УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ СКВАЖИН В ГРУНТЕ Российский патент 1998 года по МПК E21C3/20 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при изготовлении набивных свай в промышленном и гражданском строительстве, а также для уплотнения грунта и улучшения его структуры.

Известно устройство для образования скважин в грунте [1] содержащее базовую машину со стрелкой и приводом рабочего органа, направляющую штангу и рабочий орган в виде усеченного конуса, который с помощью лебедки поднимается на высоту 5 10 м и срабатывается на грунт.

Недостатком указанного устройства является громоздкость, малая частота ударов (2 3 удара в минуту), большие динамические воздействия на стрелу и привод базовой машины, в силу чего указанное устройство обладает малой производительностью и надежностью. Кроме того, после каждого удара рабочий орган вынимается из скважины. Это, с одной стороны, связано с большими затратами энергии на извлечение рабочего органа, а с другой после извлечения рабочего органа происходит разгрузка грунта, что неблагоприятно влияет на качество образуемой скважины.

Известно также устройство [2] для вытрамбовывания котлованов, содержащее корпус с размещенным внутри бойком с приводом, а в нижней части корпуса с возможностью продольного перемещения установлена трамбовка. В этом устройстве базовая машина, на которой устанавливается описанное устройство, практически не испытывает динамических воздействий при разгоне и взводе бойка. Кроме того, в этом устройстве трамбовка не извлекается из грунта после каждого удара, а остается в трамбуемой выемке. Однако, как и в предыдущем устройстве [1] разгон бойка происходит за счет силы тяжести, поэтому для достижения требуемой энергии длина устройства достигает нескольких метров.

Более совершенным является устройство [3] в котором погружение трамбовки осуществляется ударным механизмом (гидромолотом), расположенным сверху и соединенным с трамбовкой посредством жесткой муфты. Размеры данного устройства при довольно большой энергии и частоте ударов значительно меньше, чем в устройствах [1, 2] Недостатком устройств [2,3] является то, что корпус трамбовки состоит из двух частей, подвижных друг относительно друга и соединенных между собой муфтой. При погружении трамбовки через зазор между корпусом и муфтой уплотняемый грунт может проникать внутрь корпуса, что отрицательно сказывается на работоспособности устройства.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство [4] содержащее корпус, внутри которого подвижно установлен поршень-боек, наносящий удары по корпусу, блок управления и пневмоаккумулятор.

В этом устройстве и включена возможность проникновения грунта внутрь корпуса. Однако, и оно не лишено недостатков. В этом устройстве, как и в предыдущих [2, 3] поршень-боек в конце своего хода наносит удар непосредственно по корпусу или по жесткой муфте. В результате в поршне-бойке и в корпусе устройства в момент соударения возникают ускорения, равные нескольким сотням "g". В результате в поршне-бойке и корпусе возникают чрезмерные напряжения, близкие или превосходящие предел текучести. Учитывая, что корпус трамбовки как правило представляет собой сварную конструкцию, воздействие на которую интенсивных знакопеременных нагрузок крайне нежелательно, надежность таких устройств будет низкой.

Таким образом, прототипу присуща недостаточная надежность и эффективность устройства.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в повышении надежности и эффективности устройства для образования скважин в грунте.

Сущность изобретения состоит в том, что в отличие от известного устройства для образования скважин в грунте, содержащего формообразующий корпус, внутри которого с возможность ограниченного продольного перемещения размещен ударный механизм с выступающим из его нижнего торца рабочим концом поршня-ударника, согласно изобретению в нижней части формообразующего корпуса выполнена открытая со стороны ударного механизма камера, заполненная жидкостью, диаметр горловины которой по существу равен диаметру нижнего конца поршня-ударника, периодически входящего в упомянутую камеру во время своего рабочего хода.

Технический результат, который может быть получен в результате использования изобретения, заключается в повышении надежности и эффективности устройства за счет снижения пиковых нагрузок на корпус и ударник во время их соударения.

Упомянутый результат при использовании заявляемого устройства достигается за счет того, что в нижней части корпуса (формообразующей оболочки) выполнена открытая со стороны ударного механизма заполненная жидкостью камера, диаметр горловины которой по существу равен диаметру нижнего конца поршня-ударника ударного механизма, взаимодействующего с последней. Предложенное конструктивное решение позволяет растянуть по времени ударный импульс и тем самым резко уменьшить пиковые нагрузки на корпус и ударник и более эффективно использовать кинетическую энергию поршня-ударника для погружения формообразующей оболочки в грунт, благодаря чему формообразующая оболочка может быть выполнена тонкостенной и относительно легкой.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства для образования скважины в грунте (продольный разрез).

Устройство для образования скважины в грунте состоит из формообразующего корпуса 1, на внутренней поверхности имеющего нижнюю 2 и верхнюю 3 цилиндрические направляющие поверхности, в которых подвижно установлен корпус ударного механизма 4. В нижней части формообразующего корпуса 1 выполнена заполненная жидкостью камера 5, имеющая сверху цилиндрическую горловину 6, диаметр которой равен диаметру нижнего конца поршня-ударника 7 ударного механизма 4. Горловина 6 камеры 5 сверху имеет торцевую опорную поверхность 8, с которой контактирует нижний торец 9 корпуса ударного механизма 4. В верхней части корпус 1 снабжен кольцевым выступом 10, который через буфер 11 взаимодействует с выступом 12 ударного механизма 4.

Заявляе6мое устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии формообразующий корпус 1 устройства опирается на уплотняемый грунт. Нижний торец 9 корпуса ударного механизма 4 контактирует с торцевой опорной поверхностью 8 формообразующего корпуса, а поршень-ударник 7 ударного механизма 4 находится в крайнем нижнем положении, при этом его нижний конец размещен в камере 5, заполненной жидкостью, например, минеральным маслом или масляной эмульсией.

При включении привода ударного механизма 4 поршень-ударник 7 перемещается вверх, его нижний конец выходит из камеры 5, а освободившееся при этом пространство в камере 5 заполняется жидкостью, находящейся в формообразующем корпусе 1. Уровень жидкости в формообразующем корпусе 1 устанавливается несколько выше опорной поверхности 8. Поршень-ударник 7 после достижения своего крайнего верхнего положения начинает ускоренное движение вниз рабочий ход. На пути от верхнего положения до момента входа в горловину 6 камеры 5 поршень-ударник 7, практически не испытывая никакого сопротивления, запасает кинетическую энергию.

После входа нижнего конца поршня-ударника 7 в горловину 6 камеры 5, пространство последней будет изолировано от внутренней полости формообразующего корпуса 1.

При дальнейшем движении поршня-ударника 7 в камере 5 происходит сжатие жидкости, кинетическая энергия поршня-ударника 7 переходит в потенциальную энергию сжатой жидкости. При этом на дно камеры 5 и нижний торец поршня-ударника 7 будут действовать силы, равные по величине, но противоположные по направлению. Одна из них вызывает погружение формообразующего корпуса 1 в грунт, а другая торможение поршня-ударника 7. В момент, когда скорости поршня-ударника 7 и формообразующего корпуса 1 становятся одинаковыми, т.е. в момент, когда отсутствует взаимное перемещение поршня-ударника 7 и формообразующего корпуса 1, в камере 5 устанавливается максимальное давление жидкости. С этого момента поршень-ударник 7 под действием давления жидкости в камере 5 начинает ускоренно двигаться вверх относительно формообразующего корпуса 1. Формообразующий корпус 1 будет продолжать двигаться вниз, погружаясь в грунт. Давление жидкости в камере 5 по мере выхода ударника из полости камеры 5 будет падать и в момент его выхода из камеры становится равным нулю, после чего на формообразующий корпус 1 и поршень-ударник 7 прекращается действие сил со стороны жидкости. Дальнейшее движение формообразующего корпуса 1 вниз и поршня-ударника 7 вверх будет происходить при действии силы сопротивления грунта на внедрение формообразующего корпуса 1 и сил упругости на поршень-ударник 7 со стороны привода ударного механизма 4.

Величина максимальной силы, действующей на формообразующий корпус 1 и поршень-ударник 7 со стороны жидкости в камере 5, определяется энергией удара механизма 4, объемом жидкости в камере 5, диаметром поршня-ударника 7, а также величиной зазора между поверхностями горловины 6 камеры 5 и нижнего конца поршня-ударника 7.

Непосредственно после удара между торцевыми опорными поверхностями 8 и 9 горловины 6 и корпуса ударного механизма 4 образуется зазор, определяемый величиной погружения формообразующего корпуса 1 в грунт. После удара под действием сил со стороны манипулятора (на чертеже не показан) корпус ударного механизма 4 опускается вниз до соприкосновения с опорной поверхностью 8 горловины 6э
Далее цикл повторяется. После погружения формообразующего корпуса 1 полностью в грунт с помощью манипулятора (на чертеже не показан) к ударному механизму 4 прикладывается усилие, направленное вверх. Ударный механизм 4 через бурт 12, буфер 11, воздействуя на бурт 10 формообразующего корпуса 1, извлекает последний из грунта.

Предложенное конструктивное решение позволяет легко обеспечить оптимальный режим образования скважин в грунте при высоком КПД использования энергии (не менее 70% ) и сравнительно легкой конструкции формообразующего корпуса устройства, так как силы, действующие на корпус в этом случае, на несколько порядков меньше, чем при непосредственном соударении поршня-ударника с формообразующим корпусом.

Источники информации:
1. Авторское свидетельство СССР N 1260442.

2. Авторское свидетельство СССР N 926153.

3. Патент PCT N 92/10637.

4. Авторское свидетельство СССР N 1093800, кл. T 21 C 3/20 (прототип).

Изобретение относится к строительству и может быть использовано, например, при изготовлении набивных свай в промышленном и гражданском строительстве, а также для уплотнения грунта и улучшения его структуры. Сущность изобретения заключается в том, что устройство содержит формообразующий корпус, внутри которого с возможностью ограниченного продольного перемещения размещен ударный механизм с выступающими из его нижнего торца рабочим концом поршня ударника, причем в нижней части формообразующего корпуса выполнена открытая со стороны ударного механизма камера, заполненная жидкостью, диаметр горловины которой по существу равен диаметру нижнего конца поршня-ударника, периодически входящего в упомянутую камеру во время своего рабочего хода. Применение изобретения позволяет повысить надежность и эффективность устройства за счет снижения пиковых нагрузок на трамбовку и базовую машину во время работы устройства. 1 ил.

Устройство для образования скважин в грунте, содержащее формообразующий корпус, внутри которого с возможностью ограниченного продольного перемещения размещен ударный механизм с выступающим из его нижнего торца рабочим концом поршня-ударника, отличающееся тем, что в нижней части формообразующего корпуса выполнена открытая со стороны ударного механизма камера, заполненная жидкостью, диаметр горловины которой по существу равен диаметру нижнего конца поршня-ударника, периодически входящего в упомянутую камеру во время своего рабочего хода.