 13 montées sur leurs extrémités et avec don d1uquee excentriques 14 et 15 montés sur les autres extrémités de ces arbres, et de la base
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16 (mx ) portant les arbres 3 et 4, base appelée dans la suite masse de percussion, fixée entre des ressorts supérieurs 17 et inférieurs 18, et des masses 1(m) engendrant les vibrations, fixées à la roue dentée 12 et au disque
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excentrique 15, et désignées par le chiffre de réffronce 2 dans la Fig. 3.
On a prévu des écrous 20 pour le réglage du jeu entre la masse de percussion 16 (m? et le limiteur
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L'arbre 3 est entraîné par le moteur , par exemple par l'intermédiaire d'un arbre flexible non représenté par le dessin et d'un accouplement La masse de percussion est équipée de quatre roulements 21, qui roulent sur le$ faces inférieures des Montants verticaux des cadres 11 ,
et au moyen desquels les vibrations rotatives sont transmises sur le limiteur 8 qui porte l'élément 9 à enfoncer la 'vitesse d'enfoncement de l'élément dans la soit . donc aussi le rendement de l'installation suivant l'invar- tient exige une sélection et und détermination appropriées des paramètres des différents constituants.
Les ressorts . répartis symétriquement doivent présenter Une rigidité déterminée, les masses en rotation l(2m) engendrant les vibrations percutantes et rotatives doivent être exactement équilibrées,et, selon la vitesse de rotation comme aussi par rapport à la massa de percussion 16 (m1) et par rapport au limiteur S, doivent présenter le poids adéquat et l'excentricité 9 exact Le jeu 19 entre la masse de percussion 16 et le limiteur 8 doit également être réglé en conséquence.
Après la sélection des paramètres susmentionnés le choix de conditions da terrain appropriées et la fixation de l'élément, un paae à la mise en marche du marteau vibrant.
La rotation de l'arbre 3 entraîné par le moteur par l'intermédiaire de l'arbre flexible est transmise au moyen de la roue dentée 12 à la roue dentée 13 de même grandeur , et ainsi à l'arbre 4 portant à l'autre extrémité le disque excentrique 15. Les masses l(2m) fixées exoentri- quement sur la roue dentée 12 engendrent dee vibrations de peroussion verticales. qui sont transmises à la masse de percussion 16(ml), ainsi que des vibrations rotatives qui sont transmises au moyn des roulements 21 aux cadrée 11
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et au limiteur 8 ayeo l'élément 9 à enfoncer.
La masse de percussion 16 (ml) exécute par conséquent doe vibrations verticales et rotatives autour de l'axe de symétrique I-I, ce qui provoque l'enfonceront rapide de l'élément 9 dans le sol.
Des essais et des expériences effectuées avec le marteau vibrant suivant la présente invention, qui avaient pour but de déterminer l'incidence du mouvement rotatif de l'élément 9 sur la vitesse d'enfoncement, ont confirmé les hypothèses théoriques en ce qui concerne la diminution du frottement do repos et la déformation élastique du sol au moment de la percussion, ce qui avait un effet favorable sur la grandeur du déplacement total par unité de temps, aboutissant à une augmentation considérable de la vitesse d'enfoncement. Cela est illustré dans les diagrammes représentant le déplacement h on fonction du temps t.
La Fig. 7 représente un diagramme de travail des marteaux vibrants traditionnels, dans lequel les dents de soie z correspondent au moment de percussion et à la grandeur du déplacement et dans lequel les tronçons T correspondant à l'intervalle de tempo s'écoulant entre les différentes percussions sont horizontaux et parallèles à l'axe des coordonnées t, ce qui signifie qu'entre les percussions successives, l'élément à enfoncer est à l'état de repos,
Dans la Fig, 8, qui représente un diagramme correspon- dant relatif à un marteau vibrant suivant l'invention, les déplacements h au moment de la percussion z sont pluer grands, et les tronçons de temps T entre les différentes percussions sont en pente, ce qui signifie qu'après la percussion,
l'élément 9 reste en mouvement et qu'il n'y a pas do frottement de repos. la pente raide de la courbe en gradins témoigne d'une grande vitesse d'enfoncement de l'élément 9 dans le sol.
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Grâce à la répartition. appropriée des masses 1( ) . >"> #/ sur les roues denses 12 et 13 et sur les disque$ , p'5"=,"' excentriques 14 et 15r et grâce à la régulation appropriée ,. des ressorts 17 et 18, le marteau vibrant suivant la j- 44-f. présente invention permet, suivant les besoins, la - "J. : i; =# réalisation de différentes fonctions, telles que :
vibrateur, marteau vibrant, vibrateur sJUple, et tous les modes de fonctionnement susmentionnés du vibrateur rotatif. Les modification:! de fonctionnement peuvent être atteintes par le déplacement des masses 1(m) de la roue dentée 12 vers la roua dentée 13 présentant à cet effet des ouvertures 22, et du disque excentrique 15 our
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le disque excentrique 14 présentant à cet effet des ouvertu- res 23, ainsi que par le raccourcissement des ressorte 17 et 18 au moyen des écroua 20,
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Le marteau vibrant suivant la présente invention v."f constitue .donc une installation universelle, permettant
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pour tous les cas d'application de réaliser une Installation %<; adéquate.
Dans tous les agencements, la force verticale
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maximale est déphasée d'une valeur constante de 900 par #'-/' > rapport au couple maximal, comme l'illustrent les Figs. 1 et 2.
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Le marteau vibrant suivant l'invention, équipe d'un système vibrant rotatif, est particulièrement efficace lors de l'enfoncement d'éléments dans des sois plastiques (terre argileuse, marneuse, terre glaise) ,dans lesquels la résistance principale est constituée par le frottement latéral de l'élément enfonce,
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Comparés aux indications figurant dans la lïttérature spécialisée, les résultats d'essais effectués permettent d'affirmer que le marteau vibrant suivant la présente invention fait partie du groupe d'installations vibrantes les plus efficaces pour l'enfoncement d'éléments dans le sol.
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Vibrating hammer,
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your present invention relates to a vibrating hammer driving stakes * and steel tubes
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in the ground s piles and tubes yes will be designated by riot âatUa the text which will follow; oe hammer communicates
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to the element intended to be inserted at the same time a
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Vërlkidal movement and a rotational mo4iement.
Leo vibrating coats or other Vibrating devices and at p <s'ï'9ueeioh dstihes to embed elements in the ground # which are odrinue so far communicate
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only a Vertical movement This movement this generated
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soUA Inaction of forced cehtr1fuges exerted by two
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identical masses arranged! symmetrically and eccentric
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ment on two parallel horizontal trees rotating in
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opposite direction These massaged * turning in opposite direction in
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vertical plana parij11le, exert cent1'1fugêB 4uii dotbitidët3i forces giving a resultant directed vert1olemoht yti0o 1e'dés; .Óua, buoyant the axis of the vibrating hammer} on rsVantJhôi ± drues acting in opposite direction in the vertical plah tlànhultht. The action of the vibrating hammer is 4hb 'always rigged in a vertical direction.
Exhaustive tenures and researches relating to the ifrineal and dynamic phenomena during the penetration of the p1ëftti or of tubes in the mol have revealed that the element to be inserted before each percunelon, is in the state of epda; per beam, after each perotiosiont there is ddu damped Vertical vibrations.
The
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elastic soil deformation Significantly opposed
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to the actual displacement of the element ,, and it is the
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reason why absolute displacements are not
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high, Sut 1 "dianw1e de ia function b - P / t, represents the curve1 in steps, in which" h "denotes the depth of depression and reads" the time.
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in seconds the various sections of temple between the
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percussions are horizontal, which confirms that the element to be driven plague at rest, as well as the existing of a resting friction which absorbs a considerable fraction of the energy of the vibrating hammer.
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Defects and inoonv. These elements are also eliminated with the vibrating hammer according to the present invention, which generates, in the element to be driven in addition to vertical vibrations also rotational vibrations.
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tives f9ute & what 1 Plument is in motion during percussion, so that there is no more friction
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of repoa ppes percussion, it does not occur, either, of own V4bratons d <Mi8 the eleaeatt the energy communicated to the element during the percussion is used only to overcome the lateral resistance * and the friction, and the elastic deformations of the aol are
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very fablec.
An operation of the vibrating m4rtea4x known heretofore with the hammers according to the present invention, with rotary vibrations, proves that
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the drive-in speed of an element, when using a vibrating hammer according to the invention, is significantly greater than when using traditional vibrating hammers with vertical effect only,
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1, the action is now described in more detail with reference to the accompanying drawing, in which t la, 4. 1 represents the schematic diagram of an aartar, vibrating at the time of its vertical action! Fig. 2 shows the block diagram of a
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hammer vibrating at the moment of rotary action;
Fig. 3 represents the principle purchase of traditional vibrating hammers;
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Fig. 4 represents a view in. side elevation of a vibrating hammer according to the invention, seen from the side of the toothed wheels parallel to the longitudinal shaft;
Fig. 5 is an elevational view of the same vibrating hammer, perpendicular to the longitudinal shaft
Fig. 6 is an elevational view of the vibrating hammer according to the invention, parallel to the longitudinal shaft from the eccentric discs;
Fig. 7 shows the kinematic operating diagram of a traditional vibrating hammer, and
Fig. 8 represents the operating diagram. kinematics of a vibrating hammer according to the present invention.
Fig. 3 shows the mounting of identical masses 1 (m) on eccentric discs 2, fixed on shafts 3 and 4 rotating in opposite directions, schematically, When shafts 3 and 4 rotate in opposite directions, as indicated by the arrows 5 and 6, the centrifugal forces? add up in the vertical plane, while in the horizontal plane the forces cancel each other out.
There therefore remains only the action directed vertically towards the ban, the value of which is equal to four times the centrifugal force 7, and which varies cosinusoidally according to the formula F = m # 2 e. cos # t in which m denotes the rotating mass, e the eccentricity, the angular speed of the rotating mass m and t the duration in seconds,
But if, while continuing to rotate shafts 3 and 4 in opposite directions, we move the masses 1 (m) from the end of shaft 4 to the corresponding end of shaft 3, and from the end of shaft 3 on the corresponding end of shaft 4, so
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such that the masses 1 (m) are assembled in pairs,
an arrangement is obtained as shown in FIG. which illustrates the principle of operation and the basis of construction of the vibrating hammer according to the present invention.
In the arrangement shown in FIG. 1, the resulting force, in the vertical plane, has the same
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value that in the arrangement according to FIG. 3; in the horizontal plane, on the other hand, a pair of arms a and moment M is formed, which varies aïnusoldalemerit according to the formula M = 2a mu e f; 1inl,., lt, as shown in Fig. 2.
Such an arrangement of the massed lem) eur the eccentric discs 2, fixed on a rigid base, placed on springs, of a determined mass 16 (m), causes vertical vibrations of the mass 16 (m), and also vibrations. rotary of this same mass compared
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to the vertical axis of symmetry bzz of the whole nste ?: vibrating percussion relation,
A vibrating hammer according to the invention comprises a limiter 8 carrying the steel tube 9 which must be driven into the ground, a vibrating installation 10 with the rotary mechanism, and two frames 11 fixed to the limiter 8.
The vibrating installation 10 is made up of two shafts
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3 and 4, with toothed wheels 12 and 13 mounted on their ends and with eccentric d1uquee 14 and 15 mounted on the other ends of these shafts, and of the base
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16 (mx) carrying shafts 3 and 4, base hereinafter called percussion mass, fixed between upper 17 and lower springs 18, and masses 1 (m) generating vibrations, fixed to toothed wheel 12 and to the disc
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eccentric 15, and designated by the rebound number 2 in FIG. 3.
Nuts 20 are provided for adjusting the clearance between the percussion mass 16 (m? And the limiter
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The shaft 3 is driven by the motor, for example by means of a flexible shaft not shown in the drawing and of a coupling The percussion mass is equipped with four bearings 21, which roll on the lower faces of the Vertical uprights of frames 11,
and by means of which the rotary vibrations are transmitted to the limiter 8 which causes the element 9 to depress the speed of sinking of the element into either. therefore also the efficiency of the plant according to the invention requires an appropriate selection and determination of the parameters of the different constituents.
Springs . symmetrically distributed must have a determined rigidity, the rotating masses l (2m) generating the percussive and rotating vibrations must be exactly balanced, and, according to the speed of rotation as also in relation to the percussion massa 16 (m1) and in relation the limiter S, must have the correct weight and the exact eccentricity 9. The clearance 19 between the percussion mass 16 and the limiter 8 must also be adjusted accordingly.
After the selection of the aforementioned parameters, the choice of appropriate field conditions and the fixing of the element, a paae to the starting of the vibrating hammer.
The rotation of the shaft 3 driven by the motor via the flexible shaft is transmitted by means of the toothed wheel 12 to the toothed wheel 13 of the same size, and thus to the shaft 4 bearing to the other end the eccentric disc 15. The masses 1 (2m) attached exoentrically to the toothed wheel 12 generate vertical percussion vibrations. which are transmitted to the percussion mass 16 (ml), as well as rotary vibrations which are transmitted through the bearings 21 to the framed 11
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and the limiter 8 ayeo the element 9 to push.
The percussion mass 16 (ml) therefore executes vertical and rotary vibrations around the symmetrical axis I-I, which causes the element 9 to sink rapidly into the ground.
Tests and experiments carried out with the vibrating hammer according to the present invention, which aimed to determine the impact of the rotary movement of the element 9 on the driving speed, confirmed the theoretical hypotheses regarding the reduction of the friction of rest and the elastic deformation of the ground at the moment of percussion, which had a favorable effect on the magnitude of the total displacement per unit of time, resulting in a considerable increase in the speed of sinking. This is illustrated in the diagrams representing the displacement h on a function of time t.
Fig. 7 shows a working diagram of traditional vibrating hammers, in which the tang teeth z correspond to the moment of percussion and to the magnitude of the displacement and in which the sections T corresponding to the interval of tempo flowing between the different percussions are horizontal and parallel to the axis of coordinates t, which means that between successive percussions, the element to be pressed is in the state of rest,
In FIG. 8, which represents a corresponding diagram relating to a vibrating hammer according to the invention, the displacements h at the moment of percussion z are greater, and the time sections T between the various percussions are sloping, which means that after the percussion,
element 9 remains in motion and that there is no rest friction. the steep slope of the stepped curve indicates a high speed of sinking of the element 9 into the ground.
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Through distribution. appropriate mass 1 (). > "> # / on the dense wheels 12 and 13 and on the discs $, p'5" =, "'eccentric 14 and 15r and thanks to the appropriate regulation, the springs 17 and 18, the vibrating hammer following j - 44-f. The present invention allows, as required, the - "J. : i; = # performing various functions, such as:
vibrator, vibrating hammer, sJUple vibrator, and all of the aforementioned modes of operation of the rotary vibrator. The modifications :! of operation can be achieved by the displacement of the masses 1 (m) of the toothed wheel 12 towards the toothed wheel 13 having openings 22 for this purpose, and of the eccentric disc 15 or
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the eccentric disc 14 having openings 23 for this purpose, as well as by the shortening of the springs 17 and 18 by means of the nuts 20,
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The vibrating hammer according to the present invention v. "F is therefore a universal installation, allowing
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for all application cases to perform an Installation% <; adequate.
In all arrangements, the vertical force
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maximum is out of phase by a constant value of 900 by # '- /'> with respect to the maximum torque, as shown in Figs. 1 and 2.
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The vibrating hammer according to the invention, fitted with a rotary vibrating system, is particularly effective when driving elements into plastic elements (clayey, marly, clay), in which the main resistance is formed by the lateral friction of the depressed element,
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Compared with the indications appearing in the specialized literature, the results of tests carried out make it possible to affirm that the vibrating hammer according to the present invention belongs to the group of the most efficient vibrating installations for driving elements into the ground.
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