ГРУНТОЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО ЗЕМСНАРЯДА ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ПОДВОДНЫХ ТРАНШЕЙ Российский патент 2001 года по МПК E02F3/88 

Изобретение относится к области гидромеханизации, в частности к грунтозаборным устройствам земснарядов или других специальных машин с механическими рыхлителями, и предназначено для разработки под водой траншей в глинистых и песчано-глинистых грунтах при использовании преимущественно траншейного способа рабочих перемещений.

Для разработки подводных траншей земснарядами сейчас наиболее целесообразной считается траншейная (продольная) схема рабочих перемещений, поскольку при такой схеме представляется возможным создавать траншеи в одну проходку и с наименьшими потерями рабочего времени и производительности, чем при других технологиях.

Однако нынешний уровень гидромеханизации позволяет создавать по такой технологии подводные траншеи только в песчаных грунтах, для чего в дноуглублении и мелиорации на земснарядах используются грунтозаборные устройства в виде траншейных всасывающих наконечников (Стариков А.С. Технологические процессы земснарядов. - М.: Транспорт, 1989; Огородников С.П. Гидромеханизация разработки грунтов. - М.: Стройиздат, 1986, с. 70, 90 и др.; Иванов В. А. , Лукин Н. В. , Разживин С.Н. Суда технического флота. - М.: Транспорт, 1982, с. 67).

При разработке же плотных и особенно липких грунтов всасывающие наконечники неработоспособны.

Для разработки вязких, заросших растительностью грунтов (преимущественно наносного происхождения) при очистке заросших каналов и водоемов известно грунтозаборное устройство мелиоративных земснарядов, созданное во ВНИИГиМе и состоящее из двух быстровращающихся рыхлителей, расположенных вертикально, с вертикальным всасывающим наконечником, размещенным сзади рыхлителей. Однако практика гидромеханизации показала, что из-за отсутствия у такого грунтозаборного устройства организованного отбора грунта от быстровращающихся рыхлителей наблюдался большой просор грунта и весьма низкая производительность земснаряда, поэтому такие рабочие органы в последующем были сняты с производства как малоэффективные (Царевский А.М. Гидромеханизация мелиоративных работ. - М.: Сельхозиздат, 1963, с. 194, 202; Огородников С.П. Гидромеханизация разработки грунтов. - М.: Стройиздат, 1986, с. 117 и др.).

Известно также грунтозаборное устройство (патент Японии N 62-24581, МПК E 02 F 3/92), включающее механический рыхлитель, состоящий из верхней и нижней частей, у которых ножи выполнены по спирали и имеют противоположные направления закручивания. На стыке этих частей расположен всасывающий наконечник (конец, вставленный в рыхлитель всасывающей трубы).

В этом рыхлителе из-за принятого противоположного направления закручивания спиралей ножей будет образовываться излом стружки, а в рыхлителе в целом будет формироваться встречное перемещение грунта (сверху вниз из верхней части и снизу вверх из нижней части) в зону всасывания.

Как показали лабораторные испытания модельного образца такого рабочего органа, проведенные в Тверском государственном техническом университете (ТГТУ) в 1996 - 1998 гг., из-за излома режущих и направляющих поверхностей и встречного перемещения грунта в месте стыка верхней и нижней частей рыхлителя наблюдалось зависание грунта, которое на глинах переходило в залипание сначала стыковой зоны, а затем и всего рыхлителя (см. приложение 1). Кроме того, в этом рыхлителе из-за отсутствия экрана наблюдался большой просор грунта.

У рабочего органа по Японскому патенту в зоне стыка двух частей рыхлителя предусмотрено соединительное кольцо, которое из-за отсутствия здесь режущих элементов будет дополнительно создавать сопротивления и способствовать образованию очагов залипания глинистым грунтом.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности (прототипом) является грунтозаборное устройство по а. с. N 779517, кл. E 02 F 3/88 от 15.11.1980 г., состоящее из двух рыхлителей вертикального или наклонного расположения, каждый из которых имеет верхнюю и нижнюю части с противоположной навивкой, причем верхние большие части выполнены в виде открытого косого геликоида, а нижние меньшие части - в виде двухзаходных винтов. Рыхлитель по а. с. N 779517 имеет экран, неподвижно закрепленный на силовой раме.

В этом грунтозаборном устройстве (как и в рыхлителе по Японскому патенту N 62-24581) из-за противоположной (встречной) навивки режущих профилей в верхних и нижних частях рыхлителей неизбежно будет формироваться встречное перемещение грунта, при котором в стыковых зонах (зонах встречи грунтовых потоков) будет наблюдаться сгруживание грунта, переходящее при разработке глин сначала в залипание стыковых зон, а потом и всего рыхлителя (см. приложение 1).

Кроме того, верхние части (фрезы) по а. с. N 779517 будут залипать глиной не только по причине встречного перемещения грунта, но и из-за неудачной конструкции самих фрез, принятых в виде открытого косого геликоида. В таком рабочем органе из-за замены направляющих поверхностей спицами (см. фиг. 3 в описании к а. с. N 779517) вокруг последних неизбежно будут образовываться очаги залипания. К тому же такие фрезы неспособны принудительно перемещать грунт в зону всасывания.

Неподвижное (нерегулируемое) положение экрана сзади фрез по а. с. N 779517 также является недостатком этого грунтозаборного устройства, т.к. во многих случаях может иметь место неоптимальное положение экрана - при слишком близком расположении экрана к фрезам может произойти забивка глиной пространства между ними, а при слишком удаленном расположении - к излишнему просору сгрудившегося грунта.

Отсутствие в грунтозаборном устройстве по а. с. N 779517 режущих элементов в зоне стыка верхних и нижних частей рыхлителей (как и у рабочего органа по Японскому патенту N 62-24581) будет приводить к возникновению здесь дополнительных сопротивлений и зон залипания.

Настоящим изобретением преследуется цель создать работоспособное и эффективное грунтозаборное устройство земснаряда для разработки подводных траншей в одну проходку в глинистых или песчано-глинистых грунтах при траншейной технологии работы земснаряда и включает в себя решение следующих основных задач:
1) устранение залипания грунтозаборного устройства на глинистом грунте;
2) ликвидацию просора грунта и повышение производительности земснаряда.

Первая задача в предлагаемом грунтозаборном устройстве решается путем исключения встречного перемещения грунта и устранения изломов и резких перегибов режущих и направляющих поверхностей рыхлителей, в связи с чем верхние части, выполненные как шнековые рыхлители, и нижние части, выполненные как фрезерные рыхлители с консольными ножами, приняты из криволинейных направляющих поверхностей линейчатого типа, не залипающих глиной, с одинаковым углом и направлением закручивания режущих профилей для обеспечения принудительного перемещения грунта по межвитковым каналам только в одном направлении, сверху вниз, в зону всасывания, образованную в пределах расположения консольных ножей фрезерных рыхлителей.

Вторая задача по ликвидации просора грунта и повышению производительности земснаряда решается путем установки сзади рыхлителей экрана, который для создания зоны всасывания оптимальных размеров выполнен с возможным перемещением его в вертикальной и горизонтальной плоскостях, и там же размещен щелевидный всасывающий наконечник у подошвы разрабатываемой траншеи на подборе сфрезерованного и обрушенного грунта.

Для образования траншей трапециевидного профиля (с наклонными откосами) сбоку каждого рыхлителя устанавливаются прямолинейные или криволинейные откосники.

Для обеспечения перемещения сфрезерованного грунта с меньшим трением рыхлители оборудуются шнеками с расширяющимися книзу межвитковыми каналами.

Изобретение поясняется чертежами и фотографиями.

На фиг. 1 - 6 изображено грунтозаборное устройство со шнеко-фрезерными рыхлителями, щелевидным подбирающим всасывающим наконечником и передвижным экраном (на фиг. 1 - вид спереди, на фиг. 2 - вид сбоку в разрезе, на фиг. 3 - вид сверху в разрезе, на фиг. 4 - вид сверху в разрезе с откосниками, на фиг. 5 - вид сверху в разрезе с экраном, совмещенным с откосниками, на фиг. 6 - вид спереди со шнеками с увеличивающимися межвитковыми каналами), на фиг. 7 представлено фото модельного грунтозаборного устройства предлагаемой конструкции, не залипшее глинистым грунтом в процессе проведения лабораторного опыта.

Вариант грунтозаборного устройства (фиг. 1 - 3), обеспечивающий получение технического результата, указанного в разделе "Сущность изобретения", конструктивно состоит из двух шнеко-фрезерных рыхлителей 1, передвижного экрана 2, расположенного сзади рыхлителей, и всасывающей трубы со щелевидным всасывающим наконечником 3, расположенным сзади рыхлителей у подошвы разрабатываемой траншеи на подборе сфрезерованного и обрушенного грунта.

Каждый шнеко-фрезерный рыхлитель у этого рабочего органа в свою очередь состоит из двух частей - шнекового рыхлителя в верхней части 4 с линейчатыми направляющими поверхностями и фрезерного рыхлителя в нижней части 5, который выполнен в виде криволинейных консольных профилей, являющихся продолжением криволинейных линейчатых поверхностей витков шнекового рыхлителя.

Криволинейные профили витков шнеков и криволинейные консольные ножи имеют одинаковые углы и направления закручивания, т.е. межвитковые каналы шнеков и консольных ножей являются продолжением один другого, в связи с чем грунт по этим каналам движется в одном направлении - только сверху вниз, в зону всасывания, находящуюся в месте расположения консольных профилей 5 у подошвы траншеи (или забоя).

Выполнение шнекового рыхлителя и консольных профилей из криволинейных поверхностей линейчатого типа, не залипающих глиной, позволяет обеспечить плавные переходы в межвитковых каналах между поверхностями 6 и 7, малую деформацию здесь стружки и исключить залипание межвитковых каналов глинистым грунтом.

Наличие экрана 2, расположенного сзади рыхлителей, препятствует выносу грунта потоками воды из зоны всасывания и существенно снижает просор грунта. Для создания зоны всасывания оптимальных размеров экран выполняется с возможностью перемещения его в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

Дополнительно просор грунта уменьшается и за счет размещения щелевидного всасывающего наконечника сзади рыхлителей у подошвы траншеи на подборе сфрезерованного и обрушенного грунта.

При необходимости получения траншеи с наклонными откосами (трапециевидного профиля) сбоку рыхлителей могут быть установлены откосники 8 (фиг. 4), срезающие грунт с бортов траншеи и направляющие его в зону всасывания через вращающиеся рыхлители.

Возможно совмещение откосников 8 с экраном 2 в одну конструкцию 9 (фиг. 5). В этом случае поверхность экрана в верхней части принимается больше габаритов рыхлителя и будет выполнять роль откосников.

Для уменьшения сопротивлений на деформирование и трение между движущейся стружкой и поверхностью межвитковых каналов рыхлителей шнеки шнеко-фрезерного рыхлителя 10 (фиг. 6) могут быть выполнены с увеличивающимися к подошве забоя межвитковыми каналами за счет постепенного возрастания шага винтовых поверхностей. Однако такие шнеки будут иметь несколько более сложную конструкцию.

Разработка траншеи предлагаемым грунтозаборным устройством со шнеко-фрезерными рыхлителями будет осуществляться на полную глубину за одну проходку при перемещении земснаряда по траншее по продольной (траншейной) схеме, для чего рыхлители устанавливаются вертикально или с наклоном вперед.

Для обеспечения принудительной подачи грунта в зону всасывания рыхлители в предлагаемом рабочем органе вращаются синхронно в направлении от бортов к центру траншеи, причем режущие профили одного рыхлителя смещены по отношению к другому на половину углового шага (фиг. 3) для предотвращения заклинивания между режущими кромками рыхлителей древесины и других включений.

В Тверском государственном техническом университете в 1996 - 1998 гг. в сопоставлении с прототипом были проведены лабораторные испытания крупномасштабной модели предлагаемого грунтозаборного устройства. Это грунтозаборное устройство (фиг. 7) на глине VI категории по трудности разработки земснарядами в состоянии полутвердой и пластичной консистенции при оборудовании щелевидным всасывающим наконечником и передвижным экраном не залипало глиной и обеспечивало создание траншей потребного поперечного сечения без просора с объемной консистенцией всасываемой гидросмеси порядка 1:10, что в 2 - 2,5 раза выше, чем по нормативам.

Предлагаемое грунтозаборное устройство можно применять в виде сменного рабочего органа как на существующих земснарядах или других специальных установках, так и на вновь проектируемых для разработки подводных траншей под газопроводы, нефтепроводы, водопроводы, системы канализации, электрокабели, кабели связи и др. в глинистых и песчано-глинистых грунтах. Такое грунтозаборное устройство возможно также использовать в дноуглублении, при устройстве судовых ходов и при выполнении других работ в подводных забоях.

Изобретение предназначено для разработки под водой траншей в глинистых и песчано-глинистых грунтах. Задачей изобретения является создание эффективного, не залипающего глиной грунтозаборного устройства земснаряда для разработки подводных траншей в глинистых и песчано-глинистых грунтах. Грунтозаборное устройство содержит два механических рыхлителя вертикального или наклонного расположения, состоящих каждый из верхней и нижней частей, экрана и всасывающей системы. Для исключения залипания верхние части выполнены как шнековые рыхлители, а нижние как фрезерные рыхлители с консольными ножами. В верхней и в нижней частях рыхлителей поверхности выполнены криволинейными, не залипающими глиной, с одинаковым углом и направлением закручивания режущих профилей для обеспечения перемещения грунта по межвитковым каналам только в одном направлении сверху вниз в зону всасывания, образованную в пределах расположения консольных ножей фрезерных рыхлителей. Малый просор грунта обеспечивается за счет установки сзади рыхлителей экрана, имеющего возможность перемещения в вертикальной и горизонтальной плоскостях, и размещения щелевидного всасывающего наконечника у подошвы траншеи на подборе сфрезерованного и обрушенного грунта. Для создания траншей трапециевидного профиля грунтозаборное устройство оборудуется откосниками, которые целесообразно совмещать с экраном в одной конструкции. Для обеспечения перемещения сфрезерованного грунта с меньшим трением рыхлители могут быть оборудованы шнеками с расширяющимися книзу межвитковыми каналами. 2 з.п.ф-лы, 7 ил.

1. Грунтозаборное устройство земснаряда для разработки подводных траншей, включающее в себя два механических рыхлителя вертикального или наклонного расположения, состоящих каждый из верхней и нижней частей, экрана и всасывающей системы, отличающееся тем, что для исключения залипания рабочего органа грунтом верхние части, выполненные как шнековые рыхлители, и нижние части, выполненные как фрезерные рыхлители с консольными ножами, приняты из криволинейных направляющих поверхностей, не залипающих глиной, с одинаковым углом и направлением закручивания режущих профилей для обеспечения принудительного перемещения грунта по межвитковым каналам только в одном направлении сверху вниз в зону всасывания, образованную в пределах расположения консольных ножей фрезерных рыхлителей, а для устранения просора грунта сзади рыхлителей установлен экран, который для создания зоны всасывания оптимальных размеров выполнен с возможностью перемещения его в вертикальной и горизонтальной плоскостях, и размещен щелевидный всасывающий наконечник у подошвы разрабатываемой траншеи на подборе сфрезерованного и обрушенного грунта. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что сбоку каждого рыхлителя установлены прямолинейные или криволинейные откосники для образования траншей трапециевидного профиля. 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что для обеспечения перемещения сфрезерованного грунта с меньшим трением рыхлители оборудованы шнеками с расширяющимися книзу межвитковыми каналами.