НАВЕСНОЙ РАБОЧИЙ ОРГАН ДЛЯ ВИНТОВОЙ РАСКАТКИ СКВАЖИН В ГРУНТЕ Российский патент 2003 года по МПК E02F5/16 E21B7/26 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для раскатки вертикальных, наклонных и горизонтальных скважин в грунте без его выемки, например, под набивные сваи.

Известно устройство для образования скважин в грунте [1], включающее двигатель, выходной вал которого кинематически связан с приводным валом с последовательно развернутыми вокруг продольной оси устройства эксцентриковыми шейками, последовательно установленные на соответствующих эксцентриковых шейках с возможностью вращения конические и цилиндрические катки, продольные оси симметрии которых расположены под углом к продольной оси устройства, при этом каждый конический каток выполнен в виде нескольких конических секций, которые установлены на соответствующей эксцентриковой шейке приводного вала с возможностью вращения друг относительно друга и относительно приводного вала. Цилиндрические и конические катки посажены на вал с помощью подшипников, а между катками установлены уплотнительные элементы.

Известно устройство для образования скважин в грунте [2], в котором навесной рабочий орган включает вал, на котором эксцентрично установлены втулки, диск с расположенной на его наружной боковой поверхности опорной поверхностью сферической формы и установленные с возможностью вращения относительно вала катки с расположенными на торцах каждого катка расточками сферической формы для размещения опорных поверхностей соответствующего диска. Каждый диск закреплен на соответствующей втулке, а каждая втулка установлена с возможностью поворота вокруг продольной оси вала, при этом продольная ось симметрии каждого диска расположена на продольной оси симметрии соответствующей втулки.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство [3] , включающее вал, на котором последовательно установлены с возможностью вращения наконечник, рабочие элементы, выполненные в виде цельнометаллических цилиндров и усеченных конусов, жестко закрепленных на валу, продольные оси симметрии которых смещены параллельно продольной оси вращения навесного рабочего органа, усеченные конусы выполнены с равномерно увеличивающимся диаметром в сторону цилиндров, количество которых не превышает двух, и хвостовик.

К недостаткам известных устройств следует отнести сложность и дороговизну в изготовлении, невозможность устанавливать рабочие катки (элементы) с оптимальными углами наклона и их разворота, трудоемкость в эксплуатации. А наличие уплотнительных элементов не защищает от попадания в зазоры между катками частиц грунта и влаги во время раскатки скважин, что приводит к выходу из строя устройства.

Задачей изобретения является создание навесного рабочего органа для винтовой раскатки скважин в грунте простого в изготовлении, технологичного в эксплуатации и с низкой стоимостью изготовления.

Сущность изобретения заключается в следующем.

В конструкции навесного рабочего органа для винтовой раскатки скважин в грунте, включающего вал, на котором последовательно установлены с возможностью вращения наконечник, рабочие элементы, выполненные в виде цельнометаллических цилиндров и усеченных конусов, жестко закрепленных на валу, продольные оси симметрии которых смещены параллельно продольной оси вращения (z) навесного рабочего органа для винтовой раскатки скважин, усеченные конусы выполнены с равномерно увеличивающимся диаметром в сторону цилиндров, количество которых не превышает двух, и хвостовик, продольные оси симметрии рабочих элементов смещены параллельно продольной оси вращения навесного рабочего органа на величину (b), равную 0,03 диаметра цилиндра, последовательно повернуты относительно друг друга на 90 градусов и жестко соединены между собой, причем высота (h) каждого из цилиндров и усеченных конусов составляет 0,8 диаметра (d) цилиндра, при этом продольные оси симметрии усеченного конуса, соединенного с хвостовиком, и наконечника совпадают с продольной осью вращения (z) навесного рабочего органа для винтовой раскатки скважин, а наконечник выполнен в виде усеченного конуса с приваренным по его меньшей окружности острием в виде укороченного сверла.

В результате смещения продольных осей симметрии цилиндров и усеченных конусов параллельно продольной оси вращения навесного рабочего органа для винтовой раскатки скважин (далее - рабочий орган), их последовательного поворота относительно друг друга на 90 градусов рабочая поверхность рабочего органа приобрела винтообразную поверхность.

Такая конструктивная особенность выполнения рабочего органа при раскатке скважин в различных грунтовых условиях позволяет уменьшить нагрузку на приводное устройство рабочего органа за счет постепенного вытеснения грунта в околоскваженное пространство и формировать уплотненную зону грунта максимальных размеров.

Использование жесткого соединения между цилиндрами и усеченными конусами и их жесткой посадки на валу упрощает технологический процесс изготовления устройства, снижает его стоимость, повышает технологичность в эксплуатации и полностью исключает попадание частиц грунта в рабочий орган. Стоимость изготовления предлагаемого навесного рабочего органа для винтовой раскатки грунта в 15 раз меньше, чем изготовление устройства с подвижными катками (см. прототип), а его ремонт происходит после раскатки в среднем 1300 п.м. скважин, тогда как с подвижными катками - в среднем через 70 п.м.

Техническое решение поясняется чертежом, где на фиг.1 показан общий вид навесного рабочего органа для винтовой раскатки скважин в грунте, на фиг. 2 - схема взаимного расположения и последовательности установки цилиндров и усеченных конусов от К1 до К9.

Навесной рабочий орган для винтовой раскатки скважин (далее рабочий орган) содержит вал 1, на котором жестко установлены цельнометаллические усеченные конусы 2 и цилиндры 3, которые неподвижно соединены между собой, а их продольные оси симметрии смещены параллельно продольной оси вращения (z) рабочего органа на величину b=0.03 d и последовательно повернуты относительно друг друга на 90 градусов. Высота (h) каждого из усеченных конусов и цилиндров h = 0.8 d. Усеченный конус 3 с приваренным по его меньшей окружности диаметру острием 4 образует наконечник 5. Острие 4 выполнено в виде укороченного сверла приблизительно с двумя витками. Усеченные конусы 2 выполнены с равномерно увеличивающимся диаметром в сторону цилиндров. Рабочий орган крепится на вращателе установки (на чертеже не показан) с помощью хвостовика 6, причем продольная ось симметрии усеченного конуса, соединенного с хвостовиком, и продольная ось симметрии наконечника совпадают с продольной осью вращения (z) рабочего органа. Навесной рабочий орган для винтовой раскатки скважин можно использовать с типовыми серийно выпускаемыми буровыми установками типа ПБУ-1, СБУ-100 ГА и их модификациями, способными создавать вращающий момент и поступательное перемещение.

Навесной рабочий орган для винтовой раскатки скважин в грунте работает следующим образом. Вначале устанавливают рабочий орган острием наконечника на место предполагаемой скважины. Подают вращательное движение и поступательное усилие. При передаче вращения и продольного усилия рабочий орган ввинчивается в грунт и формирует скважину. В связи с тем, что в процессе раскатки скважины происходит нагревание острия наконечника до температуры 500 градусов по Цельсию, необходимо применять воду для его охлаждения (за исключением текуче-пластичных грунтов). Расход воды составляет в среднем 2 литра на 1 п.м. раскатанной скважины. Поступательное перемещение и подъем осуществляют с помощью гидроцилиндров.

Источники информации
1. Авторское свидетельство 1765313, кл. Е 02 F 5/16, БИ 36, 1992 г.

2. Патент России 1764517, кл. Е 02 Р 5/16, БИ 35, 1992 г.

3. Патент России 2080442, кл. Е 02 F 5/20, 1997 г. (прототип)о

Изобретение относится к строительной технике, а более точно к устройствам для раскатки вертикальных, наклонных и горизонтальных скважин. Навесной рабочий орган для винтовой раскатки скважин в грунте представляет собой вал, на котором жестко закреплены цельнометаллические усеченные конусы и цилиндры и последовательно повернуты относительно друг друга на 90^o, а их продольные оси симметрии смещены параллельно продольной оси вращения рабочего органа на 0,03 диаметра цилиндра. Усеченные конусы и цилиндры жестко соединены между собой. Высота каждого из цилиндров и усеченных конусов составляет 0,8 диаметра цилиндра, причем усеченные конусы выполнены с равномерно увеличивающимся диаметром в сторону цилиндров. Изобретение обеспечивает повышение надежности и продолжительности работы навесного рабочего органа, снижает трудоемкость, способствует сокращению затрат на его изготовление. 2 ил.

Навесной рабочий орган для винтовой раскатки скважин в грунте, включающий вал, на котором последовательно установлены с возможностью вращения наконечник, рабочие элементы, выполненные в виде цельнометаллических цилиндров и усеченных конусов, жестко закрепленных на валу, продольные оси которых смещены параллельно продольной оси вращения навесного рабочего органа, усеченные конусы выполнены с равномерно увеличивающимся диаметром в сторону цилиндров, количество которых не превышает двух, и хвостовик, отличающийся тем, что продольные оси симметрии рабочих элементов смещены параллельно продольной оси вращения навесного рабочего органа на величину, равную 0,03 диаметра цилиндра, последовательно повернуты относительно друг друга на 90^o и жестко соединены между собой, причем высота каждого из цилиндров и усеченных конусов составляет 0,8 диаметра цилиндра, при этом продольные оси симметрии усеченного конуса, соединенного с хвостовиком, и наконечника совпадают с продольной осью вращения навесного рабочего органа, а наконечник выполнен в виде усеченного конуса с приваренным по его меньшей окружности острием в виде укороченного сверла.