СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПОДВОДНЫХ ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ СНАРЯДАМИ (ЗЕМЛЕЧЕРПАЛКАМИ, СОСУНАМИ И ПР.), ВРАЩАЮЩИМИСЯ ОКОЛО ЗАБИВАЕМЫХ СВАЙ Советский патент 1928 года по МПК E02F5/02 

Передвижение снарядов для подводных земляных работ (землесосов, землечерпалок, драг и т.п.), как известно, совершается во время их работы тремя способами: 1-ый способ состоит в передвижении снаряда при помощи гребных винтов (землесосы, работающие в жидком иле); 2-ой способ состоит в передвижении снаряда при помощи выбираемых и отпускаемых цепей или канатов, закрепленных за якоря; 3-й способ состоит во вращении снаряда вокруг забитой в корме его сваи при помощи выбирания носовых цепей или канатов, закрепленных к якорям.

Последний способ является самым точным в смысле движения рабочей части снаряда (сосуна, конца черпаковой рамы и т.п.) по заранее назначенной траектории. По этому способу снаряд, как известно, закрепляется сзади одной из имеющихся в его кормовой части двух свай, а спереди - двумя боковыми цепями или канатами. Сваи помещаются в направляющих гнездах, расположенных в корме справа и слева от диаметральной плоскости в некотором расстоянии от нее и могут в них подниматься и опускаться при помощи лебедки. Для срезки грунта снаряд должен вращаться вокруг одной из задних свай, забитой в грунт, передвигая всасывающую трубу или черпаковую раму передними боковыми канатами.

Когда передняя часть снаряда со всасывающей трубой или черпаковой рамой доходит до края разрабатываемой выемки, поднятая до сего времени свая опускается, а другая поднимается и снаряд начинает двигаться в обратном направлении.

Производя исследование работы снарядов на сваях по вышеописанному способу, автор обратил внимание на недостаток его, который становится ясным, если обследовать траекторию движения конца всасывающей трубы землесоса или нижней части черпакового снаряда.

На фиг. 1, 3 и 4 чертежа выявляются недостатки существующих способов; на фиг. 2 и 5 поясняется предлагаемый способ производства подводных земляных работ и на фиг. 6-9 изображены разные формы выполнения предлагаемого устройства.

На фиг. 1 чертежа изображена вышеприведенная, подлежащая обследованию, траектория, представляющая из себя ряд пересекающихся окружностей ab; bc, cd … одного и того же радиуса, описанных из центров О₁, О₂, О₃ … и расположенных в шахматном порядке с двух сторон оси XX поступательного движения снаряда. Длина дуги одного колебания (от одного края выемки до другого) снаряда в дальнейшем будет называться - ходом его; ширина борозды, получаемой на оси разрабатываемой выемки от одного прохода снаряда - шагом его, а конец всасывающей трубы или черпаковой рамы будет называться - приемником грунта или просто приемником.

Снаряды, работающие на сваях, производят эту работу, как известно, двояким образом: 1) без под′ема и опускания приемника при конце и начале хода снаряда и 2) с под′емом и опусканием приемника в те же моменты работы снаряда. В первом случае получаемые от прохода приемника борозды расположатся в плане так, как это изображено штриховкою на фигуре 1 от А до В, а во втором случае, как изображено на той же фигуре, от С до D. Для ясности чертежа на фиг. 1 шаг снаряда взят больше того шага, при котором борозды, производимые приемником, были бы смежны, т.-е. между ними не оставалось бы гряд невыработанного грунта. Из этой фигуры видно, что в первом случае для чистой выработки грунта (без пропусков) приемник снаряда должен проходить через каждую точку вырабатываемой поверхности два раза, иначе - говоря, для получения одной правильной борозды, снаряд должен сделать два хода, и грунт в приемник во время каждого хода будет поступать неравномерно, а прогрессивно увеличиваясь, начиная от нуля, что изображено на фиг. 3, представляющей диаграмму соотношения количества грунта и воды при работе землесоса; в этой диаграмме точки 0, 1, 2, 3 … соответствуют началу и концу каждого хода снаряда; заштрихованные треугольники a, b, с, d... изображают грунт, поступающий во всасывающую трубу, а площадь выше их расположенная до линии WL - воду, заходящуюся в смеси.

На фиг. 1 в части ее CD видно, что во втором случае для выработки одной борозды грунта приемник делает также два хода, при чем грунт в приемник будет поступать в постоянном количестве (; c₁d_1...), но только с пропусками через один ход при опущенном приемнике; при поднятом же приемнике грунт поступать совсем не будет (b₁с₁; d₁e₁...), так как приемник проходит выше него.

Диаграмма соотношения количества грунта и воды при работе землесоса по этому второму способу изображена на фиг.4, при чем обозначения в ней приняты те же, что и на фиг.3. Из этих диаграмм видно, что снаряды, работающие вышеозначенными способами, около половины своей работы тратят непроизводительно, так как механизмы их рассчитаны на максимальную нагрузку, которая непостоянна и в первом случае имеет максимум лишь при конце каждого хода, а во втором случае за постоянной максимальной нагрузкой в продолжение целого хода следует холостой ход. Из вышеизложенного видно, что существующий способ производства подводных земляных работ снарядов, работающих на сваях, имеет следующие два существенных недостатка: 1) неравномерное поступление грунта в приемник и 2) двухкратное прохождение приемника грунта через каждую точку разрабатываемой площади.

Предлагаемый способ имеет целью устранить эти недостатки и тем самым увеличить коэффициент полезного действия снарядов.

Предлагаемый способ состоит в движении снаряда приемника грунта по траектории (фиг. 2), которая образована из ряда дуг (ab; cd …) окружностей, центры которых расположены по оси поступательного движения снаряда во взаимном расстоянии равном шагу снаряда, и соединенных между собою переходными частями (bc; de …), направленными параллельно оси движения снаряда и расположенными то с правой, то с левой стороны разрабатываемой выемки. При работе снаряда по такой траектории грунт будет всегда поступать равномерно, т.-е. в одном и том же количестве, наиболее выгодном для каждого данного снаряда правильно спроектированного; приемник его грунта будет проходить только один раз по каждой точке разрабатываемой поверхности, а число забиваемых свай уменьшится в два раза при одном и том же шаге снаряда, что можно усмотреть из фиг. 1 и 2, сравнивая их траектории и геометрический способ их построения.

На фиг. 5 изображена диаграмма землесоса, работающего предлагаемым способом. Буквы и цыфры на этой диаграмме имеют те же значения, что и на диаграмме фиг. 3 и 4.

Таким образом, предлагаемый способ полностью использует мощность главной машины, благодаря равномерному поступлению грунта и в максимальном его количестве, на которое рассчитана эта машина.

При работе с предлагаемым устройством свай в черпаковых снарядах увеличение производительности произойдет от правильного (всегда полного) заполнения черпаков грунтом.

На работе вспомогательных механизмов, служащих для под′ема свай и вращения самого снаряда, получится также большая экономия, так как число поднятия свай и вращения снаряда уменьшено в два раза.

Предлагаемый способ производства работ может быть осуществлен устройством подвижных опор (гнезд) для необходимых и в этом способе двух свай.

Фиг. 6 изображает продольный разрез, а фиг. 8 - план кормы снаряда, в которой сделан сквозной колодец А секторообразной формы (в изображенном случае с углом в 180°, но он может быть и больше и меньше этого угла) и в центре которого OO, на шарнире прикреплена ферма nom, имеющая два гнезда а и b для двух свай, могущих в них подниматься и опускаться. Ферма может быть консольной формы, или же иметь катки, опирающиеся на круглое ребро колодца. Ферма имеет стопора или тормоза, при помощи которых она может соединяться с корпусом в неизменяемую систему.

Положение I (фиг. 8) изображает момент, когда снаряд после вращения справа налево пришел в крайнее свое положение, вращаясь вокруг опущенной сваи гнезда b, при чем свая гнезда а поднята, а стопор заперт.

Для дальнейшей работы снаряда, необходимо сваю гнезда а, пришедшую на ось ХХ забить в грунт, сваю гнезда b поднять, а стопор разобщить; после этого снаряд переводят при помощи канатов или вращении фермы в положение II; благодаря этому ферма вращается вокруг оси своего шарнира O так, что поднятая свая гнезда b придет в b₁, а шарнир O в O₁. Нос снаряда при этом может быть переведен с конца одной дуги траектории на начало другой по любой линии, так так снаряд с подвижной фермой представляет из себя механизм шатуна (корпус) с кривошипом (ферма). После этого стопор закрепляется и снаряд начинает вращаться слева направо вокруг забитой сваи гнезда а и приходит в положение III, при котором свая b₁ перешла в положение b₂, а шарнир O₁ в O₂. Для дальнейшей работы необходимо сваю b₂, пришедшую на ось XX, опустить, сваю а поднять и перевести снаряд точно так же, как это было сделано при переходе снаряда из положения I в положение II. Из чертежа видно, что сван, вокруг которых вращается снаряд, расположены всегда по оси его поступательного движения.

Ферма может находиться и за кормой снаряда, но расположение в колодце предохраняет ее от случайных повреждений. Ферму возможно сделать с передвижными в ней гнездами для свай, благодаря чему будет меняться и угол сектора и расстояние гнезд от оси вращения его.

Ферма nom может быть заменена поворотным кругом или цилиндром (угол между гранями фермы = 360°) (фиг. 7); в последнем случае и секторообразный колодец должен иметь форму цилиндра. У поворотного круга или цилиндра ось вращения может быть материальная или геометрическая.

Как в фермах, так и в поворотных кругах и цилиндрах гнезд для свай может быть сделано и более двух, дабы иметь возможность у одного и того же снаряда иметь различный шаг и работать при различных углах поворота снаряда.

На фиг. 7 изображен в плане поворотный цилиндр, при чем действие его будет такое же, как и сектора на фиг. 6 и 8, при чем одноименные части обозначены одними и теми же буквами.

На фиг. 9 изображена в плане корма снаряда, в которой сделан узкий, изогнутый в виде угла АВ, колодец; через этот колодец вставлены две сваи а и b, из которых каждая может передвигаться в горизонтальном направлении от угла колодца, одна до одного, а другая до другого конца его, и возвращаться обратно к углу. В углу колодца и в конце его сваи могут быть закреплены, но закрепление это не должно мешать вертикальному движению их, т.-е. забиванию и выдергиванию. Положение снаряда I (фиг. 9) есть крайнее его положение, когда он пришел в него после вращения справа налево вокруг сваи b при поднятой свае а. Для дальнейшей работы свая а опускается, а свая b поднимается и переносится в b₁, после чего снаряд передвигается в положение II, параллельное его диаметральной оси так, что свая b переходит в a, где она закрепляется, и снаряд начинает вращаться вокруг нее слева направо, переходя из положения II в положение III, при чем свая из b₂ переходит в b₃ и там опускается, а находящаяся в а поднимается и переносится в а₁; затем снаряд снова передвигается параллельно своей оси, как при переходе из положения I в положение II.

В дальнейшем вся операция повторяется в таком же порядке и, как видно из чертежа, сваи, вокруг которых снаряд вращается, все время находятся, на оси поступательного движения снаряда.

Колодец в виде угла АВ может иметь и другую форму, а также может быть заменен наружной соответствующей конструкцией, прикрепленной сзади кормы, но устройство колодца защищает весь механизм от случайных ударов и повреждений.

1. Способ производства подводных земляных работ снарядами, вращающимися около забиваемых свай, характеризующийся тем, что исполнительный орган снаряда (сосун, черпаки и т.п.) совершает однородную, непрерывную работу по выемке грунта при своем непрерывном колебательном, поступательном передвижении, описывая траекторию, состоящую из ряда приблизительно параллельных дуг (ab, cd … фиг. 2), центры которых расположены по оси XX, общего направления движения снаряда, на расстояниях равных шагу снаряда, соединенных в конечных пунктах линиями (bc, de...), параллельными указанной оси XX и по которым снаряд переходит с одной дуги на другую в крайних пунктах своих боковых положений, по совершении поворота около забиваемых по направлению оси XX свай.

2. Форма выполнения устройства при способе по п. 1, характеризующаяся применением в корме землечерпательных машин секторообразного колодца A (фиг. 6 и 8), снабженного поворотною на оси O в центре дуги колодца фермою nom, несушею два гнезда а и b для рабочих свай прибора, расположенных по радиусам преимущественно под углом в 90° одного к другому и закрепляемою соответственно жестко при помощи тормоза или иным путем с корпусом землечерпалки при работе той или другой сваей.

3. Форма выполнения устройства по п. 2, отличающаяся тем, что вместо секторного колодца устроен круговой с любым числом гнезд для свай, расположенных по дугам любых радиусов, а ферма nom заменена барабаном A, вращающимся на оси O или на роликах по краям колодца и закрепляемых поочередно, с работой каждой сваи, жестко с корпусом землечерпательной машины (фиг. 7).

4. Форма выполнения устройства по п.п. 2 и 3, отличающаяся тем, что вместо поворотных органов с гнездами для свай в секторном или круговом колодце в корме землечерпательной машины устроен колодец со сторонами А и B в виде угольника с вершиною b, по которым оба гнезда свай а и b₁ могут быть перемещаемы по желанию и вершина колодца может придвигаться к гнезду забитой сваи при помощи обычных якорных устройств с тем, чтобы по закреплении гнезда со снарядом, свая служила бы осью вращения всей землечерпалки во время хода вправо и влево машины (фиг. 9).

5. Форма выполнения устройств по п.п. 2, 3, 4, отличающаяся тем, что любая из раньше перечисленных форм устройства выполнена независимо от землечерпательной машины и скрепляется с корпусом машины за кормой снаряда (землечерпалки, сосуна и т.п.).