УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ СКВАЖИН В ГРУНТЕ Российский патент 2007 года по МПК E02F5/18 

Изобретение относится к строительству, а именно к устройствам для бестраншейной прокладки скважин в грунте.

Известно устройство для образования скважин в грунте, содержащее конусный рабочий наконечник со шнековой спиралью, шнековый винт, редуктор, электромотор и вибратор круговых колебаний по описанию изобретения к авторскому свидетельству №977615 МПК Е02F 5/18 БИ №44 30.11.1982 г. (1).

Недостатком данной конструкции является относительно небольшой крутящий момент, создаваемый вибратором круговых колебаний, что ограничивает ее применение в плотных грунтах.

Целью изобретения является улучшение тяговых характеристик устройства, что позволит применять его в более широком диапазоне плотностей грунтов.

Решение поставленной задачи достигается тем, что устройство для образования скважин в грунте содержит конусный рабочий наконечник со шнековой спиралью, вибратор круговых колебаний, шнековый винт, редуктор и электродвигатель, причем конусный рабочий наконечник выполнен, по меньшей мере, из трех раздельных секций - задней с закрепленными в ней редуктором и электродвигателем, средней и передней секции, выполненной совместно с конусным расширителем и жестко прикрепленным к нему шнековым винтом. Шнековая спираль секций и входящих в состав передней секции конусного расширителя со шнековым винтом имеет одну направленность навивки. Вибратор круговых колебаний выполнен общим валом для всех секций, приводимым во вращение через редуктор электродвигателем. На валу, на участке средней секции расположен эксцентрик, при этом вал свободно вращается в подшипниках, опоры которых жестко связаны с передней секцией. На эксцентрик напрессованы подшипники, на которые надета опорная втулка, на нее, в свою очередь, надета, по крайней мере, одна бескамерная шина с диском, имеющим на своей поверхности, прилегающей к опорной втулке, отверстия, совпадающие с отверстиями на ней. Кроме подшипников, между поверхностями эксцентрика и опорной втулки расположены сальники. На каждой торцовой поверхности секций, обращенных друг к другу, расположены на равных расстояниях от оси секции и на одном ее диаметре два силовых пальца. На силовые пальцы двух смежных торцовых поверхностей секций надет силовой сепаратор с четырьмя своими отверстиями, расположенными на равных расстояниях от его центра на двух взаимно перпендикулярных его диаметрах. Ширина каждого отверстия равна диаметру силового пальца, а его длина, расположенная по радиусу силового сепаратора, соответствует двойной величине максимально возможного перемещения секций относительно друг друга при работе устройства. На силовых сепараторах имеются, по меньшей мере, четыре отверстия круглого сечения, в которых расположены шаровые упоры. Между торцовыми поверхностями секций, на их периферии расположены гибкие кольцевые элементы, каждый край которых закреплен на соответствующей ему торцевой поверхности секции. Вал имеет воздушный канал, соединенный воздуховодами с отверстиями опорной втулки и воздуховодами меньшего диаметра с полостью средней секции. Вал также имеет резьбу с натяжной гайкой, а на торцевой поверхности задней секции находится воздушный клапан, соединяющий при возникновении избыточного давления полость задней секции с атмосферой.

Устройство для образования скважин в грунте работает следующим образом. Устройство размещается в подготовленном начальном участке скважины путем его ввинчивания шнековыми спиралями в грунт стенок скважины или же укладывается в подготовленную траншею с плотной опрессовкой грунта вокруг него. После этого включается подача сжатого воздуха и питание электродвигателя. Сжатый воздух подается по воздушному каналу вала с выходом через соединенные с ним воздуховоды, расположенные в теле эксцентрика. Одни воздуховоды подают сжатый воздух к отверстиям опорной втулки и совмещенным с ними отверстиям в дисках - в полости бескамерных шин, другая часть воздуховодов меньшего диаметра подает сжатый воздух в полость средней секции и далее до заполнения всех полостей передней и задней секций, где давление воздуха устанавливается на меньшем уровне, чем в бескамерных шинах, путем стравливания его в атмосферу через соответственно настроенный воздушный клапан, расположенный на задней секции устройства. При некотором избыточном давлении по отношению к атмосферному, созданном во внутренних полостях секций, происходит воздушный подпор гибких кольцевых элементов, расположенных между смежными торцовыми поверхностями секций, что предотвращает попадание грунтовой пыли во внутренние полости секций через остаточные негерметичности в кольцевых гибких элементах.

При вращении вала устройства с эксцентриком и накаченными бескамерными шинами, прижатыми к внутренней поверхности средней секции и обкатывающими ее, происходит перемещение средней секции и прижатие ее к грунту. В свою очередь через отжатие бескамерными шинами эксцентрика и соответственно самого вала в противоположную направлению прижима средней секции сторону происходит перемещение и прижатие к грунту передней и задней секций. В таком положении секций относительно друг друга начинается эксцентричное вращение вала и обкатка внутренней поверхности средней секции бескамерными шинами и, соответственно, перемещающееся круговое обжатие всеми секциями прилегающего к ним грунта. После некоторого времени работы устройства грунтовые стенки скважины раздаются, создавая диаметр скважины, больший, чем диаметр секций устройства. После создания зазора между стенками скважины и секциями устройства начинается обкат секций по стенкам скважины, что приводит к началу вращения секций и, соответственно, ввинчиванию их посредством шнековых спиралей в грунт и продвижению устройства вперед с образованием скважины. При этом передняя секция вращается в подшипниках вала под воздействием циклично перемещающегося давления эксцентрично вращающегося вала, а задняя секция прижимается и обкатывается по стенкам скважины под воздействием такого же циклично перемещающегося давления эксцентрично вращающегося вала и реакции вращения от передаваемого усилия на вал от электродвигателя через редуктор.

Собранные на валу и притянутые друг к другу натяжной гайкой вала секции волнообразно обкатывают друг друга смежными торцовыми поверхностями через расположенные между ними шаровые упоры, передающие усилия между секциями в продольном направлении и размещенные в отверстиях круглого сечения силовых сепараторов. Кроме этого, силовые сепараторы играют роль устройств для передачи крутящих усилий от секции к секции через силовые пальцы торцовых поверхностей секций, на которые надеты силовые сепараторы соответствующими отверстиями под силовые пальцы. В процессе обкатывания внутренней поверхности средней секции вращение бескамерных шин с дисками и опорной втулкой происходит на подшипниках, напрессованных на эксцентрик вала. Чтобы исключить проход сжатого воздуха через боковые поверхности подшипников, на краевых участках опорной втулки установлены сальники, перекрывающие выход сжатого воздуха в полость средней секции через обоймы подшипников.

Регулируя давление сжатого воздуха в бескамерных шинах, возможно создать различной степени упоры на грунт стенок скважины секциями устройства, что даст возможность подбора оптимальных усилий для выполнения проходки скважины. При этом сохраняется оптимальный поддув объемов полостей секций, регулируемый настроенным воздушным клапаном задней секции устройства.

При необходимости возможно реверсирование движения устройства путем изменения направления вращения электродвигателя. В качестве аналога предлагаемого устройства взято «Устройство для образования скважины в грунте» по источнику информации (1).

На фиг.1 изображено устройство для образования скважин в грунте, в рабочем состоянии с прижатыми к внутренней поверхности средней секции бескамерными шинами.

На фиг.2 изображен силовой сепаратор с размещенными в нем шаровыми упорами в отверстиях круглого сечения и отверстиями под силовые пальцы.

Предлагаемое устройство для образования скважин в грунте состоит из следующих узлов, агрегатов и деталей. Устройство состоит из трех секций с полостями 13 (фиг.1) - задней секции 18 с редуктором 14, электродвигателем 17 и воздушным клапаном 15, средней секции 24 с внутренней поверхностью 7 и передней секции 27 с опорами 31 подшипников 2. Передняя секция 27 выполнена с конусным расширителем 30 и шнековым винтом 1. На секциях расположена шнековая спираль 9. Имеется вал 3 с резьбой 28, натяжной гайкой 29, воздушным каналом 12 и эксцентриком 6. На эксцентрике 6 имеются подшипники 21, сальники 10. На подшипниках 21 расположена опорная втулка 8 с отверстиями 16. На опорной втулке 8 установлены бескамерные шины 22 с дисками 25 и отверстиями 20 в дисках 25. В эксцентрике 6 имеются воздуховоды 19.

Между секциями устройства на торцовых поверхностях 5 расположены гибкие кольцевые элементы 23. Там же на торцевых поверхностях 5 расположены силовые пальцы 4 (на одной из смежных торцовых поверхностях 5 силовые пальцы 4 не показаны). На силовые пальцы 4 смежных торцовых поверхностей 5 надеты силовые сепараторы 11 с отверстиями 26 под силовые пальцы 4 (фиг.1 и 2). На силовом сепараторе 11 (фиг.2) находятся отверстия круглого сечения 33 с расположенными внутри них шаровыми упорами 32.

Устройство для образования скважин в грунте работает следующим образом.

При размещенном устройстве в плотно прижатом к нему со всех его сторон грунте по воздушному каналу 12 вала 3 подают сжатый воздух, который распределяется воздуховодами 19 между бескамерными шинами 22 и полостями 13 секций устройства (фиг.1), накачивая бескамерные шины 22 через отверстия 16 в опорной втулке 8 и далее через отверстия 20 в дисках 25. На опорной втулке 8, на ее краях расположены сальники 10, препятствующие просачиванию сжатого воздуха в полости 13 секций через подшипники 21 эксцентрика 6. Сжатый воздух, попадая в полости 13 секций, расширяется, создавая меньшее давление, чем в бескамерных шинах 22, при этом регулировка давления в полостях 13 на более низком уровне, чем в бескамерных шинах 22 осуществляется меньшим диаметром воздуховодов 19, подводимых сжатый воздух к полостям 13, а также воздушным клапаном 15, настроенным на меньшее давление, чем давление в бескамерных шинах 22. После накачки бескамерных шин 22 и заполнения полостей 13 регулируемым там воздушным клапаном 15 меньшим давлением сжатый воздух расходуется только на переток его в зону меньшего давления полостей 13 по соответствующим воздуховодам 19 с меньшим диаметром, выходящим в полость 13, и на поддув гибких кольцевых элементов 23, расположенных по периферии торцовых поверхностей 5 для предотвращения попадания грунтовой пыли через остаточные негерметичности гибких кольцевых элементов 23.

Бескамерные шины 22 после заполнения их сжатым воздухом прижимаются поверхностью, расположенной на максимально эксцентрично удаленной точке от оси вала 3 к внутренней поверхности 7 средней секции 24, отжимая среднюю секцию 24 к поверхности скважины. Реакция силы прижима бескамерных шин 22 направлена через диски 25, опорную втулку 8, подшипники 21 эксцентрик 6 на вал 3, который, в свою очередь, перемещает усилие на переднюю секцию 27 и заднюю секцию 18, отжимая их в противоположном направлении отжатия средней секции 24. Отжатие передней секции 27 происходит через подшипники 2 и их опоры 31, жестко связанные с передней секцией 27. Отжатие задней секции 18 валом 3 происходит через редуктор 14 с электромотором 17.

В таком положении секций друг относительно друга вал 3 с эксцентриком 6 начинает вращение посредством электродвигателя 17 через редуктор 14, перемещая усилие прижима секций к стенкам скважины по круговой траектории.

Силовые пальцы 4 на торцовых поверхностях 5 секций, обращенных друг к другу, и надетые отверстиями 26 (фиг.1 и 2) на силовые пальцы 4 силовые сепараторы 11 с отверстиями круглого сечения 33, с расположенными в них шаровыми упорами 32, служат для передачи как вращательных, так и поступательных усилий между секциями устройства. Натяжная гайка 29 с резьбой 28 вала 3 служит элементом стяжки всех трех секций и, кроме того, воспринимает тяговые усилия секций устройства.

После некоторого времени работы устройства грунт стенок скважины под воздействием перекатывающей и прижимающей силы уплотняется, образуя зазоры между стенками скважины и секциями. При этом происходит уже перекат секций по круговой поверхности скважины, имеющий больший диаметр, чем диаметр самих секций, что дает добавочное угловое вращение секций на каждом витке их обката скважины. Это приводит к ввинчиванию секций устройства посредством шнекового винта 1 шнековых спиралей 9, расположенных на секциях и конусном расширителе 30, в грунт и продвижению всего устройства вперед с образованием скважины.

Литература

1. «Устройство для образования скважин в грунте» по авторскому свидетельству №977615 МПК E02F 5/18 БИ №44 30.11.1982 г. (1).

Изобретение относится к строительству, а именно к устройствам для бестраншейной прокладки скважин в грунте. Техническим результатом является улучшение тяговых характеристик устройства, что позволяет применять его в более широком диапазоне плотностей грунтов. Устройство для образования скважин в грунте включает конусный рабочий наконечник со шнековой спиралью 9, вибратор круговых колебаний, шнековый винт 1, редуктор 14 и электродвигатель 17. Конусный рабочий наконечник выполнен, по меньшей мере, из трех раздельных секций - задней 18, с закрепленным в ней редуктором 14 и электродвигателем 17, средней 24 и передней 27 секции, выполненной совместно с конусным расширителем 30 и жестко прикрепленным к нему шнековым винтом 1. Шнековая спираль 9 имеет одну направленность навивки на всех секциях устройства. Вибратор круговых колебаний выполнен как вал 3 для трех секций 18, 24, 27, приводимый во вращение через редуктор 14 электродвигателем 17 с расположенным на валу 3 эксцентриком 6 средней 24 секции. Вал 3 свободно вращается в подшипниках 2 передней 27 секции, опоры 31 которых жестко с ней связаны. На эксцентрик 6 напрессованы подшипники 21, на которые надета опорная втулка 8, на которой в свою очередь закреплена, по крайней мере, одна бескамерная шина 22 с диском 25, имеющим отверстия 20, совпадающие с отверстиями 16 на опорной втулке 8. Между эксцентриком 6 и опорной втулкой 8 расположены сальники 10. На каждой торцовой поверхности 5 секций, обращенных друг к другу, расположены на равных расстояниях от оси секции и на одном ее диаметре два силовых пальца 4, силовой сепаратор 11 с четырьмя отверстиями 26, расположенными на равных расстояниях от его центра на двух взаимно перпендикулярных его диаметрах, причем ширина каждого отверстия равна диаметру силового пальца 4, а его длина, расположенная по радиусу силового сепаратора 11, соответствует двойной величине максимально возможного перемещения секций относительно друг друга при работе устройства. На силовых сепараторах 11 имеются, по меньшей мере, четыре отверстия круглого сечения для шаровых упоров. Торцовые поверхности 5 секций, обращенных друг к другу, имеют гибкие кольцевые элементы 23, каждый край которых закреплен на соответствующей ему торцовой поверхности 5 секции. Вал 3 имеет воздушный канал 12, соединенный воздуховодами 19 с отверстиями опорной втулки 8 и воздуховодами 19 меньшего диаметра с полостью средней 24 секции, при этом вал 3 имеет резьбу 28 с натяжной гайкой 29. На торцевой поверхности 5 задней 18 секции находится воздушный клапан 15. 2 ил.

Устройство для образования скважин в грунте, включающее конусный рабочий наконечник со шнековой спиралью, вибратор круговых колебаний, шнековый винт, редуктор и электродвигатель, отличающееся тем, что конусный рабочий наконечник выполнен, по меньшей мере, из трех раздельных секций - задней, с закрепленным в ней редуктором и электродвигателем, средней и передней секции, выполненной совместно с конусным расширителем и жестко прикрепленным к нему шнековым винтом, при этом шнековая спираль имеет одну направленность навивки на всех секциях устройства, при этом вибратор круговых колебаний выполнен как вал для трех секций, приводимый во вращение через редуктор электродвигателем с расположенным на валу эксцентриком средней секции, при этом вал свободно вращается в подшипниках передней секции, опоры которых жестко с ней связаны, а на эксцентрик напрессованы подшипники, на которые надета опорная втулка, на которой в свою очередь закреплена, по крайней мере, одна бескамерная шина с диском, имеющим отверстия, совпадающие с отверстиями на опорной втулке, а между эксцентриком и опорной втулкой расположены сальники, при этом на каждой торцевой поверхности секций, обращенных друг к другу, расположены на равных расстояниях от оси секции и на одном ее диаметре два силовых пальца, силовой сепаратор с четырьмя отверстиями, расположенными на равных расстояниях от его центра на двух взаимно перпендикулярных его диаметрах, причем ширина каждого отверстия равна диаметру силового пальца, а его длина, расположенная по радиусу силового сепаратора, соответствует двойной величине максимально возможного перемещения секций относительно друг друга при работе устройства, на силовых сепараторах имеются, по меньшей мере, четыре отверстия круглого сечения для шаровых упоров, торцовые поверхности секций, обращенных друг к другу, имеют гибкие кольцевые элементы, каждый край которых закреплен на соответствующей ему торцевой поверхности секции, при этом вал имеет воздушный канал, соединенный воздуховодами с отверстиями опорной втулки и воздуховодами меньшего диаметра с полостью средней секции, при этом вал имеет резьбу с натяжной гайкой, а на торцевой поверхности задней секции находится воздушный клапан.