УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ СКВАЖИН В ГРУНТЕ Российский патент 1994 года по МПК E02F5/18 

Изобретение относится к строительной технике и предназначено для проходки скважины в грунте при бестраншейной прокладке подземных коммуникаций.

Известно устройство для образования скважин в грунте, содержащее цилиндрический корпус с расположенным в нем подвижным ударником, цилиндрическую оболочку, закрепленную шарнирно одним концом вокруг корпуса ближе к его хвостовой части, и пневматические баллоны, расположенные между оболочкой и корпусом и служащие для отклонения корпуса при избирательной подаче в них воздуха, при этом оболочка выполнена в виде двух секций, находящихся на некотором расстоянии одна от другой, а пневматические баллоны сгруппированы по два под каждой секцией и баллоны в одной секции расположены перпендикулярно баллонам другой, при этом устройство снабжено рамками из упруго-деформированного материала, охватывающими каждую пару пневматических баллонов и корпус [1] .

Недостатком известного устройства является то, что управляющий направлением движения элемент выступает за пределы корпуса. Это приводит к проходке скважины большего диаметра, излишним затратам энергии, расходуемой на уплотнение большего объема грунта, уменьшению скорости проходки и к уменьшению эффективности управлением движения, т. к. проходится прикладывать большие силы для поворота устройства.

Известно устройство для проходки скважин в грунте, включающее цилиндрический корпус с расположенным внутри него ударником. На внешней поверхности корпуса шарнирно прикреплена оболочка, между внутренней поверхностью которой и корпусом монтированныв три пневматические камеры с индивидуальным подводом сжатого воздуха в каждую камеру. Для искривления скважины оболочка разворачивается относительно корпуса.

Недостатком рассматриваемой конструкции является уменьшенная скорость проходки, т. к. диаметр проходимой скважины больше диаметра корпуса пневмопробойника, а сопротивление со стороны грунта возрастает пропорционально квадрату радиуса.

Целью изобретения является повышение эффективности проходки прямолинейных скважин.

Это достигается за счет того, что в устройстве ударного действия, содержащем цилиндрический корпус, установленный во внутренней полости корпуса с возможностью осевого перемещения ударник, воздухораспределительный механизм, который сообщен с магистралью для подвода сжатого воздуха, и приспособление для управления направлением перемещения устройства в грунте в виде шарнирно соединенной с корпусом и установленной с возможностью поворота в проходящей через продольную ось корпуса плоскости цилиндрической оболочки и дугообразной эластичной пневматической камеры, внутренняя полость которой сообщена с магистралью для подвода сжатого воздуха, при этом корпус выполнен с расположенным в его хвостовой части цилиндрическим опорным элементом, наружный диаметр которого меньше наружного диаметра корпуса, а воздухораспределительный механизм выполнен в виде размещенного во внутренней полости корпуса полого ступенчатого патрубка, внутренняя полость которого сообщена с магистралью для подвода сжатого воздуха, при этом ударник выполнен с расположенной на его заднем торце полостью для размещения ступени большего диаметра ступенчатого патрубка, а оболочка установлена коаксиально на опорном элементе, причем пневматическая камера размещена между опорным элементом и оболочкой и жестко соединена с последней, а наружный диаметр оболочки не превышает наружного диаметра корпуса. Такое выполнение конструкции обеспечивает эффективную проходку прямолинейной скважины, т. е. диаметр управляемого элемента меньше диаметра корпуса устройства.

Целесообразно шарнирное соединение оболочки с корпусом выполнять в виде расположенного на заднем торце корпуса кольцевого выступа опорной поверхностью сферической формы и расположенного на торце оболочки кольцевого выступа с упорной поверхностью сферической формы для взаимодействия с опорной поверхностью кольцевого выступа на корпусе. Такое выполнение устройства позволяет одновременно проходить прямолинейные скважины диаметром, равным диаметрву корпуса устройства, и осуществлять управление направлением его движения.

Целесообразно шарнирное соединение оболочки с корпусом выполнять в виде расположенного на заднем торце корпуса кольцевого выступа с кольцевой проточкой на его внутренней боковой поверхности, расположенного на торце оболочки кольцевого выступа с кольцевой проточкой на его наружной боковой поверхности и эластичного кольца, при этом кольцевой выступ на оболочке расположен коаксиально внутри кольцевого выступа на корпусе, а эластичное кольцо расположено между кольцевыми выступами на оболочке и корпусе и установлено в кольцевых проточках кольцевых выступов соответственно на оболочке и корпусе. Такое выполнение устройства обеспечивает смещение цилиндрического элемента в любом из направлений за счет деформации эластичного кольца и одновременно обеспечивает поворот его относительно продольной оси устройства.

Целесообразно шарнирное соединение оболочки с корпусом выполнять в виде диаметрально расположенных на заднем торце корпуса двух симметричных фигурных выступов и расположенной между корпусом и оболочкой промежуточной втулки с расположенными на каждом ее торце двумя фигурными пазами для размещения соответственно фигурных выступов на корпусе и оболочке, при этом продольные оси симметрии фигурных выступов на корпусе и продольные оси симметрии фигурных выступов на оболочке расположены в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Такое выполнение устройства позволяет сравнительно небольшими усилиями достичь того же эффекта, что и иными решениями, т. е. сдвигается только часть поверхности, другая остается неподвижной, а, следовательно, нет затрат энергии на деформацию грунта или эластичного элемента.

Целесообразно оболочку устанавливать с возможностью поворота вокруг продольной оси корпуса и фиксировать ее в промежуточных направлениях. Такое выполнение устройства позволяет управлять направлением его движения в процессе проходки скважины.

Целесообразно кольцевой выступ на заднем торце корпуса выполнять в виде втулки, которая посредством резьбового соединения жестко соединена с корпусом. Такое выполнение устройства обеспечивает возможность сборки конструкции, обладающей вышеперечисленными свойствами.

На фиг. 1 показан общий вид устройства для проходки скважин в грунте; на фиг. 2 - устройство с резьбовой втулкой; на фиг. 3 - устройство с эластичным кольцом; на фиг. 4 - устройство с промежуточной втулкой; на фиг. 5 - вид по стрелке Б на фиг. 4; на фиг. 6 - сечение А-А на фиг. 3.

Устройство содержит корпус 1, в котором размещен ступенчатый ударник 2 с полостью 3, окном 5 и проточкой 6. Окно 5 соединяет полость 3 и камеру 9. В полости 3 установлен ступенчатый патрубок 7, к которому прикреплен воздухоподающий шланг 8. Полость 3, закрытая патрубком 7, образует камеру прямого хода, а проточка 6 совместно с корпусом 1 образуют камеру 9 обратного хода. Патрубок 7 через амортизатор 10 установлен в гайке 11, ввернутой в корпус 1. Амортизатор 10 и гайка 11 выполнены с каналами 12 и 13 для выхлопа отработанного воздуха в атмосферу. Гайка 11, жестко прикрепленная к корпусу 1, фактически является его продолжением. Она имеет сложную форму и в задней своей части образует цилиндрическую ступень 14 и упор 15. К хвостовой части корпуса 1 присоединен цилиндрический управляющий элемент 16. Он может быть прикреплен к упору со сферической поверхностью (фиг. 1,2) посредством эластичного кольца 17 (фиг. 3), либо посредством промежуточной втулки 18, у которой имеются фигурные выступы 19,20 (фиг. 4,5). На торцах гайки 11 и цилиндрического управляющего элемента 16 имеются пазы 21,22, форма которых соответствует форме выступов 19,20. Может быть и иное решение: пазы 21,22 могут быть выполнены на торцах гайки 11 (корпуса 1) и поворотного управляющего элемента 16. При сферическом креплении поворотного управляющего элемента 16 (фиг. 2) для удобства сборки имеется резьбовая втулка 23. Внутри цилиндрического управляющего элемента 16 размещена эластичная камера 24, соединенная магистралью 25 с источником сжатого воздуха (не показан). Эластичная камера 24 прикреплена, например болтами, к цилиндрическому управляющему элементу 16. Выхлоп осуществляться через полость 26, образованную стенками ступени меньшего диаметра гайки 11 и управляющего элемента 16 (фиг. 6). Позициями 27, 28 обозначены выхлопная и хвостовая камеры.

Предлагаемое устройство ударного действия для пробивания скважины в грунте работает следующим образом.

Проходка прямолинейной скважины. Сжатый воздух подается по шлангу 8, патрубку 7 в камеру 3 прямого хода ударника. В камеру 24 сжатый воздух не подается и поэтому цилиндрический управляющий элемент 16 занимает положение, когда его продольная ось совмещена с продольной осью корпуса 1. Сжатый воздух, находящийся в камере 3, воздействует на ударник 2, перемещая его вперед (на чертеже влево). В крайнем переднем положении ударник наносит удар по корпусу 1 и тем самым продвигает устройство вперед, формуя скважину за счет уплотнения грунта. В этот же момент сжатый воздух камеры 3 через окно ударника 2 поступает в камеру 9 обратного хода. Давление в камерах 3 и 9 уравняется, но в связи с большей торцовой поверхностью удаpника 2 со стороны камеры 9 ударник начинает двигаться в сторону хвостовой части устройства (вправо). Сначала большая ступень патрубка 7 перекрывает окно 5 ударника и дальнейшее его движение осуществляется за счет расширения сжатого воздуха, находящегося в камере 9. После того, как окно 5 ударника 2 выходит за заднюю кромку большой ступени патрубка 7, происходит выхлоп сжатого воздуха из камеры 9 через камеру 7, каналы 12 амортизатора 10 и отверстия 13 гайки 11, полость 26 цилиндрического управляющего элемента 16 и каналы в атмосферу. Давление воздуха в камере 9 становится равным атмосферному и под действием сжатого воздуха в камере 3 ударник 2 начинает двигаться вперед. Далее цикл повторяется. В силу того, что цилиндрический элемент 16 занимает положение, соосное с корпусом 1, устройство двигается прямолинейно.

Проходка криволинейной скважины. При необходимости проходки криволинейной скважины следует, вращая цилиндрический элемент 16 с помощью шланга 25, установить его в положение, в котором эластичная камера 24 заняла бы положение, в направлении которого необходимо развернуть устройство (на чертежах показано положение, при котором устройство будет двигаться вверх). Для уменьшения силы, вращающей цилиндрический элемент, целесообразно диаметр цилиндрического элемента 16 выполнять меньшим диаметра корпуса 1, чтобы исключить или уменьшить трение его с грунтом. После установки цилиндрического элемента 16 в нужное положение, подают сжатый воздух по шлангу 8 в эластичную камеру 24, которая распирается между меньшей ступенью 14 корпуса 1 и цилиндрическим элементом 16. В случае крепления цилиндрического элемента 16 к корпусу 1 с помощью втулки 23 со сферической поверхностью 15 (фиг. 2) цилиндрический элемент 16 повертывается относительно продольной оси корпуса 1 на некоторый угол. При креплении цилиндрического элемента 16 к корпусу посредством промежуточной втулки 18 (фиг. 4) он смещается в радиальном направлении параллельно продольной оси корпуса 1 (фиг. 4). При креплении цилиндрического элемента 16 к корпусу 1 посредством эластичного кольца 17 (фиг. 3) цилиндрический элемент 16 смещается в радиальном направлении и развертывается на некоторый угол за счет деформации эластичного кольца 17.

Затем подают сжатый воздух в ударный узел по шлангу 8 и ударник забивает устройство в грунт, при этом цилиндрический элемент 16 частично своей поверхностью выступает за пределы диаметра корпуса 1 и тем самым разворачивает в нужную сторону устройство. Изменяя давление сжатого воздуха в камере 24, регулируют кривизну скважины.

Применение предлагаемого устройства позволяет управлять направлением его движения в горизонтальной и вертикальной плоскостях. При проходке прямолинейных скважин около 10% из них является бросовыми из-за ухода устройства от заданного направления. Использование предлагаемого устройства позволяет уменьшить этот процент. Проходка криволинейных скважин позволяет осуществить прокладку коммуникаций без откопки приямков.

Сущность изобретения: устройство для образования скважин в грунте содержит цилиндрический корпус, ударник, воздухораспределительный механизм и приспособление для управления направлением перемещения устройства. Последнее содержит цилиндрическую оболочку и дугообразную эластичную пневматическую камеру. Корпус выполнен с цилиндрическим опорным элементом. Воздухораспределительный механизм выполнен в виде полого ступенчатого патрубка. Пневматическая камера сообщена с магистралью для подвода сжатого воздуха и расположена между опорным элементом и оболочкой. 5 з. п. ф-лы, 6 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ СКВАЖИН В ГРУНТЕ, включающее полый цилиндрический корпус, установленный во внутренней полости корпуса с возможностью осевого перемещения ударник, воздухораспределительный механизм, который сообщен с магистралью для подвода сжатого воздуха, и приспособление для управления направлением перемещения устройства в грунте в виде шарнирно соединенной с корпусом и установленной с возможностью поворота в проходящей через продольную ось корпуса плоскости цилиндрической оболочки и дугообразной эластичной пневматической камеры, внутренняя полость которой сообщена с магистралью для подвода сжатого воздуха, отличающееся тем, что корпус выполнен с расположенным в его хвостовой части цилиндрическим опорным элементом, наружный диаметр которого меньше наружного диаметра корпуса, а воздухораспределительный механизм выполнен в виде размещенного во внутренней полости корпуса полого ступенчатого патрубка, внутренняя полость которого сообщена с магистралью для подвода сжатого воздуха, при этом ударник выполнен с расположенной на его заднем торце полостью для размещения ступени большего диаметра ступенчатого патрубка, а оболочка установлена коаксиально на опорном элементе, причем пневматическая камера размещена между опорным элементом и оболочкой и жестко соединена с последней, а наружный диаметр оболочки не превышает наружный диаметр корпуса. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что шарнирное соединение оболочки с корпусом выполнено в виде расположенного на заднем торце корпуса кольцевого выступа с опорной поверхностью сферической формы и расположенного на торце оболочки кольцевого выступа с упорной поверхностью сферической формы для взаимодействия с опорной поверхностью кольцевого выступа на корпусе. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что шарнирное соединение оболочки с корпусом выполнено в виде расположенного на заднем торце корпуса кольцевого выступа с кольцевой проточкой на его внутренней боковой поверхности, расположенного на торце оболочки кольцевого выступа с кольцевой проточкой на его наружной боковой поверхности и эластичного кольца, при этом кольцевой выступ на оболочке расположен коаксиально внутри кольцевого выступа на корпусе, а эластичное кольцо расположено между кольцевыми выступами на оболочке и корпусе и установлено в кольцевых проточках кольцевых выступов соответственно на оболочке и на корпусе. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что шарнирное соединение оболочки с корпусом выполнено в виде диаметрально расположенных на заднем торце корпуса двух симметричных фигурных выступов, диаметрально расположенных на торце оболочки двух симметричных фигурных выступов и расположенной между корпусом и оболочкой промежуточной втулки с расположенными на каждом ее торце двумя фигурными пазами для размещения соответственно фигурных выступов на корпусе и на оболочке, при этом продольные оси симметрии фигурных выступов на корпусе и продольные оси симметрии фигурных выступов на оболочке расположены в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. 5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оболочка установлена с возможностью поворота вокруг продольной оси корпуса и фиксации в промежуточных положениях. 6. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что кольцевой выступ на заднем торце корпуса выполнен в виде втулки, которая посредством резьбового соединения жестко соединена с корпусом.