СПОСОБ ОЧИСТКИ ТРУБЫ ОТ ГРУНТОВОГО КЕРНА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1999 года по МПК E02F5/18 

Предлагаемый способ очистки трубы от грунтового керна и устройство для его осуществления относятся к горной и строительной технике и могут быть использованы при бестраншейной прокладке подземных коммуникаций при забивании трубы-кожуха с открытым передним торцом на полную длину перехода. Известен способ бестраншейной прокладки подземных коммуникаций и устройство для его осуществления по а.с. СССР N 1041646 М. кл. E 02 F 5/18, включающий удаление грунта из трубы желонкой с приводом от ударного механизма.

Недостатком этого способа является малая производительность процесса из-за низкой скорости перемещения желонки "вперед-назад" по трубе.

Также известен способ бестраншейной прокладки подземной коммуникации по а.с. СССР N 802464, М. кл. E 02 F 5/18 путем перемещения грунта по трубе силами трения, возникающими между грунтом и внутренней поверхностью трубы в период между ударами. Недостатком этого способа является невозможность очистки трубы, забитой с уклоном "вниз", т.к. силы тяжести, действующие на грунт, препятствуют перемещению грунта в нужном для очистки направлении. Кроме этого, способ имеет снижение производительности в пределе до нуля к концу процесса и не обеспечивает полную очистку трубы от грунта, т.к. силы трения, перемещение грунта по трубе, уменьшаются к концу процесса. Под действием ударных импульсов по мере очистки грунт перераспределяется по всей длине трубы, высота слоя грунта уменьшается, поэтому силы трения уменьшаются.

Наиболее близким является способ очистил трубы от грунтового керна по а. с. СССР N 988997, М. кл. E 02 F 5/18. Он включает приложение статических усилий к грунтовому керну, перемещение и выдавливание его из трубы.

Недостатком способа является ненадежность очистки с увеличением длины трубы. При увеличении длины трубы увеличивается суммарная сила трения грунта о трубу, возрастает сопротивление выдавливанию керна из трубы. Если для преодоления этого сопротивления увеличить статическое усилие к грунтовому керну, то возрастет давление внутри керна, направленное перпендикулярно к внутренним стенкам трубы, это вызовет рост сил трения и образование грунтовой пробки. В этом случае очистка трубы от грунта будет невозможной.

Техническая задача заключается в повышении надежности и безопасности очистки трубы от грунтового керна. Поставленная задача решается тем, что в способе очистки трубы от грунтового керна, включающем приложение статических усилий к грунтовому керну, перемещение и выдавливание его из трубы, при котором одновременно с приложением статических усилий к грунтовому керну прикладывают продольные возвратно-поступательные силовые импульсы к трубе, согласно изобретению, статическое усилие к грунтовому керну прикладывают со стороны переднего торца трубы, а продольные возвратно-поступательные импульсы - со стороны заднего торца трубы. Такой способ очистки трубы от грунтового керна обеспечит полное удаление грунтового керна за счет снижения сил трения и равномерного распространения внутреннего давления в керне на всю длину трубы. Внутреннее давление на выходе керна из труби обеспечит высокую производительность и надежность процесса. Для выдавливания керна из трубы достаточно небольших статических усилий на грунтовый керн, что делает очистку трубы безопасной.

Целесообразно продольные возвратно-поступательные силовые импульсы прикладывать посредством вибрирующего устройства. Это обеспечивает равномерное распределение давления внутри грунтового керна и повышает производительность и безопасность очистки к концу процесса.

Целесообразно возвратно-поступательные силовые импульсы прикладывать посредством ударного устройства. Это обеспечивает снижение сил трения между грунтовым керном и трубой и повышает надежность очистки в начале процесса.

Целесообразно пи этом до приложения статических усилий к грунтовому керну трубу фиксировать от продольных перемещений. Это обеспечит неподвижность трубы при воздействии на грунтовый керн статических усилий, способных при уменьшении трения между наружной поверхностью трубы и грунтовым массивом перемещать трубу в направлении выхода грунтового керна. Силы, способные переместить трубу в грунтовом массиве, являются силами трения между грунтовым керном и внутренними стенками трубы. Эти силы трения, благодаря внутреннему давлению в керне, превышают силы трения, удерживающие трубу в грунтовом массиве.

Целесообразно также приложение статических усилий к грунтовому керну осуществлять через жидкость. Это способствует уменьшению сил трения между грунтовым керном и внутренней поверхностью трубы за счет проникновения жидкости внутрь грунтового керна. При этом повышается надежность и безопасность очистки трубы.

Целесообразно при этом приложение статических усилий к грунтовому керну осуществлять тяговой лебедкой, канат которой предварительно размещают в трубе. Это позволяет регулировать статическое усилие на грунтовый керн и обеспечить непрерывность процесса очистки на всю длину трубы, что повышает надежность процесса.

Целесообразно также приложение статических усилий к грунтовому керну осуществлять за счет сил сжатия упругого элемента, возникающих под действием прикладываемых продольных возвратно-поступательных силовых импульсов к трубе. Это позволяет сократить количество применяемого оборудования, что упростит процесс очистки трубы от грунтового керна и повысит его надежность.

Известно устройство для очистки трубы от грунта по а.с. СССР N 1041646, М. кл. E 02 F 5/18, содержащее желонку с приводом от ударного механизма, расположенную в трубе с возможностью осевого перемещения.

Недостатком этого устройства является малая производительность очистки из-за низкой скорости перемещения желонки "вперед-назад" по трубе.

Также известно устройство для очистки труби от грунта по а.с. СССР N 802464, М. кл. E 02 F 5/18, содержащее ударный механизм, смонтированный на заднем торце трубы при помощи переходника. Грунт удаляется из трубы через отверстие в переходнике.

Недостатком такого устройства является малая производительность очистки и невозможность полной очистки трубы, забиваемой с уклоном "вниз", т.к. остатки грунта под действием силы тяжести будут перемещаться вдоль трубы в направлении вперед и вниз.

Наиболее близким техническим решением является устройство для очистки трубы от грунта по а.с. СССР N 988997, М. кл. E 02 F 5/18, содержащее нажимной диск о опорной пятой, присоединенный к нажимной плите посредством штанг.

Недостатками этого устройства являются - создание больших статических усилий, требуемых для очистки трубы от грунтового керна и возникновение грунтовой пробки в трубе, препятствующей выдавливанию грунтового керна из трубы. Гарантированная и надежная очистка длинной трубы при помощи этого устройства невозможна.

Техническая задача заключается в повышении надежности и безопасности очистки трубы от грунтового керна.

Поставленная задача решается тем, что устройство для очистки трубы от грунтового керна, содержащее установленный в трубе поршень с приводом, согласно изобретению, снабжено смонтированным на трубе генератором продольных возвратно-поступательных силовых импульсов. Такое выполнение устройства обеспечит полное удаление грунтового керна за счет снижения сил трения и равномерного распространения внутреннего давления в керне на всю длину трубы. Небольшие статические усилия на грунтовый керн создают достаточное давление на выходе керна из трубы, что делает очистку надежной и безопасной.

Целесообразно генератор продольных возвратно-поступательных силовых импульсов выполнить в виде вибрирующего устройства.

Такое выполнение устройства обеспечит равномерное распределение давления внутри грунтового керна и повысит безопасность очистки к концу процесса, т. к. не требуется больших статических усилий, прикладываемых к керну.

Целесообразно генератор продольных возвратно-поступательных силовых импульсов выполнить в виде ударного устройства.

Такое выполнение устройства обеспечивает снижение сил трения между грунтовым керном и трубой и повышает надежность очистки в начале процесса.

Целесообразно при этом устройство для очистки трубы от грунтового керна снабдить фиксатором от продольных перемещений, размещенным на боковой поверхности трубы. Такое выполнение устройства обеспечит неподвижность трубы в грунтовом массиве при воздействии на грунтовый керн статических усилий, способных при уменьшении трения между трубой и грунтовым массивом извлечь трубу из грунтового массива.

Целесообразно также привод поршня выполнить в виде фрикциона, установленного в трубе, и пружины сжатия, размещенной между поршнем и фрикционом.

Такое выполнение устройства позволяет использовать продольные колебания трубы для создания статических усилий, что упрощает конструкцию.

Целесообразно привод поршня выполнить в виде камеры с деформируемыми стенками, заполненной сжатым воздухом и размещенной в трубе между поршнем и фрикционом.

Такое выполнение устройства повышает надежность работы за счет отказа от механической пружины.

Целесообразно также в поршне выполнить отверстие, а между грунтовым керном и поршнем выполнить полость, заполненную жидкостью.

Такое выполнение устройства способствует смачиванию грунтового керна, уменьшению внутреннего трения в грунтовом керне и более равномерному распространению давления внутри керна.

Целесообразно привод поршня выполнить в виде тяговой лебедки с канатом, помещенным в трубу и выходящим из нее через отверстие в трубе или переходнике.

Такое выполнение устройства позволяет обеспечить непрерывность процесса очистки на всю длину трубы за счет регулирования величины статического усилия на грунтовый керн.

Целесообразно пи этом устройство для очистки трубы от грунтового керна снабдить фиксатором каната, размещенным внутри трубы.

Такое выполнение устройства позволяет до заполнения трубы грунтовым керном разместить внутри трубы на всю ее длину канат, тем самым обеспечить надежность процесса очистки.

Сущность технического решения иллюстрируется примерами конкретного исполнения и чертежами.

На фиг. 1 изображена схема очистки трубы от грунтового керна через окно в переходнике при одновременном воздействии статического усилия на грунтовый керн и продольных возвратно-поступательных силовых импульсов на трубу.

На фиг. 2 изображена схема очистки трубы от грунтового керна через открытый торец трубы, на край которой закреплен генератор продольных возвратно-поступательных силовых импульсов в виде ударного устройства. На грунтовый керн воздействует статическое усилие, возникающее в результате перемещения фрикциона к поршню и сжатия пружины.

На фиг. 3 изображена схема очистки трубы от грунтового керна - статическое усилие возникает при сжатии камеры с деформируемыми стенками, заполненной сжатым воздухом.

На фиг. 4 изображена схема очистки трубы от грунтового керна - статическое усилие осуществляют через жидкость, подаваемую по каналу в поршне. Для предотвращения продольного перемещения трубы из грунтового массива на боковой поверхности трубы смонтирован фиксатор.

На фиг. 5 изображена схема очистки трубы от грунтового керна - статическое усилие осуществляют тяговой лебедкой с канатом, помещенным в трубу и закрепленным на поршне.

На фиг. 6 изображена схема предварительного размещения каната в трубе путем его закрепления при помощи фиксатора на внутренней поверхности трубы.

Очистка трубы 1 от грунтового керна осуществляется следующим образом (фиг. 1). Со стороны переднего торца трубы 1, находящегося в приямке 3, устанавливают поршень 4. На задний торец трубы 1 при помощи переходника 5 с окном 6 монтируют генератор 7 продольных возвратно-поступательных силовых импульсов. К поршню 4 прикладывают статическое усилие F со стороны переднего торца в направлении к заднему торцу трубы. Одновременно с этим прикладывают продольные возвратно-поступательные силовые импульсы к трубе со стороны заднего торца. Статическое усилие F создает в грунтовом керне 2 внутреннее давление, величина которого по мере удаления от поршня 4 уменьшается. При большой длине трубы 1 давление в грунтовом керне 2 на выходе из окна 6 может уменьшиться до нуля - грунт не будет выходить наружу. При воздействии продольных возвратно-поступательных силовых импульсов на трубу 1 происходит уменьшение трения не только между грунтовым керном 2 и трубой 1, но и между частицами грунта - внутри керна. Это способствует не только уменьшению энергозатрат на перемещение всего грунтового керна 2 внутри трубы 1, но и максимальному перераспределению давления внутри керна в направлении выхода его из окна 6 наружу. Чем больше давление в грунтовом керне 2 на выходе из окна 6, тем интенсивнее идет процесс очистки трубы от грунта в рабочий приямок 8.

Оптическая сила F, действующая на грунтовый керн 2 (фиг. 2), повышает внутреннее давление, способствующее "бункеризации" грунта в трубе 1. При этом внешнее давление, оказываемое на трубу 1 со стороны грунтового массива, не увеличивается. Это может привести к выдавливанию трубы 2 из грунтового массива в рабочий приямок 8. Для предотвращения этого трубу фиксируют от продольных перемещений, для чего снаружи на боковую поверхность трубы монтируют фиксатор 9 от продольных перемещений. Закрепление генератора 7 продольных возвратно-поступательных силовых импульсов на стенке трубы 1 обеспечивает беспрепятственный выход грунтового керна 2 из трубы 1. Применение в качестве генератора 7 импульсов ударного устройства позволяет использовать ударные импульсы для создания статического усилия на поршне 4. Для этого в трубу 1 устанавливают фрикцион 10, который имеет большую массу и прижимается к внутренней поверхности трубы для создания силы трения фрикциона 10. При ударе труба 1 преодолевает силу трения фрикциона 10 за счет сил инерции, действующих на фрикцион 10 - происходит перемещение фрикциона 10 к поршню 4 и сжатие пружины 11. Так как сила сжатия пежины 11 меньше силы трения фрикциона 10, пружина 11 находится в деформируемом состоянии и воздействует с силой F на поршень. Сила F вызывает перемещение грунтового керна 2 относительно трубы 1, т.к. при ударе происходит резкое уменьшение силы трения по поверхности грунтового керна.

Механическая пружина сжатия 11 может быть заменена (фиг. 3) камерой 12 с деформируемыми стенками, заполненной сжатым воздухом, и размещена в трубе 1 между фрикционом 10 и поршнем 4. Давление сжатого воздуха через поршень 4 воздействует на керн 2 и создает в нем давление, обеспечивающее очистку трубы 1 от грунта.

Для уменьшения сил трения (фиг. 4) между грунтовым керном 2 и трубой 1 в полость 13 между поршнем 4 и грунтовым керном 2 подают жидкость под давлением по каналу 14. При этом вода проникает в керн 2, смачивает его и передает давление на всю длину трубы 1 до разгрузочного отверстия в торце трубы 1.

При создании внутреннего давления в грунтовом керне 2 (фиг. 4) тяговой лебедкой 15, канат 16 которой размещен в грунтовом керне 2, появляется возможность регулирования процесса очистки путем изменения внутреннего давления в керне. Это обеспечивает безопасность проведения работ.

Размещение (фиг. 6) каната 16 в трубе 1 для последующего присоединения к поршню 4 можно осуществить предварительно, т.е. до заполнения трубы 1 грунтовым керном 2. Тем самым повышается надежность очистки трубы 1 от грунта. Для этого конец каната 16 закрепляют при помощи фиксатора 17 у переднего торца трубы 1.

Устройство для очистки трубы от грунтового керна (фиг. 1) содержит поршень 4 с приводом, установленный в трубе 1 со стороны приямка 3, генератор 7 продольных возвратно-поступательных силовых импульсов, смонтированный на трубе 1 при помощи переходника 5 с отверстием 6 со стороны рабочего приямка 8.

В качестве генератора 7 продольных возвратно-поступательных силовых импульсов могут быть использованы вибрирующее устройство или ударное устройство.

Для предотвращения извлечения трубы 1 из грунтового массива под действием статической силы F устройство для очистки трубы от грунтового керна (фиг. 2) содержит фиксатор 9 от продольных перемещений, размещенный на боковой поверхности трубы 1. Привод поршня 4 может быть выполнен в виде фрикциона 10, установленного в трубе 1, и пружины 11 сжатия, размещенной между поршнем 4 и фрикционом 10. Генератор 7 продольных возвратно-поступательных силовых импульсов может быть смонтирован на стенке трубы 1, параллельно оси (фиг. 2) для обеспечения свободного выхода грунтового керна 2 в рабочий приямок 8.

Привод поршня 4 может быть выполнен в виде камеры 12 с деформируемыми стенками (фиг. 3), заполненной сжатым воздухом и размещенной в трубе 1 между поршнем 4 и фрикционом 10.

При выполнении поршня 4 с отверстием 14 (фиг. 4) полость между грунтовым керном 2 и поршнем 4 можно заполнить жидкостью для смачивания керна 2 и стенок трубы 1. Привод поршня 4 может быть выполнен в виде (фиг. 5) тяговой лебедки 15 с каналом 16, помещенным в трубу 1 и выходящим из нее через отверстия в трубе 1 или переходнике 5 (фиг. 1).

Фиксатор 17 каната 16 размещен внутри трубы 1. Он позволяет закрепить канат 16 в трубе 1 до заполнения ее грунтовым керном 2.

Устройство для очистки трубы от грунтового керна работает следующим образом.

К поршню 4 (фиг. 1) прикладывается статическая сила F стремящаяся выдавить грунтовый керн 2 из трубы 1. Для облегчения этого процесса при большой длине трубы 1 с противоположной стороны при помощи генератора 7 к трубе 1 прикладываются продольные возвратно-поступательные силовые импульсы. Они способствуют потере механической связи наружной поверхности грунтового керна 2 с внутренней поверхностью трубы 1 по всей ее длине. При этом под воздействием статической силы F грунтовый керн 2 будет перемещаться к заднему торцу трубы 1 и выдавливаться в приямок 8.

Статическую силу F (фиг. 2) можно создать путем перемещения фрикциона 10 к поршню 4 по внутренней поверхности трубы 1 под действием сил инерции, действующих на фрикцион 10 при ускоренном движении трубы 1 вперед. При этом происходит сжатие пружины 11. Силы трения, возникающие между фрикционом 10 и внутренней поверхностью трубы 1, к которой прижат фрикцион 10, удерживают пружину 11 в сжатом состоянии. Сила F сжатия пружины 11 обеспечивает выдавливание грунтового керна 2 из трубы 1.

Пружину сжатия 11 можно заменить камерой 12 с деформируемыми стенками (фиг. 3), которые прижимаясь к внутренней поверхности трубы 1 за счет дополнительной силы трения позволяют увеличить статическую силу.

При подаче жидкости через отверстие 14 в поршне 4 (фиг. 4) в полость между грунтовым керном 2 и поршнем 4 происходит постепенное смачивание внутренней поверхности трубы 1 и керна 2 и уменьшение сил, удерживающих грунтовый керн 2 в трубе 1.

Статическая сила F, приложенная к поршню 4 со стороны грунтового керна 2 при помощи тяговой лебедки 15 и каната 16, легко регулируется по величине в зависимости от интенсивности процесса. При этом все необходимое оборудование размещается в рабочем приямке 8, куда выгружается грунтовый керн 2 из трубы 1.

Для улучшения организации работ по очистке трубы 1 от грунтового керна 2 канат 16 заранее, до заполнения трубы 1 грунтом, закрепляют за трубу 1 при помощи фиксатора 17.

Предлагаемый способ очистки трубы от грунтового керна и устройство для его осуществления относятся к горной и строительной технике и могут быть использованы при бестраншейной прокладке подземных коммуникаций при забивании трубы-кожуха с открытым передним торцом на полную длину перехода. Техническая задача заключае6тся в повышении надежности и безопасности очистки трубы от грунтового керна. Поставленная задача решается тем, что в способе очистки трубы от грунтового керна, включающем приложение статических усилий к грунтовому керну, перемещение и выдавливание его из трубы, одновременно с приложением статических усилий к грунтовому керну прикладывают продольные возвратно-поступательные силовые импульсы к трубе, причем статическое усилие к грунтовому керну прикладывают со стороны переднего торца трубы, а продольные возвратно-поступательные импульсы - со стороны заднего торца трубы, а устройство для осуществления способа включает смонтированный на трубе генератор продольных возвратно-поступательных силовых импульсов. 2 с. и 14 з. п.ф-лы, 6 ил.

1. Способ очистки трубы от грунтового керна, включающий приложение статических усилий к грунтовому керну, перемещение и выдавливание его из трубы, при котором одновременно с приложением статических усилий к грунтовому керну прикладывают продольные возвратно-поступательные силовые импульсы к трубе, отличающийся тем, что статическое усилие к грунтовому керну прикладывают со стороны переднего торца трубы, а продольные возвратно-поступательные импульсы - со стороны заднего торца трубы. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что продольные возвратно-поступательные силовые импульсы прикладывают посредством вибрирующего устройства. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что продольные возвратно-поступательные силовые импульсы прикладывают посредством ударного устройства. 4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что до приложения статических усилий к грунтовому керну трубу фиксируют от продольных перемещений. 5. Способ по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что приложение статических усилий к грунтовому керну осуществляют через жидкость. 6. Способ по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что приложение статических усилий к грунтовому керну осуществляют тяговой лебедкой, канат которой предварительно размещают в трубе. 7. Способ по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что приложение статических усилий к грунтовому керну осуществляют за счет сил сжатия упругого элемента, возникающих под действием прикладываемых продольных возвратно-поступательных силовых импульсов к трубе. 8. Устройство для очистки трубы от грунтового керна, содержащее установленный в трубе поршень с приводом, отличающееся тем, что оно снабжено смонтированным на трубе генератором продольных возвратно-поступательных силовых импульсов. 9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что генератор продольных возвратно-поступательных силовых импульсов выполнен в виде вибрирующего устройства. 10. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что генератор продольных возвратно-поступательных силовых импульсов выполнен в виде ударного устройства. 11. Устройство по любому из пп.8 - 10, отличающееся тем, что оно снабжено фиксатором от продольных перемещений, размещенным на боковой поверхности трубы. 12. Устройство по п.8 или 11, отличающееся тем, что привод поршня выполнен в виде фрикциона, установленного в трубе, и пружины сжатия, размещенной между поршнем и фрикционом. 13. Устройство по п.8 или 11, отличающееся тем, что привод поршня выполнен в виде камеры с деформируемыми стенками, заполненной сжатым воздухом и размещенной в трубе между поршнем и фрикционом. 14. Устройство по любому из пп.8 - 11, отличающееся тем, что в поршне выполнено отверстие, а между грунтовым керном и поршнем размещена полость, заполненная жидкостью. 15. Устройство по любому из пп.8 - 11, отличающееся тем, что привод поршня выполнен в виде тяговой лебедки с канатом, помещенным в трубу и выходящим из нее через отверстие в трубе или переходнике. 16. Устройство по п.15, отличающееся тем, что оно снабжено фиксатором каната, размещенным внутри трубы.