Устройство для образования скважин в грунте

 

Изобретение относится к строительной технике и может быть использовано для образования скважин в уплотняемых грунтах. Техническая задача - повышение эффективности работы устройства путем стабилизации рабочего цикла. Это достигается за счет повышения долговечности эластичного амортизатора. Кольцевые упоры воздухораспределительного патрубка, контактирующие с торцевыми поверхностями амортизатора, выполнены с выступами, размещаемыми между отверстиями амортизатора. Такое выполнение конструкции позволяет увеличить площадь контакта торцевых поверхностей амортизатора, что уменьшает удельные нагрузки и, как следствие, повышает его долговечность. В результате смещение воздухораспределительного патрубка не происходит, рабочий цикл устройства не нарушается и скорость проходки скважин остается высокой. 5 з. п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к строительной технике и может быть применено для проходки скважин в грунте при бестраншейной прокладке подземных коммуникаций.

Известно устройство для проходки скважин в грунте, содержащее цилиндрический корпус, ударник с окном и полостью в хвостовой части, воздухораспределительный патрубок, прикрепленный через амортизатор к корпусу. Амортизатор выполнен с продольными каналами, размещенными по окружности, опирающимися на торцевые поверхности амортизатора [1] Недостатком известного устройства является сравнительно низкая долговечность контактирующих торцевых поверхностей амортизатора. Это связано с большими удельными нагрузками, приходящимися на контактирующие поверхности амортизатор патрубок и амортизатор гайка. При износе этих поверхностей происходит смещение патрубка, что приводит к нарушению рабочего цикла устройства и, как следствие, к снижению энергии удара. В режиме прямого хода этот недостаток снижает скорость проходки скважин. В режиме обратного хода устройство может оказаться неработоспособным вследствие перекрытия патрубком окон ударника. В результате устройство не вернется назад по пробитой скважине и может быть потеряно.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для проходки скважин в грунте, содержащее цилиндрический корпус, ударник с окном и полостью в хвостовой части, воздухораспределительный патрубок, прикрепленный через амортизатор к корпусу. Амортизатор выполнен с каналами, размещенными по окружности, а патрубок и корпус выполнены с кольцевыми упорами, опирающимися на торцевые поверхности амортизатора. Для повышения долговечности амортизатора, а следовательно, и всего устройства в целом продольные каналы амортизатора выполнены наклонными к горизонтальной оси устройства. Такое выполнение конструкции устройства увеличивает площадь контактных поверхностей, что приводит к снижению удельных нагрузок, действующих на торцевые поверхности амортизатора [2] Однако в силу небольших радиальных размеров устройства и достаточно большой длины амортизатора угол наклона его каналов не может быть большим. Поэтому такое выполнение конструкции устройства на сравнительно небольшую величину повышает долговечность амортизатора.

Изобретение решает задачу повышения долговечности конструкции устройства и, как следствие, повышает эффективность его работы. Это достигается за счет того, что в устройстве для образования скважин в грунте, включающем полый корпус, установленный в полости корпуса с возможностью перемещения ударник, размещенный внутри корпуса, патрубок с упорами для его фиксации в амортизаторе, расположенный между корпусом и патрубком эластичный амортизатор с продольными каналами для выхлопа сжатого воздуха, закрепленную на корпусе гайку с упорами для фиксации амортизатора и закрепленный на патрубке воздухоподводящий шланг, при этом упоры на патрубке и упоры на гайке выполнены с расположенными на их обращенных друг к другу поверхностях чередующимися выступами и выемками, причем выступы на упорах патрубка и выступы на упорах гайки расположены между продольными каналами амортизатора, а форма каждой выемки на упорах патрубка и упорах гайки соответствует форме соответствующего продольного канала амортизатора.

Такое выполнение конструкции устройства позволяет увеличить площадь контактной поверхности амортизатора, что уменьшает удельные нагрузки на последний и, как следствие, повышает его долговечность.

Целесообразно устройство снабжать фиксирующим приспособлением для предотвращения взаимного разворота патрубка, амортизатора и гайки. Такое конструктивное исполнение устройства повышает эффективность его работы, так как исключается перекрытие выхлопных каналов амортизатора выступами патрубка или гайки при развороте патрубка относительно амортизатора или амортизатора относительно гайки.

Целесообразно фиксирующее приспособление выполнять в виде продольных выступов, которые расположены на контактирующих с амортизатором поверхностях патрубка и гайки. Такое выполнение конструкции обеспечивает фиксирование выступов патрубка и гайки относительно продольных каналов амортизатора, что повышает надежность работы устройства в соответствующем рабочем режиме.

Целесообразно фиксирующее приспосособление выполнять в виде размещенной в продольном канале амортизатора трубки, длина которой по продольной оси устройства превышает длину амортизатора по той же оси, при этом концы трубки расположены в соответствующих выемках на соответствующих упорах патрубка и гайки.

Такое конструктивное решение обеспечивает надежное фиксирование выступов патрубка и гайки относительно продольных каналов амортизатора даже в случае износа амортизатора по поверхности его контакта с патрубком.

Целесообразно фиксирующее приспособление выполнять в виде вкладыша, который установлен в продольном канале амортизатора с возможностью извлечения из него, при этом длина вкладыша по продольной оси устройства превышает длину амортизатора по той же оси, а концы вкладыша размещены в соответствующих выемках на соответствующих упорах патрубка и гайки, причем контактирующие между собой поверхности патрубка, амортизатора и гайки соединены между собой посредством клеевого соединения. Такое решение обеспечивает точность установки выступов патрубка и гайки относительно отверстий амортизатора и одновременно обеспечивает возможность длительной эксплуатации устройства.

Целесообразно патрубок выполнять с коаксиально установленной снаружи его втулкой, при этом патрубок и втулка кинематически соединены между собой посредством резьбового соединения, а упоры для фиксации амортизатора относительно патрубка располагать на втулке. Такое выполнение конструкции позволяет использовать предлагаемое техническое решение и для реверсивных устройств, предназначенных для проходки скважин в грунте.

На фиг. 1 показан общий вид реверсивного устройства, продольное сечение; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1, когда фиксатор выполнен в виде склеенных поверхностей; на фиг. 3 сечение Б-Б на фиг. 1, когда фиксатор выполнен в виде продольных выступов на поверхностях патрубка и гайки; на фиг. 4 воздухораспределительный патрубок с фиксатором, выполненным в виде трубки, установленной в отверстии амортизатора; на фиг. 5 воздухораспределительный узел с фиксатором, выполненным в виде съемного вкладыша, установленного в отверстии амортизатора; на фиг. 6 общий вид реверсивного устройства; на фиг. 7 сечение Б-Б на фиг. 6.

В цилиндрическом корпусе 1 размещен ударник 2 с окном 3 и полостью 4, в которой устаановлен воздухораспределительный патрубок 5, имеющий два упора 6 и 7. Между упорами 6 и 7 паатрубка 5 монтирован эластичный амортизатор 8 с продольными каналами 9. Упоры 6 и 7 могут быть выполнены на втулке 10, которая с помощью, например, резьбы закреплена на патрубке 5 (см. фиг. 1). Резьбовая пара, состоящая из патрубка 5 и втулки 10, служит для перевода устройства из положения прямого хода в положение обратного хода и наоборот за счет сдвига воздухораспределительного патрубка 5. Патрубок 5 фиксируется в одном из крайних положений во втулке 10, т.е. они становятся как бы одной деталью. С задней стороны в корпус 1 ввинчивается гайка 11 с упорами 12 и 13, между которыми монтируется эластичный амортизатор 8. Упоры 6 и 7 патрубка 5 и упоры 12 и 13 гайки 11 выполнены с расположенными на их обращенных друг к другу поверхностях чередующимися выступами и выемками, при этом выступы на упорах патрубка и выступы на упорах гайки расположены между продольными каналами амортизатора. Возможно выполнение устройства только с двумя упорами, соответственно с передним упором 6 патрубка 5 и задним упором 13 гайки 11. В этом случае силы отдачи удерживаются по поверхности амортизатора 8 клеевым соединением. Устройство снабжено фиксирующим приспособлением, предотвращающим взаимный разворот втулки 10, амортизатора 8 и гайки 11. Оно может быть выполнено в виде продольных выступов 16 на втулке 10 и продольных выступов 17 на гайке 11 (фиг. 3). Обычно достаточным является выполнение фиксирующего приспособления на внешней поверхности втулки 10, тем более, что выполнение продольных выступов на внутренней поверхности гайки 11 технологически затруднено. Возможно выполнение фиксирующего приспособления в виде шпоночного соединения. На внешней поверхности втулки 10 устанавливается шпонка, которую охватывает амортизатор 8. На фиг. 4 показан другой вариант исполнения фиксирующего приспособления. В канале амортизатора 8 монтирована трубка 18, торцы которой выступают за торцевые поверхности амортизатора 8,т. е. длина трубки вдоль продольной оси устройства превышает длину амортизатора по той же оси. Трубка 18 входит в углубление 15 (фиг. 2) между выступами 14 упоров 6,7 втулки 10 и упоров 12 и 13 гайки 11. Тем самым взаимный разворот втулки 10, амортизатора 8 и гайки 11 становится невозможен и, следовательно, выхлопные каналы 9 амортизатора 8 не перекрываются выступами 14. На фиг. 5 показан еще один вариант выполнения фиксирующего приспособления в виде съемного вкладыша 19, установленного в продольном канале 9 амортизатора 8 с возможностью извлечения из него. Торцы съемного вкладыша 19 выходят за торцевые поверхности амортизатора 8, т.е. длина вкладыша по продольной оси устройства превышает длину амортизатора по той же оси, а концы вкладыша размещены в соответствующих выемках на соответствующих упорах патрубка и гайки, причем контактирующие между собой поверхности патрубка, амортизатора и гайки соединены между собой посредством краевого соединения. Съемный вкладыш 19 обеспечивает точность установки выступов 14 втулки 10 и гайки 11 относительно продольных каналов 9 амортизатора 8 и устанавливается на время склеивания контактирующих поверхностей втулки 10, амортизатора 8 и гайки 11. Ударник 2 имеет камеру 20 прямого хода и камеру 21 обратного хода. Воздухоподводящий шланг обозначен цифрой 22. Для применения предлагаемого решения в нереверсивном устройстве (фиг. 6 и 7) патрубок 5 выполняется цельным, в реверсивном устройстве (фиг. 1) патрубок 5- составным, при этом одна из его частей содержит воздухораспределительный элемент 5, а другая в виде коаксиально установленной снаружи патрубка втулки 11, которые кинематически соединены между собой посредством резьбового соединения. Упоры 23 патрубка 5, которые взаимодействуют с упорами 6 втулки 10, выполнены на резьбе. Шланг 22 присоединен к патрубку 5 гайкой 24.

Принцип работы предлагаемого устройства заключается в следующем.

При подаче сжатого воздуха в камеру 20 прямого хода ударник 2 движется вперед, нанося в крайнем переднем положении удар по корпусу 1. При этом открывается окно 3 ударника 2, которое выходит за переднюю кромку воздухораспределительного патрубка 5, и сжатый воздух поступает в камеру 21 обратного хода ударника 2. Так как площадь ударника 2 со стороны камемры 21 обратного хода больше площади этого же ударника со стороны камеры 20 прямого хода, возникает сила, сдвигающая ударник 2 в обратном направлении. Он будет перемещаться назад до момента, когда его окно 3 выйдет за заднюю кромку патрубка 5. В этот момент произойдет выхлоп сжатого воздуха из камеры 21 обратного хода через окно 3 ударника 2 и продольные каналы 9 амортизатора 8 в атмосферу. Режим прямого и обратного ходов устройства определяется положением патрубка 5. В крайнем переднем его положении, которое ограничивается гайкой 24, осуществляется режим прямого хода устройства (ударник 2 наносит удары по передней части корпуса 1, но не соударяется с гайкой 11). В крайнем заднем положении патрубка 5, которое ограничивается упором 23 передним торцем резьбовой нарезки, осуществляется режим обратного хода устройства (ударник 2 наносит удары по гайке 11 и не соударяется с передней частью корпуса 1). Этот момент показан на фиг. 1. Перевод с одного режима работы устройства на другой осуществляется сдвигом патрубка 5 в осевом направлении. В показанном конкретном случае это осуществляется за счет винтовой пары втулка патрубок вращением воздухоподводящего шланга 22.

При работе устройства в камере 20 давление сжатого воздуха меняется, в связи с чем меняется сила, действующая на патрубок 5. Эта сила воспринимается торцевыми поверхностями амортизатора 8 через контактирующие поверхности упоров коаксиальной втулки 10 и гайки 11. При ударе возникает инерционная сила, также стремящаяся сдвинуть патрубок 5 относительно амортизатора 8. И эта сила воспринимается торцевыми поверхностями амортизатора 8 через контактирующие поверхности упоров коаксиальной втулки 10. Чем больше площадь поверхности контакта, тем удельные нагрузки на торцевые поверхности амортизатора меньше, что приводит к повышению долговечности амортизатора. Для увеличения площади контактирующей поверхности на упорах втулки 10 и гайки 11 выполнены выступы 14, размещенные между продольными каналами 9 амортизатора. В результате смещение воздухораспределительного патрубка не происходит, рабочий цикл устройства не нарушается и скорость проходки скважин остается высокой. Нужно отметить, что возможно использование конструкции с двумя упорами 6 и 13, воспринимающими основную нагрузку. В этом случае силы отдачи компенсируются силами сцепления по поверхности контакта амортизатора 8.

При вращении патрубка 5, необходимом при смене режима работы устройства, а также под воздействием сжатого воздуха камеры 20 и ударных нагрузок не исключен разворот выступов 14 упоров втулки 10 и гайки 11 относительно продольных каналов 9 амортизатора 8. Для исключения этого в конструкции устройства предусмотрено фиксирующее приспособление. Оно выполняется между контактирующими поверхностями втулки 10, амортизатора 8 и гайки 11 или монтируется в продольных каналах 9 амортизатора 8 и контактирует в этом случае с выступами 14 упоров 6 и 7 втулки 10 и упоров 12 и 13 гайки 11. При выполнении фиксирующего приспособления используются продольные выступы или шпоночные соединения (фиг. 3). Возможно приклеивание контактирующих поверхностей (фиг. 2). При использовании продольных каналов 9 амортизатора 8 в них устанавливаются трубки 18, которые проходят своими торцами в углубление 15 между выступами 14 и, взаимодействуя с последними, исключают взаимный разворот втулки 10, амортизатора 8 и гайки 11. В итоге не происходит перекрытия выхлопных продольных каналов 9 амортизатора 8 выступами 14 упоров 6 и 7 втулки 10 и 12 и 13 гайки 11 и рабочий цикл устройства не нарушается (фиг. 4). На фиг. 5 показано комбинированное решение, когда при сборке устройства используются инвентарные вкладыши 19, а контактирующие поверхности амортизатора 8, втулки 10 и гайки 11 приклеиваются. Затем вкладыши 19 извлекаются.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ СКВАЖИН В ГРУНТЕ, включающее полый корпус, установленный в полости корпуса с возможностью перемещения ударник, размещенный внутри корпуса патрубок с упорами для его фиксации в амортизаторе, расположенный между корпусом и патрубком эластичный амортизатор с продольными каналами для выхлопа сжатого воздуха, закрепленную на корпусе гайку с упорами для фиксации амортизатора и закрепленный на патрубке воздухоподводящий шланг, отличающееся тем, что упоры на патрубке и упоры на гайке выполнены с расположенными на их обращенных одна к другой поверхностях чередующимися выступами и выемками, при этом выступы на упорах патрубка и выступы на упорах гайки расположены между продольными каналами амортизатора, а форма каждой выемки на упорах патрубка и на упорах гайки соответствует форме соответствующего продольного канала амортизатора.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно имеет фиксирующее приспособление для предотвращения взаимного разворота друг относительно друга патрубка, амортизатора и гайки.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что фиксирующее приспособление выполнено в виде продольных выступов, которые расположены на контактирующих с амортизатором поверхностях патрубка и гайки.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что фиксирующее приспособление выполнено в виде размещенной в продольном канале амортизатора трубки, длина которой по продольной оси устройства превышает длину амортизатора по той же оси, при этом концы трубки расположены в соответствующих выемках на соответствующих упорах патрубка и гайки.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что фиксирующее приспособление выполнено в виде вкладыша, который установлен в продольном канале амортизатора с возможностью извлечения из него, при этом длина вкладыша по продольной оси устройства превышает длину амортизатора по той же оси, а концы вкладыша размещены в соответствующих выемках на соответствующих упорах патрубка и гайки, причем контактирующие между собой поверхности патрубка, амортизатора и гайки соединены между собой посредством клеевого соединения.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что патрубок выполнен с коаксиально установленной снаружи его втулкой, при этом патрубок и втулка кинематически соединены между собой посредством резьбового соединения, а упоры для фиксации амортизатора относительно патрубка расположены на втулке.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7