Устройство для образования скважин Советский патент 1980 года по МПК E21B7/30 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ Изобретение относится к строительству и может быть использовано для образования котлованов и скважий без выемки грунта при устройстве оснований и фундаментов зданий и сооружений. Известно устройство, содержащее головку ударного молотка с внутренней пустотелой цилиндрической камерой, в которой находится масса подвижного инертного материала (обычно свинцовая или стальная дробь), которая может передвигаться внутри камары l. Недостатки известного устройства. состоят в ,том, что невозможно регулировать параметры ударного импульса, Так как рабочая камера молотка имеет постоянньй объем. Шары внутри камеры в момент ее движения на пути к преграде в зависимости от приложенного усилий . могут занимать различное промежуточное положение - покоиться неподвижно на дни ще при мальгх ускорениях, занимать среднее или верхнее крайнее положение йри больших ускорениях, прижиматься к СКВАЖИН любой стороне стенки корпуса при криволинейном движении. Высота зависания шаров внутри камеры над поверхностью днища не регулируется., Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство, содержащее направляющий корпус о днищеми крышкой и установленые с возможностью перемещения по направляющим два бойка, соединенные между собой гибкой связью 2j . Подьекетый механизм поднимает сначала второй боек, более тяжелый, затем первый, более легкий. При свободном падений происходит мгновенно друг за другом два удара сначала первого бойка, затем более тяжелого второго с некоторым разрывом во времени. Недостаток известного устройства Заключается в том, что общий сформио рованный удар носит скачкообразный характер по количеству ударньк бойков. Плавного характера, приближающегося к статическому приложению нагрузки. 3 достичь невозможно . Простое увеличение количества бойков ведет к конструктивному усложнению устройства. Кроме того невозможно изменить в данных устройствах скорость приложения динамической нагрузки и ее величину. Цель изобретения - повышение эффективности использования энергии удара. Это достигается тем, что в предлах ае мой конструкции, бойки расположены дру над другом с возможностью взаимодействия, при этом верхний боек вьтолнен в виде цилиндрических дисков, а нижний в виде полого корпуса, часть которого запопяена подвижной сьтучей массой и имеет подвижную перегородку-ограничитель для регулирования положения сыпучей массй, причем крышка направляющего корпуса снабжена шарнирно-закрепленньп 1И захватами, взаимодействующими с корпусом нижнего бойка во время подъем Подвижная перегородка-ограничитель выполнена в виде тарельчатого диска со сферической поверхностью, расположенной Выгнутой поверхностью в сторону нижнего основания бойка, и снабжена регулировочным винтом, головка которого установлена в центре верхнего основания корпуса нижнего бойка с возможностью осевого перемещения вдоль корпуса. Наличие подвижной перегородки внутри корпуса и регулировочного винта позволяет легко изменять объем поЛости над шарами, регулировать положение шаров в пространстве полого корпуса и таким образом регулировать и задавать временный параметр в процессе удара. , Наличие сферической поверхности в перегородке со стороны соприкосновения шаров приводит к усилению действия удара шаров по днищу корпуса, позволяет формировать дискретную ударную массу в виде геометрического тела определенньсс размеров оптимальной, заданной формы, а не в виде беспорядочного роя шаров в замкнутом пространстве. - - снование нижнего диска верхнего бойка и верхнее основание корпуса нижнего бойка, снабжено ударниками полусфер закрепленных неподвижно на каждом основании и расположенных друг против Друга парно с возможностью взаимодействия - между собой при ударе и свобод ном падении. Масса верхнего бойка мсм/ жет меняться путем увеличения или умен шения количества средних дисков. 384 Для лучшего рассеивания (дисперсизации) шаров в рабочей полости, для уменьшения трения между внутренними стенками и шарами, в целях исключения заклинивания и образования арочного эффекта в момент удара верхнего бойка о корпус рабочего, органа, а также для лучшей кумуляции энергии падающих шаров передачи ее через корпус днищу в момент удара корпуса грунтовую преграду, внутренняя полость корпуса вьтолнена в виде усеченного конуса или усеченной пирамиды, малое основание которой является днищем. На фиг. 1 дано предлагаемое устройство для образования скважин; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1 (направляющий корпус с клинчатъхми охватывающими направляющими прямолинейного движения); на фиг. 3 - устройство в неподвижном состоянии (в статике ) вертикальный разрез; на фиг. 4 - устройство, подготовленное к сбрасьгеаншо, вертикальный разрез; на фиг. 5 - разрез Б-Б на фиг. 4; на фиг. 6 - захвато-разъем, аксонометрия; на фиг. 7 - устройство в момент удара верхнего бойка о корпус и его разъема, вертикальный разрез; на фиг. 8 -.устройство перед началом на- несения удара о грунт; на фиг. 9 - разрез В-В на фиг. 4; на фиг. 10 - разрез Г-Г на фиг. 7; на фиг. 11 - узел Т на фиг. 10 разрез клинчатъсх направляющих корпуса, корпуса и подвижной перегородки в уве- личенном виде). Устройство для образования скважины включает нижний боек 1 в виде полого корпуса , подвижную сьтучую массу в виде Металлических шаров 2, которыми заполнена часть объема полого корпуса бойка 1, верхний боек 3 в виде цилиндрических дисков, подвижную перегородку - ограничитель 4, направляющий корпус 5 в виде перфорированной трубы, шарнирносоединеннъй со стрелой базовой машины 6, клинчатые направляющие прямолинейного движения 7, расположенные внутри направляющего корпуса 5, захваты 8, каждъй из которых выполнен в виде металлического бруса (фиг.6), нижняя часть которого снабжена зубом-аахватом 9, верхняя-отверстием 10 для шарнирного крепления кръпики направляющего корпуса 5 посредством пальца Ни кронштейнов 12, средняя часть снабжена щекой-разъемом 13 с элипсоидной поверхностью; гибкие связи 14 в виде равных отрезков каната из

гибкого прочного материала, например капрона, которые одним концом закреплены неподвижно, например узлом к верхнему основанию нижнего бойка 1, а вторым концом закреплены неподвижно к нижнему основанию верхнего бойка 3 с возможностью ограниченного изменения длины путем перезавязки. Подвижная перегородка-ограничитель 4 вьтолнена в виде тарельчатого диска со сфе- рической поверхностью и снабжена резьбовым отверстием в центре и регулировочным винтом 15, образующим кинематическую пару, причем головка винта 15 установлена в центре верхнего основания полого корпуса нижнего бойка 1 и закреплена посредством заплечиков с возможностью совершать только поворот вокруг собственной продольной оси, а перегородка 4установлена в полост

полого корпуса нижнего бойка 1 перпендикулярно к его продольной оси с возможностью совершать плоско-параллельное перемещение по йаправляпющим 16, размещенным на внутренних боковых

стенках корпуса посредством винта 15. Основание нижнего диска верхнего бойка 3 и верхнее основание корпуса нижнего бойка 1 снабжены ударниками в виде полусфер 17. Ударники закреплены неподвижно на каждом основании и расположены попарно друг против друга с возможностью взаимодействия между собой при ударе.

Внутренняя полость полого корпуса

нижнего бойка 1 вьтолнена в виде усеченного конуса или усеченной пирамиды, малое основание которой в рабочем положении является днищем, обращенным большим основанием к верхнему бойку. Направляющий корпус 5 для фиксации своего положения в нижней части снабжен ограничительным воротником 18.

Для загрузки шаров 2 полый корпус нижнего бойка 1 снабжен люком Д9. Для захвата 9.верхняя часть полого корпуса нижнего бойка 1 снабжена гнездом с выступом 2О, образованным верхним большим основанием корпуса,

нижнего бойка.

Верхний боек 3 крепят к грузоподъемному механизму базовой машины 6 посредством, троса 21.

Устройство для образования скважин монтируется на базовую машину с грузоподъемным механизмом и стрелой (фир. 1).

Работает устройство следующим образом.

До начала работы устройства корпус нижнего бойка 1 загружают через люк 19 шарами 2, общая масса которых заранее определена. Посредствомрегулировочного винта 15 устанавливают подвижную

перегородку 4 в определенное положение.

На спланированной строительной площадке, на месте будущего котлована и фундамента устанавливают направляющий корпус 5, которъй опускают до упора ограничительного воротника 18 о грун (фиг. 1,3). Затем с помощью грузоподъемного механизма базовой машины 6 начинают подъем нижнего бойка 1 на определенную высоту. Подъем нижнего бойка 1 и верхнего бойка 3 происходит внутри Направляющего корпуса 5 по охватъшае- мым ,клинчатъ1М направляющим прямолинейного движения 7. Сначала поднимается верхний боек 3 на высоту, равную Длине гибких связей 14, затем посредством гибких связей 14 поднимают совместно верхний боек 3 и нижний. боек 1 с подвижной сътучей массой в виде шаров 2 внутри. Верхний боек 3 Доходит до зуба 9 и благодаря скосу на зубе 9 отклоняет захват 8 в сторону и беспрепятственно проходит вверх (фиг. 5). Точно так же проходит через зуб-захват 9 выступ 20 верхнего основания корпуса нижнего бойка 1, Как только выступ 2О верхнего основания нинего бойка 1 прошел через зуб-захват 9 подъем системы прекращают и начинают медленно опускать систему (.корпус нижнего бойка + масса шаров верхний боек) таким образом, чтобы выступ 2О верхнего основания корпуса нижнего бойка 1 вошел в зацепление с зубомзахватом 9 (фиг. 5) . Далее опускание верхнего бойка 3 прекращают.

Производят сбрасътание верхнего бойка 3 путем отсоединения его от подъемного троса 21 известным способо например, путем растормаживания барабана лебедки грузоподъемного механизма, при этом верхний боек 3 совершает свободное падение совместно с тросом 21. Совершая свободное падение на участке длины гибких связей l4 верхний боек 3 при приближении к сферическим ударникам 17 взаимодействует с элипсоидаой поверхностью щек-разъемов 13 и разжимает их в стороны, одновременно с этим сювобождается от зуба-захвата 9 корпус

нижнего бойка 1 (фиг. 7)-, Затем мгновенно следует удар верхнего бойка 3 по начинающему движению корпуса нижнего бойка 1. Удар передается посредством взаимодействия ударников 17. Нижний.боек 1 получает таким образом

дополнительно импульс силы (количество движения), что вызывает его движение с начальной скоростью, значительно большей, чем скорость инертной массы шаров 2 внутри, которая приблизительно в это. время равна нулю.

В силу законов инерции масса шаров 2 смещается внутри корпуса нижнего бойка и занимает при дальнейшем собместном движении всей системы определенную форму и положение. Положение и форма тела летящей дискретной ударной массы в .виде шаров 2 определяется сверху и снизу формой перегородки-ограничителя 4, а с боков ограничивается формой внутренних стенок корпуса нижнего бойка 1 и представляет собой летящее тело в форме усеченного конуса со сферическим верхним большим основанием по форме перегородки-ограничителя 4 и нижним меньшим основанием, тоже сферическим с несколько нарушенной геометрией (фиг. 8).

Перемещение шаров 2 внутри корпуса ни жнего бойка 1 задается при подготовке нижнего 1 бойка к работе и может меняться в процессе работы в промежутках между залогами ударов, путем перемещения перегородки-ограничителя 4 по направляющим 16 внутри корпугл 1 посредством вращения регулировочного винта 15.

При дальнейшем свободном падении системы на грунт Происходит явление

удара. В первую очередь производит удар нижнего бойка 1 и с ним совместно передается на грунт энергии удара верхнего бойка 3. За ударом этих тел мгновенно сразу слейует удар с нарастающей энергией массы летящих шаров 2 Грунтовая среда, являясь объектом сжатия, подвергается таким образом удару с нарастающей энергией, отдаваемой каждым летящим шаром в определеннбё время.. .

Временная последовательность ударов шаров 2, задаваёмая й регулЙруёмая перегородкой-ограничителем 4, растягивает воздействие ударной волны на грунт во времени и обеспечивает более эффективное продвижение устройства в грунтовой среде, при этом процессе проис8

ходят большие необратимые деформации грунта. При нанесении серии ударов в одно и о же время образуется котлован заданной формы и глубины.

Динамическое сжатие грунтовой среды устройства по своему характеру близко к сжатию статическимиметодами, но по абсолютной величине значительно больше и соответствует давлениям, на которые способна ударная волна, причем своими параметрами, характеризующими ударньй импульс (величина и скорость изменения напряженного состояния грунта,время, в течение которого грунт находится в напряженном состоянии и др.) отличается от удара аналогичными устройствами. Кроме того, дополнительная ударная Масса .после нанесения удара по грунту через корпус рабочего ор- гйна создает предварительную статическую нагрузку; на грунт (держит грунтовый массив в напряженном состоянии) и этим создает благоприятные условия для последующего эффективного удара массы шаров, и, работая после первого удара по грунту в противофазе относительно корпуса нижнего бойка, препятствует ег отскоку, повышает таким образом эффективность заглубления рабочего органа, a

Наличие подвижной перегородки-огра- ничителя с регулировочным винтом, дополнительной ударной массы и гибких связей, соединяющих корпус нижнего бойка и верхний боек в устройстве, позволяет более эффективно использовать энергию удара путем регулирования времени воздействия ударного импульса.

По данным испытаний опытного образца производительность проходки скважины или котлована настоящим устройством повышается на 20-ЗО%.

Формула изобретения

1. Устройство для образования скважин, включающее направляющий корпус с днищем и крышкой и установленные с возможностью перемещения по направляющим, два бойка, соединенные между собой гибкой связью, отличающееся тем, что, с целью повышения эффекти вности использования энергии удара, бойки расположены друг над другом с возможностью взаимо.действия, при этом верхний боек вьтолнен в виде цилиндрических дисков, а нижн боек в виде полого корпуса, часть кото рого заполнена подвижной сьгаучей массой и имеет подвижную перегородкуограничитель для регулирования положения сьтучей массы, причем крышка направляющего корпуса снабжена шарнирнозакрепленными захватами, взаимодействующими с корпусом нижнего бойка во время- подъема. . /е T:s r:ep/;o;iioU: - рГ-,Гр ьГрГположенной выгнутой верхней поверхностью в сторону нижнего основания j ....ч44. VJ .finn бойка, при этом она имеет расположен38ный по центру регулировочньА винт, головка которого закреплена на верхнем основании корпуса нижнего бойка, и установлена с возможностью осевого перемещения вдоль корпуса, 3. Устройство по п. 1, о т л и ч а юЩ е е с я тем, что корпус нижнего бойка вьтолнен в виде усеченного конуса, обращенного большим основанием - --- 3343576. кл, 145-35, опублик. 1967. 2. Патент США Ng 37ООО4б, кл. 173-103, опублюс. 1972 (прототип).

L

21

sL

.if

Фиг.

6-6

Фи2 5

12

V.7

i8

N V

VAN

Фа2.8

-e

f7

f

W.5

Фиг. 10