Винтовой рабочий орган для разработки мерзлого грунта Советский патент 1986 года по МПК E02F5/32 E02F5/20 

Изобретение относится к строительству и предназначено для произ- водс-тва земляных работ в зимний период в гражданском, промышленном и мелиоративном строительстве.

Целью изобретения является повы- шение надежности I работы рабочего органа.

На фиг. 1 изображен винтовой рабочий орган; на фиг, 2 - схема разработки мерзлого грунта винтовым рабочим органом.

Приводная штанга 1 имеет наконечник 2, оборудованный винтовой лопастью 3, Шнековая лопасть 4 сопря- жена с винтовой лопастью 3 наконечника 2 и является ее продолжением. Шаг лопасти 4 плавно увеличивается в сторону от наконечника 2 и от величины,, равной шагу лопасти 3 нако- нечника 2, Внутренней кромкой 5 .шнековая лопасть 4 прикреплена к приводной штанге 1,

Работа винтовым рабочим органом, осуществляется следуюшд1М образом.

При вращении приводной штанги 1 и наличии давления на забой наконечник 2 с помощью винтовой лопасти 3 внедряется в мерзльш грунт, Внедре- .ние наконечника осуществляется следующим образом. Наконечник выполнен в форме конуса с малым (lilS ) углом при вершине, а на боковой поверхности конуса жестко закреплена винтовая лопасть 3, имеющая плавно уменьшаю- щийся (от вершины конуса к ее основанию)- шаг, причем соотношение шага начала и конца лопасти 2,5:1,, При сопркосновении вершины конуса с поверхностью мерзлого грунта и наличии дав- .ления на забой контактные напряжения достигают величины, превышающей величину напряжений разрушения грунта, и наконечник 2 вдавливается в мерзлый грунт,

Так как наконечник 2 вращается с помощью приводной штанги 1 при вдавливании конуса и одновременном внедрении в грунт винтовой лопасти 3 последняя начинает разрыхлять грунт в местах контакта с грунтом. За счет сил трения вершина конуса нагреваетс лед, содержащийся в мерзлом грунте, тает, и окружающий конус мерзлый гру переходит в талое состояние. Это позволяет уплотнять грунт и постепенно заглублять в него конус. По мере заглубления конуса увеличивается объем

0

25

5 0 5

Q

30

мерзлого грунта, взаимодействующий с винтовой лопастью 3. Поэтому усилия, необходимые для рыхления этого объема мерзлого грунта, увеличиваются пропорционально величине заглубления конуса. Как только величина усилия, передающегося грунту от винтовой лопасти 3, становится недостаточной для разрушения объема мерзлого грунта, наконечник 2 начинает ввинчиваться в мерзлый грунт. Величина осевого перемещения наконечника 2 в мерзлом грунте за один его оборот равна шагу винтовой лопасти 3 у основания конуса. Вращение приводной штанги 1 и ввинчивание в грунт наконечника 2 создают значительные осевые усилия, используемые для внедрения в мерзлый грунт клина. Наконечник 2, внедрившись в мерзлый грунт, нарезает в массиве грунта винтовую полость, имеющую форму поперечного сечения винтовой лопасти 3 наконечника и шаг, равный минимальному (вблизи основания конуса) шагу t, (см. фиг, 2) на винтовой лопасти 3 наконечника 2, Внедрение в мерзлый грунт наконечника 2 аналогично внедрению метчика при нарезании резьбы в гайке Следом за винтовой лопастью 3 наконечника 2 в образованную им полость внедряется шнековая лопасть 4, являющаяся продолжением лопасти 3 наконечника 2. Так как шаг шнековой лопасти 4 постепенно увеличивается на величину й(см„ фиг. 2), на плоскостях шнековой лопасти 4, обращенных к устью скважины, возникают усилия, направленные в сторону привода, в результате схема приложения нагрузки к мерзлому грунту равнозначна схеме, нагрузок при внедрении клина в свободную полость, так как приводная штанга вращается с постоянной скоростью, а увеличение шага шнековой лопасти 4 .постоянно на первь х 4-5 витках. Развертка шнековой лопасти 4 на плоскость имеет вид прямой, наклоненной к горизонту под углом, определяемым из зависимости:

,

Ьц,

где d - диаметр шнека;

t - шаг первого витка шнека. Так как лобовое сопротивление грунта отсутствует, а на грунт воздействует вертикальная составляющая равнодействующей сил на наклонной плоскости, под действием этой силы про31

исходит крупный скол грунта, заключенного между рядом расположенными витками шнековой лопасти 4, стволом шнека и стенками образующейся скважины.

Увеличение шага первых 4-5 витков лопасти 4 (л) определяется в зависимости от механических характеристик мерзлого грунта и составляет величину от 0,03 до 0,05 диаметрй лопасти, что обеспечивает увеличение угла подъема винтовой линии на 1-1,5 за один оборот. Например, шаг лопасти 3 у основания конуса ра- вен 100 мм, а шаг третьего витка лопасти 4 увеличен до 120 мм. Поскольку осевое перемещение приводной штанги 1 за один ее оборот равно шагу винтового наконечника 2 (в рас- сматриваемом примере 100 мм), то при внедрении в грунт третьего витка лопасти 4 объем грунта, ограниченный стенками образукндейся скважины (равной диаметру лопасти 4), при- водной штангой 1 и рядом расположенными витками лопасти 4 должен переместиться в направлении забоя на 120 мм. В связи с тем, что осевое

234

перемещение приводной штанги 1 в сторону забоя зависит от шага винтовой лопасти 3 наконечника, перемещение лопасти 4 в районе третьего витка составляет также 100 мм, а разница в шаге качала лопасти 4 и ее третьего витка создает на витках лопасти 4 осевое усилие, направленное в сторону, противоположную забою. Так как лопасти 3 и 4 жестко связаны между собой и лопасть 3 постепенно переходит в лопасть 4, то объем мерзлого грунта, заключенный между двумя рядом расположенными витками лопастей, приводной штангой 1 и стенками образующейся скважины, воспринимает осевые усилия, возникающие на лопастях 4 за счет разницы в шаге. Шаг лопасти 4 увеличивается плавно, значит усилия, воспринимаемые мерзлым грунтом, увеличиваютс постепенно. С увеличением усилий растут напряжения в мерзлом грунте. При достижении напряжениями в грунте величины, равной критическим напряжениям на срез данного грунта, происходит срез объема грунта, который перемещается лопастью 4 в сторону, противоположную забою.

Составитель Н. Лихоперский Редактор К. Волощук Техред.и.Попович |Корректор Л. Патай

Заказ 4695/35 Тираж 641Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113,35, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4