Устройство для образования скважин в грунте Советский патент 1983 года по МПК E02F5/18 

Изобретение относится к строительной технике и может быть использовано для . образования скважин в грунте. Известно устройство для обрааовання скважин в грунту которое состоит из опорной части, винтового рабочего органа с хвостиком, связанным с реверсивным приводом посредством полого промежуточного вала, в полости которого установлен толкатель. В промежуточном вале аьтол- нены пазы, в KOTOpsix размешена ось с поводками, а хвостик вьшолнен с пазами, с которыми взаимодействуют поводки оси ij . Для данного устройства характерно снижение эгр4ективности его работы в рыхлых грунтах вследствие недостаточности опорных сил в рабочем органа .Известно устройство для образования скважин при бестраншейной прокладке труб в грунте, включающее кожух, в котором размещены домкрат, привод с авто матикой и распорное устройство, выполне ное в виде шнекового винта, пронизывающего гвдроцилиндр 2 . Низкая эффективность работы указанно го устройства обусловленна тем, что ввин чивание шнека в грунт происходит только за счет развиваемого крутящего момента В слабы X грунтах эго усложнит нарезание винтовой линии - будет происходить смятие (срез) грунта, а в более плотных приведет к реактивной осевой составляющей, способной сместить корпус назад. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для образования скважин в грунте, включающее корпус, вы полненный в вице гидроцилиндраГс поршнем, полый шток которого жестко связан с рабочим органом щнекового типа, Порщень гвдроцилиндра установлен с возможносты взаимодействия с винтовой нарезкой винт размещенного одним концом в полом щтоке и связанного другим концом со стопор ным устройством.Корпус цилиндра снабжен продольными ребрами для предотвращения проворачивания в грунте, Шнековый рабочий орган имеет дополнительный виток спирали, вьшолненный с возможностью перемещения в направляющем пазу . Недостатком известного устройства является то, что продольные ребра фиксируют корпус только от проворота, но .не хфепятствуют осево у смещению при действии давления на задний торец цилиндра Это усилие компенсируется только сила- ми трения корпуса о стенки скважины, т.е. осевая сила внедрения рабочего органа в грунт должна быть меньше сил тренкя устройства (jcopnyca с грунтом), что не всегда имеет место-и, следовательно, возможны смешения корпуса назад. . Кроме того, хотя дополнительный виток щиека при смещении позволяет зафиксировать рабочий орган, это происходит при некотором смещении рабочего органа назад, так как часть грунта, заключенного между жесткой частью щнека и подвижным дополнительным витком, будет препятствовать изменению шага дополнительного BHTV ка шнека. Недостатком известного устройства является также нерациональное распределение мощности. Так, при ввинчивании рабочего органа давление действует на поршень по всему сечению цилиндра, а при подтягивании корпуса, когда происходит уплотнение грунта и сила трения корпуса о грунт знач1 тельно возрастает, на меньшую площадь поршня (общая площадь сечения поршня минус площадь сечения полого штока). Указанные недостатки снижают КПД известного устройства. Цель изобретения - повышение КПД устройства. Указанная цель достигается тем, что устройство, включающее корпус, выполненный в виде гидроцилиндра с порщнем, полый шток которого жестко, связан с рабочим органом шнекового типа, снабжено установленным в полости основного штока дополнительным поршнем со щтоком, в котором выполнены каналы, н коаксиально с ним расположенным подпружиненным относительно корпуса поршень-кулачком с опорными элементами, при этом между дополнительным поршнем и трэдом рабочего органа и между основным поршнем и порщень-кулачком образованы камеры рабочего хода, которые сообщены с одним из каналов дополнительного шток-поршня, а между основными и дополнительными поршнями образована камера холостого хода, которая сообщена с другим каналом дополнительного шток-пс шня. Причем спираль шнека рабочего органа имеет несимметричное сечение. Такое выполнение устройства позволяет ввинчивать рабочий орган в грунт, одновременно уплотняя его при фиксировании корпуса относительно скважины упорами, взаимодействующими с уплотненной скважиной, что повышает надежность фиксирования, и следовательно, эффективность работы устройства при внедрении рабочего органа в грунт. Так как рабочий орган охватывает корпус и корпус не сощ)икасается с грунтом, то при подтягивании он испытывает незначительные силы трения о стенки сквв жины, что также повышает эффективность работы устройства. Более рациональное по фавнению с прототипом распределение мощности происходит в результате того, что площадь, на которую действует жидкость при ввинчивании рабочего органа в грунт (образование и уплотнение скважины), значительно больше площади, на которую действует жидкость при подтягивании корпуса при незначительной силе трения корпуса о грунт. На чертеже показано предлагаемое устройство, разрез. Устройство состоит из корпуса гидроциливдра 1 с основным поршнем 2, полый шток которого 3 жестко связан с рабочим органом 4, имеющим спираль 5 несимметричного профипя. В полом щхоке 3 установлен дополнительный поршень 6, шток 7 которого жестко связан со съемной задней частью 8 корпуса гидроцилиндра 1. В гидроциливдре 1 напротив основ ного поршня 2 установлен поршень-кула-, чок 9, имеющий.профильную поверхность 1 с которой связаны толкатели 11 с упорами 12, установленные с возможностью перемещения в направлении, перпевдикупярном оси устройства. Поршень-купачок 9 - установлен концентрично на дополнительном штоке 7 с возможностью осевого перемещения и подпружинен пружиной 13. Между дополнительным поршнем 6 и торцом рабочего органа 4 и основным поршнем 2 и поршень-кулачком 9 образованы полости рабочего хода соответствен но 14 и 15. Поршни 2 и 6 образуют полость холостого хода 16. Связь гидропривода (не показан) с полостями прямого и обратного хода 14-16 осуществляется с помощью каналов 17 и 18, выпол ненных в дополнительном штоке 7. Устройство работает в два цикла. Тдикл - рабочий ход. Жидкость от насоса по каналу 17 подается в полости рабочего хода 14 и 15. Полость холостого хода 16 связана при этом каналом ео сливной магистралью. Поступающая в волость 15 жидкость воздействует на основной поршень 2 и поршень-кулачок 9 Порщень-кулачок 9, преодолевая силу {действия пружины 13 перемещается по дополнительному штоку 7 к задней части 8 гиДроцилиндра 1. Толкатели 11 с упорами 12, взаимодействуя с профильной поверхностью 10 поршня-кулачка 9, пере мещаются перпендикулярно оси устройства 102 2 к стенкам скважины и фиксируют корпус гидроцилиндра I в скважине. Под действием жидкости на основание поршня 2 со стороны полости 15 рабоче-. го хода он начинает перемещаться по дополнительному штоку 7 вместе с основным полым штоком 3 и связанным с ним рабочим органом 4 в. сторону забоя. Сила давления жидкости в полости 14 на рабочий орган 4 ускоряет процесс надвижения рабочего органа 4 на забой. Благодаря тому, что рабочий орган 4 имеет винтовую спираль 5, он ввинчивается в грунт и при этом уплотняет его. Передвижение рабочего органа 4 происходит на полный ход основного поршня 2. и цикл - холостой ход. Происходит переключение жидкости распределителем (не показан). Теперь жидкость от насоса по каналу 18 подается в полость 16 холостого хода. Полости 14 и 15 через канал 17 соединены со сливной магистралью. Благодаря падению давления в полости 15 пружина 13 под действием силы сжатия выталкивает поршень-кулачок 9 в исходное положение, ,Взаимодействующие с профильной поверхностью 1О поршня-кулачка 9 толкатели 11 с упорами 12 перемещаются по направлению к оси устройства. Происходит расфиксирование корпуса гидроцилиндра 1. Под действием с{ты давления жвдкости на дополнительный поршень 6 . со стороны полости холостого хода 16 он вместе с дополнительным штоком 7 и жестко связанным с ним корпусом гидроцилиндра 1 с задней частью 8 перемещается к .забою и гидроцилиндр 1 втягивается в рабочий Орган 4. Рабочий орган 4 имеет спираль 5 несимметричного просиля, что создает эффект самоторможения при действии силы, направленной на вывинчивание рабочего органа из грунта. Такой силой является сила давления жвдкости На основной поршень 2 со стороны полости 16 холостого хода. Благодаря жесткой фиксации рабочего органа 4 в грунте и незначительной силе трения корпуса гидроцилиндра о стенки сквалсины происходит эффективный процесс подтягивания корпуса к забою. Далее цикл повторяется. Применение в устройстве распорных .элементов увеличивает опорные силы сцеп ления, позволяя лучше закреплять в скважине, что повышает эффективность его работы. Несимметричный самотормозящий проф1ть спирали рабочего органа позволяет ему с минимальным сопротивлением вв1шчиваться в грунт, а при 510258 подтягивании корпуса лучше .удерживаться в скважине, что также повышает эффективность работы устройства. Выполнение рабочего органа в виде цилиндра со спиралью, Охватывающего корпус, позволяет значительно уменьшить силу трения корпуса о грунт, что повышает эффективность работы устройства при холостом ходе и . позволяет совместить операции ввигиивания устройства в грунт и уплотнения стенок ю скважины, что также повышает эффективность работы. 126 В предлагаемом устройстве при рабочем ходе, когда происходит большая затрата энергии на образование скважины путем ввинчивания рабочего органа в грунт и его уплотнения, жидкость воздействует на оба имеющихся в гидроцилиндре поршня, а при холостом ходе, когда затраты энергии значительно меньше, - только на поршень полого штока, т.е. происходит рапиональкое распределение энергии между рабочим и холостым ходом, что также повышает эффективность работы устройства.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ СКВАЖИН В ГРУНТЕ, включающее корпу(р, выполненный в виде гидроцилиндра с поршнем, полый шток которого жестко связан с рабочим органом шнекового типа, отличающееся /2 // W 5 тем, что, с целью повышения КПД устройства, оно снабжено установленным в полости основного штока дополнительным поршнем со Штоком, в котором выполнены каналы, и коаксиально с ним распололданным подпружиненным относительно корпуса поршень-кулачком с опорными элементами, при этом между дополнительным поршнем и торцем рабочего органа и между основным поршнем и поршень кулачком образованы камеры рабочего хода, которые сообщены с одним кв каналов дополнительного шток-поршня, а мегвду ocHOBsibS ми и дополнительными поршнями образована камера холостого хода, которая сообшена с другим каналом дополпительноно шток-поршня. 2. Устройство по п. 1, о т л и ч а юш е е с я тем, что шнековая рабочего органа имеет несимметричное сечение. //1 / / /// / . J ./ / 7 /7 18 1 3 4 г у к Уу7чт- ;:хАЛ- т- ух: j х У/ .z: 7A/// f7/////