ЗАХВАТ К ПНЕВМОМОЛОТУ ДЛЯ ЗАБИВАНИЯ В ГРУНТ ТРУБ Российский патент 1997 года по МПК E02D7/10 E02F5/18 

Изобретение относится к строительной технике и может быть применено при забивке в грунт строительных элементов, в частности труб.

Известны наголовники к вибропогружателям, например к вибропогружателю В-108 [1] Вибропогружатель В-108 с наголовником (захватом) предназначен для погружения в грунт шпунта и труб малого диаметра (до 30-35 см). Наголовник служит для жесткого крепления вибропогружателя к погружаемой шпунтине.

Однако такие наголовники (захваты) не пригодны для забивки в грунт труб большого диаметра, а разнесение щек наголовника на большее расстояние приводит к их поломке.

Известно устройство для забивания труб в грунт [2] которое смонтировано на ударном узле, в качестве которого служит пневмопробойник.

Устройство содержит переходник для соединения ударного узла с забиваемой трубой, снабжено полым эластичным элементом, соединенным с источником сжатого воздуха и размещенным между переходником и забиваемой трубой. Устройство позволяет обеспечить соединение ударного узла с забиваемой трубой.

Однако устройство предназначено для использования в качестве ударного узла пневмопробойника, кроме того оно металлоемко вследствие массивного переходника и практически не пригодно для забивания в грунт труб большого диаметра вследствие малой ударной прочности сложного по конфигурации центрального стержня (переходника). Сложна конструкция эластичного элемента, выполненного в виде полой кольцевой камеры, кроме того эластичный элемент в процессе работы может смещаться в гнездах переходника и заклинивать пружины, регулирующие положение прокладок. Недостаточна надежность сцепления захвата с внутренней поверхностью забиваемой трубы.

Наиболее близким к изобретению по назначению и технической сущности является устройство для забивания труб в грунт [3] включающее переходник, смонтированный на ударном узле, в качестве которого использован пневмопробойник, распорный узел, размещенный между упорами переходника и содержащий пневмокамеру с пластинчатым эластичным элементом и с подпружиненными прокладками, механизм осевого перемещения переходника, при этом распорный узел снабжен обоймой, свободно установленной на переходнике.

Недостатками данного устройства являются использование в качестве ударного узла пневмопробойника, металлоемкость массивного переходника. Кроме того, переходник имеет сложную конфигурацию, вследствие чего его ударная прочность понижена и он не может использоваться для забивания в грунт труб большого диаметра. В процессе работы ударной машины эластичный элемент может быть смещаться в гнездах распорного узла и заклинивать пружины, регулирующие положение прокладок. Недостаточной является и надежность сцепления захвата с внутренней поверхностью забиваемой трубы.

Задача изобретения повышение надежности захвата и увеличение его долговечности при забивании труб большого диаметра, снижение металлоемкости.

Задача решается тем, что переходник выполнен в виде стяжных штанг, пропущенных через упоры, контактирующие с торцами обоймы. Кроме того, прокладки, расположенные по периметру эластичного элемента, выполнены с зубцами по внешней поверхности. Кроме того, угол наклона верхних скосов зубцов выполнен большим, чем угол наклона нижних скосов зубцов. Кроме того, нижний упор выполнен составным из диска и наконечника, между которыми размещен демпфирующий элемент. Кроме того, в упорах со стороны контакта с обоймой образованы кольцевые канавки под торцы обоймы и прокладок. Кроме того, в стенке обоймы выполнено отверстие для подвода сжатого воздуха в пневмокамеру. Кроме того, эластичный элемент выполнен в виде пологого цилиндра. Анализ отличительных признаков на существенность отличий.

Признак "Захват. содержащий переходник с верхним и нижним упорами и обоймой, подсоединенную к источнику сжатого воздуха пневмокамеру, образованную пластинчатым эластичным элементам, герметично закрепленным вокруг обоймы, прокладки, расположенные по периметру пневмокамеру, и демпфирующий элемент" этот признак известен по авт.св. N 1416621, кл. Е 02 F 5/18 и является необходимым для реализации захвата. Без этого признака захват не осуществим, поэтому данный признак является существенным.

Признак "Переходник выполнен в виде стяжных штанг, пропущенных через упоры, контактирующие с торцами обоймы" отсутствует в прототипе и рассмотренных аналогах и не известен из других источников науки и техники. Без реализации этого признака предлагаемый захват не осуществим. Кроме того, наличие штанг, обоймы и упоров, не связанных между собой жестко, позволяет гасить волну растяжения, повышения тем прочность и надежность захвата. Следовательно, рассматриваемый признак необходим и позволяет достигнуть поставленную задачу, поэтому признак является также существенным.

Признак "Прокладки выполнены с зубцами по внешней поверхности" позволяет обеспечить повышение прочности и надежности сцепления захвата с забиваемой трубой и следовательно повышает надежность работы захвата, обеспечивая достижение поставленной цели. Признак отсутствует в прототипе и рассмотренных аналогах и не известен из других источников науки и техники, следовательно, признак также существенным.

Признак "Угол наклона верхних скосов зубцов прокладок выполнен большим, чем угол наклона нижних скосов зубцов" наличие пологого нижнего скоса зубцов на прокладках упрощает введение захвата в забиваемую трубу. Наличие верхних скосов зубцов упрощает процесс выведения захвата из трубы, тем самым скосы зубцов способствуют повышению надежности работы захвата и упрощают его обслуживание. Более крутые верхние скосы зубцов упрощают процесс внедрения зубцов в стенки трубы при подаче сжатого воздуха в пневмокамеру. В целом наличие скосов у зубцов прокладок с принятым сочетанием их углов наклона повышает надежность сцепления захвата с забиваемой трубой и тем способствует достижению поставленной задачи. Признак отсутствует в прототипе и рассмотренных аналогах и не известен из других источников науки и техники, следовательно, этот признак является существенным.

Признак "Нижний упор выполнен составным из диска и наконечника, между которыми размещен демпфирующий элемент" отсутствует в прототипе и рассмотренных аналогах и не известен из других источников науки и техники. Однако наличие демпфирующего элемента в конструкции захвата способствует снижению растягивающих напряжений в конструкции в процессе работы захвата, особенно растягивающих напряжений в штангах при прохождении волны отдачи, тем самым признак способствует осуществлению поставленной задачи, повышая надежность захвата. Следовательно, этот признак является существенным.

Признак "В упорах со стороны контакта с обоймой образованы кольцевые канавки под торцы обоймы и прокладок" отсутствует в прототипе и рассмотренных аналогах и не известен из других источников науки и техники. Однако при отсутствии рассматриваемых канавок при подаче давления в пневмокамеру прокладки будут смещаться за пределы упоров и захват просто рассыпается. Если же торцы обоймы будет установлены на упорах без канавок, то обойма сможет смещаться относительно упоров и захват также рассыпается. Следовательно, рассматриваемый признак способствует достижению поставленной задачи, обеспечивая надежность работы захвата. Таким образом, рассматриваемый признак является существенным.

Признак "В стенке обоймы выполнено отверстие для подвода сжатого воздуха в пневмокамеру" отсутствует в прототипе и рассматриваемых аналогах и не известен из других источников науки и техники. Но без подвода сжатого воздуха в пневмокамеру захват работать не будет. Подвод сжатого воздуха к пневмокамере со стороны внутренней полости обоймы позволяет убрать подводящий парубок в эту полость, что защищает последний от случайных повреждений в процессе эксплуатации захвата, т.е. способствует решению поставленной задачи, поэтому рассматриваемый признак является существенным.

Признак "Эластичный элемент выполнен в виде полого цилиндра" отсутствует в прототипе и рассмотренных аналогах, не известен из других источников. Однако этот признак позволяет выполнить другую модификацию эластичного элемента, в которой плоской элемент свернут в цилиндр, и которой отсутствует продольный шов, что упрощает конструкции пневмокамеры, повышая ее надежность. Следовательно, рассматриваемый признак является существенным.

На чертеже показан предлагаемый захват, продольный (вертикальный) разрез.

Захват состоит из обоймы 1 (чертеж), верхнего 2 и нижнего 3 упоров, стягивающих штанг 4, пластинчатого эластичного элемента 5, герметичной пневмокамеры 6, хомутов 7 и 8, прокладок 9.

Обойма 1 выполнена из стальной трубы и снабжена радиальным отверстием 10 ее стенке, к которому подсоединен шланг 11 для подачи сжатого воздуха пневмокамеру 6. Второй конец шланга 11 подсоединен к отверстию в верхнем упоре 2, сообщающемуся с внешней поверхностью захвата (на чертеже это отверстие в верхнем упоре 2 не показано).

Верхний упор 2 снабжен по контуру сквозными отверстиями 12 для крепления захвата к пневмомолоту (отверстия 12 показаны условно линией). Кроме того, верхний упор 2 снабжен сквозными гнездами 13 для размещения головок стягивающих штанг 4 и кольцевой канавкой 14 со стороны обоймы 1.

Нижний упор 3 выполнен составным и состоит из диска 15, демпфирующей прокладки 16, наконечника 17, имеющего коническую форму. Упор 3 снабжен сквозным отверстием 18 для пропуска стягивающих штанг 4, нижние концы которых с гайками 19 расположены в гнезде 20 наконечника 17. Диск 15 по верхней поверхности со стороны обоймы 1 снабжен канавкой 21.

Пластинчатый эластичный элемент 5, изготовленный из многослойной прорезиненной ткани (например, из конвейерной ленты) обернут в виде цилиндрической рубашки вокруг обоймы 1, образуя совместно с ней герметичную пневмокамеру 6. Верхний и нижний торцы пластинчатого эластичного элемента 5 герметизируются на боковой поверхности обоймы 1 с помощью специальных хомутов 7 и 8, которые плотно прижимают эластичный элемент 5 поверхности обоймы 1 (в качестве хомутов 7 и 8 могут использоваться витки туго затянутой проволоки). Аналогично герметизируются вертикальный стык концов пластинчатого эластичного элемента, например, эти концы сдвинутые впритык плотно прижимаются к поверхности обоймы 1 специальной планкой, крепящейся с помощью шпилек к обойме 1 (не показано).

В варианте пластинчатого эластичного элемента 5, выполненного в виде цилиндра, надетого на обойму 1, торцы эластичного цилиндра герметизируются с помощью хомутов 7 и 8, а вертикальный стык отсутствует (герметизируется в процессе изготовления цилиндра).

Прокладки 9, размещенные по периметру рубашки из пластинчатого эластичного элемента 5, снабжены по концам выступами 22, которые при сборке захвата заводятся в кольцевую канавку 14 верхнего упора 2 и в кольцевую канавку 21 нижнего упора 3. Прокладки 9 выполнены в виде плашек, снабженных по внешней поверхности зубцами 23, причем последние выполнены с пологим скосом 24 по нижней гране зубцов и с крутым скосом 25 по верхней их грани.

Захват с помощью болтов 26 (показаны условно линией) пропущенных в отверстия 12 верхнего упора 2, крепится к шаботу 27 пневмомолота.

Захват работает следующим образом.

Прикрепленный к пневмомолоту болтами 26 захват заводится в предназначенную для забивания трубу 28. Конический наконечник 17 облегчает введение захвата в трубу 28. При этом зубцы 23 прокладок 9 благодаря пологих нижних скосов 24 и отсутствия давления сжатого воздуха в пневмокамере 6 не мешают проходу захвата в трубу 28, пока верхний упор 2, не придет в соприкосновение с трубой 28. После этого производится подача сжатого воздуха в пневмокамеру 6. Эластичный элемент 5 раздувается сжатым воздухом, прижимает прокладки 9 к стенкам трубы 28, центрирует и фиксирует захват с пневмомолотом в забиваемой трубе 28. Прокладки 9 своими зубцами 23 плотно прилегают к внутренней поверхности трубы 28 и зубцы 23 под действием сил сжатого воздуха внедряются в стенки трубы 28, обеспечивая надежность сцепления захвата с трубой. Далее сжатый воздух подается к пневмомолоту и последний начинает работать. Под действием ударного узла пневмомолота ударная энергия через шабот 27 передается на упор 2 и далее на трубу 28. Последняя забивается в грунт. В момент удара энергия от упора 2 также передается обойме 1 и через нее нижнему упору 3. В этот период элементы захвата обойма 1 и прокладки 9 испытывают сжатие и имеют тенденцию двигаться вниз вдоль оси захвата. Прокладки 9 могут двигаться только с трубой 28. Обойма же 1 и нижний упор 3 двигаются вниз под действием приобретенной энергии. Возникают силы, которые начинают растягивать штанги 4. После прохода ударного импульса появляются силы отдачи. Формируется волна растяжения. За счет сил отдачи упор 2 начинает двигаться вверх. Одновременно начинает двигаться вверх и упор 3, на который воздействовали штанги 4. Однако импульс воздействия верхнего упора 2 на упор 3 будет погашен в демпфирующей прокладке 16. В результате напряжения растяжения в штангах 4 будут существенно меньше, чем в конструкции с жесткими связями. Напряжения растяжения также будут гаситься на свободных стыках обоймы 1 с упорами 2 и 3. Все это существенно повышает ударную прочность и долговечность изделия, способствуя достижению поставленной задачи повышению надежности захвата.

Работа прокладок 9 заключается в следующем. При подаче сжатого воздуха в пневмокамеру 6 последняя расширяется за счет плоского эластичного элемента 5 и давит на прокладки 9. Величина усилий при давлении сжатого воздуха 6 атм и площади одной прокладки 120 см² составляет до 0,7 тс. Под действием этой силы зубцы 23 прокладок 9 несколько врезаются в металл стенок трубы 28, за счет чего резко возрастает надежность сцепления захвата с забиваемой трубой.

Наличие скосов 24 и 25 на зубцах 23 позволяет обеспечить введение захвата в трубу 28 и выведение его из трубы. Пологие нижние скосы 24 зубцов 23 упрощают введение захвата в трубу. Крутые скосы 25 верхних граней зубцов 23 позволяют увеличить глубину внедрения зубцов 23 в стенки трубы 28. При снятом давлении в пневмокамере 6 (сжатый воздух отключен) наличие скосов на верхних гранях зубцов 23 облегчает их вывод из зацепления с трубой 28 и облегчает извлечение захвата из трубы. Прокладки 9 в процессе сборки захвата и его работы удерживаются на своих местах за счет специальных выступов 22 по их концам, которые заводятся в кольцевые канавки 14 и 21 в верхнем 2 и нижнем 3 упорах.

При общем давлении на прокладки 9, достигающем 7 тс, пневмокамера 6 должна обладать большой прочностью на растяжение от внутреннего давления, что достигается за счет использования в качестве материала плоского эластичного элемента 5 многослойной прорезиненной ткани (материал типа конвейерной ленты).

В предлагаемой конструкции захвата эластичный элемент выполнен из указанного материала в виде прямоугольной пластины, которая обернута как рубашка вокруг обоймы 1. В результате этого пневмокамера 6 образуется между внутренней поверхностью цилиндрической рубашки из пластинчатого эластичного элемента 5 и внешней цилиндрической поверхностью обоймы 1. Торцы пневмокамеры 6 по верху и низу загерметизированы с помощью специальных хомутов 7 и 8. Вертикальный стык концов пластинчатого эластичного элемента 5 герметизируется специальной накладкой, притягиваемой большим усилием к обойме 1. Возможна герметизация этого стыка в процессе изготовления эластичного элемента в форме полого цилиндра.

Предлагаемая конструкция захвата позволяет прочно и надежно закрепить ударное устройство, в рассматриваемом случае пневмомолот, на забиваемой в грунт трубе, обеспечив прочное его удержание как при передаче ударного импульса, так и при гашении сил отдачи, что важно при работе диафрагменных пневмомолотов и вибровозбудителей.

Использование: в строительной технике при погружении в грунт строительных элементов, в частности труб. Сущность изобретения: захват содержит переходник с упорами и наконечниками, пневмокамеру, образованную пластинчатым эластичным элементом, герметично закрепленным вокруг обоймы, и соединенную с источником сжатого воздуха, прокладки, расположенные по периметру пластинчатого эластичного элемента. Переходник выполнен в виде стяжных штанг, пропущенных через упоры, контактирующие с торцами обоймы. Прокладки выполнены с зубцами по внешней поверхности. Угол наклона верхних скосов зубцов прокладок выполнен большим, чем угол наклона нижних скосов зубцов. Нижний упор выполнен составным из диска и наконечника, между которыми размещен демпфирующий элемент. В упорах со стороны их контакта с обоймой образованы кольцевые канавки под торцы обоймы и прокладок. В стенке обоймы выполнены отверстие для подвода сжатого воздуха в пневмокамеру. Эластичный элемент может быть выполнен в виде полого цилиндра. 6 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. Захват к пневмомолоту для забивки в грунт труб, содержащий переходник с верхним и нижним упорами и обоймой, присоединенную к источнику сжатого воздуха пневмокамеру, образованную пластинчатым эластичным элементом, герметично закрепленным вокруг обоймы, прокладки, расположенные по периметру пневмокамеры, и демпфирующий элемент, отличающийся тем, что переходник выполнен в виде стяжных штанг, пропущенных через упоры, контактирующие с торцами обоймы. 2. Захват по п.1, отличающийся тем, что прокладки выполнены с зубцами по внешней поверхности. 3. Захват по п.2, отличающийся тем, что угол налкона верхних скосов зубцов прокладок выполнен большим, чем угол наклона нижних скосов зубцов. 4. Захват по пп.1-3, отличающийся тем, что нижний упор выполнен составным из диска и наконечника, между которыми размещен демпфирующий элемент. 5. Захват по п.1, отличающийся тем, что в упорах со стороны контакта с обоймой образованы кольцевые канавки под торцы обоймы и прокладок. 6. Захват по пп. 1-5, отличающийся тем, что в стенке обоймы выполнено отверстие для подвода сжатого воздуха в пневмокамеру. 7. Захват по пп.1-6, отличающийся тем, что эластичный элемент выполнен в виде полого цилиндра.