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

fe

Сущность изобретения: устройство для образования скважин в грунте содержит корпус, ударный механизм с наковальней и стабилизирующую головку. Стабилизирующая головка выполнена с кольцевыми ступенями, наружный диаметр которых последовательно увеличивается по направлению к корпусу. Соотношение длины боковой поверхности каждой ступени стабилизирующей головки по ее продольной оси к длине торцевой поверхности, соответствующей ступени стабилизирующей головки по ее поперечной оси, составляет не менее 2,0 и не более 6,0. Боковая поверхность каждой ступени стабилизирующей головки сопряжена с торцевой поверхностью ее смежной ступени по радиусу, величина которого менее расстояния между боковыми поверхностями соответствующих смежных ступеней и не менее половины указанного расстояния. 9 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к горной промышленности и строительству, в частности к устройствам ударного действия для образования скважин в грунте, и может быть использовано при образовании горизонтальных выработок в грунте для прокладки подземных коммуникаций под препятствиями бестраншейным способом, а также при образовании вертикальных выработок в грунте для размещения свай, опор, анкеров И других строительных элементов.

Изобретение направлено на решение Задачи по созданию такого устройства для образования скважин в грунте, которое Обеспечивало бы снижение энергоемкости процесса образования скважин в неоднородных грунтах с твердыми включениями за счет снижения сопротивления грунта внедрению стабилизирующей головки при одновременном повышении точности проходки за счет снижения вероятности отклонения устройства от проектной оси проходки при встрече с твердыми включениями.

Указанная задача решена тем, что в устройстве для образования скважин в грунте, содержащем корпус, расположенный во внутренней полости корпуса ударный механизм с наковальней и соединенную с корпусом стабилизирующую головку с кольцевыми ступенями, наружный диаметр которых последовательно увеличивается по направлению к корпусу, соотношение длины боковой поверхности каждой ступени стабилизирующей головки по продольной оси симметрии последней к длине торцевой поверхности соответствующей ступени ста00

со

00

ел а

со

билизирующей головки по поперечной оси симметрии последней составляет не менее 2,0 и не более 6,0, а боковая поверхность каждой ступени стабилизирующей головки сопряжена с торцевой поверхностью ее смежной ступени по радиусу, реличина которого меньше расстояния между боковыми поверхностями соответствующих смежных ступеней в плоскости, перпендикулярной к продольной оси стабилизирующей головки, и не менее половины расстояния между боковыми поверхностями соответствующих смежных ступеней в плоскости, перпендикулярной к продольной оси стабилизирующей головки.

Кроме того, тем, что стабилизирующая головка выполнена заодно с корпусом.

Кроме того, тем, что стабилизирующая головка выполнена заодно с наковальней.

Кроме того, тем, что корпус выполнен с расположенной на его переднем торце опорной поверхностью конической формы, а наковальня выполнена с размещенным по продольной оси устройства центрирующим стержнем, при этом стабилизирующая головка выполнена со сквозным осевым каналом для размещения центрирующего стержня наковальни и с расположенной на ее заднем торце выемкой, боковые стенки которой образуют упорную поверхность конической формы, причем стабилизирующая головка установлена с возможностью взаимодействия своей упорной поверхности с опорной поверхностью корпуса.

Кроме того, тем, что угол наклона образующих опорной поверхности корпуса и упорной поверхности выемки в стабилизирующей головке к продольной оси устройства меньше угла трения.

Кроме того, тем, что оно имеет приспособление для фиксации стабилизирующей головки на центрирующем стержне наковальни.

Кроме того, тем, что приспособление для фиксации стабилизирующей головки на центрирующем стержне наковальни выполнено в виде гайки и расположенного на свободном конце центрирующего стержня наковальни резьбового участка, при этом гайка установлена на центрирующем стержне наковальни с возможностью взаимодействия с передним торцом стабилизирующей головки.

Кроме того, тем, что гайка выполнена с фигурной наружной боковой поверхностью, которая образует кольцевую ступень стабилизирующей головки с минимальным наружным диаметром.

Кроме того, тем, что гайка выполнена с расположенным на ее торце выступом с

упорной поверхностью конической формы, а стабилизирующая головка выполнена с расположенной на ее переднем торце выемкой для размещения выступа на гайке с

опорной поверхностью конической формы, при этом гайка установлена с возможностью взаимодействия своей упорной поверхностью с опорной поверхностью выемки на переднем торце стабилизирующей головки.

Как показали проведенные исследования диапазон отношения длины боковой поверхности каждой ступени стабилизирующей головки по продольной оси симметрии последней к длине торцевой поверхности соответствую5 щей ступени стабилизирующей головки поперечной оси симметрии последней должен находиться в пределах от 2,0 до 6,0. Следует отметить, что указанный диапазон является оптимальным только при выполнении условия,

0 при котором боковая поверхность каждой ступени стабилизирующей головки сопряжена с торцевой поверхностью ее смежной ступени по радиусу, величина которого менее ее расстояния между боковыми поверхностя5 ми соответствующих смежных ступеней в плоскости, перпендикулярной к продольной оси стабилизирующей головки, и не менее половины расстояния между боковыми поверхностями соответствующих смежных сту0 пеней в плоскости, перпендикулярной к продольной оси стабилизирующей головки, т.е., как показали результаты проведенных опытов, первый и второй диапазоны вышеприведенных интервалов значений нераз5 рывно связаны между собой и при выходе одного из параметров за пределы одного из интервалов поставленная задача не решается даже при сохранении другого параметра в указанном интервале значений. Теоретиче0 ски указанные диапазоны значений можно объяснить следующим образом.

При значениях соотношения длины боковой поверхности каждой ступени стабилизирующей головки по продольной оси

5 симметрии последней к длине торцевой поверхности-соответствующей ступени стабилизирующей головки по поперечной оси симметрии последней меньших 2,0 происходит процесс заполнения грунтом плоскости между

0 боковой и торцевой поверхностями соответствующих ступеней стабилизирующей головки и сглаживания ступеней, т.е. ступенчатая головка трансформируется в коническую головку из уплотненного грунта. Указанное обстоя5 тельство приводит к процессу трения грунта о грунт и, следовательно, к увеличению энергоемкости проходки. При значениях соотношения указанных параметров более 6,0 происходит снижение точности про- ходки. поскольку стабилизирующая головка при встрече с твердыми включениями не обеспечивает смещения последнего в грунт и происходит разворот устройства относительно препятствия. Выполнение радиуса сопряжения боковой поверхности каждой ступени стабилизирующей головки с торцевой поверхностью ее смежной ступени в I указанных пределах позволяет обеспечить вынос скопившегося грунта из полости меж- 1 ду боковой и торцевой поверхностями соот- ветствующих ступеней при перемещении устройства в грунт. При выходе значения ;указанного параметра (радиуса сопряже- ния) за интервал приводит в одном случае к скоплению грунта в указанной полости, а в другом случае - развороту устройства относительно препятствия.

На фиг. 1 изображено устройство для образования скважин в грунте со стабилизирующей головкой, выполненной заодно с наковальней; на фиг.2 - то же со стабилизи- рующей головкой, размещенной на центри- : рующем стержне наковальни; на фиг.З - то же со стабилизирующей головкой, которая закреплена на центрирующем стержне наковальни с помощью гайки.

Устройство для образования скважин в грунте содержит полый корпус 1, во внутренней полости которого размещен удар- ный механизм, например пневматический ударный механизм с установленным с возможностью осевого перемещения во внутренней полости корпуса 1 ударником 2 и с наковальней 3. С корпусом 1 соединена ста- билизирующая головка А с кольцевыми ступенями, наружный диаметр которых последовательно увеличивается по направлению к корпусу 1. Отношение длины (I) бо- ковой поверхности каждой ступени стабилизирующей головки 4 по продольной оси симметрии последней к длине (h) торцевой поверхности соответствующей ступени стабилизирующей головки 4 по поперечной оси симметрии последней составляет не ме- нее 2,0 и не более 6,0, т.е. 2,0 l/h 6,0. Боковая поверхность каждой ступени стабилизирующей головки 4 сопряжена с торцевой поверхностью смежной ступени по радиусу (R), величина которого менее расстояния (h) между боковыми поверхностями соответствующих смежных ступеней в плоскости, перпендикулярной к продольной оси стабилизирующей головки 4, и не менее половины расстояния (h) между боко- выми поверхностями соответствующих смежных ступеней в плоскости, перпендикулярной к продольной оси стабилизирующей головки 4, т.е. h/2 R h.

Стабилизирующая головка 4 может быть выполнена заодно с корпусом 1 или соединена с последнем с помощью резьбового соединения 5 (фиг.1).

Стабилизирующая головка 4 может быть выполнена заодно с наковальней 3 (фиг.1).

Стабилизирующая головка 4 может быть выполнена и отдельно от наковальни 3 (фиг.2 и 3). При таком варианте конструктивного выполнения устройства для образования скважин целесообразно наковальню 3 выполнить с размещенным по продольной оси устройства центрирующим стержнем 6, а стабилизирующую головку 4 выполнить со сквозным осевым каналом 6 для размещения центрирующего стержня 6 наковальни 3. Корпус 1 может быть выполнен с расположенной на его переднем торце опорной поверхностью 8 конической формы, а стабилизирующая головка 4 в этом случае выполнена с расположенной на ее заднем торце выемкой, боковые стенки которой образуют упорную поверхность 9 конической формы. При этом стабилизирующая головка 4 установлена с возможностью взаимодействия упорной поверхностью 9 ее выемки с опорной поверхностью 8 корпуса 1.

Предпочтительно выполнение взаимодействующих упорной поверхности 9 стаби- лизирующей головки 4 и опорной поверхности 8 корпуса в виде самотормозящегося клинового соединения, т.е. величина угла наклона образующих опорной поверхности 8 корпуса 1 и упорной поверхности 9 выемки в стабилизирующей головке 4 к продольной оси устройства должна быть в этом случае меньше величины угла трения.

Устройство для образования скважин в грунте может иметь приспособление для фиксации стабилизирующей головки 4 на центрирующем стержне 6 наковальни 3, которое, например, может быть выполнено в виде штифта, шпонки или болта (не показаны). Указанные стопорные элементы препятствуют осевому перемещению стабилизирующей головки 4 относительно наковальни 3.

Предпочтительно выполнить приспособление для фиксации стабилизирующей головки 4 на центрирующем стержне 6 наковальни 3 в виде гайки 10 и расположенного на свободном конце центрирующего стержня 6 наковальни 3 резьбового участка 11. При этом гайка 10 установлена на центрирующем стержне 6 с возможностью взаимодействия с передним торцом стабилизирующей головки 4.

Гайка 10 может быть выполнена с фигурной наружной боковой поверхностью, которая образует кольцевую ступень стабилизирующей головки 4 с минимальным наружным диаметром, т.е. при данном варианте конструктивного выполнения устройства для образования скважин в грунте стабилизирующая головка 4 выполнена из двух частей, одной из которых является гайка 10. При этом стабилизирующая головка 4 имеет кольцевые ступени, наружный диаметр которых последовательно увеличивается по направлению к корпусу 1 (фиг.З).

Гайка 10 может быть выполнена с расположенным на ее торце выступом 12 с упорной поверхностью 13 конической формы. Стабилизирующая головка 4 выполнена в этом случае с расположенной на ее переднем торце выемкой для размещения выступа 12 на гайке 10 с опорной поверхностью 14 конической формы. При этом гайка 10 установлена с возможностью взаимодействия своей упорной поверхностью 13с опорной поверхностью 14 выемки на переднем торце стабилизирующей головки 4 (фиг.З).

Предпочтительно выполнение взаимодействующих упорной поверхности 13 гайки 10 и опорной поверхности 14 выемки на переднем торце стабилизирующей головки 4 в виде самотормозящегося клинового соединения, т.е. величина угла наклона образующих опорной поверхности 14 выемки на переднем торце стабилизирующей головки 4 и упорной поверхности 13 на торце гайки 10 к продольной оси устройства меньше величины угла трения.

Устройство для образования скважин в грунте работает следующим образом.

Ударник 2 ударного механизма под действием рабочего агента, например, сжатого воздуха, совершает возвратно-поступательное перемещение во внутренней полости корпуса 1. В корпусе своего движения ударник 2 наносит удар по наковальне 3. Под действием ударной нагрузки стабилизирующая головка 4 и соединенный с ней корпус 1,уплотняя грунт, внедряются в последний и образуют скважину (не показана). При этом сопряжение боковой поверхности каждой ступени стабилизирующей головки 4 с торцевой поверхностью ее смежной ступени по радиусу (R), величина которого удовлетворяет соотношению п/2 R h, где h - расстояние между боковыми поверхностями соответствующих смежных ступеней в плоскости, перпендикулярной к продольной оси стабилизирующей головки 4, и соотношение длины (I) боковой поверхности каждой ступени стабилизирующей головки 4 по продольной оси симметрии последней к длине (h) торцевой поверхности соответствующей ступени стабилизирующей головки

4 по поперечной оси симметрии последней, которое удовлетворяет выражению 2,0 l/h 6,0, обеспечивают перемещение грунта по боковой поверхности стабилизи- рующей головки 4 с минимальными энергетическими потерями.

При встрече устройства с твердыми включениями, размеры которого превышают размеры стабилизирующей головки 4,

кромка одной или нескольких ступеней стабилизирующей головки взаимодействуют с включением. При этом реакция со стороны твердого включения, воздействующая на кромки соответствующей или соответствующих ступеней стабилизирующей головки 4, направлена параллельно продольной оси устройства и обуславливает появление момента силы, разворачивающего устройства, на препятствие, что повышает точность направления проходки.

Формула изобретения 1. Устройство для образования скважин в грунте, включающее корпус, расположенный во внутренней полости корпуса ударный

механизм t наковальней и соединенную с корпусом стабилизирующую головку с кольцевыми ступенями, наружный диаметр которых последовательно увеличивается по направлению к корпусу, отличающееся

тем, что соотношение длины боковой поверхности каждой ступени стабилизирующей головки по продольной оси симметрии последней к длине торцовой поверхности соответствующей ступени стабилизирующей головки по поперечной оси симметрии последней составляет не менее 2,0 и не более 6,0, при этом боковая поверхность каждой ступени стабилизирующей головки сопряжена с боковой поверхностью ее

смежной ступени по радиусу, величина которого менее расстояния между боковыми поверхностями соответствующих смежных ступеней в плоскости, перпендикулярной к продольной оси стабилизирующей головки,

и не менее половины расстояния между боковыми поверхностями соответствующих смежных ступеней в плоскости, перпендикулярной к продольной оси стабилизирующей головки.

оси устройства центрирующим стержнем, при этом стабилизирующая головка выполнена со сквозным осевым каналом для раз- мещения центрирующего стержня наковальни и с расположенной на ее заднем торце выемкой, боковые стенки которой образуют упорную поверхность конической формы, причем стабилизирующая головка установлена с возможностью взаимодействия своей упорной поверхностью с опорной поверхностью-корпуса.

лена на центрирующем стержне наковальни с возможностью взаимодействия с передним торцом стабилизирующей головки.

г 3 f, fe«« и