Устройство для образования скважины Советский патент 1992 года по МПК E02F5/18 

Изобретение относится к строительству, в частности к устройствам для образования скважин в грунте способом раскатки, и может быть использовано при прокладке подземных коммуникаций под препятствиями.

Известно устройство для образования скважин в грунте, включающее приводной вал, который кинематически связан с несколькими последовательно установленными. коническими катками и с расположенным перед головным катком породоразрушающим органом в виде сверла.

При вращении приводного вала лидирующий породоразрушающий орган разрабатывает породу, а катки, обкатываясь своими зубьями по стенке скважины, дробят и уплотняют ее. Однако известное устройство обладает относительно высокой энергоемкостью -процесса образования скважины, поскольку при образовании последней основная часть, знергии расходуется на дробление породы и только небольшая ее часть идет на вдавливание раздробленной породы в стенки скважины. Кроме того, кинематическая связь катков и породоразрушающего органа с приводным валом обеспечивает одинаковую скорость их вращения, что влечет за собой скопление разрушенной породоразрушающим органом породы перед катками, которые не успевают ее дополнительно измельчить и вдавить в стенки скважины, и как следствие указанного процесса необходимость значительного увеличения усилия подачи и крутящего момента, прикладываемых-к приводному валу.

Наиболее близким по технологической сущности и достигаемому :эффекту является устройство для образования скважин, которое содержит корпус с закрепленными на его наружной поверхности продольными ребрами для восприятия реактивного крутящего момента, размещенный внутри корпуса двигатель, выходной вал которого кинематически связан с полым валом, эксцентрично установленные на полом валу с возможностью вращения конические катки, продольные оси которых расположены под углом к продольной оси устройства, и расположенный перед головным катком режущий орган..

Недостатком известного устройства является то, что вращение режущего органа, который предварительно разрушает породу, и катков, которые вдавливают разрушенную породу в стенки скважины, одинакова, что ведет к тому, что катки не успевают справиться со всем объемом разрушенной режущим органом породы, которая скапливается перед головным катком и противодействует перемещению устройства. Из-за этого необходимо увеличить усилие подачи и крутящий момент на выходном валу двигателя, т.е. увеличить мощность последнего

и следовательно энергоемкость процесса образования скважины в грунте. Кроме того, наличие головного катка с гладкой конической поверхностью также увеличивает энергоемкость процесса образования скважины,

0 поскольку предварительно разрыхленный режущим органом грунт при взаимодействии его с конической поверхностью головного катка выдавливается к режущему органу и забивает его, преобразуя режущий

5 орган в грунтовый керн, что к тому же снижает надежность работы всего устройства за счет увеличения нагрузок на узлы последнего.

Цель изобретения - повышение зффек0 тивности работы устройства для образования скважин путем снижения энергоемкости процесса образования скважины за счет снижения усилия подачи и крутящего момента при одновременном повышении надежности

5 его работы.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для образования скважин, включающем корпус с закругленными на его наружной поверхности продольными ребрами для восприятия реактивного крутящего момента, размещенный внутри корпуса двигатель, выходной вал которого кинематически связан с полым валом, эксцентрично установленные на полом валу с

5 возможностью вращения конические катки, продольные оси которых ориентированы под углом к продольной оси устройства, и расположенный перед головным катком режущий орган; последний выполнен в виде

0 закрепленного на валу диска с ножами на торце, а головной каток выполнен с расположенным на его наружной боковой поверхности кольцевым выступом, который примыкает к нОжам режущего органа, при

5 этом кинематическая связь полого вала с выходным валом двигателя выполнена в виде закрепленного на валу режущего органа водила с установленными на нем с возможностью вращения зубчатыми шестернями и

0 закреплённых соответственно нд корпусе и на полом валу зубчатых колес, а вал рюжущего органа установлен с возможностью вращения внутри полого вала и кинематически связан с выходным валом двигателя, причем

5 зубчатые ше.стерни кинематически связаны с зубчатыми колесами. Кроме того, ножи на торце диска расположены по спирали, а режущий орган имеет забурник, который закреплен на торце диска и установлен по продольной оси устройства.

Известно также устройство для образования скважин в грунте, в котором для предварительного разрыхления грунта использована фрезерная насадка, установленная впереди раскатывающих катков рабочего органа. В известном устройстве фрезерная насадка также выполнена в виде диска с ножами на его торце, но прикреплена непосредственно к головному катку рабочего органа и кроме вращательного движения со скоростью вращения головного катка совершает сложное движение по забою вследствие эксцентричного вращения катка. Грунт, разрыхленный ножом, устремляется к периферии забоя, там он подхватывается хвостовиком фрезерной насадки и транспортируется в серповидный зазор под каток, который закатывает его в стенку забоя скважины. Первые 50-80 см проходка совершается нормально, усилие подачи не превышает 0,4-0,6 кН, а затем оно резко возрастает с одновременным увеличением крутящего момента и движение рабочего органа прекращается. Исследования показали, что фрезерная головка забивается грунтом и превращается в грунтовый керн. В предложенном устройстве такой эффект исключен путем кинематической развязки рабочего органа - катков и фрезерной головки, которые имеют различные скорости вращения, что обеспечивает своевременное уплотнение всего объема грунта катками. Кроме того, обратному перемещению грунта в сторону фрезерной головки препятствует кольцевой выступ на головном катке.

Нэфиг.1изображено устройство для образования скважин; на фиг.2 - разрез А-А на фиг. 1.

Устройство для образования скважин включает корпус 1 с установленными на его наружной поверхности продольными ре.брами 2 ДЛИ восприятия реактивного крутящего момента от размещенного внутри корпуса 1 двигателя 3. Выходной вал 4 двигателя 3 кинематически связан с полым валом 5, на котором установлены с возможностью .вращения конические катки 6-8. Катки 6-8 установлены на полом валу 5 с эксцентриситетом и их продольные оси симметрии расположены под углом к продольной оси симметрии устройства. Перед головным катком 6 расположен режущий орган, KOtoрый выполнен в виде закрепленного на валу 9 диска 10 с ножами 11 на его торце. Ножи 11 режущего органа могут быть расположены по спирали, а сам режущий орган может иметь забурник 12, который закреплен на торце диска 10 и установлен по продольной оси устройства. Вал 9 режущего органа ус;

тановлен с возможностью вращения, например, на подшипниках 13 внутри полого вала 5 и кинематически связан с выходным валом 4 двигателя 3, например с помощью

шпонки. Кинематическая связь полого вала 5 с выходным валом двигателя 3 выполнена в виде закрепленного на валу 9 режущего органа водила 14 с установленными на нем с возможностью вращения на осях 15 зубчатыми шестернями 16 и закрепленных соответственно на корпусе 1 и на полом валу 15 зубчатых колес 17 и 18. Зубчатые шестерни 16 кинематически связаны с зубчатыми колесами 17 и 18 и образуют планетарный

Б редуктор для передачи крутящего момента от выходного вала 4 двигателя 3 на полый вал 5 и на вал 9 режущего органа, который обеспечивает большую скорость вращения полого вала 5 в сравнении с валом 9 режущего органа, предпочтительно в 1,5-3.0 раза. Головной каток 6 выполнен с . расположенным на его наружной поверхности кольцевым выступом 19. который примыкает к ножам 11 режущего органа.

5 Устройство для образования скважин работает следующим образом.

При образовании, например, горизонтальной скважины в предварительно открытый рабочий котлован (не показан)

0 устанавливают устройство. Затем в стенке рабочего котлована образуют выемку для обеспечения контакта с головным катком 6 и катком 7, в которой размещают устройство, и включают двигатель 3. Выходной вал А

5 двигателя 3 передает крутящий момент на вал 9 режущего органа и через водило 14 на шестерни 16, которые в свою очередь, обрабатываясь по неподвижному колесу 17, приводят во вращение полый вал 5. Следует

0 отметить, что в момент запуска устройства, т.е. до тех пор пока продольные ребра 2 не вошли во взаимодействие с грунтом их удерживают от проворота с помощью стопорного приспособления (не показано). При

5 внедрении корпуса 1 в грунт от проворачивания его уже удерживают продольное ребра 2, которые воспринимают реактивный крутящий момент от двигателя 3 и тем самым обеспечивают неподвижность зубчатого колеса 17 при перемещении устройства. При вращении полого вала 5 вращаются и катки 6-8, которые в силу того, что установлены с эксцентриситетом и развернуты под углом к продольной оси устройства, катятся

5 в забое скважины по спирали вокруг продольной оси, осуществляя подачу устройства на забой. Это обстоятельство связано с тем, что вектор линейной скорости движения каждого катка 6-В вокруг продольной оси устройства может быть разложен на вектор скорости, перпендикулярный продольной оси устройства, и вектор, параллельный продольной оси устройства, являющийся скоростью подачи устройства. При этом угол наклона продольной оси катка к продольной оси устройства определяет шаг катка, т.е. подачу за один е,го оборот вокруг продольной оси устройства. Грунт, разрыхленный ножами 11, подается последними к периферии забоя и с помощью хвостовой части ножей 11 к головному катку 6, который закатывает его в стенку забоя скважины. Последующие катки 7 и 8 расширяют образованную скважину путем вдавливания грунта в стенки скважины до необходимого диаметра. При этом следует отметить, что кольцевой выступ 19. расположенный на наружной боковой поверхности головного катка б и примь|кающий к хвостовой части ножей 11, препятствует отжиму разрыхленного грунта катком б в сторону режущего органа, что снижает возможность забивания грунтом режущего органа. Крометого. обеспечение более высокой скорости вращения катков 6-8,, и в особенности головного катка 6. по сравнению со скоростью вращения режущего органа также снижает возможность забивания режущего органа грунтом, поскольку при таком соотношении скоростей вращения раскатывающего и режущего органов катки 6-8 успевают справиться со всем обьемом грунта, который поступает от ножей 11 режущего органа. При этом расположение ножей 11 на торце диска 10 по спирали снижает величину осевого усилия, необходимого для внедрения режущего органа в грунт, и обеспечивает более равномерную подачу грунта к головному катку 6. Расположение режущего органа по продольной оси устройства позволяет выполнить режущий орган с забурником 12, который обеспечивает снижение отклонения устройства от трассы проходки за счет образования пионерной направляющей выработки. В случае необходимости к корпусу 1 может быть приварен крюк (не показан) для присоединения кожуха или прокладываемой коммуникации, который обеспечит возможность одновременной прокладки кожуха или коммуни.ации с образованием скважины в грунте.

Использование предлагаемого устройства снижает величину усилия подачи и крутящего момента и, следовательно, снижает энергоемкость процесса образования скважины приблизительно на 10-15%, повышает надежность работы устройства за счет снижения возможности забивания грунтом режущего органа.

Формула изобретения

1.Устройство для образования скважины.включающее корпус с закрепленными на его наружной поверхности продольными

ребрами для восприятия реактивного крутящего момента, размещенный внутри корпуса двигатель, выходной вал которого кинематически связан с полым валом, эксцентрично установленные на полом валу с

возможностью вращения конические катки, продольные оси которых ориентированы под углом к продольной оси устройства, и расположенный перед головным катком режущий орган, отличающееся тем. что,

с целью повышения эффективности работы за счет снижения энергоемкости процесса при уменьшении усилия подачи и крутящего момента, режущий орган выполнен в виде закрепленного на валу диска с ножами на

торце, а головной каток выполнен с расположенным на его наружной боковой поверхности кольцевым выступом, примыкающим к ножам режущего органа, причем кинематическая связь полого вала с выходным валом

двигателя выполнена в виде закрепленного на валу режущего органа водила с установленными на нем с возможностью вращения шестернями и закрепленных соответственно на KOpriyce и на полом валу зубчатых

колес, при этом вал режущего органа установлен с возможностью вращения внутри полого вала и кинематически связан с выходным валом двигателя.

2.Устройство поп.1.отличающеес я тем, что ножи на торце диска расположены по спирали.

3.Устройство поп.1.отличающеес я тем, что оно выполнено с забурником, акрепленным на торце диска соосно с корпусом.

/0

Фиг. 2

Изобретение относится k горному делу и м.б. использовано при образовании скважин в грунте. Цель изобретения -повышение эффективности работы за счет снижения энергоемкости процесса при уменьшении усилия подачи и крутящего момента. На поверхности корпуса закрепленыпродольные ребра. Выходной вал 4 двигателя 3 кинематически связан с полым валом 5. На последнем установлены с возможностью вращения конические катки 6-8 с эксцентриситетом. Режущий орган выполнен в виде закрепленного на валу 9 диска 10с ножами 11 на его торце и забурником 12. Вал 9 кинематически связан с валом 4 двигателя 3. Кинематическая связь 4 с полым валом 5 выполнена в виде закрепленного на валу 9 водила 14 с шестернями 16 и закрепленных на корпусе 1 и полом валу 5 зубчатых колес 17 и 18. Головной каток 6 выполнен с кольцевым выступом 19. После внедрения корпуса 1 в грунт до продольных ребер 2, обеспечивается неподвижность зубчатого колеса 17. Катки 6-8 раскатывают разрушенный режущим органом и забурником 12 грунт и формируют скважину. Благодаря разным угловым скоростям катков 6^8 и диска 10 снижается энергоемкость процесса образования скважины, 2 з.п. ф-лы. 2 ил.••а^^3 ^ 7 1VjОю о союн11S3 т^ в '6 15ii\\N^^ I 17 18^^ФигЛ