Устройство ударного действия для пробивания скважин в грунте Советский патент 1988 года по МПК E02F5/18 

Изобретение относится к строительной технике и может быть использовано для образования скважин, преимущественно глухих, при бестраншейной прокладке коммуникаций в грунтах.

Целью изобретения является повышение надежности работы при реверсировании устройства.

На фиг. 1 изображено устройство с регулятором перемещения воздухораспределительной трубки, выполненным в форме стакана, при работе в режиме прямой ход и крайнем переднем положении ударника, разрез; на фиг. 2 - то же, при работе в режиме реверса; на фиг. 3 - то же, регулятор выполнен в форме ступенчатого штока с диаметром меньшей ступени, равным наружному диаметру воздухораспределительной трубки, при работе устройства в режиме «прямой ход в момент движения ударника вперед; на фиг. 4 - то же, с регулятором перемещения, выполненным в форме ступенчатого штока, диаметр меньшей ступени которого равен внутреннему диаметру воздухораспределительной трубки в момент движения ударника назад; на фиг. 5 - то же, с регулятором перемещения воздухораспределительной трубки, выполненным в виде ступенчатого штока с подпружиненным сердечником, при работе устройства в режиме реверса в момент перемещения удар- : ника назад; на фиг. 6 - устройство с ре- ;гулятором перемещения воздухораспредели- {тельной трубки, выполненным в виде под- Спружиненной щайбы, и составной возду- |хораспределительной втулкой, части которой |соединены между собой резьбой; на фиг. 7 - |устройство с регулятором перемещения воздухораспределительной трубки, выполнен- |ным в виде электромагнита с подвижным сердечником, общий вид.

; Устройство ударного действия для проби- ;ванйя скважин в грунте содержит корпус 1, ударник 2, имеющий сквозное отверстие 3 с расточкой 4 и уступ 5, воздухораспределительную трубку 6, имеющую окна 7 и выступ 8. На воздухораспределительной трубке 6 в расточке 4 размещена пружина 9, длина которой меньше длины расточки 4. Подвод сжатого воздуха осуществляется через воздухоподводящий шланг 10, соединенный с воздухораспределительной втулкой 11, имеющей впускные каналы 12, выхлопные каналы 13 и отверстие 14, сообщающееся с выхлопными каналами через выточку 15. Устройство имеет регулятор перемещения воздухораспределительной трубки 16, который может быть размещен либо в отверстии 14 воздухораспределительной втулки (фиг. 1-6), либо вне воздухораспределительной втулки (фиг. 7), причем регулятор перемещения воздухораспределительной трубки может быть выполнен либо в виде стакана (фиг. 1), либо в виде ступенчатого штока 17, диаметр меньщей ступени которого равен или наружному диаметру воздухораспределительной трубки (фиг. 3), или внутреннему диаметру воздухораспределительной трубки (фиг. 4). Ступенчатый щток может быть снабжен подпружиненным сердечником 18 (фиг. 5), контак- тируюпдим с воздухораспределительной трубкой на части ее рабочего хода. Возможно также исполнение регулятора перемещеПИЯ воздухораспределительной трубки в виде подпружиненной шайбы 19 (фиг. 6) или в виде электромагнита 20, имеющего подпружиненный сердечник 21. Воздухораспределительная втулка может быть выполнена

либо цельной (фиг. 7), либо составной из двух соосных частей, задняя 22 из которых выполнена с возможностью осевого смещения и жестко соединена с воздухоподво- дящим щлангом 10 (фиг. 1-6). Части воздухораспределительной втулки могут быть сопряжены друг с другом по гладкой цилиндрической поверхности (фиг. 1-5) или соединены друг с другом резьбой 23 (фиг. 6). Задняя часть 22 воздухораспределительной втулки может опираться на корпус через

пружину 24 (фиг. 1-5) или на корпус буртом 25 (фиг. 6). При исполнении воздухораспределительной втулки по фиг. 6 впускные и выхлопные каналы выполнены в виде коаксиальных полостей и имеют наибольшие возможные при данном наружном диаметре уст- ройства проходные сечения.

Удар ник и воздухораспределительная втулка образуют камеру 26 рабочего хода и заднюю камеру 27, постоянно сообщенную каналами 28 с атмосферой. Ударник и корпус образуют переднюю камеру 29.

При исполнении устройства по фиг. 1-5 на поверхности задней части воздухораспределительной втулки целесообразно выполнить лыски 30, соединяющие полость 31 с атмосферой при работе устройства в режиме реверса (фиг. 2). Это исключает возможность возникновения в полости 31 противодавления, стремящегося сместить заднюю часть воздухораспределительной втулки вперед.

При исполнении устройства по фиг. 1-5 в отверстии воздухораспределительной втулки целесообразно выполнить дренажные каналы 32 для удаления сжатого воздуха, проникающего через зазоры между частями воздухораспределительной втулки, с целью исключения возникновения противодавления на передний торец 33 регулятора перемещения воздухораспределительной трубки при работе устройства в режиме реверса.

При исполнении устройства по фиг. 1-5 для повыщения надежности его работы в режиме «прямой ход воздухораспределительную втулку целесообразно выполнить так, чтобы при переднем положении задней части воздухораспределительной втулки

сжатый воздух через впускные каналы 12 поступал под торец 34 задней части воздухораспределительной втулки, на который опирается пружина 24. При такой конструкции задняя часть воздухораспределительной втулки прижата по своей уплотни- тельной торцовой поверхности 35 к передней части 36 не только усилием пружины 24, но и давлением сжатого воздуха на торец 34, что гарантирует устройство от случайного смещения задней части воздухораспределительной втулки назад под действием сопротивления перемещению воздухоподво- дящего шланга, т.е. от самопроизвольного реверсирования устройства вследствие размыкания контакта между уплотнительной торцовой поверхностью 35 задней части воздухораспределительной втулки и ее передней частью 36 под действием инерционных нагрузок, уплотнительную торцовую поверхность задней части воздухораспределительной втулки целесообразно выполнить упругой, причем величина ее предварительного поджатия должна быть больще величины перемещения устройства в результате единичного удара ударника.

Устройство ударного действия для пробивания скважин в грунте работает следующим образом.

Сжатый воздух через впускные каналы 12 подается в камеру рабочего хода 26. Ударник 2 начинает двигаться вперед, при этом передняя камера 29 через осевое отверстие 3, воздухораспределительную трубку 6 (которая во время прямого хода ударника удерживается на месте усилием сжатия пружины 9), окна 7, выточку 15 и выхлопные каналы 13 постоянно сообщается с атмосферой. В конце прямого хода ударник 2 уступом 5 перемещает воздухораспределительную трубку 6 вперед и наносит удар по корпусу, внедряя его в грунт. При переднем положении воздухораспределительной трубки (фиг. 1) сжатый воздух из камеры рабочего хода 26 через окна 7 и сквозное осевое отверстие 3 поступает в переднюю камеры 29, вход в которую осуществлен через зазор между ударником и корпусом образователя вследствие отскока ударника от корпуса после удара. При этом ударник 2 начинает двигаться назад. На участке LI хода ударник движется равноускоренно, а воздухораспределительная трубка 6 по инерции продолжает двигаться вперед. Затем ударник 2 уступом расточки 4 через пружину 9, опирающуюся на выступ 8, перебрасывает воздухораспределительную трубку 6 в заднее положение, при этом окна 7 соединяются с проточкой 15 и из передней камеры 29 происходит выхлоп. Начинается этап равнозамедленного движения ударника 2 назад за счет кинетической энергии, приобретенной им на участке LI хода, который заканчивается полной остановкой ударника в крайнем заднем положении.

Для реверсирования устройства необходимо привести регулятор перемещения воздухораспределительной трубки в рабочее состояние, что достигается при исполнении

устройства по фиг. 1-5 смещением, путем натяжения щланга 10, задней части воздухораспределительной втулки назад, при этом сжатый воздух подается под заднит торец 37 регулятора перемещения воздухораспределительной трубки; при исполнении устройства по фиг. 6 смещением, путем вращения шланга 10, задней части воздухораспределительной втулки вперед, при этом подпружиненная шайба 19 приближается к передней части воздухораспределительной

втулки; при исполнении устройства по фиг. 7 - выключением электромагнита 20, при этом подпружиненный сердечник 21 начинает взаимодействовать с воздухораспределительной трубкой 6.

В процессе обратного хода ударника 2

воздухораспределительная трубка 6 перебрасывается в крайнее заднее положение не в момент касания уступом 4 пружины 9, как при работе устройства в режиме «прямой ход, а лишь после того, как усилие сжатия в пружине 9 станет больше усилия, действующего на воздухораспределительную трубку 6 со стороны регулятора перемещения воздухораспределительной трубки. Это затягивает впуск сжатого воздуха в переднюю камеру, благодаря чему увеличивается заброс L2 ударника назад до величины, необходимой для нанесения ударов по заднему концу устройства, под дейстием которых оно движется по скважине в обратном направлении.

При прямом ходе ударника воздухораспределительная трубка перебрасывается вперед не уступом 5, как при работе устройства в режиме «прямой ход, а регулятором перемещения воздухораспределительной трубки в тот момент, когда усилие,

действующее на трубку со стороны регулятора перемещения воздухораспределительной трубки, становится больше усилия сжатия пружины 9. Благодаря этому впуск сжатого воздуха в переднюю камеру 29

происходит раньше и ударник останавливается давлением сжатого воздуха в передней ка.мере, не ударяя по корпусу.

Энергия удара при работе устройства в режиме «реверса увеличивается с увеличением усилия, действующего на воздухораспределительную трубку со стороны регулятора перемещения воздухораспределительной трубки. Величина этого усилия определяется при исполнении устройства по фиг. 1, 4 произведением величины давления сжатого воздуха на разность площадей заднего

торца 37 регулятора перемещения воздухораспределительной трубки и отверстия воздухораспределительной трубки; при исполнении устройства по фиг. 3 произведением

величины давления сжатого воздуха на разность между площадью торца большей ступени штока 17 и площадью брутто поперечного сечения воздухораспределительной трубки; при исполнении устройства по фиг. 5 - усилием в пружине, управляющей сердечником 18; при исполнении устройства по фиг. 6 жесткостью пружины, опирающейся на щайбу 19, и величиной смещения задней чаьти воздухораспределительной втулки вперед; при исполнении по фиг. 7 - жесткостью пружины, управляющей сердечником 21.

При исполнении устройства по фиг. 5 размеры регулятора перемещения воздухораспределительной трубкой можно назначить таким образом, чтобы наибольщего усилия в пружине 9 было недостаточно для смещения регулятора перемещения воздухораспределительной трубки назад, и при полностью сжатой пружине сердечник 18 окна 7 воздухораспределительной трубки не полностью открывались в полость выточки 15. В этом случае вследствие пережатия выхлопа и затяжного выхлопа из камеры 29 ударник 2 под действием энергии расширения сжатого воздуха в передней камере 29 перемещается назад до соударения с задним концом устройства. При прямом ходе ударника переброс воздухораспределительной трубки вперед осуществляется подпружиненным сердечником 18.

При исполнении устройства по фиг. 1-5 фиксирование задней части 22 при работе устройства в режиме реверса осуществляется давлением сжатого воздуха на торцовую поверхность 35.

Для переключения устройства с режима реверса на режим «прямой ход необходимо при исполнении устройства по фиг. 1-5 снизить давление сжатого воздуха в магистрали, при этом задняя часть 22 воздухораспределительной втулки усилием пружины 24 смещается в крайнее переднее положение, в результате чего прекращается подача воздуха под задний торец 37 регулятора перемещения воздухораспределительной трубки и он переводится в нерабочее состояние, при котором перестает воздействовать на воздухораспределительную трубку; при исполнении устройства по фиг. б смещение путем вращения щланга 10, задней части воздухораспределительной втулки назад на расстояние, при котором воздухораспределительная трубка в крайнем заднем положении не соприкасается с шайбой 19; при исполнении устройства по фиг. 7 включение электромагнита 20, при этом сердечник 21 втягивается и перестает взаимодействовать с воздухораспределительной трубкой 6.

Благодаря тому, что при работе устройства в режиме реверса регулятор перемещения воздухораспределительной трубки постоянно воздействует на воздухораспреде

0

5

0

0

5

0

5

лительную трубку, перемещая ее вперед при прямом ходе ударника, и оказывая сопротивление ее перемещению назад при обратном ходе ударника, случайные переброски трубки под действием сил трения в предлагаемом устройстве исключены и, следовательно, устройство отличается устойчивым режимом работы при реверсе, т.е. оно обладает большей эффективностью при работе в режиме реверса, чем известные.

Так как при работе в режиме прямого хода регулятор перемещения воздухораспределительной трубки находится в «выключенном состоянии (не передает никаких усилий на воздухораспределительную трубку), имеет осевую подвижность (благодаря чему на него не передаются через корпус удары ударника) и имеет простую конструкцию, он обладает высокой долговечностью, а устройство - большей надежностью, чем известные.

Вследствие того, что для перевода предлагаемого устройства в режим реверса достаточно либо незначительного осевого смещения воздухоподводящего шланга (величина смещения, как показала практика конструирования, примерно равна внутреннему диаметру воздухоподводящего шланга), либо при выполнении регулятора перемещения воздухораспределительной трубки в виде электромагнита подачи электрического сигнала без механического воздействия на устройство со стороны оператора, предлагаемое устройство обладает более пизкой трудоемкостью реверсирования, чем известные.

Отсутствие в механизме реверса резьбы, на которую может попасть грунт, и короткий ход задней части воздухораспределительной втулки делает предлагаемое устройство более надежным при реверсировании (особенно из вертикальных скважин), чем известные. Благодаря тому, что воздухораспределительная втулка жестко соединена с корпусом, впускные и выхлопные каналы в предлагаемом устройстве могут быть выполнены в виде пазов малой глубины на наружной поверхности воздухораспределительной втулки, а механизм реверса может быть расположен или вне воздухораспределительной втулки, или в ее отверстии; минимальный наружный диаметр предлагаемого устройства не ограничен.

Вследствие того, что длина задней части воздухораспределительной трубки, размещенной в отверстии воздухораспределительной втулки, в предлагаемом устройстве определяется лишь величиной хода воздухораспределительной трубки, сравнимой с длиной (диаметром) ее окон, длина трубки в предлагаемом устройстве меньше длины воздухораспределительной трубки в известном устройстве (где она онределяется еще и величиной осевого смещения воздухораспределительной втулки при реверсировании), а следовательно, предлагаемое устройство имеет большую надежность (вследствие меньшей величины поверхности трения воздухораспределительной трубки), чем известные.

Таким образом, благодаря тому, что при работе в режиме реверса положение воздухораспределительной трубки в каждый момент времени задается регулятором ее переме- ш,ения, возможность нестабильной работы устройства по предлагаемому техническому

решению исключена, следовательно, предлагаемое устройство обладает большей эффективностью при работе в режиме реверса, чем известные.

Кроме того, благодаря простой форме регулятора перемеш,ения воздухораспределительной трубки и исключения передачи на него ударных импульсов ударника, предлагаемое устройство обладает большей надежностью, чем известные.

37

фиг.2

/7

,32

у////л //л//2 /);) )у/.

S

X / X X VLZ

kN Т

лЧ

/

33

Фиг.З

N X

а1 О

J

LX У У / X

Л5

л

/ /У/ТА / /

ZJ

ГА

/ /7

7 / /.

у

/у ///// / //

Ь:А

S

Фиг.

Х 4Й2

EiZ/ 7///7

W

f- 1 ii (

0i/5. 5

Фиг.В

Фиг.7