УСТРОЙСТВО УДАРНОГО ДЕЙСТВИЯ Российский патент 2008 года по МПК E02D7/10 E21B1/00 

Заявляемое устройство ударного действия относится к области горной и строительной техники и может быть использовано для погружения в грунт длиномерных металлических конструкций, а также для образования скважин при водозаборе и в сейсморазведке.

Известны устройства ударного действия, например устройство по патенту РФ №2209877 (МПК E02D 7/08) для погружения свай, труб и других строительных элементов, содержащее силовой привод, ударник, направляющие для передвижения ударника и механизм передвижения ударника, кинематически связанный с силовым приводом. Недостатком этого устройства является возможность нанесения ударов только по верхнему торцу погружаемых элементов. В связи с этим им можно забивать в грунт только достаточно жесткие элементы, ограниченные по длине.

Известно также устройство по патенту РФ №2125139 (МПК E02D 7/10), содержащее кольцевой ударник, мембрану, закрепленную по контуру к корпусу и образующую совместно с последним рабочую камеру с окнами для подвода и выхлопа сжатого воздуха, а также захват для крепления устройства к забиваемому элементу - трубе.

Это устройство позволяет погружать длинномерные стержни и трубы низкой жесткости, однако только вертикально вниз, т.к. для удара используется груз, разогнанный силой тяжести.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство ударного действия по а.с. СССР №727753 (МПК E02D 7/02), выбранное в качестве прототипа.

Известное устройство содержит корпус, в полости которого установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения под действием сжатого воздуха камер рабочего и обратного ходов ступенчатый ударник со сквозным центральным каналом, а на передней части корпуса смонтирован захват с кулачками для соединения его с погружаемым элементом.

Это устройство позволяет погружать длинномерные элементы малой жесткости и в любом пространственном положении, однако в нем кулачки захвата в первый момент соединяются с погружаемым элементом только за счет трения, поэтому малонадежны.

Кроме того, в упомянутом устройстве имеет место жесткое соударение ударника с корпусом. В результате корпус, ударник, захват и погружаемый элемент испытывают чрезмерные ударные нагрузки во время удара, что приводит к разрушению как погружаемых элементов, так и самого устройства.

Таким образом, недостатками известного устройства являются низкие надежность и долговечность.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в повышении надежности и увеличении срока службы устройства.

Для решения поставленной задачи сущность заявляемого изобретения состоит в том, что, в отличие от известного устройства ударного действия для погружения в грунт металлических конструкций, преимущественно длиномерных труб, содержащего коаксиальный корпус, в направляющих которого с возможностью осевого перемещения установлен полый ударник, а в нижней части - захват, согласно изобретению в упомянутом корпусе выше камеры рабочего хода расположена заполненная рабочей жидкостью охватывающая ударник полость, которая посредством поперечной перегородки разделена на две камеры, из которых верхняя постоянно сообщена со сливной линией, а нижняя - с верхней камерой посредством размещенного в поперечной перегородке охватывающего ударник коаксиального отверстия, через которое в конце рабочего хода в нижнюю камеру входит кольцевой выступ поршня-ударника, по диаметру одинаковый с упомянутым отверстием.

Кроме того, в нижней части корпуса установлены гидроцилиндры, оси которых перпендикулярны оси погружаемой трубы, с размещенными в них поршнями-кулачками, совместно с корпусом образующие штоковые и поршневые полости, при этом штоковые полости постоянно сообщены с источником рабочей жидкости, а поршневые - через гидрораспределитель попеременно сообщаются с источником рабочей жидкости и присоединенным к нему гидроаккумулятором либо со сливной линией.

Технический результат, который может быть получен в результате использования изобретения, заключается в повышении надежности и увеличении срока службы устройства.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена конструктивная схема устройства для погружения в грунт металлических стержней, преимущественно длинномерных труб. Устройство содержит основание 1 с установленными на нем гидроцилиндрами 2 и 3, штоки которых соединены с коаксиальным корпусом 4 ударного устройства 5. Во внутренней полости корпуса 4 с возможностью продольного перемещения размещен полый ступенчатый поршень-ударник 6 со ступенями 7, 8, и 9, снабженный кольцевым выступом 10. Внутренняя полость корпуса 4 совместно с полым поршнем-ударником 6 образует в нижней части (по чертежу) камеру холостого хода 11, примыкающую к ней сверху камеру рабочего хода 12 и расположенную выше упомянутых камер 11, 12 полость 13, изолированную от них, заполненную рабочей жидкостью и поперечной перегородкой 14 разделенную на две камеры 15 и 16.

Камера холостого хода 11 посредством линии 17 постоянно сообщена с источником рабочей жидкости 18 и гидроаккумулятором 19. Камера рабочего хода 12 по каналам 20 и 22 через гидрораспределитель 21 попеременно сообщается либо с источником рабочего давления 18 и гидроаккумулятором 19, либо с камерой 16, которая, в свою очередь, посредством сливной линии 23 постоянно сообщена со сливным баком 24.

В нижней части корпуса 4 размещен захват 25, в гидравлических цилиндрах которого установлены поршни-кулачки 26. Штоковые полости 27 гидроцилиндров захвата 25 каналом 28 постоянно сообщены с источником рабочей жидкости 18 и гидроаккумулятором 19. Поршневые полости 29 упомянутых гидроцилиндров по каналу 30 через гидрораспределитель 31 попеременно сообщаются либо с источником рабочей жидкости 18, либо со сливной линией 23.

Во внутренней полости поршня-ударника 6 размещена погружаемая в грунт труба 32.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии штоки цилиндров 2 вместе с ударным устройством 5 находятся в крайнем нижнем (по чертежу) положении. Внутри полого поршня-ударника 6 размещена погружаемая в грунт труба 32, упирающаяся в поверхность грунта конусным наконечником.

Поршневые полости 29 гидроцилиндров захвата 25 посредством гидрораспределителя 31 сообщены со сливной линией 23. Гидрораспределитель 21 находится в нейтральном положении, изолируя камеру рабочего хода 12 от источника рабочей жидкости и от сливного бака.

Рабочая жидкость от источника 18 по линии 17 поступает в камеру холостого хода 11 и штоковую полость 27 захвата 25. При этом полый поршень-ударник 6 перемещается в крайнее верхнее положение, поршни-кулачки 26 отводятся в крайнее наиболее удаленное от трубы 32 положение.

При подаче жидкости в поршневые полости гидроцилиндров 2 и 3 ударное устройство 5 поднимается в крайнее верхнее положение, при этом труба 32 остается в крайнем нижнем положении.

При помощи гидрораспределителя 31 рабочая жидкость подается в поршневые полости 29 захвата 25. При этом вследствие значительной разности поршневой и штоковой площадей поршни-кулачки 26 перемещаются в направлении, перпендикулярном оси ударника, и зубцами внедряются в поверхность трубы 32, жестко соединяя последнюю с корпусом 4 ударного устройства 5. Затем с помощью гидрораспределителя (не показан) штоковые полости гидроцилиндров 2 и 3 сообщаются с источником рабочей жидкости 18, а их поршневые полости - со сливным баком 24 по сливной линии 23. В результате на ударный механизм 5 и связанную с ним трубу 32 действует осевая сила, направленная вниз. После включения гидрораспределителя 21 рабочая жидкость от источника рабочей жидкости 18 и гидроаккумулятора 19 по линиям 17 и 22 поступает в камеру рабочего хода 12. В результате увеличения давления жидкости в камере рабочего хода 12 за счет разности площадей ступеней 7 и 9 полый поршень-ударник 6 совершает ускоренное движение вниз. В конце рабочего хода полого поршня-ударника 6 его кольцевой выступ 10 через аксиальное отверстие в перегородке 14 входит в полость 13 и тем самым изолирует последнюю от камеры 16. При дальнейшем движении полого поршня-ударника 6 кольцевой выступ 10 сжимает жидкость, находящуюся в полости 13.

При этом давление жидкости Р нарастает пропорционально изменению объема жидкости ΔV в камере 13

P=k·ΔV.

Под действием силы, равной произведению этого давления на площадь кольцевого выступа 10, корпус 4 ударного устройства 5 вместе с закрепленной в нем с помощью захвата 25 трубой 32 перемещается вниз, происходит внедрение трубы в грунт. Одновременно на полый поршень-ударник 6 действует одинаковая по величине, но противоположно направленная сила, под действием которой ударник затормаживается и останавливается. За счет упругого распружинения жидкости в камере 13 ударник совершает ограниченный ход вверх, вытесняя жидкость из камеры рабочего хода 12 в гидроаккумулятор 19. Туда же одновременно поступает и жидкость от источника 18.

После остановки ударника 6 происходит переключение гидрораспределителя 21 и начинается его очередной холостой ход. При достижении ударником крайнего верхнего положения гидрораспределитель 21 переключается на рабочий ход. Далее цикл работы ударного устройства 5 повторяется.

Соударение ударника 6 с корпусом 4 ударного устройства 5 происходит через находящуюся в камере 13 жидкость, что обеспечивает удлинение времени удара, благодаря чему ударный импульс уменьшается до величины, достаточной для погружения трубы 32. Погружение трубы продолжается до тех пор, пока штоки гидроцилиндров 2 и 3 не достигнут крайнего нижнего положения.

После этого за счет переключения гидрораспределителя кулачки 26 захвата 25 разводятся, освобождая трубу 32.

При подаче жидкости в поршневые полости гидроцилиндров 2 и 3 происходит очередной подъем ударного устройства 5 в крайнее верхнее положение. Посредством гидрораспределителя 31 снова происходит зажим трубы 32 кулачками захвата 25. Далее включается ударное устройство и цикл работы повторяется. Работа устройства продолжается до тех пор, пока верхний торец трубы 32 не сравняется с верхним торцом поршня-ударника 6.

Далее труба наращивается, например, путем резьбового соединения со следующим отрезком трубы и работа продолжается вышеописанным образом.

Применение изобретения позволит значительно увеличить срок службы устройства с одновременным повышением его надежности. Кроме того, заявляемое устройство позволяет не только забивать стержни и трубы в любом пространственном положении, но при необходимости и извлекать их из грунта.

Изобретение относится к области горной и строительной техники и может быть использовано для погружения в грунт длиномерных металлических конструкций, а также для образования скважин при водозаборе и в сейсморазведке. Технический результат - повышение надежности и увеличение срока службы устройства. Устройство ударного действия для погружения в грунт металлических конструкций, преимущественно длиномерных труб, содержит коаксиальный корпус, в направляющих которого с возможностью осевого перемещения установлен полый поршень-ударник, а в нижней части - захват. В корпусе выше камеры рабочего хода расположена заполненная рабочей жидкостью охватывающая поршень-ударник полость, которая посредством поперечной перегородки разделена на две камеры. Верхняя камеры постоянно сообщена со сливной линией, а нижняя - с верхней камерой посредством размещенного в поперечной перегородке охватывающего поршень-ударник коаксиального отверстия, через которое в конце рабочего хода в нижнюю камеру входит кольцевой выступ поршня-ударника, по диаметру одинаковый с упомянутым отверстием. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство ударного действия для погружения в грунт металлических конструкций, преимущественно длинномерных труб, содержащее коаксиальный корпус, в направляющих которого с возможностью осевого перемещения установлен полый поршень-ударник, а в нижней части захват, отличающееся тем, что в упомянутом корпусе выше камеры рабочего хода расположена заполненная рабочей жидкостью, охватывающая поршень-ударник, полость, которая посредством поперечной перегородки разделена на две камеры, из которых верхняя постоянно сообщена со сливной линией, а нижняя с верхней камерой посредством размещенного в поперечной перегородке, охватывающего поршень-ударник, коаксиального отверстия, через которое в конце рабочего хода в нижнюю камеру входит кольцевой выступ поршня-ударника, по диаметру одинаковый с упомянутым отверстием.2. Устройство ударного действия по п.1, отличающееся тем, что в нижней части корпуса установлены гидроцилиндры, оси которых перпендикулярны оси погружаемой трубы с размещенными в них поршнями-кулачками, совместно с корпусом образующие штоковые и поршневые полости, при этом штоковые полости постоянно сообщены с источником рабочей жидкости, а поршневые через гидрораспределитель попеременно сообщены с источником рабочей жидкости и присоединенным к нему гидроаккумулятором либо со сливной линией.