УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОБИВАНИЯ СКВАЖИН В ГРУНТЕ Российский патент 2004 года по МПК E02F5/18 E21B7/26 

Предлагаемое техническое решение относится к горной и строительной технике и предназначено для бестраншейной прокладки подземных коммуникаций.

Известно устройство для пробивания скважин в грунте (см. а. с. СССР №1308718, Е 02 F 5/18, опубл. в БИ №17, 1987), включающее корпус, размещенный в корпусе и делящий его полость на переднюю и заднюю камеры ударник со сквозным продольным каналом и расточкой, воздухораспределитель, содержащий втулку с выхлопными каналами, соединенную с магистралью сжатого воздуха, и трубку с радиальными каналами, установленную в отверстии втулки с возможностью осевого смещения между ударником и втулкой.

Недостатком известного технического решения является сложность конструктивного оформления, что снижает надежность работы. Кроме того, в нем, из-за заклинивания трубки при движении устройства в неоднородных грунтах, ограничена ударная мощность для небольших диаметров корпуса, при которых наиболее эффективен процесс проходки скважин в грунте.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для пробивания скважин в грунте (см. а. с. СССР №1562411, Е 02 F 5/18, опубл. в БИ №17, 1990), включающее корпус, размещенный в корпусе и делящий его полость на переднюю, заднюю камеры и постоянно связанную с атмосферой внутреннюю камеру ударник со сквозным продольным каналом, воздухораспределитель в виде двух коаксиальных трубок с радиальными каналами и магистраль подвода сжатого воздуха. Внутренняя трубка воздухораспределителя постоянно сообщена с магистралью подвода сжатого воздуха. В ее полости между радиальными каналами выполнена перемычка. Внутренняя камера образована в теле ударника расточкой, выполненной концентрично относительно коаксиальных трубок воздухораспределителя.

Недостатком известного технического решения является сложность конструктивного оформления, вызванная необходимостью одновременного базирования втулки по внутренней и наружной коаксиальным трубкам воздухораспределителя. Кроме того, в известном техническом решении переброска втулки при прямом ходе ударника осуществляется за счет ударного воздействия на нее ударника или зацепа. Указанные недостатки снижают надежность работы устройства и не позволяют эффективно реализовать известное техническое решение для небольших диаметров корпусов, для которых наиболее эффективен процесс проходки скважин в фунте, так как деформация корпуса устройства при его движении в неоднородных грунтах неизбежно приведет к заклиниванию втулки.

Технической задачей, решаемой предлагаемым устройством, является повышение надежности работы за счет упрощения конструкции и исключения возможности заклинивания втулки воздухораспределителя при движении устройства в неоднородных грунтах, и увеличение производительности за счет реализации наиболее экономичного рабочего цикла, при котором в передней камере не возникает противодавления, тормозящего ударник, увеличения энергии единичных ударных импульсов и снижения потери давления сжатого воздуха в задней камере из-за перетечек его во внутреннюю камеру.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для пробивания скважин в грунте, включающем корпус, размещенный в корпусе и делящий его полость на переднюю и заднюю камеры ударник со сквозным продольным каналом, расточка которого с воздухораспределителем образуют постоянно связанную с атмосферой внутреннюю камеру, при этом воздухораспределитель выполнен в виде двух коаксиальных трубок, внутренняя из которых имеет радиальные каналы, отделенные друг от друга перемычкой, и втулки, размещенной с возможностью осевого смещения по указанной внутренней коаксиальной трубке, и магистраль подвода сжатого воздуха, с которой постоянно сообщена внутренняя коаксиальная трубка воздухораспределителя, согласно предлагаемому техническому решению, во втулке воздухораспределителя выполнена расточка, передний торец которой в крайнем переднем положении ударника примыкает к задней кромке радиального канала указанной внутренней коаксиальной трубки, постоянно сообщенного со сквозным продольным каналом ударника, при этом втулка воздухораспределителя выполнена из двух частей, соединенных друг с другом посредством упругого элемента.

Существенными отличиями предлагаемого технического решения являются следующие:

- во втулке воздухораспределителя (далее втулка) выполнена расточка, передний торец которой в крайнем переднем положении ударника примыкает к задней кромке радиального канала указанной внутренней коаксиальной трубки, постоянно сообщенного со сквозным продольным каналом ударника.

Данное техническое решение упрощает конструкцию воздухораспределителя, повышает надежность работы, экономичность и производительность устройства. Втулка базируется только по наружной поверхности внутренней коаксиальной трубки воздухораспределителя, благодаря чему снижаются потери давления сжатого воздуха в задней камере из-за перетечки его во внутреннюю камеру, исключается возможность заклинивания указанной втулки при работе и существенно снижаются требования к точности изготовления деталей устройства. Сжатый воздух поступает во втулку непосредственно из внутренней коаксиальной трубки воздухораспределителя, минуя заднюю камеру, вследствие чего поперечное сечение внутренней коаксиальной трубки имеет минимальные размеры для обеспечения прохода сжатого воздуха, что увеличивает энергию единичных ударных импульсов. Так как передний торец расточки втулки в крайнем переднем положении ударника примыкает к задней кромке радиального канала указанной внутренней коаксиальной трубки, постоянно сообщенного со сквозным продольным каналом ударника, на всем протяжении прямого хода ударника в передней камере не возникает противодавления, что повышает энергию и частоту ударов ударника, и, следовательно, производительность устройства.

- втулка воздухораспределителя выполнена из двух частей, соединенных друг с другом посредством упругого элемента.

Это повышает надежность работы указанной втулки благодаря исключению передачи на нее жестких ударных нагрузок со стороны ударника.

Целесообразно внутреннюю коаксиальную трубку воздухораспределителя установить в его внешней трубке с возможностью осевого смещения.

Это позволяет выполнять реверс устройства для возвращения его к устью скважины при проходке глухих скважин или при встрече с непреодолимым препятствием, что расширяет область применения устройства.

Сущность технического решения иллюстрируется примером конкретного исполнения, описанием работы устройства и чертежом, где представлена принципиальная схема устройства для пробивания скважин в грунте.

Устройство для пробивания скважин в грунте содержит корпус 1, ударник 2, имеющий сквозной продольный канал 3, воздухораспределитель 4, состоящий из двух коаксиальных трубок 5 и 6 и втулки 7, размещенной с возможностью осевого смещения по внутренней коаксиальной трубке 6. Втулка 7 воздухораспределителя 4 имеет расточку 8 и состоит из двух частей: передней 9, имеющей пазы для прохода воздуха, и задней 10, соединенных друг с другом посредством упругого элемента 11. Ударник 2 имеет средство 12 зацепления с передней частью 9 упомянутой втулки 7. Внутренняя коаксиальная трубка 6 воздухораспределителя 4 имеет радиальные каналы 13 и 14, отделенные друг от друга перемычкой 15, причем задняя часть этой трубки 6 постоянно сообщена с магистралью 16 подвода сжатого воздуха, а передняя ее часть входит в канал 3 ударника 2. Внутренняя коаксиальная трубка 6 воздухораспределителя 4 закреплена в его внешней коаксиальной трубке 5 с помощью резьбы 17. Расточка ударника 2 образует с воздухораспределителем 4 внутреннюю камеру 18, постоянно сообщенную с атмосферой. Задняя камера 19 постоянно сообщена через канал 20 воздухораспределителя 4 с магистралью 16 подвода сжатого воздуха. Ударник 2 и корпус 1 образуют переднюю камеру 21.

Устройство работает следующим образом.

При переднем положении ударника 2 (см. чертеж) сжатый воздух из магистрали 16 подвода сжатого воздуха через внутреннюю коаксиальную трубку 6 воздухораспределителя 4, радиальные каналы 13, расточку 8, радиальные каналы 14 и сквозной продольный канал 3 поступает в переднюю камеру 21. Так как внутренняя камера 18 постоянно сообщена с атмосферой, а площадь ударника 2 со стороны передней камеры 21 больше его площади со стороны задней камеры 19, то ударник 2 начинает двигаться назад. После смещения ударника 2 на расстояние L1 он торцом своей расточки начинает смещать втулку 7 воздухораспределителя 4. После смещения указанной втулки 7 на расстояние L2 радиальные каналы 14 сообщаются с внутренней камерой 18, происходит выхлоп отработанного в передней камере 21 воздуха в атмосферу, после чего давлением воздуха в задней камере 19 ударник 2 останавливается в своем крайнем заднем положении. Затем начинается его прямой ход, который заканчивается нанесением удара по переднему торцу корпуса 1, при этом втулка 7 воздухораспределителя 4 по инерции смещается в направлении переднего торца корпуса 1, открывая радиальные каналы 14 в полость расточки 8. На протяжении L1 при прямом ходе ударника 2 передняя камера 21 через радиальные каналы 14 внутренней коаксиальной трубки 6 воздухораспределителя 4 сообщается с атмосферой, благодаря чему в передней камере 21 не возникает противодавления, тормозящего ударник 2.

На участке L1 ударник 2 движется за счет наполнения передней камеры 21 сжатым воздухом (давление воздуха в передней камере 21 мало отличается от давления воздуха в магистрали 16), а на участке L2 обратный ход ударника 2 осуществляется за счет энергии расширения сжатого воздуха в передней камере 21. При этом достигаются наибольшая производительность и экономичность устройства.

Для реверсирования устройства необходимо сместить в осевом направлении внутреннюю коаксиальную трубку 6 воздухораспределителя 4. Механизм реверса представляет собой винтовую пару. Вращением магистрали 16 указанная трубка 6 может быть установлена в крайнее переднее или заднее положение, соответствующее прямому или обратному ходу устройства.

Впуск воздуха в переднюю камеру 21 при работе устройства в режиме "Реверс" производится раньше, чем в режиме "Прямой ход", ударник 2 останавливается давлением сжатого воздуха в указанной камере 21, не ударяя по корпусу 1. Выхлоп воздуха происходит позже, поэтому при движении ударника 2 назад он наносит удары по заднему торцу корпуса 1, под действием которых устройство возвращается к устью скважины.

Таким образом, базирование втулки 7 только по одной поверхности, исключение передачи на втулку 7 жестких ударов при ее перемещении ударником 2, отсутствие противодавления в передней камере 21 при прямом ходе ударника 2 и обеспечение его обратного хода за счет постоянного наполнения передней камеры 21 магистральным сжатым воздухом повышает надежность работы устройства и энергию ударов (производительность).

Изобретение относится к горной и строительной технике и предназначено для бестраншейной прокладки подземных коммуникаций. Устройство включает корпус, размещенный в нем и делящий его полость на переднюю и заднюю камеры ударник со сквозным продольным каналом, расточка которого с воздухораспределителем образуют постоянно связанную с атмосферой внутреннюю камеру. Воздухораспределитель выполнен в виде двух коаксиальных трубок, внутренняя из которых имеет радиальные каналы, отделенные друг от друга перемычкой, и втулки, размещенной с возможностью осевого смещения по внутренней коаксиальной трубке. Последняя постоянно сообщена с магистралью сжатого воздуха. Во втулке выполнена расточка, передний торец которой в крайнем переднем положении ударника примыкает к задней кромке радиального канала внутренней коаксиальной трубки, постоянно сообщенного со сквозным продольным каналом ударника. Втулка выполнена из двух частей, соединенных друг с другом посредством упругого элемента. Достигается повышение надежности и производительности. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для пробивания скважин в грунте, включающее корпус, размещенный в корпусе и делящий его полость на переднюю и заднюю камеры ударник со сквозным продольным каналом, расточка которого с воздухораспределителем образуют постоянно связанную с атмосферой внутреннюю камеру, при этом воздухораспределитель выполнен в виде двух коаксиальных трубок, внутренняя из которых имеет радиальные каналы, отделенные друг от друга перемычкой, и втулки, размещенной с возможностью осевого смещения по указанной внутренней коаксиальной трубке, и магистраль подвода сжатого воздуха, с которой постоянно сообщена внутренняя коаксиальная трубка воздухораспределителя, отличающееся тем, что во втулке воздухораспределителя выполнена расточка, передний торец которой в крайнем переднем положении ударника примыкает к задней кромке радиального канала указанной внутренней коаксиальной трубки, постоянно сообщенного со сквозным продольным каналом ударника, при этом втулка воздухораспределителя выполнена из двух частей, соединенных друг с другом посредством упругого элемента.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внутренняя коаксиальная трубка воздухораспределителя установлена в его внешней трубке с возможностью осевого смещения.