Устройство для разработки грунта Российский патент 2023 года по МПК E02F5/10 E02F5/20 E02D17/06 

Изобретение относится к области устройств для разработки грунта на участках с высокой плотностью размещения существующих зданий, сооружений и подземных коммуникаций.

При рассмотрении технической литературы выявлен ряд технических решений, относящихся к предмету данного изобретения.

Известно фрезерное устройство и способ разработки грунта, содержащие раму, по меньшей мере, две дисковые фрезы, установленные на раме с возможностью приводного вращения вокруг параллельных осей вращения, и регулировочное устройство, посредством которого может регулироваться расстояние между осями вращения дисковых фрез, причем регулировочное устройство содержит коленчато-рычажный механизм и, по меньшей мере, один гидроцилиндр для привода коленчато-рычажного механизма, причем гидроцилиндр расположен на раме, по существу, посередине между двумя осями вращения дисковых фрез, каждая из которых установлена на опорном листе, а оба опорных листа установлены на раме с возможностью поворота, причем коленчато-рычажный механизм содержит два рычага, шарнирно прикрепленных одной стороной к центральному гидроцилиндру другой стороной к одному из двух опорных листов, причем рама содержит направляющие элементы для ее направления в щели в грунте, причем дисковые фрезы выполнены с возможностью регулирования положения посредством регулировочного устройства таким образом, что во втянутом положении они отстоят внутрь от направляющих элементов, а в выдвинутом положении выступают в боковые стороны за направляющие элементы, причем опорные листы во втянутом положении и в выдвинутом положении образуют V-образную конфигурацию, причем во втянутом положении дисковых фрез оси поворота опорных листов на раме отстоят друг от друга на расстояние, которое меньше расстояния между осями вращения дисковых фрез, причем на раме предусмотрен, по меньшей мере, один направляющий блок для навески на несущий канат, причем предусмотрено силовое устройство, посредством которого направляющий блок может перемещаться относительно рамы в направлении подачи фрезерного устройства, при этом силовое устройство содержит силовой гидроцилиндр, расположенный на раме, в особенности посередине рамы, причем предусмотрено несущее устройство, на которое навешен несущий канат, и дополнительно предусмотрена удерживающая рама, а несущий канат связан с удерживающей рамой так, что, по меньшей мере, при извлечении фрезерного устройства часть тягового усилия передается через удерживающую раму на грунт, причем каждая дисковая фреза выполнена в виде пары из отдельных дисковых фрез, которые расположены по обе стороны от соответствующего опорного листа, причем дисковые фрезы и коленчато-рычажный механизм выполнены и расположены зеркально симметрично (патент на изобретение RU 2310725, кл. E02F 5/08, E02F 5/20, опубл. 20.11.2007 г., бюл. №32).

Недостатками указанного устройства являются:

сложность конструкции, связанная с большим количеством используемых в них элементов, что влечет за собой высокую стоимость изготовления фрезерного устройства;

отсутствие возможности управления углом наклона при выполнении выемки грунта;

отсутствие возможности механизированного закрепления стенок траншеи в процессе выемки грунта, что увеличивает риск обрушения стенок траншеи.

Известен экскаватор, содержащий кузов, направляющую, поддерживаемую кузовом, головку, выполненную с возможностью скольжения вдоль направляющей, первую штангу с головкой в сборе, предназначенную для подъема или вращения головки, зажим штанги, установленный на переднем конце направляющей и предназначенный для зажима второй штанги, заглубленной в грунт, фиксатор положения, выполненный с возможностью скольжения вдоль направляющей посредством головки и предназначенный для фиксации положения первой штанги при сборке первой штанги и второй штанги, причем фиксатор положения содержит основание, установленное на направляющей с возможностью скольжения, опорную пластину, установленную на одной стороне основания и имеющую опорный паз на ее верхней поверхности, так что первая штанга поддерживается в заданном положении, а также устройство блокировки, установленное на одной стороне основания и предназначенное для подъема основания посредством взаимодействия, когда головка поднимается (патент на изобретение RU 2439275, кл. Е21В 7/00, E02F 5/20, опубл. 10.01.2012 г., бюл. №1). Недостатками данного экскаватора являются:

сложность конструкции, связанная с большим количеством используемых в нем конструктивных элементов, что влечет за собой высокую стоимость изготовления экскаватора;

необходимость размещения кузова экскаватора вблизи вырабатываемой выемки, что при выполнении земляных работ, в особенности на неустойчивых грунтах, может привести к неконтролируемым обрушениям грунта;

отсутствие возможности механизированного закрепления стенок траншеи в процессе выемки грунта, что увеличивает риск обрушения стенок траншеи.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является устройство для закрепления стенок траншей, разрабатываемых роторным траншеекопателем, при прокладке трубопроводов на слабых и обводненных грунтах, содержащее присоединенную к задней части траншеекопателя раму с ротором, закрепленные на раме роликовый транспортер и бункер, щиты крепления, попарно соединенные между собой подвижными связями и выполненные с возможностью их перемещения из бункера по роликовому транспортеру, прижимной валик, закрепленный над нижним концом роликового транспортера в положении, обеспечивающем задавливание в грунт поступающих в траншею щитов крепления (патент на изобретение RU 2723321, кл. E02F 5/10, E02F 5/08, E02D 17/08, опубл. 06.06.2020 г., бюл. №16).

Основной недостаток данного устройства заключается в отсутствии возможности выполнения выемки грунта на локальных участках небольшой протяженности.

Задача, решаемая в изобретении, заключается в устранении указанных недостатков путем применения устройства для разработки грунта, обеспечивающего возможность выполнения земляных работ в стесненных условиях на закрепленных и незакрепленных грунтах.

Технический результат изобретения заключается в повышении эффективности разработки грунта в стесненных условиях.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается также в результате того, что, согласно изобретению, устройство для разработки грунта в первом варианте конструктивного исполнения содержит присоединенный к рукояти экскаватора направляющий ствол, электродвигатель, неподвижно присоединенный к нижней торцевой грани направляющего ствола, два редуктора, подвижно соединенных зубчатой передачей с ведущим валом электродвигателя и неподвижно закрепленных на анкерах, жестко присоединенных к нижней части боковой грани направляющего ствола, монтажную раму, жестко закрепленную на боковой грани направляющего ствола, два землеразрыхлителя, установленные напротив друг друга на равном удалении от оси направляющего ствола, бункер, установленный над землеразрыхлителями, два лотка, неподвижно присоединенные к нижним торцевым граням бункера и к боковой грани направляющего ствола, два опалубочных щита, установленных параллельно друг другу, причем:

электродвигатель и редукторы установлены на общей оси, перпендикулярной оси направляющего ствола, и закрыты нижним и верхним отбойниками;

нижние элементы боковых граней монтажной рамы, параллельных общей оси электродвигателя и редукторов, выполнены под углом к оси направляющего ствола, примерно равным 10°, и снабжены пятами;

каждый из землеразрыхлителей включает по меньшей мере две насадные фрезы, подвижно установленные напротив друг друга на двух несущих валах с образованием общего угла между ними, примерно равного 20°;

несущие валы неподвижно закреплены в нижней части нижних элементов монтажной рамы;

каждая пара насадных фрез подвижно соединена посредством приводных валов, снабженных карданными шарнирами, с ведомым валом соответствующего редуктора;

каждая насадная фреза снабжена торцевыми и боковыми резцами;

вращение землеразрыхлителей предусмотрено во взаимно противоположных направлениях, с перемещением находящихся в нижнем положении торцевых резцов насадных фрез в сторону оси направляющего ствола;

бункер выполнен из четырех боковых решеток, размещен над землеразрыхлителями и жестко присоединен к монтажной раме;

каждый из двух лотков имеет дугообразную в продольном сечении форму;

опалубочные щиты в верхней и нижней частях своих боковых граней неподвижно соединены между собой поперечинами.

Во втором варианте конструктивного исполнения устройства для разработки грунта установка опалубочных щитов выполнена по боковым граням бункера, в верхней части своих боковых граней опалубочные щиты неподвижно соединены между собой поперечинами, причем каждый их них в нижней части внутренней грани снабжен двумя упорами, взаимодействующими посредством штырей с ответными пятами монтажной рамы, и тремя равноудаленными друг от друга коронками, жестко присоединенными к нижней торцевой грани опалубочного щита.

Изобретение поясняется фиг.1-14.

На фиг.1 изображено устройство для разработки грунта в стадии установки землеразрыхлителей в месте выемки грунта, общий вид.

На фиг.2 изображено устройство для разработки грунта в стадии установки опалубочных щитов в траншею, общий вид.

На фиг.3 изображена принципиальная схема разработки грунта, вид в продольном разрезе сбоку.

На фиг.4 изображена принципиальная схема разработки грунта, вид в поперечном разрезе сверху.

На фиг.5 изображена принципиальная схема разработки грунта, вид в поперечном разрезе снизу.

На фиг.6 изображена принципиальная схема соединения ведущего вала электродвигателя с редуктором, вид в разрезе редуктора сверху.

На фиг.7 изображена принципиальная схема соединения ведущего вала электродвигателя с редуктором, вид в разрезе редуктора сбоку.

На фиг.8 изображена принципиальная схема разработки грунта, вид в продольном разрезе с торцевой части (позиция I).

На фиг.9 изображена принципиальная схема выемки грунта, вид в продольном разрезе с торцевой части (позиция II).

На фиг.10 изображено устройство для разработки грунта, общий вид.

На фиг.11 изображена принципиальная схема заглубления устройства для разработки грунта, вид в продольном разрезе сбоку (позиция I).

На фиг.12 изображена принципиальная схема заглубления устройства для разработки грунта, вид в продольном разрезе с торцевой части (позиция I).

На фиг.13 изображена принципиальная схема соединения пяты монтажной рамы с упором опалубочного щита, вид в вертикальном разрезе пяты.

На фиг.14 изображена принципиальная схема выемки устройства для разработки грунта, вид в поперечном разрезе в фазе подъема устройства с грунтом (позиция II).

На фиг.1-14 применены следующие обозначения:

1 - экскаватор;

2 - рукоять;

3 - направляющий ствол;

4 - монтажная рама;

5 - землеразрыхлитель;

6 - насадная фреза;

7 - электродвигатель;

8 - приводной вал;

9 - ведущая шестерня;

10 - ведомая шестерня;

11 - редуктор;

12 - бункер;

13 - решетка;

14 - опалубочный щит;

15 - коронка;

16 - поперечина;

17 - упор;

18 - торцевой резец;

19 - боковой резец;

20 - пята;

21 - штырь;

22 - ведущий вал;

23 - ведомый вал;

24 - несущий вал;

25 - карданный шарнир;

26 - анкер;

27 - лоток;

28 - нижний отбойник;

29 - верхний отбойник.

Устройство для разработки грунта работает следующим образом.

При монтаже подвижной части устройства электродвигатель 7 неподвижно присоединяют к нижней торцевой грани направляющего ствола 3. С обеих сторон электродвигателя 7 на общей с ним оси, перпендикулярной оси направляющего ствола 3, устанавливают два редуктора 11, которые неподвижно закрепляют на анкерах 26, жестко присоединенных к нижней части боковой грани направляющего ствола 3, и подвижно соединяют редукторы 11 зубчатой передачей через ведущие 9 и ведомые 10 шестерни с ведущим валом 22 электродвигателя 7. Для предотвращения повреждения электродвигателя 7 и редукторов 11 от перемещения грунта их закрывают общим нижним 28 и общим верхним 29 отбойниками. На боковой грани направляющего ствола 3 жестко закрепляют монтажную раму 4, у которой нижние элементы боковых граней, параллельных общей оси электродвигателя 7 и редукторов 11, выполняют под углом к оси направляющего ствола 3, примерно равным 10°, и снабжают их пятами 20. Несущие валы 24 неподвижно закрепляют в нижней части нижних элементов монтажной рамы 4. Каждый из двух землеразрыхлителей 5, устанавливаемых напротив друг друга на равном удалении от оси направляющего ствола 3, выполняют по меньшей мере из двух насадных фрез 6. Для повышения эффективности выемки грунта каждую насадную фрезу 6 снабжают торцевыми 18 и боковыми 19 резцами. Насадные фрезы 6 попарно подвижно устанавливают напротив друг друга на несущих валах 24 с образованием общего угла между ними, примерно равного 20°. Каждую пару насадных фрез 6 подвижно соединяют посредством приводных валов 8, снабженных карданными шарнирами 25, с ведомым валом 23 соответствующего редуктора 11. Для более эффективного перемещения разрабатываемого грунта направление вращения ведущего вала 22 электродвигателя 7 принимают из условия обеспечения вращения землеразрыхлителей 5 во взаимно противоположных направлениях, с перемещением находящихся в нижнем положении торцевых резцов 18 насадных фрез 6 в сторону оси направляющего ствола 3. Верхнюю часть направляющего ствола 3 выполняют с возможностью присоединения к рукояти 2 экскаватора 1.

Бункер 12 выполняют из четырех боковых решеток 13. Для повышения эффективности перемещения в бункер 12 грунта, вырабатываемого землеразрыхлителями 5, к нижним торцевым граням бункера 12 неподвижно присоединяют два лотка 27, имеющих в продольном сечении дугообразную форму с возможностью их размещения над землеразрыхлителями 5. Смонтированный бункер 12 устанавливают над землеразрыхлителями 5 и жестко присоединяют к боковой грани направляющего ствола 3. Нижний конец каждого лотка 27 неподвижно присоединяют к боковой грани направляющего ствола 3.

В первом варианте конструктивного исполнения устройства для разработки грунта два опалубочных щита 14 устанавливают параллельно друг другу и в верхней и нижней частях своих боковых граней неподвижно соединяют между собой поперечинами 16.

Во втором варианте конструктивного исполнения устройства для разработки грунта два опалубочных щита 14 соединяют между собой поперечинами 16, устанавливаемыми в верхней части боковых граней опалубочных щитов 14. В нижней части внутренней грани каждого из опалубочных щитов 14 жестко закрепляют два упора 17 со штырями 21, взаимодействующими с ответными пятами 20 монтажной рамы 4 для обеспечения регулируемого задавливания опалубочных щитов 14 в процессе разработки грунта. Для обеспечения зафиксированного положения нижней части каждого опалубочного щита 14 после завершения выемки грунта к его нижней торцевой грани жестко присоединяют три равноудаленные друг от друга коронки 15.

В случае, если разработка грунта на смежных участках не предусматривается, поперечины 16 выполняют высотой, равной высоте опалубочного щита 14.

Первый вариант конструктивного исполнения устройства для разработки грунта применяют на устойчивых грунтах. Для этого землеразрыхлители 5 через рукоять 2 экскаватора 1, направляющий ствол 3 и монтажную раму 4 устанавливают на место производства земляных работ, включают электродвигатель 7, предварительно подключив его к источнику электроэнергии (не показан), через ведущий вал 22 с ведущими шестернями 9 передают вращение на ведомые шестерни 10 ведомых валов 23 редукторов 11 и далее, посредством карданных шарниров 25 и приводных валов 8, - на установленные на несущих валах 24 монтажной рамы 4 насадные фрезы 6. Торцевые 18 и боковые 19 резцы насадных фрез 6 поднимают разрабатываемый грунт, перемещая его по лоткам 27 в бункер 12. При этом анкеры 26 обеспечивают устойчивое положение редукторов 11 при воздействии на них перемещаемого грунта, а нижний 28 и верхний 29 отбойники защищают электродвигатель 7 и редукторы 11 от излишнего загрязнения. Заглубление землеразрыхлителей 5 в процессе выемки грунта регулируют передачей усилия от рукояти 2 экскаватора 1 на направляющий ствол 3 и через него - на монтажную раму 4. После завершения разработки грунта направляющий ствол 3 поднимают наверх, наклоняют его и сбрасывают грунт через решетки 13 в отвал. Отсоединяют направляющий ствол 3 от рукояти 2 экскаватора 1, предварительно смонтированные опалубочные щиты 14 с поперечинами 16 закрепляют на рукояти 2 экскаватора 1 и задавливают их в подготовленную выемку для последующего выполнения строительных работ.

Второй вариант конструктивного исполнения устройства для разработки грунта применяют на неустойчивых грунтах. Для этого предварительно смонтированные опалубочные щиты 14 с коронками 15, поперечинами 16 и упорами 17 с штырями 21 закрепляют на рукояти 2 экскаватора 1 и устанавливают на место производства земляных работ. Направляющий ствол 3 с монтажной рамой 4 и землеразрыхлителями 5 присоединяют к рукояти 2 экскаватора 1 и помещают их во внутреннюю полость между опалубочными щитами 14, обеспечивая совмещение штырей 21 упоров 17 с ответными пятами 20 монтажной рамы. Выполняют разработку грунта в той же последовательности, как и при первом варианте конструктивного исполнения устройства для разработки грунта. При этом задавливание опалубочных щитов 14 осуществляют одновременно с заглублением землеразрыхлителей 5 в процессе разработки грунта через воздействие пят 20 на ответные упоры 17 со штырями 21. После завершения разработки грунта направляющий ствол 3 поднимают наверх, наклоняют его и сбрасывают грунт через решетки 13 в отвал.

Таким образом, в результате реализации предложенного технического решения обеспечивается возможность повышения эффективности выполнения разработки грунта в стесненных условиях на закрепленных и незакрепленных грунтах.

Изобретение относится к области устройств для разработки грунта на участках с высокой плотностью размещения существующих зданий, сооружений и подземных коммуникаций. Технический результат – повышение эффективности разработки грунта в стесненных условиях. Устройство для разработки грунта содержит присоединенный к рукояти экскаватора направляющий ствол, электродвигатель, неподвижно присоединенный к нижней торцевой грани направляющего ствола, два редуктора, подвижно соединенных зубчатой передачей с ведущим валом электродвигателя и неподвижно закрепленных на анкерах, жестко присоединенных к нижней части боковой грани направляющего ствола, монтажную раму, жестко закрепленную на боковой грани направляющего ствола, два землеразрыхлителя, установленные напротив друг друга на равном удалении от оси направляющего ствола, бункер, установленный над землеразрыхлителями, два лотка, неподвижно присоединенные к нижним торцевым граням бункера и к боковой грани направляющего ствола. Электродвигатель и редукторы установлены на общей оси, перпендикулярной оси направляющего ствола, и закрыты нижним и верхним отбойниками. Нижние элементы боковых граней монтажной рамы, параллельных общей оси электродвигателя и редукторов, выполнены под углом к оси направляющего ствола и снабжены пятами. Каждый из землеразрыхлителей включает по меньшей мере две насадные фрезы, подвижно установленные напротив друг друга на двух несущих валах с образованием общего угла между ними. Несущие валы неподвижно закреплены в нижней части нижних элементов монтажной рамы. Каждая пара насадных фрез подвижно соединена посредством приводных валов, снабженных карданными шарнирами, с ведомым валом соответствующего редуктора. Каждая насадная фреза снабжена торцевыми и боковыми резцами. Вращение землеразрыхлителей предусмотрено во взаимно противоположных направлениях, с перемещением находящихся в нижнем положении торцевых резцов насадных фрез в сторону оси направляющего ствола. Бункер выполнен из четырех боковых решеток, размещен над землеразрыхлителями и жестко присоединен к монтажной раме. Пяты монтажной рамы выполнены с возможностью взаимодействия с двумя опалубочными щитами, установленными параллельно друг другу и неподвижно соединенными между собой в верхней и нижней частях своих боковых граней поперечинами. 1 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Устройство для разработки грунта, содержащее присоединенный к рукояти экскаватора направляющий ствол, электродвигатель, неподвижно присоединенный к нижней торцевой грани направляющего ствола, два редуктора, подвижно соединенных зубчатой передачей с ведущим валом электродвигателя и неподвижно закрепленных на анкерах, жестко присоединенных к нижней части боковой грани направляющего ствола, монтажную раму, жестко закрепленную на боковой грани направляющего ствола, два землеразрыхлителя, установленные напротив друг друга на равном удалении от оси направляющего ствола, бункер, установленный над землеразрыхлителями, два лотка, неподвижно присоединенные к нижним торцевым граням бункера и к боковой грани направляющего ствола, причем электродвигатель и редукторы установлены на общей оси, перпендикулярной оси направляющего ствола, и закрыты нижним и верхним отбойниками; нижние элементы боковых граней монтажной рамы, параллельных общей оси электродвигателя и редукторов, выполнены под углом к оси направляющего ствола, равным 10°, и снабжены пятами; каждый из землеразрыхлителей включает по меньшей мере две насадные фрезы, подвижно установленные напротив друг друга на двух несущих валах с образованием общего угла между ними, равного 20°; несущие валы неподвижно закреплены в нижней части нижних элементов монтажной рамы; каждая пара насадных фрез подвижно соединена посредством приводных валов, снабженных карданными шарнирами, с ведомым валом соответствующего редуктора; каждая насадная фреза снабжена торцевыми и боковыми резцами; вращение землеразрыхлителей предусмотрено во взаимно противоположных направлениях, с перемещением находящихся в нижнем положении торцевых резцов насадных фрез в сторону оси направляющего ствола; бункер выполнен из четырех боковых решеток, размещен над землеразрыхлителями и жестко присоединен к монтажной раме; каждый из двух лотков имеет дугообразную в продольном сечении форму; пяты монтажной рамы выполнены с возможностью взаимодействия с двумя опалубочными щитами, установленными параллельно друг другу и неподвижно соединенными между собой в верхней и нижней частях своих боковых граней поперечинами.

2. Устройство для разработки грунта по п. 1, отличающееся тем, что боковые грани бункера выполнены с возможностью установки своими гранями на опалубочные щиты, в верхней части своих боковых граней неподвижно соединенных между собой поперечинами, при этом каждый из опалубочных щитов снабжен двумя упорами, установленными в нижней части его внутренней грани и взаимодействующими посредством штырей с ответными пятами монтажной рамы, а также тремя равноудаленными друг от друга коронками, жестко присоединенными к нижней торцевой грани опалубочного щита.