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

Изобретение-относится к горной промышленности и строительству, в частности к устройствам для образования выработок в грунте, и может, быть использовано при прокладке инженерных коммуникаций под препятствиями бестраншейным способом, а также при формировании скважин для размещения свай, анкеров и тому подобных строительных элементов.

Заявленное изобретение направлено на решение задачи по снижению энергоемкости процессе образования скважины в грунте за счет оптимизации угла наклона рабочей грани выступа к продольной оси корпуса при одновременном повышении точности проходки скважины в неоднородных грунтах с твердыми включениями.

Указанная задача решена тем, что в устройстве для образования скважины в грунте, включающем корпус, соединенную с корпусом резьбовым соединением деталь, расположенный на боковой поверхности детали и выступающий за габариты корпуса выступ по меньшей мере с одной расположенной под углом к продольной оси корпуса рабочей гранью для стопорения детали путем создания закручивающего момента, которая ограничена передней и боковой кромками, величина угла наклона рабочей грани выступа к продольной оси корпуса составляет не менее 5° и не более 15°.

Кроме того, тем, что передняя кромка рабочей грани выступа составляет с боковой

00

CJ 00 СП

а

ел

со

кромкой рабочей грани выступа угол не менее 90°.

Кроме того, тем, что передняя кромка рабочей грани выступа плавно сопряжена с боковой кромкой рабочей грани выступа.

Кроме того, тем, что устройство для образования скаажин в грунте имеет расположенный на боковой поверхности детали дополнительный выступ по меньшей мере с одной рабочей гранью, при этом основной и дополнительный выступы расположены симметрично относительно продольной оси детали.

Кроме того, тем) что рабочая грань дополнительного выступа расположена под углом к продольной оси корпуса и ориентирована относительно рабочей грани основного выступа в одном направлении для создания дополнительного закручивающего момента.

Кроме того, тем, что рабочая грань дополнительного выступа расположена под углом к продольной оси корпуса и ориентирована относительно рабочей грани основного выступа в противоположном направлении для создания закручивающего момента, препятствующего рассоединению детали и корпуса при реверсе устройства.

Кроме того, тем, что передняя и боковая кромки рабочей грани выступа имеют криволинейную форму и расположены по окружности, радиус которой превышает высоту выступа.

Проведенные эмпирические исследования позволили выявить, что оптимальный угол наклона рабочей грани выступа к продольной оси корпуса находится в пределах от 5 до 15°, При этом следует отметить, что при значениях указанного угла менее 5° решение поставленной задачи не обеспечивается, поскольку стопорения детали и корпуса не происходит, так как величина закручивающего момента недостаточна для предотвращения развинчивания резьбового соединения детали и корпуса под действием внешних нагрузок. При значениях угла наклон рабочей грани выступа к продольной оси корпуса превышающих 15° решение поставленной задачи также не обеспечивается, поскольку при указанных значениях данного угла резко возрастает сопротивление грунта внедрению устройства в последний и, следовательно, увеличивается энергоемкость процесса образования скважины в грунте. Вышеуказанное обстоятельство аналогично влияет и на точность проходки скважины в грунте, поскольку неравномерное сопротивление грунта по периметру корпуса из-за наличия выступа приводит к отклонению устройства от прои

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

ектной оси скважины. При этом указанное отклонение устройства будет осуществляться в направлении продольной оси выступа. Оптимизация угла наклона рабочей грани выступа к продольной оси корпуса позволит свести указанное отклонение устройства от проектной оси скважин ы к минимуму.

В качестве дополнительных преимуществ, получение которых обеспечивает заявленное изобретение, следует отметить,, что заявленное устройство для образования скважин в грунте позволяет повысить точность проходки скважины в неоднородных грунтах с твердыми включениями. При встрече устройства с твердым включением расположение передней кромки рабочей грани выступа под тупым углом к боковой кромке рабочей грани выступа позволяет обеспечить плавное отжатие твердого включения в грунтовый массив и тем самым снизить величину отклонения устройства от проектной оси трассы. На решение этой же задачи направлено конструктивное выполнение рабочей грани выступа с плавным сопряжением между особой ее передней и боковой кромок, .а также выполнение передней и боковой кромок рабочей грани выступа криволинейной формы. Следует отметить, что расположение передней и боковой кромок рабочей грани выступа по окружности требует обязательного выполнения условия; при котором радиус указанной выше окружности должен быть больше, чем высота выступа. Выполнение данного ограничения обусловлено тем фактом, что при высоте выступа большей, чем радиус указанной окружности, криволинейная боковая кромка рабочей грани выступа будет включать в себя участок, угол наклона которого к передней кромке рабочей грани выступа будет составлять менее 90° и, естественно, что при встрече устройства с твердым включением в данной ситуации не исключено заклинивание включения между выступом и корпусом или деталью устройства. Заклинивание включения между указанными узлами устройства повлечет за собой одностороннее увеличение сопротивления перемещению устройства в грунте и отклонение его от проектной оси проходки. Таким образом,введение указанного ограничения прямым образом влияет на достижение поставленной цели .и решение задачи.

Для снижения отклонения устройства от проектной оси проходки целесообразно на боковой поверхности детали разметить дополнительный выступ с рабочей гранью. Симметричное расположение основного и дополнительного выступов относительно продольной оси детали позволит обеспечить более равномерное сопротивление грунта внедрению устройства по его периметру и тем самым повысить точность проходки.

На фиг. 1 изображено устройство для образования скважин в грунте с выступами в виде лопастей; на фиг.2 - то же с выступами в виде треугольной призмы; на фиг.З - вид А на фиг.2; на фиг.4 - вид Б на фиг.2; на фиг.5 -рабочая грань выступа с плавно сопряжен- ными между собой ее передней и боковой кромками; на фиг.6 - рабочая грань выступа с передней и боковой кромками криволинейной формы.

Устройство для образования скважин в грунте содержит корпус 1, который имеет преимущественно цилиндрическую форму, С корпусом 1 с помощью резьбового соединения 2 соединена деталь, например, в виде наконечника 3 или задней гайки 4. На бока- пой поверхности наконечника 3 и задней гайки 4 расположен выступающий за габариты корпуса 1 выступ 5. Выступ 5 может быть выполнен в виде лопасти (фиг.1) или в виде треугольной призмы (фиг.2), которые жестко соединены соответственно с наконечником 3 или с задней гайкой 4. Каждый выступ 5 выполнен с, по меньшей мере, одной рабочей гранью 6, которая располо- жена под углом р к продольной оси корпуса 1. Рабочая грань 6 ограничена передней 7 и боковой 8 кромками. Величина угла наклона рабочей грани 6 выступа 5 к продольной оси корпуса 1 составляет не менее 5 и не более 15 .Рабочая грань б предназначена для стопорения соответственно наконечника 3 или задней гайки 4 относительно корпуса 1 путем создания закручивающего момента. На выступе 5 может быть выпол- йена и вторая грань 9 для стопорения соответственно наконечника 3 или задней гайки 4 относительно корпуса 1 при реверсе устройства путем создания закручивающего момента. При этом величина угла наклона второй рабочей грани 9 к продольной оси корпуса 1 находится в том интервале значений, что и величина наклона рабочей грани 6 к продольной оси корпуса 1. При этом вторая рабочая грань 9 ориентирована к продольной оси корпуса 1 в противоположную сторону по сравнению с ориентацией рабочей грани 6 к продольной оси корпуса 1. Механизм для перемещения устройства в грунте может быть выполнен , в виде разме- щенного во внутренней полости корпуса 1 ударного механизма (не показан) или в виде расположенного в рабочем котловане силового цилиндра (не показан), шток которого соединен с корпусом 1 посредством нажим- нрй штанги (не показана),

Целесообразно переднюю 7 кромку рабочей грани б и/или 9 каждого выступа 5 расположить таким образом, чтобы она составляла с соответствующей боковой 8 кромкой угла не менее 90°, При соблюдении такого условия передняя 7 кромка рабочей грани б и/или 9 каждого выступа 5 оказывается расположенной под острым углом к образующей соответственно наконечника 3 или гайки 4.

Кроме того, передняя 7 кромка рабочей грани 6 и/или 9 каждого выступа 5 может быть плавно сопряжена, например, по радиусу г с боковой 8 кромкой соответствующей рабочей грани 6 и/или 9 выступа 5.

Устройство для образования скважин в грунте может быть выполнено с расположенным на боковой поверхности наконечника 3 и/или задней гайки 4 дополнительным выступом 10с, по меньшей мере, одной рабочей гранью 11. Основной 5 и дополнительный 10 выступы расположены симметрично относительно продольной оси детали.

Рабочая грань 11 дополнительного выступа 10 расположена под углом в пределах от 5 до 15° к продольной оси корпуса 1 и ориентирована относительно рабочей грани 6 или 9 основного выступа 5 в одном направлении для создания дополнительного закручивающего момента, который направлен в том же направлении, что и момент, создаваемый рабочей гранью 6 или 9 основного выступа 5.

Рабочая грань 11 дополнительного выступа 10 может быть ориентирована относи- тельно рабочей грани 6 или 9 основного выступа 5 в противоположном направлении для создания закручивающего момента, препятствующего рассоединению наконечника 3 и/или задней гайки 4 корпуса 1 при реверсе устройства. То есть при данном варианте конструктивного выполнения устройства, например, рабочая грань 9 основного выступа 5 обеспечивает стопоре- ние наконечника 3 или задней гайки 4 относительно корпуса 1 при прямом ходе устройства, а рабочая грань 11 дополнительного выступа 10 обеспечивает стопоре- ние указанных выше деталей друг относительно друга при обратном ходе устройства (при реверсе механизма для перемещения устройства в грунте).

Передняя 7 и боковая 8 кромки каждого выступа 5 могут иметь криволинейную форму и быть расположены по окружности, радиус R которой превышает высоту h выступа 5 (фиг.6).

Устройство для образования скважин в грунте работает следующим образом.

При включении механизма для перемещения устройства а грунте под действием ударной или статической нагрузки устройство начинает внедряться в грунтовый массив и, уплотняя грунт, образует по мере переме- щения скважину. При перемещении устройства в грунтовом массиве на рабочую грань 6 каждого выступа 5 и 10 действует реакция сопротивления грунта. Поскольку рабочие грани 6 расположены по д углом к продоль- ной оси корпуса 1, то естественно, что появляется составляющая реакции сопротивления грунта, которая будет стремиться развернуть соответственно наконечник 3 и/или заднюю гайку 4 вокруг их продольной оси относительно корпуса 1. Ориентация рабочих граней б на каждом выступе 5 такова, что возникающий на нако- . нечнике 3 и/или задней гайке 4 крутящий момент направлен в сторону завинчивания соответствующего резьбового соединения 2. При реверсе устройства реакции грунта воздействует на рабочие грани 9 соответствующего выступа 5, которые обеспечивают своей ориентацией в пространство водник- новение на наконечнике 3 и/или задней гайке 4 крутящего момента, который также направлен в сторону завинчивания соответствующего резьбового соединения 2.

При работе устройства в неоднократ- ных грунтах с твердыми включениями, например в виде валунов, остатков старого фундамента и т.п., не исключена возможность взаимодействия выступающего за габариты корпуса 1 выступа 5 с указанным твердым включением. В данном случае расположенная под острым углом к образующей наконечника 3 и/или задней гайки 4 передняя 7 кромка рабочей грани 6 и/или 9 каждого выступа 5 обеспечивает вытесне- ние твердого включения в грунтовый массив, что обеспечивает снижение отклонения устройства от проектной оси скважины. В том случае, если смещение твердого включения в грунтовый из-за его габаритов не осуществимо, то и в этом случае расположение передней 7 кромки рабочей грани 6 и/или 9 каждого выступа к соответствующей боковой кромке 8 под углом не менее 90° позволяет повысить точность проходки. поскольку происходящий при этом разворот самого устройства относительно твердого включения будет более плавным.

При перемещении в грунтовом массиве устройства, на боковой поверхности нако- нечника 3 и/или задней гайки 4 которого симметрично расположены основной 5 и до- понительный 10 выступы, сопротивление

грунта внедрению устройства равномерно распределяется по всему периметру устройства, что способствует более стабильному положению курса проходки.

Формула изобретения

1. Устройство для образования скважин в грунте, включающее корпус, соединенную с корпусом резьбовым соединением деталь, расположенный на боковой поверхности детали выступ с по меньшей мере одной расположенной под углом к продольной оси корпуса рабочей гранью для стопорения детали путем создания закручивающего момента, которая ограничена передней и боковой кр омками, и механизм для перемещения устройства в грунте, отличающееся тем, что выступ выступает за габариты корпуса, а величина угла наклона рабочей грани выступа к продольной оси корпуса составляет не менее 5° и не более 15°.

2. Устройство по п. 1,отличающее с я тем, что передняя кромка рабочей грани выступа составляете боковой кромкой рабочей грани выступа угол не менее 90°.

3. Устройство по п.2, отличающее- с я тем, что передняя кромка рабочей грани выступа плавно сопряжена с боковой кромкой рабочей грани выступа.

4. Устройство по одному из пп.1-3. о т- личающееся тем, что оно имеет расположенный на боковой поверхности детали дополнительный выступ с по меньшей мере одной рабочей гранью, при этом основной и дополнительный выступы расположены симметрично относительно продольной оси детали.

5. Устройство по п.4, отличающее- с я тем, что рабочая грань дополнительного выступа расположена под углом к продольной оси корпуса и ориентирована относительно рабочей грани основного выступа в одном направлении для создания дополнительного закручивающего момента.

6. Устройство по п.4, отличающее- с я тем, что рабочая грань дополнительного выступа расположена под углом к продольной оси корпуса и ориентирована относительно рабочей грани основного выступа в противоположном направлении для создания закручивающего момента, препятствующего рассоединению детали и корпуса при реверсе устройства.

7. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что передняя и боковая кромки рабочей грани выступа имеют криволинейную форму и расположены по окружности, радиус которой превышает высоту выступа.

з.. 9 б

Сущность изобретения: устройство для образования скважин в грунте содержит корпус, соединенную с корпусом резьбовым со- единением деталь и механизм для перемещения устройства в грунте. На боковой поверхности детали расположен выступающий за габариты корпуса выступ. Выступ имеет по меньшей мере одну рабочую грань для стопорения детали путем создания закручивающего момента. Рабочая грань ограничена передней и боковой кромками. Величина угла наклона рабочей грани выступа к продольной оси корпуса составляет не менее 5° и не более 15°. На боковой поверхности детали может быть размещен дополнительный выступ по меньшей мере с одной гранью. Основной и дополнительный выступы расположены симметрично относительно продольной оси детали, б з.п.ф-лы, 6 ил.