ГРУНТОЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО ЗЕМСНАРЯДА Российский патент 1994 года по МПК E02F3/90 E21C25/60 E21C45/00 

Изобретение относится к гидромеханизированной разработке грунтов в подводных забоях.

Известно грунтозаборное устройство земснаряда, включающее гидровибратор, всасывающую трубу, наконечник и разрыхлитель. Недостатком устройства являются высокие энергозатраты на рыхление грунта.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство, включающее гидровибратор и всасывающую трубу с наконечником, по периметру которого размещены рыхлящие зубья, а во внутренней полости установлены гидравлические насадки, соединенные через впускной коллектор и гибкий трубопровод с выходом гидровибратора. Это устройство принято за прототип. Энергозатраты устройства ниже, чем у аналога, однако остаются довольно высокими из-за непрерывной работы гидровибратора, вызванной возможностью автоматизировать процесс включения и выключения гидровибратора и гидронасадков в грунтах разной плотности. Высокие энергозатраты обусловлены также несовпадением зон механического и гидравлического воздействия устройства на грунт: зубья внедряются в грунт в одном месте, а струи гидронасадков размывают грунт на некотором расстоянии от них. Кроме того, при поверхностном размыве, что имеет место в прототипе, значительная часть разрыхленного грунта вызывается струями из зоны всасывания, не попадая в наконечник, что увеличивает просор, т.е. потери грунта при всасывании.

Для эффективной разработки грунта разной плотности, например, талых с прослойками мерзлоты или несвязных с прослойками, характерных для северной климатической зоны, грунто-заборное устройство должно иметь свойство универсальности, т. е. работать в режиме свободного всасывания с автоматическим включением рыхлителя при контакте с твердым грунтом и выключениях его при переходе в рыхлые слои. Кроме того, зоны механического и гидравлического воздействия устройства на грунт при его рыхлении должны совпадать, а размыв струями должен быть не поверхностным, а глубинным.

Цель изобретения - повышение эффективности работы устройства за счет уменьшения потерь грунта и снижения энергозатрат на его рыхление.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве, включающем раму, всасывающую трубу, наконечник, разрыхлитель, соединенный гибким элементом с всасывающей трубой, гидровибратор, соединенный штоком с наконечником, и впускной коллектор, дополнительно установлен выпускной коллектор, а разрыхлитель выполнен в виде нескольких равнорасположенных по периметру устья наконечника зубьев, состоящих из цилиндрической гильзы с дном и коническим дульцем, в которой размещены пружина, кольцевой клапан и конический ударник, установленный с возможностью осевого перемещения. Угол конусности ударника одинаков с углом конусности дульца. Со стороны противоположной острию и соосно с ним к ударнику прикреплен хвостовик в виде стрежня с буртиком на некотором расстоянии от свободного конца. В цилиндрической стенке гильзы со стороны дна выполнена расточка, образующая уступ, под которым выполнен кольцевой канал, соединенный несколькими отверстиями с полостью гильзы и одним отверстием на внешней боковой поверхности гильзы - с выпускным патрубком, соединенным с выпускным коллектором. Полость гильзы снабжена ограничителями хода ударника, выполненными в виде продольных ребер, размещенных на стенках гильзы. Кольцевой клапан имеет ступицу, в отверстие которой установлен свободный конец хвостовика с возможностью осевого перемещения. Пружина одним концом оперта в дно гильзы, а вторым концом прижата к кольцевому клапану, перекрывшему впускные отверстия кольцевого канала в стенках гильзы. Впускной коллектор соединен гибким трубопроводом с источником напорной воды, а выпускной коллектор соединен гибким трубопроводом с входом гидровибратора.

На фиг.1 изображено предложенное устройство, вид сбоку; на фиг.2 - конструкция зуба в разрезе.

Устройство состоит из рамы 1, на которой смонтированы всасывыающая труба 2, гидровибратор 3 и впускной трубопровод 4. Всасывающая труба 2 соединена с наконечником 5 гибким элементом, например, гофрированным рукавом 6 и амортизаторами 7. Гидровибратор 3 связан штоком 8 с наконечником 5, по периметру которого размещены зубья 9, входы которых соединены впускными патрубками 10 с впускным коллектором 11, который соединен гибким трубопроводом 12 с источником напорной воды, подаваемой по впускному трубопроводу 4. Выходные отверстия зубьев 9 соединены выпускными патрубками 13 с выпускным коллектором 14, который соединен гибким трубопроводом 15 с входом гидровибратора 3, укрепленного на раме 1. Зуб 9 состоит из цилиндрической гильзы 16 с дном 17 и коническим дульцем 18. В гильзе 16 размещены пружина 19, кольцевой клапан 20 со ступицей 21, конический ударник 22 с хвостовиком 23 и буртиком 24. В стенке гильзы 16 со стороны дна 17 выполнена расточка 25, образующая уступ 26, на котором размещен кольцевой клапан 20 и под которым выполнен кольцевой канал 27 с впускными отверстиями 28, соединяющими канал 27 с полостью 29 и выпускным отверстием 30, соединенным с выпускным патрубком 13. Полость 29 снабжена ограничителями хода ударника в виде продольных ребер 31 на стенках гильзы 16, а в дне 17 выполнено впускное отверстие 32, соединенное с впускным патрубком 10.

Устройство работает следующим образом. При работающем землесосе устройство опускают на дно забоя до соприкосновения с грунтом. По впускному трубопроводу 4 в полость 29 гильзы 16 подают напорную воду под давлением большим, чем гидростатическое давление на дне водоема и достаточное, чтобы прижать конический ударник 22 к коническому дульцу 18 с силой, необходимой для преодоления сопротивления внедрения ударника 22 в рыхлый грунт. Под давлением напорной воды в полости 29 ударник 22 перемещается, как поршень, в гильзе 16 и перекрывает устье дульца 18.

Под действием пружины 19 кольцевой клапан 20 прижимается к уступу 26, перекрывая впускные отверстия 28. При работе землесоса в устье наконечника 5 создается разряжение, которое обеспечивает свободное всасывание рыхлого грунта. По мере разработки грунта устройство под действием собственного веса опускается вниз. Если при этом ударники 22 своим острием упираются в более плотный слой грунта и сопротивление грунта внедрению превысит усилие прижатия ударника к устью дульца 18 давлением напорной воды в полости 29, то соответствующие ударники 22 перемещаются внутрь гильзы 16, открывая путь для выхода из устья дульца 18 напорной воды. Напорная вода, обтекая ударник 22, устремляется в трещины, которые возникают в грунте вокруг ударника и перед его острием при внедрении в грунт, расширяя эти трещины, разрушая связи между частицами и приводя их во взвешенное состояние. При этом исключается поверхностный размыв грунта струями напорной воды и, соответственно, вымывание его из зоны всасывания, что уменьшает потери грунта. Кроме того, совмещение зон механического (ударником) и гидравлического (струями) воздействия устройства на грунт значительно снижают усилия внедрения рыхлителя в грунт. При перемещении ударника 22 внутрь гильзы 16 буртик 24 упирается в ступицу 21 кольцевого клапана 20 и приподнимает его, сжимая пружину 19. Напорная вода из полости 29 через впускные отверстия 28 устремляется в кольцевой канал 27, откуда через выпускное отверстие 30 и выпускной патрубок 13 попадает в выпускной коллектор 10, откуда по гибкому трубопроводу 15 подается в гидровибратор 3. Под действием напорной воды гидровибратор 3 начинает работать, передавая вибрационные колебания наконечнику 5 через соединяющий их шток 8. От наконечника 5 колебания передаются зубьям 9, а от них - грунту.

Дополнительное вибрационное воздействие на грунт ускоряет и облегчает процесс разрушения связей между частицами плотного грунта, приводит его во взвешенное, текучее состояние. Взвешенные частицы грунта струями засасываемой из акватории воды подхватываются и увлекаются в устье наконечника.

При переходе грунтозаборного устройства в менее плотные грунты сопротивление внедрению разрыхлителей в грунт уменьшается. Под превосходящим давлением напорной воды в полости 29 ударник 22 перемещается в исходное положение и перекрывает устье дульца 18. Одновременно под действием пружины 19 кольцевой клапан 20 опускается на уступ 26, перекрывая отверстия 28 и прекращая подачу напорной воды из полости 29 в гидровибратор 3. Гидровибратор прекращает работу. Дальнейшая разработка грунта продолжается свободным всасыванием.

Таким образом, устройство позволяет: 1) уменьшить энергоемкость разработки грунта за счет выключения гидровибратора при переходе в грунты меньшей плотности и за счет совмещения зон механического, гидравлического и вибрационного воздействия на грунт; 2) уменьшить потери грунта за счет исключения вымывания его из зоны всасывания струями напорной воды.

Изобретение относится к гидромеханизированной разработке грунтов в подводных забоях. Сущность: на раме 1, смонтирована всасывающая труба 2, соединенная с наконечником 5 гибким элементом, например, гофрированным рукавом 6 и амортизаторами 7. Гидровибратор 3 соединен штоком 8 с наконечником 5, по периметру которого размещены зубья 9, входы которых соединены впускными патрубками 10 с впускным коллектором 11, который соединен гибким трубопроводом 12 с источником напорной воды, подаваемой по впускному трубопроводу 4. Выходные отверстия зубьев 9 взаимосвязаны выпускными патрубками 13 с выпускным коллектором 14, который соединен гибким трубопроводом 15 с входом гидровибратора 3, укрепленного на раме 1. 2 ил.

ГРУНТОЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО ЗЕМСНАРЯДА, включающее раму, на которой расположены всасывающая труба, соединенная с наконечником, имеющим зубья, гидровибратор, соединенный с зубьями наконечника, впускной коллектор и источник напорной воды, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности в работе устройства в грунтах разной плотности за счет уменьшения просора грунта и снижения энергозатрат на его рыхление, устройство снабжено выпускным коллектором, а зубья размещены по периметру устья наконечника и каждый из них выполнен в виде цилиндрической гильзы с дном и коническим наконечником, имеющей подпружиненный кольцевой клапан со ступицей и конический ударник, угол конусности которого равен углу конусности наконечника гильзы, в цилиндрической стенке которой выполнен кольцевой канал, связанный посредством впускных отверстий с полостью гильзы и посредством выпускного отверстия и патрубка - с выпускным коллектором, который связан посредством гибкого трубопровода с входом гидровибратора, посредством дополнительного гибкого трубопровода с источником напорной воды и посредством патрубка с отверстием, выполненным в дне гильзы, полость которой выполнена с ограничителями хода ударника, выполненными в виде продольных ребер, размещенных на внутренних стенках гильзы, причем конический ударник со стороны, противоположной его острию, выполнен с имеющим буртик соосным хвостовиком, свободный конец которого установлен в центральном отверстии, выполненном в ступице и кольцевом клапане, расстояние между которым и буртиком меньше длины хода ударника.