Устройство для разработки прочных грунтов Советский патент 1983 года по МПК E02F5/30 

ел

00 ; Изобретение относится к строител ному и дорожному машиностроению, в частности к рабочим органам для послойного разрушения массива прочног грунта при предварительной его разработке. Известно устройство для разрушен прочного грунта импульсами газа высокого давления, содержащее, заглубляемый в грунт рабочий наконечник и соединенный с ним трубчатый корпус с емкостью для сжатого газа, котора через клапаны сообщена с подводящей магистралью газа и с выхлопными отверстиями в корпусе, находящимися вблизи наконечника t lНедостатком устройства является невысокая производительность вследствие незначительной глубины рыхления. Наиболее близким к изобретению техническим решением является устройство для разработки прочных грун тов, включающее трубчатый корпус с винтовым наконечником и двумя рядами верхних и нижних радиальных выхлопных отверстий, сообщенных через выполненные в виде поршней выхлопные клапаны С источником сжатого газа 2. , Недостатками известного устройства являются низкая эффективность работы и высокая- энергоемкость процесса разрушения грунта. : Цель изобретения - повышение эффективности работы устройства за счет обеспечения оптимального момен та запаздывания выхлопа через нижни выхлопные отверстия. Указанная цель достигается тем, что в устройстве для разработки прочных грунтов, включающем трубчатый корпус с винтовым наконечником и двумя рядами верхних и нижних радиальных выхлопных отверстий, сообщенных через выполненные в виде поршней выхлопные клапаны с источни ком сжатого газа, трубчатый корпус разделен на верхнюю и нижнюю полые секции, каждая из которых снабжена воздуховодом, сообщающим ее с источ ником сжатого газа, при этом воздуховод нижней секции расположен соос но и внутри воздуховода верхней сек ции, жестко закреплен относительно трубчатого корпуса и имеет на верхнем конце обратный клапан и радиаль ные отверстия, а воздуховод верхней секции установлен в трубчатом корпусе с возможностью поворота относи тельно своей оси и имеет на нижнем конце винтовую нарезку, а на верхне конце радиальные отверстия, причем каждый из поршней выхлопных клапано установлен в соответствующей полой секции и делит ее на управляющую и рабочую камеры, которые сообщены между собой посредством калиброван ного канала, а верхний из поршней смонтирован в трубчатом корпусе посредством вертикальных направляющих и имеет винтовую нарезку, взаимодействующую с винтовой нарезкой воздуховода верхней секции. На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство для разработки прочных грунтов; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. i; на фиг. 3 - узел I на фиг. I, на фиг. 4 - узел Tj на фиг. 1; на фиг. 5 - сзчение Ъ-Б на фиг. 11 на фиг. 6 - показано заглубление устройства в грунт; на фиг. 7 разрушения грунта при выхлопе через верхние выхлопные отверстия; на фиг. 8 - то же, при выхлопе через нижние выхлопные отверстия. Устройство для разрушения-прочного грунта включает винтовой накоцечник 1, трубчатый корпус 2, раздв ленный на нижнюю секцию 3 и верхнюю секцию 4.-Нижняя секция состоит из ; управляющей камеры 5 и рабочей камеры 6, разделенных выхлопным клапаном, выполненнЕдм в виде поршня 7, подпружиненного пружиной 8 и перекрывающего нижние выхлопные отверстия 9. Нижняя секция сообщена с источником сжатого газа (не показан) через подводящую магистраль 10, трехходовой кран 11, полость 12 в неподвижной втулке 13, воздуховод 14, который имеет на верхнем конце обратный клапан 15 и радиальные отверстия 16. Зазор между поршнем 7 и воздуховодом 14 образует калиброванный канал 17. В верхней секции 4.установлен выхлопной клапан в виде поршня 18, подпружиненного пружиной 19 и перекрывающего верхние выхлопные отверстия 20. П эршень 18 разделяет секцию 4 на управляющую камеру 21 и рабочую камеру 22. Верхняя секция 4 сообщена с источником сжатого газа через- воздуховод 23, именадий на верхнем конце радиальные отверстия 24 и впускные отверстия 25, а на нижнем конце винтовую нарезку 26. Поршень 18 смонтирован в трубчатом корпусе 2 посредством ве13тикальных направляющих 27 и имеет винтовую нарезку 28, взаимодействующую с винтовой нарезкой воздуховода 23. Камеям 21 тл 22 сообщаются через калиброванный канал 29, образованный зазорами между поршнем 18 и направляющими 27. Воздуховод 23 установлен соосно на воздуховоде 14 и имеет кольцевой выступ 30, взаимодействующий с трубчатым корпусом 2 через подшипники 31. Устройство работает следующим образом. При помощи привода (не показан) устройство заглубляют в разрабатываемый грунт на заданную глубину. При этом выхлопные отвестия 20 верхней секции внедряют на глубину рыхления, равную оптимальной глубинерых ленияИопг f аврклопные отверстия 9 нижней секции - наглубину, равную 2/1 Кран 11 соединяет с магистралью 10 полость 12 неподвижной втулки 13. Под действием избыточного давления газа клапан 15 открывается, и газ заполняет нижнюю секцию 3. По возду ховоду 14 сжатый газ заполняет управляющую камеру 5, откуда по 1салиб рованному каналу 17 поступает в рабочую камеру б. Заполнение сжатым газом верхней секции происходит через отверстия 25 по воздуховоду 23. Из управляющей камеры 21 сжатый газ .попадает в рабочую камеру 22 через калиброванный канал 29. При достижении заданного давления газа в верхней и нижней секциях полость 12 с помощью трехходового крана 11 сое диняют с атмосферой. Давление в управляющей камере 21 верхней части практически мгновенно падает до атмосферного, и поршень 18 под действием избыточного давления в рабочей камере 22 перемещается вниз по направляющим и открывает верхние выхлопные отверстия 20. Происходит истечение газа из рабочей камеры 22 (имитируется взрыв), и грунт, расположенный выше выхлопных отверстий 2 разрушается (фиг. 7). Одновременно с перемещением поршня 18 вниз происходит вращение вокруг своей оси воздуховода 23, его радиальные отверстия 24 оказываются совмещенными с радиальными отверстиями 16, и управляющая Кс1мера 5 сообщается с атмосферой. Поршень 7 под действием избыточного давления в рабочей камере б перемещается вниз и открывает нижние выхлопные отверстия 9, через которые происходит истечение сжатого газа из рабочей камеры б. При этом разрушается грунт расположенный над нижними выхлопными отверстиями 9 (фиг. 8). При падении давления газа в рабочих камерах 22 и 6 пружина 19 и 8 возвращают в первоначальное положение поршни 18 и 7, а воздуховод 23, вращаясь вокруг своей оси, устанавливается в положении, при котором отверстия 16 и 24 вновь не совмещаются. Цикл работы повторяется. Промежуток времени между моментом истечения сжатого газа из верхних выхлопных отверстий и моментом истечения сжатого газа из нижних выхлопных отверстий определяют (задают) величиной угла смещения отверстий 25 и 16, т.е. углом об и углом подъема винтовой линии ) . Эффективность последовательного воздействия на грунт импульсов сжатог о газа с заданным промежутком времени позволяет снизить энергоемкость процесса разрушения мерзлого грунта и повысить эффективность рабочего оборудования за счет использования эффекта взаимодействия дина.тки импульсов. Время задержки между импульсами выбирают так, что в момент воздействия на грунт нижнего газодинамического импульса грунт, разрушаемый верхним газодинамическим импульсом, находится в движении, т.е. под воздействием расширяющихся газов перемещается вверх - в сторону свободной поверхности. Время задержки межДУ импульсаг ш подбирают таким образом, чтобы грунт, разрушенный нижним газодинамическим импульсом, приблизился по скорости движения к скорости грунта, разрушенного верхним газодинамическим импульсом. В этом случае энергия сжатого газа нижнего импульса не затрачивается на подбрасывание .уже разрушенного верхним импульсом грунта. Кроме того, верхний импульс вызывает упругую деформацию нижних слоев рунта (граница упругой деформации рунта показана пунктирной линией на иг. 7), которые легко разрушаются 1ижним импульсом с помощью дополниельной освобождаемой энергии упруой деформации.

15

ugj

l

Nj fl

%г7

Фаг 6

Фиг.Ь

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ПРОЧНЫХ ГPУHTpв: включающее трубчатый корпус с винтовым наконечником и двумя рядами верхних и нижних радиальных выхлопных отверстий, сообщенных через выполненные в виде поршней выхлопные клапаны г источником сжатого газа, отличающеес я тем, что, с целью повышения эффективности работы устройства зй |счет обеспечения оптимального момента запаздывания выхлопа через нижние выхлопные отверстия, трубчатый корпус разделен на верхнюю и нижнюю полые секции, каждая из которых снабжена воздуховодом, сообщающим ее с источником сжатого газа, при этом воздуховод нижней секции расположен соосно и внутри воздуховода верхней секции, жестко закреплен относительно трубчатого корпуса и имеет на верхнем конце обратный клапан и радиальные отверстия, а воздуховод верхней секции установлен в трубчатом корпусе с возможностью поворота относительно своей оси и имеет на нижнем конце винтовую нарезку, а на верхнем конце радиальные отверстия, причем каждый из поршней выхлопных клапанов установлен в соответствуюСО щей полой секции и делит ее на управляющую и рабочую камеры, которые сообщены между собой посредством калиброванного канала, а верхний из поршней смонтирован в трубчатом корпусе посредством вертикальных нап1равляющих и имеет винтовую йарезку, взаимодействующую с винтовой нарез- . кой воздуховода верхней секции.