Устройство для образования скважин в грунте Советский патент 1993 года по МПК E02F5/16 E02F5/18 

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к устройствам дли образования скважин в грунте/и может быть использовано при прокладке подземных коммуникаций под препятствиями бестраншейным способом, а также при возведении котлованов для шпунтовых стенок, свай, обсадных труб и других строительных элементов.

Цель изобретения заключается в снижений энергоемкости процесса образования скважин в неоднородных грунтах за счет автоматизации включения вибратора при

возрастании сопротивления грунта внедрению корпуса устройства.

На чертеже изображено устройство для образования скважины в грунте.

Устройство для образования скважины в грунте содержит штангу 1 для передачи вращающего момента и осевого усилия на корпус 2. В качестве механизма для передачи вращающего момента и осевого усилия на штангу 1 может быть использован буровой станок (не показан), который устанавливается на поверхности для образования вертикальных скважин или в предваритель00

о ю о ел

но пгрытом рабочем котловане для образования горизонтальных скважин в грунте. Корпус 2 выполнен полым и имеет коническую форму. Наружная поверхность корпуса 2 может быть выполнена со спиралевидными режущими выступами (не показаны) и с центрирующим наконечником для размещения в лидерной выработке (не показан). Во внутренней полости корпуса 2 размещен дебаланс 3, который закреплен на полом валу 4. Корпус 2 выполнен с отверстием 5 для прохода штанги 1, которая расположена по продольной оси устройства. Вал 4 дебаланса 3 установлен коаксиально снаружи штанги 1 с возможностью вращения относительно последней, например на подшипниках (не показаны). Штанга 1 расположена во внутренней полости корпуса 2 и соединена с ним посредством самоуправляемой сцепной муфты, которая включается и выключается автоматически при достижении определенной величины вращающего момента.

Самоуправляемая сцепная муфта может быть выполнена, например в виде предохранительной муфты. Предпочтительно выполнение сцепной муфты в виде фрикционной муфты, диски 6 которой посредством шлицевого соединения связаны с корпусом 2, а диски 7 - со штангой 1. Диски 6 поджаты к дискам 7 пружинами 8 к опорному диску 9. Штанга 1 кинематически связана с валом 4 дебаланса 3. Предпочтительно выполнение кинематической связи штанги 1 с валом 4 дебаланса 3 в виде основной планетарной зубчатой передачи, одно центральное колесо 10 которой закреплено на корпусе 2 и выполнено с внутренним зацеплением, а второе центральное колесо 11 которой кинематически связано с валом 4 дебаланса 3. Водило 12 основной планетарной зубчатой передачи закреплебно на штанге 1 и на нем установлены с возможностью вращения сателлиты 13, которые находятся в зацеплении с колесами 10 и 11. Целесообразно выполнить кинематическую связь центрального колеса 11 основной планетарной зубчатой передачи с валом 4 делабанса 3 в виде дополнительной планетарной зубчатой передачи, одно из центральных колес 14 которой закреплено на корпусе 2 и выполнено с внутренним зацеплением, а другое центральное колесо 15 которой выполнено с наружным зацеплением и жестко соединено с валом А дебаланса 3. Водило 16 дополнительной планетарной зубчатой передачи жестко соединено с центральным колесом 11 основной планетарной зубчатой передачи. Сателлиты дополнительной планетарной зубчатой передачи установлены с.

возможностью вращения на водиле 16 и кинематически связывают между собой центральные колеса 14 и 15 дополнительной планетарной зубчатой передачи.

Устройство для образования скважины в грунте работает следующим образом.

Предварительно соединяют штангу 1 с вращателем бурового станка и включают станок. При этом вращающий момент и осевое усилие передаются на корпус 2, который под действием осевого усилия начинает внедряться в грунт. Вращение корпуса 2 вокруг его продольной оси симметрии обеспечивает ввинчивание устройства в грунт.

5 Корпус 2, уплотняя грунт, образует скважину с уплотненными стенками, диаметр которой равен диаметру цилиндрической части корпуса 2. При встрече прослойки грунта с твердыми включениями сопротивление

0 грунта внедрению корпуса 2 инструмента возрастает. Естественно при этом возрастает и величина крутящего момента, необходимого для обеспечения вращения корпуса

2. Поскольку самоуправляемая сцепная

5 муфта настроена на передачу определенной величины крутящего момента, то до входа устройства в прослоек грунта с твердыми включениями корпус 2 будет неподвижен относительно штанги 1, то есть они будут

0 вращаться с одинаковыми скоростями. При входе корпуса 2 в прослоек грунта с твердыми включениями, то есть при превышении момента сопротивления грунта моменту настройки сцепной муфты, диски 6, 7 и 9 начи5 нают проскальзывать друг относительно друга. При этом корпус 2 и штанга 1 начинают вращаться с различными угловыми скоростями. Из-за возникшей разницы угловых скоростей корпуса 2 и штанги 1 водило 12

0 основной планетарной зубчатой передачи начинает вращать сателлиты 13, поскольку водило 12 жестко соединено со штангой 1. Сателлиты 13. обкатываясь по центральному колесу 10. которое закреплено на корпу5 се 2, заставляют вращаться второе центральное колесо 11 основной планетарной зубчатой передачи. Поскольку центральное колесо 11 основной планетарной зубчатой передачи жестко соединено с во0 дилом 16 дополнительной планетарной зубчатой передачи, то последнее также начинает вращаться вокруг продольной оси устройства. При вращении водила 16 сателлиты 17 дополнительной планетарной зуб5 чатой передачи заставляют вращаться центральное колесо 15 дополнительной планетарной зубчатой передачи и жестко соединенный с последним вал 4 дебалансэ

3. При вращении дебаланса 3 вокруг про дольной оси симметрии устройства возникают колебания корпуса 2 в плоскости, перпендикулярной продольной оси симметрии устройства. Совместное воздействие указанных колебаний корпуса 2 обеспечивает колебательное проскальзывание последнего по грунту и преодоление прослойки грунта с твердыми включениями. При этом твердые включения будут вдавливаться в грунт боковой конической частью корпуса 2. Кроме того, при прохождении корпусом 2 прослойки из несвязных грунтов колебания корпуса 2 уменьшают силы трения грунта по боковой поверхности корпуса 2. После прохождения указанной прослойки и соответственно уменьшения момента сопротивления грунта ниже момента настройки сцепной муфты проскальзывание дисков 6, 7 и 9 друг относительно друга прекратится и соответственно прекратится вращение дебаланса 3 вокруг продольной оси устройства, то есть колебательный процесс автоматически прекратится. Следует отметить, что при полном затормаживании корпуса 2 устройства о грунт частота колебаний, вызванных вращающимся дебалансом 3, достигнет максимальной величины.

Использование заявленного устройства по сравнению с существующими позволяет получить следующие преимущества:

снизить энергоемкость процесса образования скважины в неоднородных грунтах за счет обеспечения возможности включения в процесс образования скважины вибрационных процессов только по мере необходимости, то есть в зависимости от свойств проходимого грунта;

снизить металлоемкость устройства за счет исключения привода для вращения дебаланса;

повысить эксплуатационную надежность устройства за счет исключения необходимости подвода энергии с поверхности для привода вибратора.

Формула изобретения 1. Устройство для образования скважин в грунте, включающее расположенную по продольной оси устройства штангу для передачи вращающего момента и осевого усилия, соединенный со штангой полый корпус конической формы и размещенный во внутренней полости корпуса и закрепленный на

5 расположенном по продольной оси устройства валу дебаланс, отличающееся тем, что, с целью снижения энергоемкости процесса образования скважины в неоднородных грунтах за счет автоматизации

0 включения вибратора при возрастании сопротивления грунта внедрении} корпуса устройства, корпус выполнен с отверстием для прохода штанги, а вал дебаланса выполнен полым и установлен коаксиально снаружи

5 штанги с возможностью вращения относительно последней, при этом штанга расположена во внутренней полости корпуса, соединена с корпусом посредством самоуправляемой сцепной муфты и кинематически

0 связана с валом дебаланса.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что сцепная муфта выполнена в виде фрикционной муфты.

3. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е5 с я тем, что кинематическая связь штанги с валом дебаланса выполнена а виде планетарной зубчатой передачи, при этом одно из центральных колес планетарной зубчатой передачи закреплено на корпусе, а второе

0 центральное колесо планетарной зубчатой передачи кинематически связано с валом дебаланса, причем водило планетарной зубчатой передачи жестко соединено со штангой.

5 4. Устройство по п. 3. о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что кинематическая связь центрального колеса планетарной зубчатой передачи с валом дебаланса выполнена в виде дополнительной планетарной зубчатой пе0 редачи, при этом одно из центральных колес дополнительной планетарной зубчатой передачи закреплено на корпусе, а другое цен- тральное колесо дополнительной планетарной зубчатой передачи закреплено

5 на валу дебаланса, причем водило дополнительной планетарной зубчатой передачи закреплено из втором центральном колесе основной планетарной зубчатой передачи.

Сущность изобретения: устройство содержит штангу для передачи вращающего мрмента и осевого усилия, полый корпус конической формы, вал и дебаланс. Штанга расположена по продольной оси устройства во внутренней полости корпуса и соединена с корпусом посредством самоуправляемой сц епной муфты. Вал размещен во внутренней полости корпуса и расположен по продольной оси устройства. На валу закреплен дебаланс. Корпус выполнен с отверстием для прохода штанги. Вал дебалакса выполнен полым и установлен коаксиально снаружи штанги с возможностью вращения относительно последней. Штанга кинематически связана с валом дебаланса. Сцепная муфта может быть выполнена в виде фрикционной муфты. Кинематическая связь штанги с валом дебаланса может быть выполнена в виде планетарной зубчатой передачи. Одно из центральных колес планетарной зубчатой передачи закреплено на корпусе. Второе центральное колесо планетарной зубчатой передачи кинематически связано с валом дебаланса. Водило планетарной зубчатой передачи жестко .соединено со штангой. Кинематическая связь центрального колеса планетарной зубчатой передачи с валом дебаланса может быть выполнена в виде дополнительной планетарной зубчатой передачи. 3 з.п.ф-лы, 1 ил.