Дизель-пробойник отверстий в грунте Советский патент 1992 года по МПК E02F5/18 E21C37/14 

Изобретение относится к конструированию устройств для создания горизонтальных и наклонных отверстий в грунте для различных целей в горном деле и строительстве.

Известны дизели-пробойники, выполненные на основе реактивных двигателей, на основе артиллерийских систем путем за- стреливания снарядов в грунт, а также на основе активно-реактивных снарядов.

Перечисленные устройства работают на дорогом, опасном в обращении твердом топливе, в состав которого входит горючее и окислитель.

Наиболее близким к предлагаемому по техническому решению является устройство для создания отверстий в грунте на основе трубчатого дизель-молота, который включает рабочий и направляющий цилиндры, поршень, пусковое устройство, причем в рабочий цилиндр снизу свободно вставлен цилиндрический шабот, нижний торец

которого размещен на ударнике, а снаружи на рабочем цилиндре между выхлопными патрубками смонтированы топливный насос и резервуар для топлива, соединенные между собой топливопроводом.

Проведенные исследования показывают, что трубчатые дизель-молоты имеют самую высокую энергетическую эффективность, которую можно характеризовать удельным импульсом, представляющим собой количество движения (или мощность), создаваемое единицей массы топлива. Для них используется дешевое дизельное горючее, а окислителем служит воздух окружающей атмосферы. Причем они обеспечивают 60 ударов в минуту и, достигнув определенной глубины, могут быть выключены.

Однако устройство может создавать только вертикальные отверстия.

Цель изобретения - повышение экономичности и производительности при создасл

С

v| N GO N3 vj О

нии горизонтальных и наклонных отверстий в грунте.

Указанная цель достигается тем, что устройство, содержащее рабочий и направляющий цилиндры, размещенный в них поршень, свободно установленный в рабочем цилиндре шабот, взаимодействующий с ударником, топливный насос и резервуар для топлива, размещенные снаружи на рабочем цилиндре между выхлопными патрубками и сообщенные между собой топливопроводом, снабжено упорным цилиндром с верхней частью, заглушенным торцом и четырьмя радиальными отверстиями в боковой стенке, водяным насосом, наружной трубой, телескопическим анкером и заостренным пробойником, наружди- аметр которого не меньше диаметра телескопического анкера, причем ударник выполнен в виде цилиндрического поршня с компрессионными кольцами и размещен в упорном цилиндре с образованием под- ударниковой полости со стороны заглушенного торца, при этом упорный цилиндр установлен верхней частью к рабочему цилиндру соосно с последним, одно из отверстий в боковой стенке упорного цилиндра размещено в верхней части, три других отверстия в боковой стенке упорного цилиндра размещены со стороны заглушенного торца и сообщены с подударниковой полостью, при этом одно из сообщенных с подударниковой полостью отверстий через обратный и предохранительный клапаны связано с водяным насосом, второе отверстие связано с атмосферой для слива воды из подударниковой полости, при этом в наружной трубе размещены последовательно телескопический анкер и заостренный пробойник, а наружная труба жестко закреплена в третьем отверстии, сообщенном с подударниковой полостью.

Размещение телескопического анкера с пробойником под углом к.вертикальной оси упорного цилиндра и использование воды для передачи ударной энергии пробойнику позволяет использовать энергетически эффективный дизель-молот для создания горизонтальных и наклонных отверстий в грунте методом прокола.

На чертеже изображен дизель пробойник, разрез.

Дизель-пробойник содержит рабочий 1 и направляющий 2 цилиндры, поршень 3, пусковое устройство 4. В рабочий цилиндр 1 снизу свободно вставлен цилиндрический шабот 5, а снаружи на рабочем цилиндре 1 между выхлопными патрубками 6 смонтированы топливный насос 7 и резервуар 8 для топлива. Шабот 5 нижним торцом установлен на цилиндрический ударник 9 с компрессионными кольцами 10, который, в свою очередь, размещен в упорном цилиндре 11, имеющем нижний заглушенный торец. В

стенках упорного цилиндра 11 выполнены четыре радиальных отверстия: в верхней части - предохранительное отверстие 12, а в нижней части - отверстие 13, связанное через обратный 14 и предохранительный 15

0 клапаны с водяным насосм 16, отверстие для слива воды (не показано) и отверстие 17, в котором жестко закреплена наружная труба 18 анкера 19, выполненного в виде нескольких телескопически размещенных

5 одна в другой труб, концы которых снабжены выступами 20, входящими в зацепление в процессе раздвижки труб. В центральной трубе 21 анкера 19 размещен цилиндрический снаряд 22, соединенный по свободной

0 посадке с заостренным пробойником 23. диаметр которого не меньше наружного диаметра анкера 19. Все три отверстия в нижней части упорного цилиндра 11 сообщены с подударниковой полостью 24.

5 Устройство работает следующим образом.

Упорный цилиндр 11 с цилиндрическим ударником 9 устанавливают на грунт 25 и закрепляют его. При этом анкер 19 с заост0 ренным пробойником 23 направляют на грунт 25, где необходимо проколоть отверстие. Сверху на цилиндрический ударник 9 устанавливают дизель-молот нижним торцом шабота 5. С помощью водяного насоса

5 16 подают воду в подударниковую полость 24 и поднимают цилиндрический ударник 9 с дизель-молотом в крайнее верхнее положение, которое контролируется предохранительным отверстием 12.

0 Устройство готово к работе.

Для того, чтобы запустить дизель-молот, поршень 3 поднимают пусковым устройством 4 в верхнее положение. После того, как поршень 3 откроет выхлопные пат5 рубки 6. происходит наполнение рабочего цилиндра 1 свежей порцией воздуха. Поршень 3 автоматически расцепляется с пусковым устройством 4 и под действием собственной массы начинает падать. Не доходя до выхлопных патрубков 6, поршень 3

0 нажимает на приводной рычаг топливного насоса 7 и подает топливо в сферическое углубление шабота 5, причем топливо стекает в нижнюю часть сферы. При дальнейшем движении поршня 3 вниз выхлопные пат5 рубки 6 перекрываются компрессионными кольцами 10 поршня 3 и он сжимает воздух. Сжатие воздуха продолжается до тех пор, пока сферическая часть поршня 3 не ударит по сферической части шабота 5. Топливо,

находящееся в этот момент в сферической выточке шабота 5, от удара распыляется, а воздух нагревается до 750°С, в результате происходит самовоспламенение и сгорание топлива. Давление в конце сгорания возра- стает до 8 МПа. Поршень 3 подбрасывается вверх силой расширяющихся газов. Выхлопные патрубки 6 открываются, и отработанные газы выбрасываются в атмосферу. При дальнейшем движении поршня 3 вверх во внутренней полости рабочего цилиндра 1 создается разрежение, в результате чего в нее поступает свежий заряд воздуха. Поршень 3 поднимается до верхней мертвой точки и останавливается.

Далее цикл повторяется с периодичностью 60 ударов в минуту. Энергия, передаваемая заостренному пробойнику 23 телескопического анкера 19 через воду и цилиндрический ударник 9, складывается из энергии удара поршня 3, рабочего 1 и направляющего 2 цилиндров по шаботу, а также энергии давления от вспышки топлива в рабочем цилиндре 1. При ударах о воду обратный клапан 14 препятствует попаданию в водяной насос 16 воды из подударниковой полости 24.

Энергия ударов через воду передается на торцы труб 21, цилиндрического снаряда 22 и далее на заостренный пробойник 23, который внедряется в грунт 25. При этом раздвижка телескопического анкера 19 начинается с внешних труб 21, так как диа- метр заостренного пробойника 23 превосходит наружный диаметр труб 21. После того, как цилиндрический ударник 9 достигнет крайнего нижнего положения, включается водяной насос 16 и цикл по- вторяется. После прокола отверстия в грунте цилиндрический снаряд 22 и трубы 21 с помощью троса собираются в исходное положение.

Формула изобретения Дизель-пробойник отверстий в грунте, включающий рабочий и направляющий цилиндры, размещенный на них поршень, свободно установленный в рабочем цилиндре шабот, взаимодействующий с ударником, топливный насос и резервуар для топлива, размещенные снаружи на рабочем цилиндре между выхлопными патрубками и сообщенные между собой топливопроводом, о т- личающийся тем, что, с целью повышения экономичности и производительности при формировании горизонтальных или наклонных отверстий, он снабжен упорным цилиндром с верхней частью, заглушенным торцом и четырьмя радиальными отверстиями в боковой стенке, водяным насосом, наружной трубой, телескопическим анкером и заостренным пробойником, наружный диаметр которого не меньше диаметра телескопического анкера, причем ударник выполнен в виде цилиндрического поршня с компрессионными кольцами и размещен в упорном цилиндре с образованием подударниковой полости со стороны заглушенного торца, при этом упорный цилиндр установлен верхней частью к рабочему цилиндру соосно с последним, одно из отверстий в боковой стенке упорного цилиндра размещено в верхней части, три других отверстия в боковой стенке упорного цилиндра размещены со стороны заглушенного торца и сообщены с подударниковой полостью, при этом одно из сообщенных с подударниковой полостью отверстий через обратный и предохранительный клапаны связано с водяным насосом, второе отверстие связано с атмосферой для слива воды из подударниковой полости, при этом в наружной трубе размещены последовательно телескопический анкер и заостренный пробойник, а наружная труба жестко закреплена в третьем отверстии, сообщенном с подударниковой полостью.

Использование: образование горизонтальных и наклонных отверстий в грунте. Сущность изобретения: дизель-пробойник содержит рабочий, направляющий и упорный цилиндры, поршень, шабот, топливный насос, резервуар для топлива, водяной насос, телескопический анкер и пробойник. Ударник выполнен в виде цилиндрического поршня с. компрессионными кольцами и размещен в упорном цилиндре. Водяной насос через обратный и предохранительный клапаны сообщен с подударниковой полостью. Телескопический анкер и пробойник расположены в наружной трубе. Ударные импульсы через ударник и воду в полости трубы передаются на пробойник. Под действием ударных импульсов пробойник образует отверстие в грунте под любым заданным углом при вертикальном расположении рабочего цилиндра. 1 ил.