Устройство грунтопроходное для образования скважин

 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для устройства скважин без выемки грунта. Цель изобретения - обеспечение постоянной скорости проходки. Устройство включает мотор-редуктор, выходной вал которого связан с рабочим органом, выполненным в виде консольного вала с последовательно установленными на нем коническими и цилиндрическими вальцами, оси которых смещены под углом к оси устройства. На валу рабочего органа, в каждой полости между вальцами установлены внутренняя эксцентриковая втулка и две наружные втулки с кольцевыми ножами. В проточках наружных втулок вставлены упругие элементы регулируемой жесткости и щетки, контактирующие с внутренней поверхностью вальцов. Между кольцевыми ножами и между наружными втулками и вальцами установлены уплотняющие элементы. Передняя и задняя шейки внутренних эксцентриковых втулок имеют разные величины эксцентриситетов и углов наклона относительно продольной оси устройства, равные соответственно эксцентриситету и углу наклона предыдущего и последующего вальцов. Конические вальцы имеют цилиндрические хвостовые части. Диаметр кольцевого ножа и длина цилиндрического хвоста вальца определяются по математическим формулам. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для устройства скважин без выемки грунта.

Известно устройство для образования скважин в грунте, включающее привод, рабочий орган, выполненный в виде конических вальцов с возможностью спирального обкатывания по стенке скважины, кольца, установленные между вальцами и взаимодействующие с ними по сферической поверхности и контактирующие между собой своими торцами [1] Недостатком известного устройства является то, что из-за разных величин эксцентриситетов и углов наклона вальцов относительно продольной оси рабочего органа между кольцами возникают значительные силы трения, препятствующие автономному вращению вальцов и приводящие к их заклиниванию друг относительно друга.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для образования в грунте скважин, включающее двигатель, выходной вал которого кинематически связан с приводным валом, имеющим последовательно развернутые вокруг продольной оси устройства эксцентриковые шейки, установленные на соответствующих эксцентриковых шейках конические и цилиндрические вальцы с возможностью автономного вращения, расположенные между вальцами уплотнительные элементы [2] Недостатком известного устройства является открытая полость между соседними вальцами. Грунт, попадая туда, в процессе работы уплотняется, что приводит к заклиниванию вальцов и снижению скорости проходки.

Цель изобретения обеспечение постоянной скорости проходки устройства путем комбинированного уплотнения полости между вальцами. Указанный технический результат достигается тем, что устройство, включающее двигатель, выходной вал которого кинематически связан с приводным валом, имеющим последовательно развернутые вокруг продольной оси устройства эксцентриковые шейки, установленные на соответствующих эксцентриковых шейках конические и цилиндрические вальцы с возможностью автономного вращения, расположенные между вальцами уплотнительные элементы, дополнительно содержит внутреннюю эксцентриковую втулку, установленную в каждой полости между вальцами, две наружные втулки с кольцевыми ножами, зеркально установленные на передней и задней эксцентриковых шейках внутренней втулки с возможностью продольного перемещения, упругие элементы регулируемой жесткости с опорами, щетки, упирающиеся одним концом на упругие элементы, а другим концом контактирующие с внутренней поверхностью вальца и вставленные совместно с упругими элементами и опорами в проточках наружных втулок, упругие кольца, размещенные между кольцевыми ножами, уплотнения между наружными втулками и вальцами, при этом передняя и задняя шейки внутренней втулки имеют разные величины эксцентриситетов и углов наклона относительно продольной оси устройства, равные соответственно эксцентриситету и углу наклона предыдущего и последующего вальцов, а наружный диаметр D_нi кольцевых ножей определяется по выражению: d_i+1+2(e_i+1-h)≅D_нi<D+2e_i, где D_i наибольший диаметр предыдущего вальца; d_i+1 наименьший диаметр последующего вальца; e_i, e_i+1 соответственно эксцентриситеты предыдущего и последующего вальцов; h -толщина цилиндрической стенки вальца.

Для исключения буксования устройства каждый конический валец имеет цилиндрическую хвостовую часть, длина L которой определяется по выражению L ≥ 2π·P, где P шаг винтового движения устройства, м/рад.

При сравнении известного технического решения с предложенным последнее имеет следующие отличительные признаки: установленные между вальцами внутренние эксцентриковые втулки; наружные втулки с кольцевыми ножами и щетками с регулируемым усилием контакта; упругие кольца, размещенные между кольцевыми ножами; цилиндрические хвостовые части конических вальцов.

На фиг.1 показан общий вид устройства; на фиг.2 узел 1 на фиг.1; на фиг. 3 разрез А-А на фиг.2.

Устройство грунтопроходное для образования скважин, включающее мотор-редуктор 1, выходной вал которого связан с рабочим органом, представляющим собой консольный вал 2 с последовательно установленными на нем втулками 3, имеющими эксцентриковые шейки, оси симметрии которых смещены под углом к продольной оси вала 2, конические 4 и цилиндрические 5 вальцы с подшипниками 6, установленными на соответствующих эксцентриковых шейках с возможностью автономного вращения, расположенные между вальцами уплотнительные элементы 7, дополнительно содержит внутренние эксцентриковые втулки 8, установленные на валу 2 рабочего органа, в каждой полости между вальцами и соединенные с валом шпонкой 9, две наружные втулки 10 с кольцевыми ножами, зеркально установленные на передней и задней эксцентриковых шейках внутренней втулки 8 с возможностью продольного перемещения, упругие элементы 11 регулируемой жесткости с опорами 12, щетки 13, упирающиеся одним концом на упругий элемент 11, а другим концом контактирующие с внутренней поверхностью вальца и установленные совместно с упругими элементами 11 и опорами 12 в проточках наружных втулок 10, упругие кольца 14, размещенные между кольцевыми ножами, уплотнения 15 между наружными втулками 10 и вальцами. Передняя и задняя шейки эксцентриковой втулки 8 имеют разные величины эксцентриситетов и углов наклона относительно продольной оси вала 2, равные соответственно эксцентриситету и углу наклона предыдущего и последующего от втулки 8 вальцов. Наружный диаметр D_нi кольцевых ножей втулок 10 определяется по выражению:
d_i+1+2(e_i+1-t)≅D_нi<D+2e_i,
где D_i наибольший диаметр предыдущего вальца;
d_i+1 наименьший диаметр последующего вальца;
e_i, e_i+1 соответственно эксцентриситеты предыдущего и последующего вальцов;
h толщина цилиндрической стенки вальца.

Длина цилиндрической хвостовой части вальцов определяется по выражению
L ≥ 2π·P,
где P шаг винтового движения устройства, м/рад.

Работает устройство следующим образом.

При вращении рабочего органа осуществляется прямая подача и завинчивание устройства в грунт. Конические вальцы 4 формируют скважину, а цилиндрические 5 калибруют ее. Втулки 8 и 10 вращаются совместно с валом 2, при этом кольцевые ножи препятствуют уплотнению грунта между вальцами, а также дробят имеющиеся в грунте небольшие каменные и другие твердые составляющие, обрубают корневые растения. Щетки 13 и уплотнения 15 надежно защищают полость между вальцами от загрязнения. Усилие контакта щеток 13 с вальцами регулируется винтами 16, имеющими резьбовое соединение с опорами 12 упругих элементов. Упругие кольца 14 препятствуют попаданию грунта в торцевой зазор между кольцевыми ножами, образующийся при сборке устройства из-за разности углов смещения осей симметрии эксцентриковых шеек относительно оси рабочего органа. Хвостовая цилиндрическая часть конических вальцов длиной L обеспечивает беспрепятственный вход кольцевых ножей в полости, образовавшиеся предыдущими вальцами. Длина L назначается из условия, что до входа кольцевого ножа в полость эксцентриситет предыдущего вальца должен совершать не менее одного полного оборота вокруг оси устройства.

Испытания опытных образцов грунтопроходных машин показали возможность осуществления предложенного технического решения [3]
Источники информации
1. Устройство для образования скважин в грунте методом раскатки. А.с. СССР N 61536, кл. E 21 B 7/28, 07.09.1981.

2. Устройство для образования скважин в грунте. А.с. СССР N 765313, кл. кл. E 02 F 5/16, 30.09.1992.

3. Паронян Г.Г. Перспективы применения грунтопроходных машин при производстве земляных работ без выемки грунта. "Механизация строительства", N 1, 1995.

Формула изобретения

1. Устройство грунтопроходное для образования скважин, включающее мотор-редуктор, выходной вал которого связан с рабочим органом, выполненным в виде консольного вала с последовательно установленными на нем втулками, имеющими развернутые эксцентриковые шейки, оси которых смещены под углом к продольной оси рабочего органа, конические и цилиндрические вальцы с подшипниками, установленными на соответствующих эксцентриковых шейках с возможностью автономного вращения, расположенные между вальцами уплотнительные элементы, отличающееся тем, что на валу рабочего органа в каждой полости между вальцами дополнительно установлены внутренняя эксцентриковая втулка, две наружные втулки с кольцевыми ножами, зеркально установленные на передней и задней эксцентриковых шейках внутренней втулки с возможностью продольного перемещения, упругие элементы регулируемой жесткости с опорами, щетки, упирающиеся одним концом на упругие элементы, а другим концом контактирующие с внутренней поверхностью вальца и вставленные совместно с упругими элементами и опорами в проточках наружных втулок, упругие кольца, размещенные между кольцевыми ножами, уплотнения между наружными втулками и вальцами, при этом передняя и задняя шейки внутренней втулки имеют разные величины эксцентриситетов и углов наклона относительно продольной оси рабочего органа, равные соответственно эксцентриситету и углу наклона предыдущего и последующего вальцов, а наружные диаметры кольцевых ножей определяются по выражению
d_i+1+ 2(e_i+1- h)≅ D_нi< D_i+ 2e_i, м,
где
D_i наибольший диаметр предыдущего вальца, м;
d_i+1 наименьший диаметр последующего вальца, м;
e_i, e_i+1 - соответственно эксцентриситеты предыдущего и последующего вальцов, м;
h толщина цилиндрической стенки вальца, м.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждый конический валец имеет цилиндрическую хвостовую часть, длина которой определяется по выражению
L ≥ 2π·P, м,
где Р шаг винтового движения рабочего органа, м/рад.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3