СПОСОБ РАЗРЕЗАНИЯ МЕРЗЛОГО ГРУНТА Российский патент 2008 года по МПК E02F5/02 E02F5/30 

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при разработке мерзлых грунтов в массивах, когда перед экскавацией грунта его предварительно нарезают на отдельные части.

Из технической литературы известны аналогичные средства для нарезания щелей в мерзлых грунтах [1а] в виде баровых и дискофрезерных рабочих органов (РО), навешиваемых на базовые машины поступательного перемещения. Основной недостаток баровых РО в их недостаточной надежности и отсутствии способности разрабатывать неоднородные мерзлые грунты. Дискофрезерные РО более надежны в работе, но уступают баровым по своим ограниченным техническим возможностям и неспособности нарезать в грунте щели повышенной глубины.

Наиболее близким аналогом-прототипом по максимальному количеству сходных технических признаков является объект [2], включающий наклонно установленную на базовой машине пальцевую фрезу с ее режущей лобовой частью при передаче на фрезу маятниковых относительно продольной ее оси колебаний. Однако этот объект способен разрабатывать только талые грунты, и поэтому используется там только в качестве кабелеукладчика.

Задача, которую должен решать предлагаемый объект, состоит в возможности разрезания мерзлого, в том числе и неоднородного грунта, причем на достаточную для последующей экскавации глубину.

Сформулированная задача решается посредством того, что к указанным выше признакам прототипа добавляются следующие: режущую часть фрезы выполняют в виде отдельно установленных зубьев, между которыми размещают термогорелки в виде последовательно соединенных между собой наружных сопел, камер сгорания и впускных клапанов, куда по трубопроводу подают предварительно приготовленную в эжекторе смесь компримированного газа и воздуха.

Предложенный способ поясняется чертежом, на котором показаны следующие элементы: рабочий орган (РО) 1 пальцевого типа, на лобовой поверхности которого вперемежку закреплены зубья 2 и термогорелки 3, которые включают в себя последовательно между собой соединенные сопла 3а, камеры сгорания 3б и размещенные в них впускные клапаны 3в, которые подсоединяют к общему трубопроводу 4, располагаемому либо внутри РО, как это и представлено на чертеже, либо вне его, но с тыльной и нерабочей его стороны. По трубопроводу 4 должна подаваться газовоздушная смесь - продукт смешения компримированного газа и воздуха, который приготовляют в ижекторе (смесителе) при предварительной их дозировке. Вся эта аппаратура вместе с газобаллонной системой должна размещаться на базовой машине, к раме которой крепится механизм установки РО в его наклонное положение и механизм придания РО его маятниковых (крутильных) относительно его продольной оси колебаний. В этом плане здесь взята полная аналогия с [2].

Параметры предлагаемого термомеханического способа разрезания мерзлого грунта определяются исходя из ранее проведенных исследований [1б], касающихся близкого вопроса - термомеханического бурения шпуров и скважин, где было отмечено, что для эффективности термического разрушения мерзлого грунта необходимо, чтобы температура газовой струи при выходе ее из сопла составляла 800÷1000 K при ее скорости 900÷1000 м/с. Особенность предлагаемого способа состоит в том, что он связан с линейным передвижением базовой машины, что ведет к необходимости иметь на этой машине энергозапас для эксплуатации РО, в результате чего предлагается использовать для этих целей газовоздущную смесь на основе энергоемкого компримированного газа в отличие от жидкого топлива - бензина и керосина, что имело место в аналогичных известных средствах [1б]. Отметим, что используемая аппаратура газопитания, включая эжектор (ижекционный смеситель) известна из системы внешнего смесеобразования газа и воздуха, используемой в двигателях внутреннего сгорания [3]. Для данного случая не нужна точная дозировка при приготовлении газовоздушной смеси, однако необходимо, чтобы она давала ранее приведенные параметры температуры и скорости истечения газовой струи из сопел темогорелок.

Работа предложенного объекта осуществляется следующим образом. Приготовленную в ижекторе смесь компримированного газа и воздуха подают по трубопроводу 4, откуда через впускные клапаны 3в газовая смесь поступает в камеры сгорания 3б. Открытие и закрытие клапанов 3в осуществляют автоматически, причем каждое их открытие сопровождается электроискровым воспламенением поступающей в камеры сгорания смеси. Система управления клапанами на чертеже не показана. Далее продукты сгорания смеси из камер 3б поступают в сопла 3а. Для создания повышенной скорости истечения газов из сопел 3а внутреннюю их поверхность делают спиралеобразной. Необходимым условием плодотворной работы системы 3а-3б-3в является их наружное по отношению к конструкции самого РО расположение (см. чертеж), обеспечивающее доступное охлаждение элементов 3 воздухом и самим разрушаемым мерзлым грунтом, который при высокотемпературном на него воздействии превращает лед в воду, а воду в пар. Поскольку предложенный способ является комплексным - термическим и механическим одновременно, большую роль играет взаимное расположение элементов 3 и 2 по переднему фронту их воздействия на грунт. Ввиду того что зубья 2 работают всегда при полном их контакте с грунтом, а сопла 3а наоборот, при отсутствии их непосредственного контакта с грунтом необходимо, чтобы зубья опережали сопла на 30-50 мм, что согласуется с известными рекомендациями [1б].

Предложенное чередование расстановки зубьев и сопел на РО обеспечивает разработку мерзлого грунта наклонными поясами, когда один пояс - захватку разрушают термически, а смежные с ним пояса - механически и наоборот. Причем механическое разрушение в этом случае осуществляют самым благоприятным (свободным) воздействием, когда боковые сопротивления на зубьях от разрушаемого ими грунта отсутствуют. При этом боковая заштыбовка всего РО предотвращается, как и в прототипе [2], передаваемыми на РО маятниковыми колебаниями.

Предложенный способ обладает всеми критериями изобретения.

«Промышленная применимость» доказывается возможностью совмещения двух и уже известных по отдельности способов механического и термического разрушения мерзлых грунтов. Кроме того, проверен и термомеханический способ разрушения мерзлых грунтов при глубинном воздействии - при бурении шпуров и скважин.

Критерий «новизны» состоит в неизвестной ранее расстановке рабочих элементов - зубьев и сопел на РО и новым подходом и выбору энергопитания для термического разрушения грунта.

«Изобретательский уровень» достигается введением новых существенных (и отмеченных ранее) признаков, направленных на повышение эффективности использования предлагаемого объекта.

Источники информации

1. В.Д.Телушкин. Машины для разработки мерзлых грунтов. Изд. «Машиностроение», 1973 г., 1a - стр.146-162; 1б - стр.246-259.

2. А.С.Шаволов. Рабочий орган кабелеукладчика, авторское свидетельство №712483, 1978 г.

3. А.С.Орлин и др. Теория поршневых и комбинированных двигателей: Изд. «Машиностроение», 1983 г.

Изобретение относится к области горного дела и строительства и может быть использовано при разработке мерзлых грунтов в массивах, когда перед экскавацией грунта его предварительно нарезают на отдельные части. Технический результат - эффективное разрезание мерзлого, в том числе и неоднородного грунта, на достаточную для последующей экскавации глубину. Способ разрезания мерзлого грунта посредством наклонно установленной на базовой машине пальцевой фрезы с ее режущей лобовой частью при передаче на фрезу маятниковых относительно продольной ее оси колебаний. При этом режущую часть фрезы выполняют в виде отдельно установленных зубьев, между которыми размещают термогорелки в виде последовательно соединенных между собой наружных сопел, камер сгорания и впускных клапанов, куда по трубопроводу подают предварительно приготовленную в эжекторе смесь компримированного газа и воздуха. 1 ил.

Способ разрезания мерзлого грунта посредством наклонно установленной на базовой машине пальцевой фрезы с ее режущей лобовой частью при передаче на фрезу маятниковых относительно продольной ее оси колебаний, отличающийся тем, что режущую часть фрезы выполняют в виде отдельно установленных зубьев, между которыми размещают термогорелки в виде последовательно соединенных между собой наружных сопел, камер сгорания и впускных клапанов, куда по трубопроводу подают предварительно приготовленную в эжекторе смесь компримированного газа и воздуха.