УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАБИВАНИЯ В ГРУНТ ДЛИННОМЕРНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ, НАПРИМЕР ТРУБ Российский патент 2001 года по МПК E02F5/18 E02D7/08 

Изобретение относится к области горной и строительной техники и предназначено для бестраншейной прокладки подземных коммуникаций.

Известны виброударные устройства для забивания труб в грунт типа ЭВУ. ВУ-2, УВ-221 (см., например, Н.Я.Кершенбаум, В.И.Минаев. Проходка горизонтальных и вертикальных скважин ударным способом. М.: Недра, 1984 г., с. 184-192), а также пневматические устройства - пневмопробойники (см. Х.Б. Ткач, В.А.Григоращенко, В.В.Климашко. Прокладка трубопроводов под дорогами с помощью пневмопробойника. Передовой опыт в строительстве. М., Минстрой, 1976 г. , Серия 1, N 10, стр. 5-6), у которых в корпусе размещен движущийся возвратно-поступательно ударник, наносящий в переднем своем положении удар по торцу забиваемой трубы (обычно через переходную втулку).

Недостатками известных устройств являются: а) повышены энергозатраты из-за использования в качестве энергоносителя сжатого воздуха; б) сложность, а следовательно, и дороговизна изготовления, так как необходимо использовать сравнительно точное оборудование при изготовлении элементов конструкции из-за необходимости выполнения малых зазоров для уменьшения утечек воздуха из рабочих камер.

Известен также механический молот (авт. свид. СССР N 1120097, E 21 C 3/12, опубл. в БИ N 39, 1984 г.), содержащий корпус, размещенные в нем привод, кривошипно-рычажное устройство взвода, состоящее из кривошипа, шатуна и коромысла, ударную массу и инструмент. Он имеет также толкатель и подпружиненную подвижную опору, которая шарнирно связана с инструментом с помощью толкателя и профиля инструмента, а инструмент подпружинен относительно корпуса.

Недостатками известного механического молота являются:
а) невозможность забивания длинномерных элементов в грунт, так как не предусмотрено средств для смещения шарнира ударной массы в направлении перемещения забиваемой трубы; б) сложность конструкции из-за наличия подвижных подпружиненных элементов, кулачкового и кривошипного механизмов.

Наиболее близким аналогом по технической сущности и достигаемому результату является устройство для забивания длинномерных элементов, например труб, по патенту РФ N 2030516, кл. E 02 F 5/18, опубл. в БИ N 7, 1995 г., содержащее корпус с направляющими, размещенными параллельно забиваемой трубе, ударный узел, закрепленный в корпусе и выполненный в виде маятника, ударная масса которого на подвесе закреплена над забиваемой трубой, и узел подъема ударной массы, причем подвес ударной массы выполнен в виде шарнира, который связан с забиваемой трубой.

Недостатком известного устройства является сравнительно низкий КПД, связанный с использованием пневматического привода для подъема ударной массы, и, как следствие, низкая эффективность работы.

Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является повышение эффективности процесса забивания длинномерных элементов (труб) в грунт за счет использования электромеханического, в том числе и гидравлического, привода.

Эта задача решается за счет того, что в устройстве для забивания в грунт длинномерных элементов, например труб, содержащем корпус, выполненный в виде кронштейна, закрепленного к забиваемой трубе, и ударный узел, выполненный в виде качающейся массы с кулисой, закрепленной шарнирно к кронштейну, и приводом качания, включающим двигатель и кривошип, согласно изобретению, кулиса ударного узла выполнена с выступом, размещенным ниже оси ее качания с возможностью кинематического взаимодействия с кривошипом привода качания, ось вращения которого смещена горизонтально в сторону забиваемой трубы относительно оси качания кулисы на расстояние, меньшее длины кривошипа, при этом длина последнего меньше суммарной длины расстояния от выступа кулисы ударного узла до оси ее качания и расстояния между этой осью качания и осью вращения кривошипа привода качания. Такое выполнение устройства позволяет использовать вращающийся привод, который может быть электромеханическим, в том числе гидравлическим, то есть имеющим КПД выше пневматического, что, в конечном счете, повышает эффективность процесса забивания в грунт длинномерных элементов.

Целесообразно ось качания кулисы ударного узла (ось шарнира кулисы) и ось вращения кривошипа привода качания располагать вертикально. Такое исполнение конструкции устройства позволяет размещать привод на поверхности грунта, что упрощает обслуживание устройства, в частности, обеспечивает удобство сборки и ее контроля, повышающее эффективность всего процесса.

Целесообразно также снабжать устройство аккумулятором энергии. Такое выполнение устройства позволяет при вертикальном расположении оси шарнира кулисы использовать вращающийся привод.

Целесообразно при этом аккумулятор энергии выполнять в виде пружины, один конец которой закреплен на оси привода качания, а другой расположен с возможностью взаимодействия с кулисой ударного узла. Такое выполнение устройства позволяет наносить удары качающейся массой за счет накопления энергии в аккумуляторе при использовании вращающегося привода, что, в конечном счете, приводит к повышению эффективности работы за счет повышения КПД.

Целесообразно кулису ударного узла выполнять ступенчатой, при этом втулку с выступом размещать на меньшей ее ступени с возможностью ее осевого перемещения и зафиксировать от поворота относительно продольной оси кулисы. Такое выполнение конструкции устройства повышает надежность работы благодаря тому, что в верхнем положении кулисы втулка из-за своей силы тяжести способствует рассоединению кулисы с кривошипом.

Целесообразно при этом втулку зафиксировать от поворота относительно продольной оси кулисы с помощью шпоночного соединения. Такое выполнение конструкции повышает надежность ее работы, так как гарантирует рассоединение кулисы с кривошипом в верхнем положении.

Целесообразно также втулку зафиксировать от поворота относительно продольной оси кулисы за счет выполнения контактной поверхности соединения втулка-кулиса в поперечном сечении многоугольной или эллипсной формы.

Такое выполнение конструкции повышает надежность ее работы, так как исключается самопроизвольный разворот втулки, а значит, и самопроизвольное рассоединение в любом положении кулисы со втулкой.

Сущность технического решения иллюстрируется примером конкретного исполнения и чертежами, где на фиг. 1 показана схема устройства для забивания в грунт длинномерных элементов, например труб; фиг. 2 - узел подъема качающейся массы; фиг. 3 - вид по стрелке Б на фиг. 2; фиг. 4 - сечение А-А на фиг. 3 при выполнении поперечного сечения контактной поверхности соединения втулка-кулиса в виде квадрата; фиг. 5 - сечение А-А на фиг. 3 при выполнении этого сечения в виде эллипса; фиг. 6 - сечение А-А на фиг. 3 при выполнении этого сечения со шпоночным соединением; фиг. 7 - вид сверху устройства с расположенными вертикально осями качания кулисы и кривошипа.

Устройство для забивания в грунт длинномерных элементов, например труб (фиг. 1), содержит ударный узел (позицией не обозначен), включающий качающуюся массу 1, закрепленную на шарнире 2, размещенном в корпусе (позицией не обозначен), выполненном в виде кронштейна 3, который закреплен к трубе 4, забиваемой в грунт 5. Корпус устройства содержит также узел крепления (на фиг. не показан), кронштейна 3 к забиваемой трубе 4. Ударный узел содержит также кулису 6, на оси которой (шарнире 2) подвешена качающаяся масса 1. Эта ось может быть расположена в горизонтальной (фиг. 2) или вертикальной (фиг. 7) плоскостях. Кулиса 6 имеет выступ 7 и смонтирована с возможностью кинематического взаимодействия с кривошипом 8 привода качания, осуществляющего вращательное движение. Кривошип 8 может быть закреплен на оси двигателя 9 (фиг. 7) или редуктора 10 (фиг. 2). Двигатель 9 может быть любого принципа действия (электрический, гидравлический, пневматический). Выступ 7 может быть выполнен заодно с кулисой 6 или закреплен на ней жестко (фиг. 2), либо подвижно (фиг. 3). В последнем случае кулиса 6 выполнена ступенчатой, при этом на меньшей ее ступени размещена втулка 11, к которой жестко закреплен или выполнен с ней заодно выступ 7. Выступ 7 может быть выполнен асимметричным относительно продольной оси кулисы 6, либо симметричным (фиг. 3). Ось вращения (на фиг. не обозначена) кривошипа 8 смещена относительно оси качания (оси шарнира 2) кулисы 6 горизонтально (фиг. 1) в сторону забиваемой трубы 4 на расстояние, меньшее длины кривошипа 8, при этом длина последнего меньше суммарной длины расстояния от выступа 7 кулисы 6 до оси ее качания (оси шарнира 2) и расстояния между той осью качания и осью вращения кривошипа 8 привода качания. Возможно использование в устройстве аккумулятора энергии, выполненного, например, в виде пружины 12, один конец которой закреплен на оси привода качания (двигателя или редуктора), а другой расположен с возможностью взаимодействия с кулисой 6. Взаимодействие может выражаться или закреплением другого конца пружины 12 к кулисе 6 или тем, что пружина 12 своим торцом упирается в торец кулисы 6 (как показано на фиг. 7). При выполнении кулисы 6 ступенчатой (фиг. 3) соосная ей втулка 11 имеет возможность осевого перемещения вдоль оси кулисы 6. Втулка 11 зафиксирована от поворота относительно продольной оси кулисы 6. Фиксация втулки 7 может быть выполнена с помощью шпоночного соединения (фиг. 6), шпонка 13 которого размещена на одном из элементов конструкции (меньшей ступени кулисы 6 или втулке 7), а паз (позицией не обозначен) - на другом сопрягаемом элементе конструкции. Контактные поверхности соединения втулка 11 - меньшая ступень кулисы 6 в поперечном сечении могут иметь форму не тела вращения, то есть форму многогранника (прямоугольную на фиг. 4 или треугольную, не показанную на чертежах), а также иметь форму эллипса (фиг. 5), что исключает взаимный поворот втулки 11 относительно кулисы 6.

Устройство работает следующим образом.

Забиваемую трубу 4 (фиг. 1) устанавливают в приямок (на фиг. не обозначен) и передней частью направляют в грунт 5. К задней ее части закрепляют корпус устройства. Затем приводят в работу двигатель 9. Он через редуктор 10 (фиг. 2) или непосредственно (фиг. 7) вращает кривошип 8, который в нижнем положении кулисы 6 воздействует на выступ 7 и, тем самым, толкает кулису 6, поднимая последнюю. В силу того, что ось качания кулисы 6 (ось шарнира 2) и ось вращения кривошипа 8 разнесены в горизонтальной плоскости, выступ 7 кулисы 6 смещается вдоль кривошипа 8 по мере их вращения и наступает момент (на фиг. 2 это положение кулисы 6 и качающейся массы 1 показано пунктирной линией), когда выступ 7 выходит из контакта с кривошипом 8. Качающаяся масса 1 срывается в свободное падение и в нижнем положении ударяет по переднему торцу трубы 4, забивая ее в грунт 5. Кривошип 8, совершив оборот, вновь контактирует с выступом 7 кулисы 6. Цикл повторяется.

При использовании ступенчатой кулисы 6 и подвижной втулки 11 (фиг. 3 - 6) в нижнем положении кулиса 6 воздействует на выступ 7 втулки 11, находящийся в нижнем положении (фиг. 3). В верхнем положении кулисы 6 втулка 11 за счет силы тяжести перемещается в нижнее положение, способствуя нарушению контакта выступа 7 с кривошипом 8. При применении аккумулятора в виде пружины 12 (фиг. 7) кулису 6 можно располагать горизонтально, а ее ось качания - вертикально. Вращающийся кривошип 8, воздействуя на выступ 7 кулисы 6, разворачивает ее, тем самым, деформируя пружину 12 и накапливая энергию. После выхода выступа 7 кулисы 6 из контакта с кривошипом 8 под действием накопленной энергии пружины 12 кулиса 6 вместе с качающейся массой 1 возвращается в исходное положение, нанося удар по забиваемой трубе 4. В дальнейшем цикл повторяется.

Конструкция устройства, показанная на фиг. 7, позволяет располагать его узлы горизонтально, что упрощает обслуживание (сбоку и демонтаж). Выбор оптимального решения (с аккумулятором, либо без), с расположением оси качания кулисы 6 (оси шарнира 2) вертикально или горизонтально зависит от конкретных производственных условий.

Изобретение относится к горной и строительной технике и предназначено для бестраншейной прокладки подземных коммуникаций. Устройство для забивания в грунт длинномерных элементов, например труб, содержит корпус, выполненный в виде кронштейна, закрепленного к забиваемой трубе, и ударный узел, выполненный в виде качающейся массы с кулисой, закрепленной шарнирно к кронштейну, и приводом качания, включающим двигатель и кривошип, кулиса ударного узла выполнена с выступом, размещенным ниже оси ее качания с возможностью кинематического взаимодействия с кривошипом привода качания, ось вращения которого смещена горизонтально в сторону забиваемой трубы относительно оси качания кулисы на расстояние, меньшее длины кривошипа, длина последнего меньше суммарной длины расстояния от выступа кулисы ударного узла до оси ее качания и расстояния между этой осью качания и осью вращения кривошипа привода качания. Изобретение обеспечивает повышение эффективности процесса забивания длинномерных элементов (труб) в грунт за счет использования электромеханического, в том числе и гидравлического, привода. 6 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Устройство для забивания в грунт длинномерных элементов, например труб, содержащее корпус, выполненный в виде кронштейна, закрепленного к забиваемой трубе, и ударный узел, выполненный в виде качающейся массы с кулисой, закрепленной шарнирно к кронштейну, и приводом качания, включающим двигатель и кривошип, отличающееся тем, что кулиса ударного узла выполнена с выступом, размещенным ниже оси ее качания с возможностью кинематического взаимодействия с кривошипом привода качания, ось вращения которого смещена горизонтально в сторону забиваемой трубы относительно оси качания кулисы на расстояние, меньшее длины кривошипа, при этом длина последнего меньше суммарной длины расстояния от выступа кулисы ударного узла до оси ее качания и расстояния между этой осью качания и осью вращения кривошипа привода качания. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ось качания кулисы ударного узла и ось вращения кривошипа привода качания расположены вертикально. 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что оно снабжено аккумулятором энергии. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что аккумулятор энергии выполнен в виде пружины, один конец которой закреплен на оси привода качания, а другой расположен с возможностью взаимодействия с кулисой ударного узла. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что кулиса ударного узла выполнена ступенчатой, при этом втулка с выступом размещена на меньшей ее ступени с возможностью осевого перемещения и зафиксирована от поворота относительно продольной оси кулисы. 6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что втулка зафиксирована от поворота относительно продольной оси кулисы с помощью шпоночного соединения. 7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что втулка зафиксирована от поворота относительно продольной оси кулисы за счет выполнения контактной поверхности соединения втулка-кулиска в поперечном сечении многоугольной или эллипсной формы.