Устройство для образования скважин в грунте
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.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)5 Е 02 F 5/16, 5/18
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) м. сй|ПВ8НМ ! iNiL H Д !
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ (21) 5007760/03 (22) 19.11.91 (46) 30,08,93. БюлЛ№ 32 (76) П.В.Добросельский (56) Патент СССР ¹ 698538, кл. Е 02 F 5/18, 1975, Каталог фирмы "Grundoram", ФРГ, Информационный бюллетень ¹ 29, 1988, фиг.6. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ
СКВАЖИН В ГРУНТЕ (57) Сущность изобретения: устройство для образования скважин в грунте содержит корпус, ударный механизм с наковальней и стабилизирующую головку. Стабилизирующая головка выполнена с кольцевымиступеИзобретение 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 внед„„Я2„„1838516АЗ нями, 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. рению 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 ста1838516 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, величина которого меньше расстояния между боковыми поверхностями соответствующих смежных ступеней в плоскости, перпендикулярной к продольной оси стабилизирующей головки, 10 и не менее половины расстояния между боковыми поверхностями соответствующих смежных ступеней в плоскости, перпендикулярной к продольной оси стабилизирующей головки. 15
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 20 расположенной на его переднем торце опорной поверхностью конической формы, а наковальня выполнена с размещенным по продольной оси устройства центрирующим стержнем, при этом стабилизирующая голо- 26 вка выполнена со сквозным осевым каналом для размещения центрирующего стержня наковальни и с расположенной на ее заднем торце выемкой, боковые стенки которой образуют упорную поверхность ко- З0 нической формы, причем стабилизирующая головка установлена с возможностью взаимодействия своей упорной поверхности с опорной поверхностью корпуса.
Кроме того, эем, что угол наклона обра- 5 зующих опорной поверхности корпуса и упорной поверхности выемки в стабилизирующей головке к продольной оси устройства меньше угла трения, Кроме того, тем, что оно имеет приспо- 40 собление для фиксации стабилизирующей головки на центрирующем стержне наковальни, Кроме того, тем, что приспособление для фиксации стабилизирующей головки на 45 центрирующем стержне наковальни выполнено в виде гайки и расположенного на свободном конце центрирующего стержня наковальни резьбового участка, при этом гайка установлена на центрирующем стерж- 50 не наковальни с возможностью взаимодействия с передним торцом стабилизирующей головки.
Кроме того, тем, что гайка выполнена с фигурной наружной боковой поверхностью, 55 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 соответствующей 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, при котором боковая поверхность каждой ступени стабилизирующей головки сопряжена с торцевой поверхностью ее смежной ступени по радиусу, величина которого менее ее 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, т.е„как показали результаты проведенных опытов, первый и второй диапазоны вышеприведенных интервалов значений неразрывно 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, Теоретически указанные диапазоны значений можно объяснить следующим образом.
При значениях соотношения длины боковой поверхности каждой ступени стабилизирующей головки по продольной оси симметрии последней к длине торцевой поверхности соответствующей ступени стабилизирующей головки по поперечной оси симметрии последней меньших 2,0 происходит процесс заполнения грунтом плоскости между боковой и торцевой поверхностями соответствующих ступеней стабилизирующей . головки и сглаживания ступенеи, т.е. ступенчатая голоФ вка трансформируется в коническую головку из уплотненного грунта. Указанное обстоятельство приводит к процессу трения грунта о грунт и, следовательно, к увеличению энергоемкости проходки. При значениях соотношения указанных параметров более
6,0 происходит снижение точности проходки, поскольку стабилизирующая голо1838516 вка 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
: указанных пределах позволяет обеспечить вынос скопившегося грунта из полости меж ду боковой и торцевой поверхностями соответствующих 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 стабилизирующей головкой, размещенной на центрирующем стержне наковальни; на фиг.3 — 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 ударный механизм, например пневматический ударный механизм с установленным с воэможностью осевого перемещения во внутренней полости корпуса 1 ударником 2 и с наковальней 3. С корпусом 1 соединена стабилизирующая головка 4 с кольцевыми ступенями. наружный диаметр которых последовательно увеличивается по направлению к корпусу 1. Отношение длины 0) 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 составляет не менее2,0инеболее6,0,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 боковыми поверхностями соответствующих смежных ступеней в плоскости, перпендикулярной к продольной оси стабилизирующей головки 4, т,е.
h/2 < R 15 а стабилизирующую головку 4 выполнить со сквозным осевым каналом 6 для размещения центрирующего стержня 6 наковальни 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, 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 стабилизирующей 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, шпанки 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 аиде гайки 10 и расположенного на свободном конце центрирующего стержня 6 наковальни 3 реэьбового участка t1. При этом гайка 10 установлена на центрирующем стержне 6 с возможностью взаимодействия с передним торцом стабилизирующей головки Гайка 10 может быть выполнена с фигурной наружной боковой поверхностью, кото1838516 15 25 40 55 рая 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 иэ двух частей, одной из которых является гайка 10. При этом стабилизирующая головка 4 имеет Г кольцевые ступени, наружный диаметр которых последовательно увеличивается по направлению к корпусу 1 (фиг,3). 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 13 с опорной поверхностью 14 выемки на переднем торце стабилизирующей головки 4 (фиг,3). 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-поступател ьное 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 h/2 R < h, где h — расстояние между боковыми поверхностями соответствующих смежных ступеней в плоскости, перпендикулярной к продольной оси стабилизирующей головки 4, и соотношение длины (t) 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 !/h 6,0, обеспечивают перемещение грунта по боковой поверхности стабилизирующей 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 4 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 корпус ударный механизм c наковальней и соединенную с корпусом стабилизирующую головку с кольцевыми ступенями, наружный диаметр которых последовательно увеличивается по направлению к корпусу, о т л и ч а ю щ е е с я 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. 2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что стабилизирующая головка выполнена заодно с корпусом, 3. Устройство по одному из пп.1 и 2, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что сгабилизирующая головка выполнена заодно с наковальней, 4. Устройство по п,1, отл и ч а ю ще ес я тем, что корпус выполнен с расположенной на его переднем торце опорной поверхностью конической формы, а наковальня выполнена с размещенным по продольной 1838516 10 оси устройства центрирующим стержнем, при этом стабилизирующая головка выполнена со сквозным осевым каналом для размещения центрирующего стержня наковальни и с расположенной на ее заднем 5 торце выемкой, боковые стенки которой образуют упорную поверхность конической формы, причем стабилизирующая головка установлена с воэможностью взаимодействия своей упорной поверхностью с опорной 10 поверхностью корпуса. 5. Устройство по п.4, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что угол наклона образующих опорной поверхности корпуса и упорной поверхности выемки в стабилизирующей головке 15 к продольной оси устройства меньше угла трения. 6. Устройство по п.4, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что оно имеет приспособление для фиксации стабилизирующей головки на 20 центрирующем стержне наковальни. 7. Устройство по п,6, о тл и ч а ю ще ес я тем, что приспособление для фиксации стабилизирующей головки на центрирующем стержне наковальни выполнено в виде 25 гайки и расположенного на свободном конце центрирующего стержня наковальни резьбового участка, при этом гайка установлена на центрирующем стержне наковальни с воэможностью взаимодействия с передним торцом стабилизирующей головки. 8, Устройство по п.7, о т л и ч а ю щ.е ес я тем, что гайка выполнена с фигурной наружной боковой поверхностью, которая образует кольцевую ступень стабилизирующей головки с минимальным наружным диаметром. 9. Устройство по одному из пп.7 и 8, о тл и ч а ю щ е е с я 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. 10. Устройство по п.9, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что угол наклона образующих опорной поверхностй выемки на переднем торце стабилизирующей головки и упорной поверхности на торце гайки к продольной оси устройства меньше угла трения, 1838516 Составитель П.Добросельский Техред М.Моргентал Корректор H.Êîðoëü Редактор Заказ 2910 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101