Устройство для образования скважин в грунте Советский патент 1993 года по МПК E02F5/18 

Изобретение относится к строительству, в частности к конструкциям гидропневматических устройств для образования скважин в грунте, и может быть использовано для бестраншейной прокладки различных инженерных коммуникаций.

Известен пробойник для образования скважин в грунте, включает корпус, в котором установлен пневматический ударный механизм имеющий рабочую камеру. Пробойник имеет распорный механизм, на концах которого обращенных к стенкам скважины, монтированы тормозные лыжи.

Известен также гидропневматический ударный механизм, принятый нами за прототип, содержащий цилиндр, в котором размещен аксиально подвижный боек,

образующий с ним напорную и сливную гидравлические камеры, последняя отделена от напорной подвижной перемычкой, взаимодействующей с золотником, последний расположен между ней и поршнем бойка и сопряжен с внутренней поверхностью цилиндра, образуя с ней сливную полость, где размещена пружина, и напорную полость, периодически сообщаемые через отверстия в золотнике со сливной и напорной магистралями.

Описанное устройство под действием периодических ударов бойка по передней части корпуса продвигается в грунте, уплотняя его в стенки образуемой скважины. При этом, обязательным условием продвижения устройства в грунте является недопустиVI

00

00

ел

00

мость превышения реакции отдачи, периодически появляющейся в период рабочего хода бойка и действует на корпус в направлении, противоположном его продвижению, по отношению к силе трения корпуса о грунт. В противном случае, корпус перед каждым ударом под действием реакции отдачи будет отходить от забоя скважины и эффективность проходки снизится.

В.известном устройстве создание дополнительного сопротивления движению корпуса из скважины возможно за счет увеличения силы трения корпуса о грунт путем удлинения корпуса. Однако увеличение длины корпуса нецелесообразно, исходя изтех- нологических соображений запуска устройства (обуславливает увеличение длины траншеи, в которую перед запуском устанавливается устройство), утяжеления массы неподвижных частей устройства по отношению к массе бойка, что снижает эффективность ударов и производительность проходки, а также вследствие повышения сопротивления внедрению корпуса в грунт при ударе за счет увеличения силы трения.

Целью изобретения является повышение эффективности работы устройства за счет увеличения сопротивления обратному перемещению корпуса.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для образования скважин в грунте, включающее полый корпус с кольцевой расточкой, расположенный во внутренней полости корпуса с возможностью продольного перемещения боек с выступом на его штоке, закрепленный на свободном конце штока поршень с выступом, образованную стенками корпуса и торцом поршня камеру рабочего хода для размещения сжатого газа, расположенный во внутренней полости корпуса коаксиально штоку и установленный с-возможностью взаимодействия с выступом на поршне трубчатый золотник с расположенным на его наружной боковой поверхности кольцевым выступом для размещения в кольцевой расточке корпуса, размещенную на штоке с возможностью ограниченного перемещения подвижную перемычку, которая установлена с возможностью взаимодействия с выступом на бойке и с золотником, образованную торцом поршня, стенками корпуса и торцом перемычки напорную гидравлическую камеру, которая через золотник сообщена с напорной гидромагистралью или со сливной гидромагистралью, образованную торцом бойка, стенками корпуса и торцом перемычки сливную гидравлическую камеру, которая сообщена со сливной гидромагистралью, образованную наружной

поверхностью золотника, одним торцом кольцевого выступа на золотнике и расточкой в корпусе сливную полость, в которой размещена пружина для перемещения золотника и которая сообщена со сливной гидромагистралью, и образованную наружной поверхностью золотника, вторым торцом кольцевого выступа на золотнике и расточкой в корпусе напорную полость, которая

0 через радиальное отверстие в золотнике сообщена с напорной гидравлической камерой, устройство снабжено размещенными в хвостовой части корпуса и расположенными симметрично относительно продольной оси

5 корпуса гидроцилиндрами, корпус каждого из которых жестко соединен с корпусом устройства, расположенными на конце штока соответствующего гидроцилиндра упорными лыжами для взаимодействия со стенками

0 скважины и гидрораспределителем с полостью управления для перемещения его золотника, при этом рабочие полости каждого гидроцилиндра через гидрораспределитель гидравлически соединены с напорной

5 и сливной гидромагистралями, а полость управления для перемещения золотника гидрораспределителя гидравлически соединена с напорной гидравлической камерой, причем продольная ось каждого гидроци0 линдра расположена к продольной оси корпуса под углом, вершина которого ориентирована в сторону головной части корпуса.

Сопоставительный анализ заявляемого

5 решения с прототипом показывает, что заявляемое решение отличается от известного тем, что устройство снабжено размещенными в хвостовой части корпуса и расположенными симметрично относитель0 но продольной оси корпуса гидроцилиндрами, корпус каждого из которых жестко соединен с корпусом устройства, располо- женными на конце штока соответствующего гидроцилиндра упорными лыжами для вза5 имодействия со стенками скважины и гидрораспределителем с полостью управления для перемещения его золотника.

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает,

0 что рабочие полости каждого гидроцилиндра через гидрораспределитель гидравлически соединены с напорной и сливной, гидромагистралями, а полость управления для перемещения золотника гидрораспре5 делителя гидравлически соединена с напорной гидравлической камерой, причем продольная ось каждого гидроцилиндра расположена к продольной оси корпуса под углом, вершина которого ориентирована в сторону головной части корпуса.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена гидрокинематическая схема устройства,

Устройство для образования скважин в грунте включает корпус 1, боек 2 с выступом 3 на штоке 4, поршень 5 с выступом 6, подвижную перемычку 7 с упорами, трубчатый золотник 8, расположенный коаксиально бойку 2 между перемычкой 7 и поршнем 5, и пружину сжатия 9, Корпус 1 и боек 2 в совокупности образуют камеру 10 рабочего хода, заполненную сжатым до определенного давления газом, напорную 11 и сливную 12 гидравлические камеры, соединенные соответственно с напорной 13 и сливной 14 магистралями.

Трубчатый золотник 8 совместно с корпусом 1 образует кольцевую напорную полость 15, соединенную через отверстие 16с напорной камерой 11, и кольцевую сливную полость 17, соединенную через отверстие 18со сливной магистралью 14. Отверстие 19 в корпусе 1 соединено со сливной камерой 12 и слизной магистралью 14, а отверстие 20 - с напорной магистралью 13.

В хвостовой части устройства расположены гидроцилиндры 21 с упорными лыжами 22 и двухпозиционный золотник 23 гидравлического управления ими по положению трубчатого золотника 8. Гидроцилиндры расположены под углом к направлению проходки скважины,

В верхней полости золотника 23 установлена пружина 24, а нижняя полость 25 сообщена магистралью 26 с камерой 11 механизма.

В зависимости от положения трубчатого золотника 8 золотник 23 управления гидроцилиндрами 21, перемещаясь вверх или вниз, соответственно попеременно соединяет их штоковые и поршневые полости с напорной 13 или сливной 14 магистралями.

Устройство работает следующим образом.

Первоначально под действием давления сжатого газа, находящегося в камере 10 рабочего хода, боек 2 находится в крайнем левом положении. Подвижная перемычка 7 и трубчатый золотник 8 также находятся в крайнем левом положении. При этом отверстие 19 в корпусе перекрыто трубчатым золотником, а напорная гидравлическая полость 11 соединена через отверстие 20 с напорной магистралью 13.

Золотник 23 управления гидроцилиндрами 21 находится в крайнем нижнем положении и соединяет штоковые полости со сливной 14, а поршневые полости с напорной 13 магистралями. При этом упорные лыжи 22 прижаты к стенкам скважины.

Под действием давления жидкости, поступающей з напорную камеру 11, происходит взвод бойка 2 и сжатие газа в камере рабочего хода 10, и одновременная подача

жидкости в полость 25 золотника 23. За счет этого золотник перебрасывается в верхнее положение, сжимая пружину 24. Штоковые полости гидроцилиндров 21 сообщаются с напорной магистралью 13, а

0 поршневые - со сливной 14. Упорные лыжи 22 отжимаются от стенок скважины одновременно с этим трубчатый золотник 8 удерживается в крайнем левом положении за счет давления жидкости в кольцевой напор5 ной полости 15, сообщаемой через отверстие 16 с напорной камерой 11.

В конце взвода боек 2 посредством выступа 3 перемещает подвижную перемычку 7 вправо, а она, в свою очередь, упорами

0 также перемещает вправо трубчатый золотник 8. При этом происходит вытеснение жидкости из кольцевой напорной полости 15 через отверстие 16 в напорную камеру 11, открытие трубчатым золотником отвер5 стия 19 и одновременное перекрытие им отверстия 20, то есть соединение напорной камеры 11 со сливной камерой 12 и сливной магистралью 14 и отсоединение от напорной магистрали 13. Боек тормозится и пол0 учает возможность двигаться влево под действием давления сжатого газа в камере рабочего хода 10.

При падении давления в напорной камере 11, а соответственно в соединенной с

5 ней нижней полости 25 золотника 23, последний, под действием жесткости пружины 24 переключается в крайнее нижнее положение, соединяя штоковые полости гидроцилиндров 21 со сливной 14, а их

0 поршневые полости с напорной магистралью 13. Гидроцилиндры 21 выдвигаются до упора упорных лыж 22 в стенки скважины.

Боек, под действием давления сжатого

5 газа в камере рабочего хода 10 совершает

рабочий ход и разгоняется влево, вытесняя

рабочую жидкость из напорной камеры 11 в

« сливную камеру 12 и сливную магистраль

14. Трубчатый золотник при этом под дейст0 вием пружины сжатия 9 удерживается в крайнем правом положении.

Реакция отдачи, действующая на корпус 1 вправо и равная по величине результирующей силе, действующей на боек 2 со

5 стороны сжатого газа в камере рабочего хода 10, компенсируется силой трения о грунт корпуса 1, а также упорных лыж 22. В результате через корпус 1 не перемещается из скважины. Напротив, за счет тангенциальной составляющей усилия гидроцилиндров,

действующего на стенки скважины, корпус 1 поджимается к забою.

В конце рабочего хода боек выступом 6 перемещает трубчатый золотник 8, а соответственно и подвижную перемычку 7 влево, сжимая пружину 9 и вытесняя жидкость из кольцевой сливной полости 17 через отверстие 18 в сливную магистраль 14. При этом перекрывается отверстие 19 и открывается отверстие 20 в корпусе 1 механизма, напорная камера 11 вновь соединяется с напорной магистралью 13 и давление рабочей жидкости по магистрали 24 передается золотнику 23 управления гидроцилиндрами. В результате переключения золотника 23 в крайнее верхнее положение штоковые полости гидроцилиндров 21 вновь соединяются с напорной, а поршневые полости со сливной магистралями, Гидроцилиндры перемещаются в исходное положение, отодвигая упорные лыжи 22 от стенок скважины. Боек 2, нанося удар по корпусу 1, перемещает его влево. Далее цикл повторяется.

Таким образом, периодически при рабочем ходе бойка гидроцилиндры выдвигаются, обеспечивая дополнительное сопротивление возможному перемещению корпуса ударного механизма от забоя под действием реакции отдачи движущегося бойка.

Величина дополнительного сопротивления R складывается из тангенциальной составляющей Fr усилия гидроцилиндров и силы трения упорных лыж о грунт FTp.n.:R Fr + Ртр.л- Если гидроцилиндры наклонены по отношению к направлению проходки под углом а и развивают усилие F, то Fr Fcos a , а Ртр.л. Ffsin a . Следовательно R F (cos a +fsina ).

Таким образом, появляется возможность за счет повышения давления газа в камере рабочего хода увеличить реакцию отдачи до значения

R FTp.K. + F(cos a + fsin a ), где Ftp.к. - сила трения корпуса о стенки скважины.

А это, в свою очередь, обуславливает повышение эффективности работы устройства.

Формула изобретения

Устройство для образования скважин в грунте, включающее полый корпус с кольцевой расточкой, расположенный во внутренней полости корпуса с возможностью продольного перемещения боек с выступом на его штоке, закрепленный на свободном конце штока поршень с выступом, образованную стенками корпуса и торцом поршня

камеру рабочего хода для размещения сжатого газа, расположенный во внутренней полости корпуса коаксиально штоку и установленный с возможностью взаимодейст- вия с выступом на поршне трубчатый золотник с расположенным на его наружной боковой поверхности кольцевым выступом для размещения в кольцевой расточке корпуса, размещенную на штоке с возможностью ограниченного перемещения и подвижную перемычку, которая установлена с возможностью взаимодействия с выступом на бойке и с золотником, образованную торцом поршня, стенками

корпуса и торцом перемычки напорную гидравлическую камеру, которая через золотник сообщена с напорной гидромагистралью или со сливной гидромагистралью, образованную торцом бойка,

стенками корпуса и торцом перемычки сливную гидравлическую камеру, которая сообщена со сливной гидромагистралью, образованную наружной поверхностью золотника, одним торцом кольцевого выступа

на золотнике и расточкой в корпусе сливную полость, в которой размещена пружина для перемещения золотника и которая сообщена со сливной гидромагистралью, и образованную наружной поверхностью золотника,

вторым торцом кольцевого выступа на золотнике и расточкой в корпусе напорную полость, которая через радиальное отверстие в золотнике сообщена с напорной гидравлической камерой, отличающееся

тем, что, с целью повышения эффективности его работы за счет увеличения сопротивления обратному перемещению корпуса, оно снабжено размещенными в хвостовой части корпуса и, расположенными симметрично

относительно продольной оси корпуса гидроцилиндрами, корпус каждого из которых жестко соединен с корпусом устройства, расположенными на конце штока соответствующего гидроцилиндра упорными лыжами

для взаимодействия со стенками скважины и гидрораспределителем с полостью управления для перемещения его золотника, при этом рабочие полости каждого гидроцилиндра через-гидрораспределитель гидравлически соединены с напорной и сливной гидромагистралями, а полость управления для перемещения золотника гидрораспределителя гидравлически соединена с напорной гидравлической камерой, причем

продольная ось каждого гидроцилиндра расположена к продольной оси корпуса под углом, вершина которого ориентирована в сторону головной части корпуса.

Сущность изобретения: устройство содержит полый корпус с кольцевой расточкой, боек с выступом на его штоке, поршень с выступом, камеру рабочего хода, трубчатый золотник с выступом для размещения в кольцевой расточке корпуса, подвижную перемычку, напорную гидравлическую камеру, сливную гидравлическую камеру, сливную полость, напорную полость, гидроцилиндры, упорные лыжи и гидрораспределитель. Гидроцилиндры размещены в хвостовой части корпуса и симметрично относительно продольной оси корпуса. Корпус каждого гидроцилиндра жестко соединен с корпусом устройства. Упорные лыжи расположены на конце штока соответствующего гидроцилиндра. Рабочие полости каждого гидроцилиндра через гидрораспределитель гидравлически соединены с напорной и сливной гидромагистралями. Полость управления гидрораспределителя гидравлически соединена с напорной гидравлической камерой. Продольная ось каждого гидроцилиндра расположена к продольной оси корпуса устройства под углом, вершина которого ориентирована в сторону головной части корпуса. 1 ил. ел с