УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗРУШЕНИЯ ПРОЧНЫХ И МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ Российский патент 2006 года по МПК E02F5/30 

Изобретение относится к области горного дела и строительства и может быть использовано в устройствах газодинамического действия для рыхления грунтов при строительстве различных сооружений.

Известно по авт. св. СССР №1654471, МПК 5 Е 02 F 5/32 устройство для разрушения мерзлых грунтов, включающее центральный рабочий орган и кольцевой нож, установленный коаксиально относительно центрального рабочего органа. Рабочий орган выполнен в виде полого корпуса с винтовой нарезкой. Полость рабочего органа связана с источником сжатого газа. Витки винтовой нарезки выполнены с постоянно увеличивающимся наружным диаметром в направлении от нижнего конца. Выхлопные отверстия размещены непосредственно на предпоследнем витке винтовой нарезки.

Недостатками этого устройства являются:

1. Кольцевой нож выполняет пассивную роль в газодинамическом рыхлении прочного или мерзлого грунта, так как он не имеет газодинамического оборудования, которое позволило бы интенсифицировать процесс рыхления грунта.

2. Отсутствие клапана или иного запорного механизма перекрывающего выхлопные отверстия в центральном рабочем органе нарушает стабильную работу устройства по авт. св. СССР №1654471, МПК 5 Е 02 F 5/32. При завинчивании устройства грунт будет через выхлопные отверстия попадать в полости подачи сжатого газа, забивая их, что может привести к полному прекращению работы всего газоимпульсного оборудования.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является газодинамический рыхлитель, описанный в патенте Российской Федерации №2052032, МПК 6 Е 02 F 5/32 (прототип), включающий полый штанговый корпус, на котором закреплены соосно разрядная втулка с выхлопными отверстиями и с присоединенным к ней фланцем, основная рабочая камера с полым хвостовиком, установленным с возможностью вращения в ступенчатой расточке центрального отверстия ступенчатого корпуса газораспределительного узла, связанного с источником питания через краны для управления подачей сжатого газа и через трубопроводы для подвода сжатого газа, а также с вертикальным направляющим валом посредством кронштейна с охватывающими вертикальный направляющий вал втулками скольжения, с расположенными в его стенке меньшего диаметра двумя кольцевыми каналами и с расположенными в его стенке большего диаметра двумя другими кольцевыми каналами, причем коаксиально внутри хвостовика основной рабочей камеры расположен с возможностью вращения хвостовик дополнительной рабочей камеры, которая расположена во внутренней полости основной рабочей камеры и связана с газоводом, размещенным коаксиально с кольцевым зазором во внутренних полостях штангового корпуса, разрядной втулки, в центральном отверстии фланца и кинематически связанным через переходную муфту с корпусом винтового наконечника, в котором выполнены выхлопные отверстия.

На корпусе винтового наконечника выполнена винтовая поверхность, угол наклона к горизонтали которой противоположен соответствующему углу наклона винтовой поверхности, выполненной на разрядной втулке и присоединенном к ней фланце, шаг и максимальный диаметр винтовых поверхностей на разрядной втулке, фланце и корпусе винтового наконечника равны.

Хвостовик основной рабочей камеры вращается с одинаковой частотой в противоположную сторону с хвостовиком дополнительной рабочей камеры, который расположен и в ступенчатом центральном отверстии ступенчатого корпуса газораспределительного узла.

Хотя в прототипе за счет использования эффекта воздействия на мерзлый или прочный грунт разнесенных по высоте двух газовых импульсов производительность и равномерность дробления грунта по глубине рыхления повышается, но и он имеет недостаток: отсутствие специального кольцевого ножа, оснащенного газодинамическим оборудованием, не позволяет расширить его функциональные возможности при строительстве различных сооружений.

Требуется внести конструктивные изменения в прототип.

Для новой конструкции устройства целесообразно использовать примененный в прототипе ступенчатый корпус газораспределительного узла с выполненным в нем ступенчатым центральным отверстием и с размещенными в нем вращающимися в противоположные стороны двумя хвостовиками.

Хвостовик, который установлен в ступенчатой расточке центрального отверстия ступенчатого корпуса, после конструктивных доработок целесообразно использовать для привода газодинамического кольцевого ножа, назвав его хвостовиком газодинамического кольцевого ножа. Другой хвостовик, который установлен в хвостовике газодинамического кольцевого ножа и в центральном ступенчатом отверстии ступенчатого корпуса, целесообразно использовать для привода центрального газодинамического рыхлителя, назвав его хвостовиком центрального газодинамического рыхлителя.

В новой конструкции устройства, как и в прототипе, целесообразно иметь незавинчиваемые в грунт рабочие камеры, объем которых может быть установлен проектировщиком исходя из максимально возможной производительности компрессора, размещенного на базовой машине, и в зависимости от частоты циклов работы устройства.

Для надежной работоспособности газодинамического кольцевого ножа необходимо внести конструктивные изменения в газораспределительный механизм прототипа, чтобы обеспечить раздельную подачу сжатого газа в общую кольцевую камеру газодинамического кольцевого ножа и в полости управления клапанами газодинамических рыхлителей кольцевого ножа.

Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, - повышение производительности, равномерности дробления грунта на фракции за счет использования эффекта воздействия на мерзлый или прочный грунт газовых импульсов от центрального газодинамического рыхлителя и от рыхлителей газодинамического кольцевого ножа.

Для достижения этого технического результата устройство снабжено газодинамическим кольцевым ножом, выполненным из отдельных частей сегментной формы с фланцевыми участками и с режущими кромками, кинематически связанных с расположенными соосно между ними по концентрической окружности сверху вниз трубчатыми штанговыми корпусами, разрядными втулками с выхлопными отверстиями, корпусами режущих наконечников, причем на каждом фланцевом участке выполнены концентрические отверстия для установки болтов крепления отдельных частей газодинамического кольцевого ножа к нижнему фланцу хвостовика газодинамического кольцевого ножа, в котором выполнены кольцевая проточка, радиальные каналы и продольный кольцевой канал для подвода сжатого газа в общую кольцевую камеру газодинамического кольцевого ножа, образованную нижним и верхним фланцами, которые связаны общей ступицей на хвостовике газодинамического кольцевого ножа, и патрубком, установленным на верхнем и нижнем фланцах хвостовика газодинамического кольцевого ножа и прикрепленным болтами к верхнему фланцу, причем в ступице выполнено центральное отверстие для установки с возможностью вращения хвостовика центрального газодинамического рыхлителя, а в нижнем фланце выполнены концентрические отверстия, в которых установлены верхние части трубчатых штанговых корпусов рыхлителей газодинамического кольцевого ножа, при этом один из радиальных каналов в стенке большего диаметра ступенчатого корпуса сообщен через кран для управления подачей сжатого газа с трубопроводом для подвода сжатого газа от источника питания, через кольцевую проточку, радиальные каналы и продольный кольцевой канал сообщены с общей кольцевой камерой газодинамического кольцевого ножа, которая сообщена с кольцевыми зазорами между штанговыми корпусами рыхлителей газодинамического кольцевого ножа и подводящими трубками, установленными по продольной оси в общей кольцевой камере газодинамического кольцевого ножа, в полостях штанговых корпусов рыхлителей газодинамического кольцевого ножа, в клапанах и в полостях управления этими клапанами, а второй радиальный канал в стенке большего диаметра ступенчатого корпуса сообщен через кран для управления подачей сжатого газа от источника питания, через кольцевую проточку с продольными концентрическими каналами в хвостовике газодинамического кольцевого ножа, через штуцеры присоединенные к продольным каналам и подводящим трубкам, через подводящие трубки сообщен с полостями управления клапанами для сообщения кольцевых зазоров между штанговыми корпусами и подводящими трубками с выхлопными отверстиями в разрядных втулках рыхлителей газодинамического кольцевого ножа.

Кроме того, особенность устройства для разрушения прочных и мерзлых грунтов заключается в том, что кинематическая связь трубчатых штанговых корпусов, разрядных втулок, корпусов режущих наконечников рыхлителей газодинамического кольцевого ножа с отдельными частями газодинамического кольцевого ножа выполнена в виде шлицевых соединений, образованных продольными выступами на штанговых корпусах, на разрядных втулках, на корпусах режущих наконечников и продольными пазами в отдельных частях сегментной формы газодинамического кольцевого ножа, со стопорными приспособлениями (болтами) для соединения деталей между собой.

Выхлопные отверстия на разрядных втулках рыхлителей газодинамического кольцевого ножа расположены с внутренней стороны ножа.

В каждом корпусе режущего наконечника с нижнего торца выполнено центральное глухое отверстие для установки режущего зуба и радиальное отверстие для установки стопора-фиксатора режущего зуба в корпусе режущего наконечника.

Эти частные отличительные признаки направлены на достижение того же технического результата - повышения производительности и равномерности дробления грунта на фракции за счет одновременного воздействия газовых импульсов на разрабатываемый прочный или мерзлый грунт от центрального рыхлителя и от рыхлителей газодинамического кольцевого ножа. Сущность изобретения поясняется графическими материалами, на которых изображено:

на фиг.1 представлен общий вид устройства с системой управления;

на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1;

на фиг.3 - вид в разрезе ступенчатого корпуса газораспределительного узла;

на фиг.4 - сечение Б-Б на фиг.3;

на фиг.5 - сечение В-В на фиг.3;

на фиг.6 - сечение Г-Г на фиг.3;

на фиг.7 - сечение Д-Д на фиг.3;

на фиг.8 - сечение Е-Е на фиг.3;

на фиг.9 - общий вид с частичным продольным разрезом рабочей части одного из рыхлителей газодинамического кольцевого ножа;

на фиг.10 - сечение Ж-Ж на фиг.9;

на фиг.11 - общий вид с продольным разрезом рабочей части центрального газодинамического рыхлителя.

Устройство содержит несущую раму 1 с вертикальными направляющими валами 2, имеющую отверстие 3 для пропуска через него газодинамического кольцевого ножа, выполненного из отдельных частей 4 сегментной формы с фланцевыми участками 5 и с режущими кромками 6, кинематически связанных с расположенными соосно между ними по концентрической окружности сверху вниз трубчатыми штанговыми корпусами 7, разрядными втулками 8 с выхлопными отверстиями 9, корпусами 10 режущих наконечников (фиг.1, 2).

В каждом фланцевом участке 5 выполнены концентрические отверстия 11 для установки болтов 12 крепления отдельных частей 4 газодинамического кольцевого ножа к нижнему фланцу 13 хвостовика 14 газодинамического кольцевого ножа (фиг.1, 2, 3).

Хвостовик 14 газодинамического кольцевого ножа и полый хвостовик 15 центрального газодинамического рыхлителя кинематически связаны с приводным механизмом (не показан) и установлены с возможностью вращения в противоположные стороны в центральном ступенчатом отверстии 16 ступенчатого корпуса 17 газораспределительного узла (фиг.3).

Ступенчатый корпус 17 связан с вертикальными направляющими валами 2 посредством контейнеров 18 и охватывающих валы 2 втулок 19 скольжения (фиг.1).

В ступенчатом корпусе 17 выполнены кольцевой канал 20 с радиальными каналами 21, 22 (фиг.3, 4) и кольцевой канал 23 с радиальными каналами 24, 25 (фиг.3, 5) в стенке меньшего диаметра Дм, радиальный канал 26 (фиг.6) и радиальный канал 27 (фиг.7) в стенке большего диаметра Дб.

Во внутренней полости центрального ступенчатого отверстия 16 ступенчатого корпуса 17 на полом хвостовике 15 центрального газодинамического рыхлителя установлены гильза 28 с радиальными каналами 29 (фиг.3, 4), гильза 30 с радиальными каналами 31 (фиг 3, 5), уплотнительные кольца 32, фланцы 33 уплотнительные.

Во внутренней полости ступенчатой расточки центрального отверстия 16 ступенчатого корпуса 17 на хвостовике 14 газодинамического кольцевого ножа установлены упорный подшипник 34, гильза 35 с радиальным каналом 36 (фиг.3, фиг.6), гильза 37 с радиальным каналом 38 (фиг.3, фиг.7), уплотнительные кольца 39, фланец 40 уплотнительный.

В нижнем фланце 13 хвостовика 14 газодинамического кольцевого ножа выполнены концентрические отверстия 41 для установки верхних частей трубчатых штанговых корпусов 7 рыхлителей газодинамического кольцевого ножа (фиг.3, фиг.8).

В хвостовике 14 газодинамического кольцевого ножа выполнены кольцевая проточка 42 диаметром d*_k, радиальные каналы 43 и продольный кольцевой канал 44 для подвода сжатого газа в общую кольцевую камеру 45 газодинамического кольцевого ножа (фиг.3, фиг.6), кольцевая проточка 46 с продольными концентрическими каналами 47 (фиг.3, фиг.7).

На хвостовике 14 газодинамического кольцевого ножа выполнен верхний фланец 48, связанный ступицей 49 с нижним фланцем 13 (фиг.3).

В ступице 49 выполнено центральное отверстие 50 диаметром d*_ц для установки с возможностью вращения полого хвостовика 15 центрального газодинамического рыхлителя (фиг.3, фиг.8).

Общая кольцевая камера 45 газодинамического кольцевого ножа образована ступицей 49, верхним 48 и нижним 13 фланцами и патрубком 51, установленным на верхнем 48 и нижнем 13 фланцах (фиг.3) и прикрепленным болтами 52 к верхнему фланцу 48 хвостовика 14 газодинамического кольцевого ножа.

Трубчатый штанговый корпус 7 рыхлителя газодинамического кольцевого ножа с разрядной втулкой 8, разрядная втулка 8 с корпусом 10 режущего наконечника установлены соосно и связаны шлицевыми соединениями 53 и 54, соединительными муфтами 55 с контргайками 56 (фиг.9). Подводящие трубки 57 через штуцеры 58 присоединены к продольным каналам 47 в хвостовике 14 и установлены в общей кольцевой камере 45 газодинамического кольцевого ножа (фиг.3), в полостях 59 штанговых корпусов 7 рыхлителей газодинамического кольцевого ножа (фиг.2, 3, 8, 9), в клапанах 60 и в полостях 61 управления этими клапанами 60.

Клапан 60 установлен внутри разрядной втулки 8 с возможностью ограниченного осевого перемещения и взаимодействия с нижним торцом штангового корпуса 7 рыхлителя газодинамического кольцевого ножа (фиг.9). Клапан 60 поджимается к нижнему торцу штангового корпуса 7 пружиной 62 и перекрывает выхлопные отверстия 9, выполненные на разрядной втулке 8 радиально и расположенные с внутренней стороны газодинамического кольцевого ножа (фиг.1, фиг.9, 10). Движение клапана 60 вверх ограничено нижним торцом штангового корпуса 7.

На штанговых корпусах 7 рыхлителей газодинамического кольцевого ножа, на разрядных втулках 8, на корпусах 10 режущих наконечников выполнены продольные выступы 63, 64, 65, которые входят в продольные пазы 66 в отдельных частях 4 газодинамического кольцевого ножа (фиг.2, фиг.9, 10).

В каждом продольном выступе 63, 64, 65 на штанговом корпусе 7, на разрядной втулке 8, на корпусе 10 режущего наконечника (фиг.2, фиг.9) и в каждом продольном пазе 66 в отдельных частях 4 сегментной формы газодинамического кольцевого ножа выполнены отверстия 67 для установки стопорных болтов 68.

В каждом корпусе 10 режущего наконечника с нижнего торца выполнено центральное глухое отверстие 69 для установки режущего зуба 70 и радиальное отверстие 71 для установки стопора-фиксатора 72 режущего зуба 70 в корпусе 10 режущего наконечника (фиг.9).

В полом хвостовике 15 центрального газодинамического рыхлителя выполнено радиальное отверстие 73, в котором установлены центральная подводящая трубка 74 и кольцевая проточка 75 диаметром dk, в которой трубка 74 закреплена (фиг.3, 5).

Центральная подводящая трубка 74 по продольной оси установлена в полости 76 хвостовика 15 центрального газодинамического рыхлителя, в полости 77 основной рабочей камеры 78, в полости 79 штангового корпуса 80 центрального газодинамического рыхлителя, в клапане 81, в полости 82 управления этим клапаном 81 (фиг.1, 3, 11). Клапан 81 установлен внутри разрядной втулки 83 с возможностью ограниченного осевого перемещения и взаимодействия с нижним торцом штангового корпуса 80 центрального динамического рыхлителя (фиг.11). Клапан 81 поджимается к нижнему торцу штангового корпуса 80 пружиной 84 и перекрывает выхлопные отверстия 85, выполненные радиально на разрядной втулке 83. Движение клапана 81 вверх ограничено нижним торцом штангового корпуса 80.

Разрядная втулка 83 с полым штанговым корпусом 80 центрального газодинамического рыхлителя, с корпусом 86 винтового наконечника установлена соосно и связана шлицевыми соединениями 87, 88, соединительными муфтами 89 с контргайками 90 (фиг.11). На корпусе 86 винтового наконечника выполнена винтовая лопасть 91.

Основная рабочая камера 78 центрального газодинамического рыхлителя расположена коаксиально относительно газодинамического кольцевого ножа, ниже хвостовика 14 (фиг.1).

Корпус основной рабочей камеры 78 выполнен в виде полого цилиндра с нижней 92 и верхней 93 фланцевыми частями, с выполненными в них концентрическими отверстиями 94, в которых установлены болты 95 для соосного крепления нижней фланцевой части 92 корпуса основной рабочей камеры 78 к фланцевой части 96 полого штангового корпуса 80 центрального газодинамического рыхлителя, для соосного крепления верхней фланцевой части 93 корпуса основной рабочей камеры 78 к фланцевой части 97 полого хвостовика 15 центрального газодинамического рыхлителя (фиг.1).

Трубопровод 98 подключен к источнику 99 питания (фиг.1). Трубопровод 98 через кран 100 для управления подачей сжатого газа, через трубопроводы 101 и 102, штуцер 103, через радиальный канал 22 в ступенчатом корпусе 17, через кольцевой канал 20 с радиальными каналами 21 в ступенчатом корпусе 17, через радиальные каналы 29 в гильзе 28, через радиальные каналы 104 в хвостовике 15 сообщен с внутренней полостью 76 хвостовика 15 центрального газодинамического рыхлителя (фиг.1, 3, 4).

Внутренняя полость 76 хвостовика 15 центрального газодинамического рыхлителя сообщается с полостью 77 основной рабочей камеры 78 центрального газодинамического рыхлителя (фиг.1, 3).

Трубопровод 98 через кран 105 для управления подачей сжатого газа, через трубопроводы 106, 107, штуцер 108, через радиальный канал 25, кольцевой канал 23 и радиальные каналы 24 в ступенчатом корпусе 17 (фиг.1, 3, 5), через радиальные каналы 31 в гильзе 30, кольцевую проточку 75 в хвостовике 15, имеющую диаметр d_k, через центральную подводящую трубку 74 сообщен с полостью 82 управления клапаном 81 центрального газодинамического рыхлителя (фиг.11) для сообщения кольцевого зазора между штанговым корпусом 80 и центральной подводящей трубкой 74 с выхлопными отверстиями 85 в разрядной втулке 83.

Трубопровод 98 через кран 100 для управления подачей сжатого газа, через трубопроводы 101, 109, штуцер 110 (фиг.1), радиальный канал 26 в ступенчатом корпусе 17, через радиальный канал 36 в гильзе 35, через кольцевую проточку 42, имеющую диаметр d*_k, радиальные каналы 43 (фиг.3, 6) в хвостовике 14 газодинамического кольцевого ножа, через продольный кольцевой канал 44 в хвостовике 14 сообщен с общей кольцевой камерой 45 газодинамического кольцевого ножа.

Трубопровод 98 через кран 105 для управления подачей сжатого газа, через трубопровод 106, штуцер 111 (фиг.1), радиальный канал 27 в ступенчатом корпусе 17, через радиальный канал 38 в гильзе 37, кольцевую проточку 46 с продольными концентрическими каналами 47 в хвостовике 14 газодинамического кольцевого ножа (фиг.3, 7), через штуцеры 58 и подводящие трубки 57 сообщен с полостями 61 управления клапанами 60 рыхлителей газодинамического кольцевого ножа (фиг.9) для сообщения кольцевых зазоров между штанговыми корпусами 7 и подводящими трубками 57 с выхлопными отверстиями 9 в разрядных втулках 8 (фиг.1, 9, 10).

Работа устройства осуществляется следующим образом. Посредством приводного механизма (не показан) обеспечивается вращение в противоположные стороны полого хвостовика 15 центрального газодинамического рыхлителя, хвостовика 14 газодинамического кольцевого ножа, вертикальное завинчивание корпуса 86 винтового наконечника с разрядной втулкой 83 и полым штанговым корпусом 80 центрального газодинамического рыхлителя, а также внедрение в прочный или мерзлый грунт центрального газодинамического кольцевого ножа (фиг.1, 3).

Крутящий момент от вращения хвостовика 15 центрального газодинамического рыхлителя воспринимают шлицевые соединения 87 и 88, а осевые нагрузки - соприкасающиеся элементы полого штангового корпуса 80 и разрядной втулки 83, разрядной втулки 83 и корпуса 86 винтового наконечника (фиг.1, 11).

Крутящий момент от вращения хвостовика 14 воспринимают болты 12 фланцевого соединения газодинамического кольцевого ножа с хвостовиком 14, а осевые нагрузки - соприкасающие элементы трубчатых штанговых корпусов 7 рыхлителей газодинамического кольцевого ножа и нижнего фланца 13 хвостовика 14, а также стопорные болты 68 крепления отдельных частей 4 газодинамического кольцевого ножа к штанговым корпусам 7, к разрядным втулкам 8, к корпусам 10 режущих наконечников (фиг.1, 2, 3, 9).

Контргайки 90 препятствуют отвинчиванию соединительных муфт 89, в результате чего исключаются утечки сжатого газа при заполнении кольцевого зазора между штанговым корпусом 80 и центральной подводящей трубкой 74 (фиг.11), при заполнении полости 77 основной рабочей камеры 78 центрального газодинамического рыхлителя (фиг.1).

Контргайки 56 препятствуют отвинчиванию соединительных муфт 55, в результате исключаются утечки сжатого газа при заполнении кольцевого зазора между штанговым корпусом 7 и подводящей трубкой 57 (фиг.9), при заполнении общей камеры 45 газодинамического кольцевого ножа (фиг.3).

Одновременно с внедрением устройства в грунт оператор открывает краны 100 и 105 для управления подачей сжатого газа (фиг.1).

От источника 99 питания по трубопроводу 98 через кран 100 для управления подачей сжатого газа, через трубопроводы 101 и 102, штуцер 103, через радиальный канал 22, кольцевой канал 20 с радиальными каналами 21 в ступенчатом корпусе 17, через радиальные каналы 29 в гильзе 28, через радиальные каналы 104 в хвостовике 15 сжатый газ поступает в полость 76 хвостовика 15 (фиг.1, 3, 4), в полость 77 основной рабочей камеры 78 центрального газодинамического рыхлителя, в кольцевой зазор между штанговым корпусом 80 и центральной подводящей трубкой 74 (фиг.11).

От источника 99 питания по трубопроводу 98 через кран 105 для управления подачей сжатого газа, через трубопроводы 106 и 107, штуцер 108, через радиальный канал 25, кольцевой канал 23 и радиальные каналы 24 в ступенчатом корпусе 17 (фиг.1, 3, 5), через радиальные каналы 31 в гильзе 30, кольцевую проточку 75 в хвостовике 15, имеющую диаметр d_k, через центральную подводящую трубку 74 сжатый газ поступает в полость 82 управления клапаном 81 центрального газодинамического рыхлителя (фиг.11) для сообщения кольцевого зазора между штанговым корпусом 80 и центральной подводящей трубкой 74 с выхлопными отверстиями 85 в разрядной втулке 83.

Одновременно от источника 99 питания по трубопроводу 98 через кран 105 для управления подачей сжатого газа, через трубопровод 106, штуцер 111, радиальный канал 27 в ступенчатом корпусе 17, через радиальный канал 38 в гильзе 37, кольцевую проточку 46 с продольными концентрическими каналами 47 в хвостовике 14 газодинамического кольцевого ножа (фиг.1, 3, 7), через штуцер 58 и подводящую трубку 57 сжатый газ поступает и в полость 61 управления клапаном 60 каждого рыхлителя газодинамического кольцевого ножа (фиг.9) для сообщения кольцевого зазора между штанговым корпусом 7 и подводящей трубкой 57 с выхлопными отверстиями 9 в разрядной втулке 8 каждого рыхлителя газодинамического кольцевого ножа (фиг.1, 9, 10).

От источника 99 питания по трубопроводу 98 через кран 100 для управления подачей сжатого газа, через трубопроводы 101, 109, штуцер 110 (фиг.1), радиальный канал 26 в ступенчатом корпусе 17, через радиальный канал 36 в гильзе 35, через кольцевую проточку 42, имеющую диаметр d*_k, радиальные каналы 43 (фиг.3, 6) в хвостовике 14, через продольный кольцевой канал 44 в хвостовике 14 сжатый газ поступает в общую кольцевую камеру 45 газодинамического кольцевого ножа.

После внедрения устройства в грунт на расчетную глубину рыхления оператор поворачивает кран 105 в такое положение, при котором полость 61 управления клапаном 60 каждого рыхлителя газодинамического кольцевого ножа сообщается с атмосферой (фиг.1, фиг.9), при котором и полость 82 управления клапаном 81 центрального газодинамического рыхлителя сообщается с атмосферой (фиг.11).

Давление сжатого газа в кольцевом зазоре между штанговым корпусом 7 и подводящей трубкой 57 перемещает вниз клапан 60 управления выхлопом каждого рыхлителя газодинамического кольцевого ножа (фиг.9), а давление сжатого газа в кольцевом зазоре между штанговым корпусом 80 и центральной подводящей трубкой 74 перемещает вниз клапан 81 управления выхлопом центрального газодинамического рыхлителя.

Пружина 62 под каждым клапаном 60 управления выхлопом каждого рыхлителя газодинамического кольцевого ножа сжимается (фиг.9), сжимается и пружина 84 под клапаном 81 управления выхлопом центрального газодинамического рыхлителя (фиг.11).

Начинается импульсивный выпуск сжатого газа через выхлопные отверстия 9 в разрядных втулках 8 (фиг.1, 9, 10) из кольцевых зазоров между штанговыми корпусами 7 и подводящими трубками 57, из полости общей кольцевой камеры 45 газодинамического кольцевого ножа (фиг.3). Одновременно импульсный выпуск сжатого газа происходит через выхлопные отверстия 85 в разрядной втулке 83 из кольцевого зазора между штанговым корпусом 80 и центральной подводящей трубкой 74, из полости 77 основной рабочей камеры 78, из полости 76 в хвостовике 15 центрального газодинамического рыхлителя (фиг.1, 3, 11).

Прочный или мерзлый грунт испытывает одновременное воздействие пяти газовых импульсов от четырех рыхлителей газодинамического кольцевого ножа, верхние части штанговых корпусов 7 которых расположены в концентрических отверстиях 41 нижнего фланца 13 хвостовика 14 и от центрального газодинамического рыхлителя, штанговый корпус 80 которого установлен коаксиально относительно кольцевого газодинамического ножа (фиг.1, 2, 3, 8).

Это способствует равномерному дроблению грунта на фракции, увеличению объема разрушения за цикл рыхления, повышению производительности.

Столб грунта, образующийся при рыхлении, удаляется любым из числа известных способов, например с помощью грузоподъемных устройств, которые работают после подъема из забоя (из скважины) рабочей части предлагаемого устройства. После завершения уборки грунта оператор устанавливает устройство в очищенный забой (в очищенную скважину). Цикл работы повторяется.

Изобретение относится к области горного дела и строительства и может быть использовано в устройствах газодинамического действия для рыхления грунтов при строительстве различных сооружений. Технический результат - повышение производительности и равномерности дробления грунта на фракции за счет одновременного воздействия газовых импульсов на разрабатываемый прочный или мерзлый грунт от центрального рыхлителя и от рыхлителей газодинамического кольцевого ножа. Устройство содержит несущую раму с вертикальными направляющими валами, имеющую отверстие для пропуска через него газодинамического кольцевого ножа (ГКН), установленного коаксиально относительно центрального газодинамического рыхлителя, включающего полый штанговый корпус, кинематически связанный с разрядной втулкой, имеющей выхлопные отверстия, кинематически связанный с разрядной втулкой и установленный соосно с последней корпус винтового наконечника. На штанговом корпусе закреплена соосно основная рабочая камера с полым хвостовиком центрального газодинамического рыхлителя, кинематически связанным с приводным механизмом и установленным с возможностью вращения в противоположную сторону с хвостовиком ГКН в центральном ступенчатом отверстии ступенчатого корпуса газодинамического узла, связанного с источником питания через краны, для управления подачей сжатого газа и через трубопроводы для подвода сжатого газа, а также с вертикальными направляющими валами посредством кронштейнов и охватывающих валы втулок скольжения. ГКН выполнен из отдельных частей сегментной формы с фланцевыми участками и с режущими кромками, кинемитически связанных с расположенными соосно между ними по концентрической окружности сверху вниз трубчатыми штанговыми корпусами, разрядными втулками с выхлопными отверстиями, корпусами режущих наконечников. В хвостовике ГКН выполнены кольцевая проточка, радиальные каналы, продольный кольцевой канал для подвода сжатого газа в общую кольцевую камеру ГКН, образованную нижним и верхним фланцами, которые связаны общей ступицей на хвостовике ГКН, и патрубком, установленным на верхнем и нижнем фланцах хвостовика ГКН. В ступице выполнено центральное отверстие для установки с возможностью вращения хвостовика центрального газодинамического рыхлителя, а в нижнем фланце выполнены концентрические отверстия, в которых установлены верхние части трубчатых штанговых корпусов рыхлителей ГКН, при этом один из радиальных каналов в стенке большого диаметра ступенчатого корпуса сообщен через кран для управления подачей сжатого газа с трубопроводом для подвода сжатого газа от источника питания, через кольцевую проточку, радиальные каналы и продольный кольцевой канал сообщен с общей кольцевой камерой ГКН, которая сообщена с кольцевыми зазорами между штанговыми корпусами рыхлителей ГКН и подводящими втулками, установленными по продольной оси в общей кольцевой камере ГКН, в полостях штанговых корпусов рыхлителей ГКН, в клапанах и полостях управления этими клапанами. Второй радиальный канал в стенке большого диаметра ступенчатого корпуса сообщен через кран для управления подачей сжатого газа с трубопроводом для подвода сжатого газа от источника питания, через кольцевую проточку с продольными концентрическими каналами в хвостовике ГКН, через штуцера, присоединенные к продольным каналам и подводящим трубкам, через подводящие трубки сообщен с полостями управления клапанами для сообщения кольцевых зазоров между штанговыми корпусами и подводящими трубками с выхлопными отверстиями в разрядных втулках рыхлителей ГКН. Повышается производительность, равномерность дробления на фракции. Прочный или мерзлый грунт испытывает одновременное воздействие пяти газовых импульсов от четырех рыхлителей ГКН и от центрального газодинамического рыхлителя. 2 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Устройство для разрушения прочных и мерзлых грунтов, включающее несущую раму с вертикальными направляющими валами, имеющую отверстие для пропуска через него кольцевого ножа, выполненного из обсадной трубы с режущей кромкой, установленного коаксиально относительно центрального газодинамического рыхлителя, включающего полый штанговый корпус, кинематически связанный с разрядной втулкой, с присоединенным к ней корпусом винтового наконечника, с выполненными в ней выхлопными отверстиями и с установленным в ней с возможностью ограниченного осевого перемещения и взаимодействия с нижним торцом штангового корпуса клапана для сообщения кольцевого зазора между штанговым корпусом и центральной подводящей трубкой с выхлопными отверстиями в разрядной втулке, имеющего полость управления и размещенную в полости управления пружину для поджатия клапана к нижнему торцу штангового корпуса, на котором закреплена соосно основная рабочая камера с полым хвостовиком центрального газодинамического рыхлителя, кинематически связанным с приводным механизмом и установленным с возможностью вращения в противоположную сторону с хвостовиком кольцевого ножа в центральном ступенчатом отверстии ступенчатого корпуса, связанного с вертикальными направляющими валами посредством кронштейнов и охватывающих валы втулок скольжения, с расположенными в его стенке меньшего диаметра двумя кольцевыми каналами и с расположенными в его стенке большего диаметра двумя радиальными каналами, при этом один из кольцевых каналов в стенке меньшего диаметра ступенчатого корпуса сообщен через кран для управления подачей сжатого газа с трубопроводом для подвода сжатого газа от источника питания и посредством выполненных в ступенчатом корпусе и в хвостовике радиальных каналов сообщен через кольцевой зазор между хвостовиком и центральной подводящей трубкой с полостью основной рабочей камеры, которая сообщена с кольцевым зазором между штанговым корпусом и центральной подводящей трубкой, а второй кольцевой канал в стенке меньшего диаметра ступенчатого корпуса сообщен через кран для управления подачей сжатого газа с трубопроводом для подвода сжатого газа от источника питания и посредством выполненных в ступенчатом корпусе радиальных каналов сообщен через центральную подводящую трубку с полостью управления клапаном для сообщения кольцевого зазора между штанговым корпусом и центральной подводящей трубкой с выхлопными отверстиями в разрядной втулке, отличающееся тем, что газодинамический кольцевой нож выполнен из отдельных частей сегментной формы с фланцевыми участками и с режущими кромками, кинематически связанных с расположенными соосно между ними по концентрической окружности сверху вниз трубчатыми штанговыми корпусами, разрядными втулками с выхлопными отверстиями, корпусами режущих наконечников, причем на каждом фланцевом участке выполнены концентрические отверстия для установки болтов крепления отдельных частей сегментной формы газодинамического кольцевого ножа к нижнему фланцу хвостовика газодинамического кольцевого ножа, в котором выполнены кольцевая проточка, радиальные каналы и продольный кольцевой канал для подвода сжатого газа в общую кольцевую камеру газодинамического кольцевого ножа, образованную нижним и верхним фланцами, которые связаны общей ступицей на хвостовике газодинамического кольцевого ножа, и патрубком, установленным на верхнем и нижнем фланцах и прикрепленным болтами к верхнему фланцу, причем в ступице выполнено центральное отверстие для установки с возможностью вращения хвостовика центрального газодинамического рыхлителя, а в нижнем фланце выполнены концентрические отверстия, в которых установлены верхние части трубчатых штанговых корпусов рыхлителей газодинамического кольцевого ножа, при этом один из радиальных каналов в стенке большого диаметра ступенчатого корпуса сообщен через кран для управления подачей сжатого газа с трубопроводом для подвода сжатого газа от источника питания, через кольцевую проточку, радиальные каналы и продольный кольцевой канал сообщен с общей кольцевой камерой газодинамического кольцевого ножа, которая сообщена с кольцевыми зазорами между штанговыми корпусами и подводящими трубками, установленными по продольной оси в общей кольцевой камере газодинамического кольцевого ножа, в полостях штанговых корпусов рыхлителей газодинамического кольцевого ножа, в клапанах и в полостях управления этими клапанами, а второй радиальный канал в стенке большего диаметра ступенчатого корпуса сообщен через кран для управления подачей сжатого газа с трубопроводом для подвода сжатого газа от источника питания, через кольцевую проточку с продольными концентрическими каналами в хвостовике газодинамического кольцевого ножа, через штуцеры, присоединенные к продольным каналам и подводящим трубкам, через подводящие трубки сообщен с полостями управления клапанами для сообщения кольцевых зазоров между штанговыми корпусами и подводящими трубками с выхлопными отверстиями в разрядных втулках рыхлителей газодинамического кольцевого ножа.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что кинематическая связь трубчатых штанговых корпусов, разрядных втулок, корпусов режущих наконечников газодинамических рыхлителей кольцевого ножа с отдельными частями сегментной формы газодинамического кольцевого ножа выполнена в виде шлицевых соединений, образованных продольными выступами на штанговых корпусах, на разрядных втулках, на корпусах режущих наконечников и продольными пазами в отдельных частях сегментной формы газодинамического кольцевого ножа, со стопорными приспособлениями (болтами) для соединения деталей между собой.3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что радиальные выхлопные отверстия на разрядных втулках рыхлителей газодинамического кольцевого ножа расположены с внутренней стороны ножа.