Виброгрейфер Советский патент 1982 года по МПК E21B7/24 

(54) ВИБРОГРЕЙФЕР

Изобретение относится к строитель ным работам и может быть использовано при проходке скважин, при извлечении грунта из свай-оболочек и труб. при их бестраншейной прокладке, а также для разработки сложньлх в плане выработок и при устройстве подземных сооружений методом стена в грунте .

Известен виброгрейфер, включаиощий дебалансный вибрационный механизм и грунтозаборник, позволяющие осуществлять проходку в грунте выработок различного строительного назначения 1 .

Недостатком конструктивной схемы является то,обстоятельство, что при уменьшении поперечных размеров корпуса вибрационного механизма резко уменьшается возможность размещения дебалансов с необходи лым значением статического момента массы. Это ведет к понижению погружающей способности, а следовательно и производительности механизма.

Известен также виброгрейфер, включающий корпус вибратора, дебалансные валы которого кинематически связаны между собой посредством шестерен, кулачковый механизм перевода, боек

грунтоэаборник с наковальней и пружины 2 j .

Недостатком этого устройства является то, что расположение дебалансных масс на периферийных концах валов ограничивает возможность создания виброгрейфера малого диаметра с необходимым значением статического момента масс дебалансов. Кроме того,

10 наличие симметричной синусоидальной вынуждающей силы затрудняет получение устойчивых режимов движения ударной массы на начальной стадии погружения, когда грунтозаборник

15 еще не защемлен в грунте. Это обстоятельство сужает возможный Диапазон применения виброгрейфера подобной конструкции, так как при разработке плотных глинистых грунтов

20 практически становится невозможным начальное заглубление грунтозаборника.

Цель изобретения - повьаиение производительност за счет использования 25 реверсивной, асимметричной ударной нагрузки.

Поставленная цель достигается тем, что в известном виброгрейфере, включающем корпус с размещенным в Hej 30 вибрационном механизме, содержащим

.небалансы, валы KOTOfxJX кинематически связаны между собой посредством шестерен , кулачковый механизм перевода, боек ,грунтозаборник с наковальней и пружины, вибрационный механизм выполнен в виде двухчастотных вибраторов с соотношением частот 1:2, при этом кулачковый механизм установлен между дебалансными валами низкой частоты с возможностью взаимного поворота дебалансных валов низкой частоты и их ведущих шестерен на 90 , причем виброгрейфер снабжен дополнительным бойком и наковальней,установленными в верхней части корпуса.

При этом каждый кулачковый механизм выполнен Б виде пальца, закреп ленного в шестеоне дебалансного вала низкой частоты, выполненного с выступом причем палец установлен с возмолшостью взаимодействия с выступом дебаланса при реверсировании с его торцовой поверхностью.

На фиг. 1 представлен виброгрейфер, общий вид; на фиг. 2 - поперечный разрез Л-А на фиг„ 1; на фиг. 3кинематическая схема вибрационного механизма; на фиг. 4 - механизм перевода; на фиг, 5 и 6 - графики амплитудтл вынуждающей силы (Р) в зави симости от угла поворота дебалансов (c.t)t) .

Вкброгрейфер ,{фиг. 1) состоит из специального вибрационного MexawHSNJa 1, ударной ирисГтавки 2, жестко связанной с грунтозаборником 3 и амортизирующей подвески. Вибрационный механизм расположен в корпусе 4 (фиг.2 имеющем бойки 5 и б, и его привод осуществляется от электродвиг ателя 7 Внутри корпуса 4 расположен дeбaJ1aнсный вибрационный механизм {фиг. 3), который состоит из взаимосвязанных между собой высокочастотного и низкочастотного вибраторов направленных колебаний, с соотношением частот, равныгл двум. Высокочастотный вибратор выполнен одноосным и получает вращение от электродвигателя посредством конической шестерни 8. С ней связаны шестерни 9 и .10, Причем шестерня 9 поссшека на вал неподвижно и служит для привода во вращение дёбалансов 11 и 12. Шестерня 10 посажена на вал свободно, на подшипниках и выполнена совме-;стно с втулкой, на которую посажены дебалансы 13 и 14, а также шестерня 15 привода вибратора низкой частоты.

(Низкочастотный вибратор выполнен тЁ(,ехвапьньгм Вращение дебалансом передается через промежуточную шестерню 19 посредством кулачко вых механизмов перевода, выполненнык в виде пальцев 20, жестко закрепленных в каждой из, шестерен 21-23, и взаимодействующих с выступами 24 (фиг. 4) де,баяансов 16-18. Шестерни ,21-23 посажены на валах свободно.

что дает возможность при изменении направления их вращения осуществлять разворот дебалансов высокочастотного вибратора относительно дебалансов низкочастотного вибратора. Выступы 24 позволяю т шестерням развернуться на 90 , при этом дебалансы высокочастотного вибратора успевают %азвернуться на 180°, зажимая верхнее положение, а дебалансы низкочастотного вибратора остаются в нижнем положении, Взаимный разворот дебалансов высокочастотного вибратора относительно низкочастотного осуществляет изменение направления максимального значения амплитудам возмущаннцей силы (фиг. 5 и б).

Ударная приставка 2 (фиг. 2) выполнена в виде полого трубчатого элемента, внутри которого расположен вибрационный механизм и снабжена нижней 25 и верхней 26 (фиг. 1) наковальнями. В верхней части корпуса вибрационного механизма закреплен направляющий стержень 27, проходящий через отверстие в наковальне 26, на которой посажена пружина 28. К нижней части ударной приставки жестко эакрегшен грунтозаборник 3.

Амортизирующая подвеска состоит из дуги 29, параллельные стержни которой пропущены через отверстие в верхней крышке 30 .ударной приставки и объединены плитой 31, Между Го1итой 31 и крышкой 30 установлены пружины 32, регулировка предварительного натяжения которых осуществляется гайками 33.

Устройство работает следующим образом.

При погружении грунтозаборника 3 а грунт дуга 29 амортизирующей подвески отпущена и находится в положении, представленном на фиг. 1. При этом боек 5 прижимается к наковальне 25 под действием силы тяжести вибрационного механизма и упругой силы системы пружин 28 и 32. Во время погружения вибрационный механизм генерирует вынуждающую силу, изменяющуюся по закону (фиг. 5)

Р РО (cosu)t - а cosuJt) ,

амплитуда вынуждающей силы;

РО гдеU) - круговая частота вращения дебаланса низкочастотного вибратора; t - время;

а - коэффициент пропорциональности, который можно задавать равным 0,5 или 1,0. При движений вибрационного механизма под действием .вынуждающей силы (фиг. 5) происходит отрыв и последующее у,царное взаимодействие 5 с наковальней 26. Под действием периодических ударных импульсов трубчатый грунтозаборник 3 погружается, а его полость заполняется грунтом.

По окончании погружения электродвигатель 7 выключается и производит-, ся извлечение виброгрейфера из скважины. При этом дуга 29 перемещается вверх, сжимая пружины 32 и между вибрационным механизмом и плитой 31 образуется зазор. Под действием пружины 28, предварительно сжатой на величину силы несколько большей массы вибрационного механизма, он поднимается до соприкосновения бойка б с наковальней 26. В таком положении виброгрейфер извлекается из скважины и доставляется к месту разгрузки.

При реверсировании электродвигателя ,7 шестерни 21-23 поворачиваются на 90° до соприкосновения пальцев 20 с торцами дебалансов 16-18 низкочастотного вибратора. При работе вибрационного механизма с вращением дебалансов в описанном направлении генерируется возмущакядая сила по закону (фиг. 6)

Р РО (cos u)t + а cos 2u)t).

В этом случае удары наносятся бойком б по наковальне 26, что способствует более эффективной разгрузке грунта из грунтозаборника 3.

Возможность получения ударных импульсов с симметричной вынуждающей с лой., максимум которой направлен в сторону погружения при заполнении грунтозаборника грунтом, позволяет увеличить погружающую способность виброгрейфера и тем самым повысить производительность работ при проходке скважин. Возможность же реверсирования направления ударных импульсов и максимума возмущающей силы позволяет, в случае необходилюсти, уменьшить усилие извлечения виброгрейфера и успешно осуществлять разгрузку грунта, что особенно важно для грунтозаборников относительно небольших размеров в плане. Одновременно, при подобном исполнении вибрационного механизма, уменьшается реакция пружин 32, что дает возможность реализовать устойчивый ударный режим при относительно легком грунтозаборнике без его предварительного защемления по боковой поверхности, что особенно важно на начальной стадии погружения при разработке плотных грунтов.

изобретения

o

5 кулачковый механизм перевода, боек, грунтозаборник с наковальней и пружины, отли чающийся тем, что, с целью повьваения производительности, вибрационный механизм выполнен в виде двухступенчатых вибрато0ров fc соотношением частот 1:2 причем кулачковый механизм установлен между дебалансными валами низкой часто- , ты с возможностью взаимного поворота дебалансных валов низкой частоты и

5

их ведущих шестерен на 90 , при этом виброгрейфер снабжен дополнительным бойком и наковальней, установленными в верхней части корпуса.

5 палец установлен с возможностью взаимодействия с выступом дебалансов при реверсировании с его торцовой поверхностью.

0

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2,Авторское свидетельство СССР ; 242048, кл. Е 02 D 13/08, 1964

5

(прототип).

33

А-А

Фиг.г