Установка для бестраншейной прокладки коммуникаций, раскатчики для образования и расширения скважин, приспособление для центрирования вала раскатчика с приводной штангой Российский патент 2004 года по МПК E21B7/26 E21B7/30 E21B19/24 E02F5/18 

Настоящее изобретение относится к строительной технике, а более точно к установкам для бестраншейной прокладки коммуникаций (кабельные, тепловые, водопроводные, дренажные, канализационные и др. сети) с применением раскатчиков скважин. Предлагаемая установка преимущественно предназначена для прокладки коммуникаций в грунте через искусственные и естественные преграды (автомобильные и железные дороги, аэродромы, подземные сооружения, улицы, тротуары, газоны, парки и др.).

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является установка (лафет) для запуска раскатчиков с целью образования (раскатки) скважин в грунте, в которые затем прокладываются коммуникации (патент Р.Ф. №2000390). Установка состоит из основания, шарнирно соединенной с основанием направляющей, которая установлена с возможностью поворота в вертикальной плоскости и фиксации в промежуточных положениях, механизма поворота направляющей, каретки с возможностью ее перемещения по направляющей, механизма для перемещения каретки и вращателя для привода вала раскатчика посредством набора приводных штанг, соединенных между собой с помощью опорных муфт, контактирующих со стенками скважины. В известной установке при вращении приводных штанг возникают большие силы трения между муфтами, соединяющими штанги, и стенками скважины. Это обстоятельство ограничивает область применения установки по дальности проходки и диаметру скважины под коммуникации. Кроме того, установка не обеспечивает регулировку положения направляющей в горизонтальной плоскости, за счет чего повышается трудоемкость работ по ее монтажу в заданном направлении.

Наиболее близким аналогом предлагаемого раскатчика для образования скважины является раскатчик (заявка №98104119, Б.И.№35, 1999 г.), который выполнен секционным и включает приводной вал, расположенные эксцентрично на приводном валу и соединенные с последним эксцентриковые втулки, установленные на подшипниках качения с возможностью вращения относительно приводного вала конические катки и установленные между эксцентриковыми втулками в каждом катке распорные втулки для предотвращения осевого перемещения эксцентриковых втулок. К недостаткам известной конструкции раскатчика можно отнести невысокую точность проходки. В неоднородных грунтах происходит отклонение раскатчика от заданного направления.

Ближайшим аналогом предлагаемого раскатчика для расширения скважины является раскатчик (заявка №98104119, Б.И.№35, 1999 г.), содержащий связанный с приводной штангой приводной вал, установленные на приводном валу эксцентриковые втулки, размещенные на эксцентриковых втулках подшипники качения, на которых с возможностью вращения относительно приводного вала установлены постепенно увеличивающиеся в диаметре конические катки, уплотнительные элементы, расположенные между торцом каждого катка и фланцем соответствующей эксцентриковой втулки, связанное с концом приводного вала раскатчика посредством вертлюга приспособление для затягивания в расширенную скважину коммуникации.

Недостатком известной конструкции раскатчика является малый ресурс его работы, так как при незначительных искривлениях скважины возможна поломка переднего конца вала. Кроме того, раскатчик может быть утерян из-за невозможности извлечения его из скважины по причине заклинивания в процессе раскатки.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому приспособлению для центрирования вала раскатчика с приводной штангой является приспособление для центрирования и направления трубопроводов при бестраншейной прокладки коммуникаций (а.с. СССР №945301 Б.И. №27, 1982 г.), содержащее установленную на дно приемного приямка платформу, направляющую, регулировочный механизм, установленный между платформой и направляющей, содержащий домкрат для подъема и опускания направляющей, механизм для перемещения направляющей влево или вправо в горизонтальной плоскости.

Известная конструкция приспособления не обеспечивает поворот направляющей в вертикальной и горизонтальной плоскостях, а также не обеспечивает возвратно-поступательное перемещение направляющей, что повышает трудоемкость работ по центрированию вала раскатчика с приводной штангой.

Целью настоящего изобретения является расширение области применения установки для бестраншейной прокладки коммуникаций и снижение трудоемкости работ; повышение точности проходки раскатчика для образования скважин и повышение надежности его работы; увеличение ресурса работы раскатчика для расширения скважины и повышение надежности его работы, а также снижение трудоемкости выполнения работ по центрированию вала раскатчика с приводной штангой.

Поставленная цель достигается тем, что вращатель для привода вала раскатчика включает планетарный редуктор, содержащий ведущую шестерню, водило, набор сателлитов, смонтированных в водиле, и центральное колесо, находящееся в зацеплении с ведущей шестерней посредством сателлитов, при этом отбор крутящего момента через приводные штанги на вал раскатчика производится либо от ведущей шестерни, либо от водила, а механизм для перемещения каретки выполнен в виде цепной передачи по схеме удвоения хода каретки, причем установка дополнительно снабжена механизмом для поворота направляющей в горизонтальной плоскости, который выполнен в виде фланцевого соединения, а механизм для поворота направляющей в вертикальной плоскости выполнен по типу винт - гайка.

Задняя секция раскатчика для образования скважины состоит из стабилизирующих направление перемещения цилиндрических катков, причем первый и последний катки этой секции имеют коническую форму, при этом в первом и последнем катках секций раскатчика установлены радиально-упорные подшипники качения, поджатые со стороны заднего катка винтом, а в хвостовой части раскатчика на приводном валу установлена пружина для поджатия всех эксцентриковых и распорных втулок друг к другу для выбора зазора между ними.

Раскатчик для расширения скважины выполнен секционным, задняя секция раскатчика состоит из конических складывающихся катков, снабженных дополнительными эксцентриковыми втулками, установленными на приводном валу и подшипниками качения, размещенными между эксцентриковыми втулками и дополнительными эксцентриковыми втулками, при этом передний конец приводного вала первой секции раскатчика соединен с приводной штангой посредством шарнирной кулачковой муфты, которая выполнена в виде двух полумуфт, шарнирно соединенных между собой валом, при этом на наружных поверхностях полумуфт дополнительно установлены подшипники качения, на одном из которых смонтирована опора с наружной сферической поверхностью, а на другом - конический каток с внутренней сферической поверхностью взаимодействующей с наружной поверхностью опоры.

Причем раскатчик для расширения скважины снабжен приспособлением для затягивания в расширенную скважину коммуникации, включающим обечайку и конус, на котором установлены сухари с возможностью их перемещения в радиальном направлении с помощью винтового стержня, размещенного внутри конуса.

Для центрирования приводного вала раскатчика, расширяющего скважину, с приводной штангой приспособление дополнительно снабжено механизмами для поворота направляющей в вертикальной и горизонтальной плоскостях и механизмом для возвратно-поступательного перемещения направляющей с возможностью размещения на последней раскатчика.

Предлагаемое изобретение поясняется конкретным примером его выполнения и прилагаемыми чертежами, на которых:

Фиг.1 - установка для бестраншейной прокладки коммуникаций.

Фиг.2 - вид по стрелке А на фиг.1.

Фиг.3 - планетарный редуктор. Отбор крутящего момента от ведущей шестерни.

Фиг.4 - планетарный редуктор. Отбор крутящего момента от водила.

Фиг.5 - приводная штанга.

Фиг.6 - фланец.

Фиг.7 - сечение А-А на фиг.6.

Фиг.8 - раскатчик для образования скважин.

Фиг.9 - узел А на фиг.8.

Фиг.10 - узел Б на фиг.8.

Фиг.11 - раскатчик для расширения скважин.

Фиг.12 - узел А на фиг.11.

Фиг.13 - узел Б на фиг.11.

Фиг.14 - узел В на фиг.11.

Фиг.15 - узел Г на фиг.11.

Фиг.16 - приспособление для центрирования вала раскатчика с приводной штангой.

Фиг.17 - разрез А-А на фиг.16.

Фиг.18 - схема образования скважины через автомобильную дорогу.

Фиг.19 - схема расширения скважины и затягивание в расширенную скважину коммуникации через автомобильную дорогу.

Установка для бестраншейной прокладки коммуникаций фиг.1, 2 состоит из основания 1, соединенного с помощью шарнира 2 с направляющей 3, которая установлена с возможностью ее поворота в вертикальной и горизонтальной плоскостях, а также фиксации в промежуточных положениях, каретки 4 с возможностью ее перемещения по направляющей; механизма перемещения 5 каретки, выполненного в виде цепной передачи по схеме удвоения ее хода, вращателя 6 для привода вала раскатчика посредством набора приводных штанг 7, который закреплен на каретке; и анкеры 8, установленные на основании. Механизм для поворота направляющей в горизонтальной плоскости выполнен в виде фланцевого соединения 9, а механизм для поворота направляющей в вертикальной плоскости выполнен по типу винт - гайка 10.

В установке на торцах основания и направляющей с двух сторон установлены винтовые упоры 11 с возможностью их перемещения и взаимодействия со стенками рабочего приямка. Анкеры, установленные на основании и предназначенные для крепления установки к грунту, снабжены съемным гидромотором 12. Вращатель для привода вала раскатчика снабжен планетарным редуктором (фиг.3, 4), который содержит ведущую шестерню 13, водило 14, набор сателлитов 15, смонтированных в водиле, и центральное колесо 16, находящееся в зацеплении с ведущей шестерней посредством сателлитов, при этом отбор крутящего момента от вращателя через приводные штанги на вал раскатчика производится либо от ведущей шестерни (фиг.3), либо от водила (фиг.4).

Привод раскатчика от вращателя осуществляется через приводную штангу (фиг.5), один конец которой с помощью шлицевого соединения 17 и стопорного пальца 18 (фиг.6) скреплен с фланцем 19, смонтированным либо на ведущей шестерне, либо на водиле планетарного редуктора при помощи болтов 20 (фиг.3), а другой конец с помощью шлицевого соединения 21 (фиг.5) и стопорного пальца 22 скреплен через набор приводных штанг с валом раскатчика. Крутящий момент от вращателя передается через ведущую шестерню или водило на фланец, далее через шлицевую муфту 23 (фиг.7), смонтированную во фланце с возможностью ее ограниченного вращения относительно оси фланца, далее через приводную штангу на вал раскатчика.

Раскатчик для образования скважины (фиг.8, 9, 10), выполнен секционным и состоит из приводного вала 24, расположенных эксцентрично на приводном валу и соединенных с последним эксцентриковых втулок 25, установленных на подшипниках 26 с возможностью вращения относительно приводного вала конических катков 27 и установленных между эксцентриковыми втулками в каждом катке распорных втулок 28 для предотвращения осевого перемещения эксцентриковых втулок. Задняя секция раскатчика состоит из стабилизирующих направление перемещения цилиндрических катков 29, причем первый и последний катки 30 этой секции имеют коническую форму. В первом и последнем катках секций раскатчика установлены радиально-упорные подшипники качения 31, поджатые со стороны заднего катка посредством втулок 32, 33, 34, 35 винтом 36, а в хвостовой части раскатчика на приводном валу установлена пружина 37 для поджатия всех эксцентриковых и распорных втулок друг к другу для выбора зазора между ними, причем между втулками 34 и 35 установлен уплотнительный элемент 38.

Раскатчик для расширения скважины фиг.11 - 15, содержащий связанный с приводной штангой приводной вал 39, установленные на приводном валу эксцентриковые втулки 40, размещенные на эксцентриковых втулках подшипники качения 41, на которых с возможностью вращения относительно приводного вала установлены постепенно увеличивающиеся в диаметре конические катки 42, уплотнительные элементы 43, расположенные между торцом каждого катка и фланцем соответствующей эксцентриковой втулки, связанное с концом приводного вала раскатчика посредством вертлюга 44 приспособление 45 для затягивания в расширенную скважину коммуникации. Раскатчик выполнен секционным, задняя секция которого состоит из конических складывающихся катков 46, снабженных дополнительными эксцентриковыми втулками 47, установленными на приводном валу, и подшипниками 48, размещенными между эксцентриковыми втулками и дополнительными эксцентриковьми втулками, при этом передний конец приводного вала первой секции раскатчика соединен с приводной штангой посредством шарнирной кулачковой муфты 49, исключающей излом вала раскатчика при искривлениях скважины. Кулачковая муфта включает две полумуфты 50, 51, шарнирно соединенные между собой валом 52, при этом на наружных поверхностях полумуфт дополнительно установлены подшипники 53, на одном из которых смонтирована опора 54 с наружной сферической поверхностью, а на другом - конический каток 55 с внутренней сферической поверхностью, взаимодействующей с наружной поверхностью опоры. Складывающиеся катки обеспечивают легкое извлечение раскатчика из скважины в случае необходимости, например при встрече раскатчика с препятствием. Это достигается тем, что при левом вращении (реверсе) вала раскатчика оси всех катков задней секции смещаются в сторону оси скважины, в результате чего образуется зазор между наружной поверхностью катков и стенкой скважины.

Приспособление для затягивания в расширенную скважину коммуникации (фиг.15) включает обечайку 56 и конус 57, на котором установлены сухари 58 с возможностью их перемещения в радиальном направлении с помощью винтового стержня 59, размещенного внутри конуса.

Приспособление для центрирования вала раскатчика с приводной штангой (фиг.16, 17) содержит установленную на дно приемного приямка платформу 60, направляющую 61, регулировочный механизм, установленный между платформой и направляющей, содержащий домкрат 62 для подъема и опускания направляющей и механизм 63 для перемещения направляющей влево или вправо в горизонтальной плоскости. Согласно изобретению, для центрирования приводного вала раскатчика, расширяющего скважину, с приводной штангой приспособление дополнительно снабжено механизмами для поворота направляющей в вертикальной и горизонтальной плоскостях 64 и механизмом для возвратно-поступательного перемещения направляющей 65 с возможностью размещения на последней раскатчика.

Установка для бестраншейной прокладки коммуникаций работает следующим образом. Рассмотрим это на примере бурения скважины под автомобильной дорогой (фиг.18, 19). Перед началом работ с двух сторон автомобильной дороги отрывают два приямка: рабочий 66 и приемный 67. В рабочий приямок устанавливают установку 68 таким образом, чтобы ось раскатчика 69 и ось приводных штанг 70 были направлены по проектной оси 71 будущей скважины под коммуникацию. Установку подсоединяют при помощи шлангов 72 к насосной гидростанции 73, установленной за пределами рабочего приямка.

При включении привода происходит самозавинчивание раскатчика в грунт. При движении раскатчика грунт вытесняется в радиальном направлении и образуется скважина 74, вокруг которой создается уплотненная зона грунта 75. После выхода раскатчика в приемный приямок его снимают и к приводной штанге подсоединяют раскатчик для расширения скважины (фиг.19). Подсоединение раскатчика к приводной штанге осуществляется с помощью приспособления (не изображено) для центрирования вала раскатчика с приводной штангой. Расширение скважины и затягивание в расширенную скважину 76 коммуникации 77 производят в направлении от приемного приямка к рабочему. При расширении скважины вокруг нее образуется уплотненная зона грунта 78, которая способствует увеличению долговечности коммуникации.

Изобретение относится к установкам для бестраншейной прокладки коммуникаций в грунте через искусственные и естественные преграды с применением раскатчиков скважин. Настоящее изобретение включает группу изобретений, образующих единый изобретательский замысел. Первым объектом изобретения является установка для бестраншейной прокладки коммуникаций с вращателем для привода вала раскатчика, включающим планетарный редуктор. Отбор крутящего момента через приводные штанги на вал раскатчика производится либо от ведущей шестерни редуктора, либо от водила. Механизм для перемещения каретки выполнен в виде цепной передачи по схеме удвоения хода каретки. Вторым и третьим объектами изобретения являются секционные раскатчик для образования и раскатчик для расширения скважины. В первом раскатчике задняя секция состоит из стабилизирующих направление перемещения цилиндрических катков, а во втором раскатчике задняя секция состоит из конических складывающихся катков, снабженных дополнительными эксцентриковыми втулками. Четвертым объектом является приспособление для центрирования вала раскатчика с приводной штангой, которое дополнительно снабжено механизмами для поворота направляющей в вертикальной и горизонтальной плоскостях и механизмом для ее возвратно-поступательного перемещения. Изобретение обеспечивает повышение надежности и эффективности и снижение трудоемкости работ. 4 с. и 3 з.п. ф-лы, 19 ил.

1. Установка для бестраншейной прокладки коммуникаций, включающая основание, шарнирно соединенную с основанием направляющую, которая установлена с возможностью поворота в вертикальной плоскости и фиксации в промежуточных положениях, механизм поворота направляющей, каретку с возможностью ее перемещения по направляющей, вращатель для привода вала раскатчика посредством набора приводных штанг и механизм для перемещения каретки, отличающаяся тем, что вращатель для привода вала раскатчика включает планетарный редуктор, содержащий ведущую шестерню, водило, набор сателлитов, смонтированных в водиле, и центральное колесо, находящееся в зацеплении с ведущей шестерней посредством сателлитов, при этом отбор крутящего момента через приводные штанги на вал раскатчика производится либо от ведущей шестерни, либо от водила, а механизм для перемещения каретки выполнен в виде цепной передачи по схеме удвоения хода каретки, причем установка дополнительно снабжена механизмом для поворота направляющей в горизонтальной плоскости.2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что механизм для поворота направляющей в горизонтальной плоскости выполнен в виде фланцевого соединения, а механизм для поворота направляющей в вертикальной плоскости выполнен по типу винт - гайка.3. Раскатчик для образования скважины, который выполнен секционным и включает приводной вал, расположенные эксцентрично на приводном валу и соединенные с последним эксцентриковые втулки, установленные с возможностью вращения относительно приводного вала конические катки и установленные между эксцентриковыми втулками в каждом катке распорные втулки для предотвращения осевого перемещения эксцентриковых втулок, отличающийся тем, что задняя секция раскатчика состоит из стабилизирующих направление перемещения цилиндрических катков, причем первый и последний катки этой секции имеют коническую форму, при этом в первом и последнем катках секций раскатчика установлены радиально-упорные подшипники качения, поджатые со стороны заднего катка винтом, а в хвостовой части раскатчика на приводном валу установлена пружина для поджатия всех эксцентриковых и распорных втулок друг к другу для выбора зазора между ними.4. Раскатчик для расширения скважины, содержащий связанный с приводной штангой приводной вал, установленные на приводном валу эксцентриковые втулки, размещенные на эксцентриковых втулках подшипники качения, на которых с возможностью вращения относительно приводного вала установлены постепенно увеличивающиеся в диаметре конические катки, уплотнительные элементы, расположенные между торцом каждого катка и фланцем соответствующей эксцентриковой втулки, связанное с концом приводного вала раскатчика посредством вертлюга приспособление для затягивания в расширенную скважину коммуникации, отличающийся тем, что раскатчик выполнен секционным, его задняя секция состоит из конических складывающихся катков, снабженных дополнительными эксцентриковыми втулками, установленными на приводном валу, и подшипниками, размещенными между эксцентриковыми втулками и дополнительными эксцентриковыми втулками, при этом передний конец приводного вала первой секции раскатчика соединен с приводной штангой посредством шарнирной кулачковой муфты.5. Раскатчик по п.4, отличающийся тем, что кулачковая муфта включает две полумуфты, шарнирно соединенные между собой валом, при этом на наружных поверхностях полумуфт дополнительно установлены подшипники, на одном из которых смонтирована опора с наружной сферической поверхностью, а на другом конический каток с внутренней сферической поверхностью, взаимодействующей с наружной поверхностью опоры.6. Раскатчик по п.4, отличающийся тем, что приспособление для затягивания в расширенную скважину коммуникации включает обечайку и конус, на котором установлены сухари с возможностью их перемещения в радиальном направлении с помощью винтового стержня, размещенного внутри конуса.7. Приспособление для центрирования вала раскатчика с приводной штангой, содержащее установленную на дно приемного приямка платформу, направляющую, регулировочный механизм, установленный между платформой и направляющей, содержащий домкрат для подъема и опускания направляющей, механизм для перемещения направляющей влево или вправо в горизонтальной плоскости, отличающееся тем, что для центрирования приводного вала раскатчика, расширяющего скважину, с приводной штангой приспособление дополнительно снабжено механизмами для поворота направляющей в вертикальной и горизонтальной плоскостях и механизмом для возвратно-поступательного перемещения направляющей с возможностью размещения на последней раскатчика.