Машина ударного действия для проходки скважин в грунте и им подобных работ (варианты)

 

Машина ударного действия для проходки скважин в грунте и им подобных работ предназначена для строительства при бестраншейной прокладке различных коммуникаций. Технической задачей является упрощение конструкции при повышении надежности машины, способной автоматически поддерживать прямолинейность скважины. Она достигается тем, что в известной машине, имеющей корпус с ударником, промежуточный элемент с закрепленным на его конце с возможностью ограниченного углового перемещения наконечником, первую пару поверхностей элемента и наконечника, охватываемая из которых - сферическая, и вторую пару поверхностей, образованных их торцами, наконечник закреплен на промежуточном элементе с возможностью самоустановки, для чего охватывающая поверхность первой их пары выполнена цилиндрической, а по меньшей мере одна из поверхностей второй пары по первому варианту выполнения имеет кривизну, центр которой смещен по оси машины относительно центра сферической поверхности, а по второму варианту одна из поверхностей второй пары - плоская. Можно в качестве промежуточного элемента использовать оправку, установленную с возможностью ограниченного осевого перемещения в корпусе, или сам корпус, сферическую поверхность и ответную ей цилиндрическую выполнить на промежуточном элементе или наконечнике, поверхности, центр кривизны которых смещен по оси машины относительно центра кривизны сферической поверхности выполнять в виде торцов, днищ полостей и т.д. Это позволяет создавать различные модификации машин для разных целей и условий применения. Предлагаемое изобретение позволяет создать простую и надежную машину ударного действия для проходки прямолинейных скважин в грунте, исправления дефектных скважин, очистки труб, их калибровки и разрушения. 2 с. и 8 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к строительству, а именно к бестраншейной прокладке и ремонту подземных коммуникаций для проходки скважин в грунте и их корректировке, очистки труб и выправления их деформированных участков, разрушения отслуживших срок труб при прокладке новых и других подобных работ.

Известна машина ударного действия для проходки скважин в грунте и им подобных работ, выполненная в виде пневмопробойника (см. патент Польши N 41749, 1958 г.), состоящая из заостренного спереди корпуса с размещенными в нем с возможностью возвратно-поступательного движения ударником для нанесения ударов по передней части корпуса, продвижения его в грунте и получения скважины. Недостатком этой машины является часто встречающиеся отклонения скважин от прямолинейности из-за рикошета корпуса от встречающихся по пути препятствий и неравномерного строения грунта.

Известна машина ударного действия для проходки скважин в грунте и им подобных работ (см. К.С. Гурков и др. Пневмопробойники. Новосибриск, 1990, с. 153), в которой для повышения точности проходки на корпус известного пневмопробойника одет удлинитель (труба). Здесь за счет более жесткой фиксации корпуса в скважине отклонения ее меньше, но все же имеют место. Кроме того, у этой машины снижается скорость проходки из-за увеличения ее поперечного сечения и сил трения корпуса о грунт. При ее применении требуются приямки больших размеров.

Известна машина ударного действия для проходки скважин в грунте и им подобных работ (см. выложенная заявка Германия N 2558685 A1 по кл. E 02 D 17/146 от 24.12.75), выполненная также в виде пневмопробойника, включающая корпус с расположенным в нем с возможностью возвратно-поступательного движения ударником для нанесения ударов по промежуточному элементу (оправке), установленному в передней части корпуса с возможностью ограниченного осевого перемещения, и передачи их наконечнику, жестко закрепленному на конце промежуточного элемента. Передняя часть наконечника имеет конусообразную форму с кольцевыми выступами (ножами). Точность проходки скважин здесь возрастает за счет срезания встречающихся по пути препятствий выступами наконечника и более жесткой фиксации корпуса в скважине, так как по нему наносится в несколько раз меньше ударов, чем по наконечнику, и поэтому скважина меньше "разрабатывается" в поперечном сечении и машина не теряет сцепления с грунтом. Однако при встрече со значительными препятствиями отклонения скважины от прямолинейности все же происходят.

Известна машина ударного действия для проходки скважин в грунте и им подобных работ (см. а.с. СССР N 1767101 A1 по кл. E 02 F 5/18, E 21 B 7/26 от 15.12.87), выполненная также в виде пневмопробойника, включающая корпус с расположенным в нем с возможностью возвратно-поступательного движения ударником для нанесения ударов по промежуточному элементу (отправке), установленному в передней части корпуса с возможностью ограниченного углового перемещения и передачи их наконечнику, жестко закрепленному на конце промежуточного элемента, причем между торцами корпуса и наконечника образован гарантированный зазор. При встрече этой машины с препятствием наконечник отклоняется и одновременно поворачивает промежуточный элемент (оправку). При этом соударения ударника с промежуточным элементом становится внецентренными, что создает момент импульсного характера, приложенный к наконечнику и способствующий разрушению препятствия или его отодвиганию в сторону, поддерживая тем самым прямолинейность скважины. Недостатком этой машины является "разрабатывание" скважины в поперечном сечении из-за значительной поперечной вибрации корпуса, вызванной внецентренными ударами при встрече ее с препятствием. Это ведет к потере сцепления машины с грунтом и тем самым к остановке процесса проходки скважины.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к данному изобретению является машина ударного действия для проходки скважин в грунте и им подобных работ (см. международный патент WO 87/03924 по кл. E 21 B 7/06 от 20.12.85), выполненная в виде пневмопробойника, включающая корпус с расположенным в нем с возможностью возвратно-поступательного движения ударником для нанесения ударов по промежуточному элементу (корпусу) и передачи их наконечнику, закрепленному на его передней части с возможностью ограниченного углового перемещения, причем указанные промежуточный элемент и наконечник при взаимодействии между собой имеют две пары функционально различных контактирующих между собой поверхностей, первая из которых предназначена для центрирования наконечника относительно промежуточного элемента и образована их сферическими поверхностями равной кривизны, а вторая пара - для передачи и восприятия ударов от промежуточного элемента наконечнику и образована их обращенными друг к другу торцеобразными поверхностями в виде упомянутых сферических поверхностей равной кривизны. Между корпусом и наконечником у этой машины размещено корректирующее устройство в виде плунжеров, приводимых в действие гидроприводом. При проходке скважины этой машиной в однородном грунте корректирующее устройство выключено, а наконечник занимает положение, соосное с корпусом. Отклонения наконечника, вызванные незначительными препятствиями, автоматически компенсируются неравномерной реакцией грунта, приложенной к наконечнику. При встрече с существенными препятствиями необходимо включение корректирующего устройства для поддержания соосности наконечника и корпуса и поддержания тем самым прямолинейности скважины. Однако, наличие корректирующего устройства требует дополнительного привода, что значительно усложняет конструкцию машины и снижает надежность ее в работе.

Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является упрощение конструкции при повышении надежности в работе машины ударного действия для проходки скважин в грунте и им подобных работ, способной автоматически поддерживать прямолинейность проходимой скважины без наличия дополнительных устройств и также быть эффективной при других видах подобных работ.

Это достигается тем, что в машине ударного действия для проходки скважин в грунте и им подобных работ, включающей корпус с расположенным в нем с возможностью возвратно-поступательного движения ударником, промежуточный элемент с закрепленным на его передней части с возможностью ограниченного углового перемещения наконечником, первую пару поверхностей указанных промежуточного элемента и наконечника, охватываемая из которых выполнена сферической, и вторую пару поверхностей этих элементов, образованную при контакте их торцов, согласно изобретению, наконечник закреплен на промежуточном элементе с возможностью самоустановки, для чего охватывающая поверхность первой пары поверхностей выполнена цилиндрической, а, по меньшей мере, одна из поверхностей второй пары, выполнена с радиусом кривизны, центр которой смещен по оси машины относительно центра сферической поверхности первой пары поверхностей.

В заявляемой комбинации признаков две функционально разные по назначению пары поверхностей: для центрирования наконечника на промежуточном элементе и для передачи и восприятия ударов от промежуточного элемента наконечнику образованы и двумя конструктивно разными парами поверхностей с соответствующими видоизменениями поверхностей второй пары. Это ведет к тому, что при отклонении наконечника (встреча с препятствием) смещается в поперечном направлении относительно оси машины точка передачи ударов от промежуточного элемента наконечнику. При этом на наконечник действует момент импульсного характера, противоположный по направлению отклоняющемуся моменту, и наконечник ударным способом возвращается в исходное положение, т.е. всегда самоустанавливается по оси машины, что способствует надежному сохранению прямолинейности скважины. "Разработка" скважины в поперечном направлении практически не наблюдается, так как соударения ударника с корпусом всегда центральны и поперечная вибрация последнего отсутствует. Нецентральные соударения же промежуточного элемента с наконечником вызывают лишь незначительную поперечную вибрацию корпуса из-за существенной разницы значений их масс, что на "разработке" скважины не сказывается.

Можно в машине ударного действия для проходки скважин в грунте промежуточный элемент выполнять в виде оправки, установленной в передней части корпуса с возможностью ограниченного осевого перемещения, при этом сферическую поверхность первой пары поверхностей выполнить на передней части оправки, скользяще входящей во внутреннюю полость наконечника, образованную цилиндрической поверхностью первой пары поверхностей, а вторую пару поверхностей образовать передним торцом оправки и дном полости наконечника, что позволяет создать конструкцию пневмопробойника с ударным лидером для более точной проходки скважин.

Кроме того, в машине ударного действия для проходки скважин в грунте промежуточным элементом может служить корпус с выполненной в передней его части внутренней полостью, образованной цилиндрической поверхностью первой пары поверхностей, при этом сферическую поверхность этой пары поверхностей можно выполнить на задней части наконечника, скользяще входящей в указанную полость корпуса, а вторую пару поверхностей образовать дном полости корпуса и задним торцом наконечника. Это исполнение повышает герметичность конструкции машины и тем самым надежность в работе.

А также в машине ударного действия для проходки скважин в грунте промежуточным элементом может служить корпус со ступенью меньшего диаметра на передней части, при этом сферическую поверхность первой пары поверхностей можно выполнить на указанной ступени корпуса, скользяще входящей во внутреннюю полость наконечника, образованную цилиндрической поверхностью первой пары поверхностей, а вторую пару поверхностей образовать передним торцом корпуса и дном полости наконечника, что при повышении герметичности и надежности пневмопробойника упрощает технологию изготовления за счет более простой формы корпуса.

Поставленную техническую задачу можно решить и в варианте машины ударного действия для проходки скважин в грунте и им подобных работ, включающей корпус с расположенным в нем с возможностью возвратно-поступательного движения ударником, промежуточный элемент с закрепленным на его передней части с возможностью ограниченного углового перемещения наконечником, первую пару поверхностей указанных промежуточного элемента и наконечника, охватываемая из которых выполнена сферической, и вторую пару поверхностей этих элементов, образованную при контакте их торцов, в которой, согласно изобретению, наконечник закреплен на промежуточном элементе с возможностью самоустановки, для чего охватывающая поверхность первой пары поверхностей выполнена цилиндрической, а, по меньшей мере, одна из поверхностей второй пары - плоской.

Здесь также две функционально разные по назначению пары поверхностей (для центрирования наконечника на промежуточном элементе и для передачи и восприятия ударов от промежуточного элемента наконечнику) образованы двумя конструктивно разными парами поверхностей. Это также ведет к тому, что при отклонении наконечника (встреча с препятствием) смещается в поперечном направлении относительно оси машины точка передачи ударов от промежуточного элемента наконечнику, что вызывает появление момента импульсного характера, приложенного к наконечнику в направлении, противоположном отклоняющего момента. При этом наконечник также ударным способом возвращается в исходное положение, т. е. всегда самоустанавливается по оси машины, что способствует надежному поддержанию прямолинейности скважины.

Можно при этом в машине ударного действия для проходки скважины в грунте промежуточный элемент выполнить в виде оправки, установленной в передней части корпуса с возможностью ограниченного осевого перемещения и снабженной в средней части буртиком, при этом сферическую поверхность первой пары поверхностей выполнить на передней части оправки, скользяще входящей во внутреннюю полость наконечника, образованную цилиндрической поверхностью первой пары поверхностей, а вторую пару поверхностей образовать передним торцом буртика оправки и задним торцом наконечника. Это наиболее рационально для конструкции пневмопробойников с ударным лидером, так как здесь стабилизирующий момент имеет максимальное значение из-за максимальной величины эксцентриситета смещения точки приложения ударов к наконечнику при его отклонении.

Кроме того, в машине ударного действия для проходки скважин в грунте промежуточным элементом может служить корпус, с выполненной в передней части внутренней полостью, образованной цилиндрической поверхностью первой пары поверхностей, при этом сферическую поверхность первой пары поверхностей можно выполнить на ступени меньшего диаметра наконечника со стороны его задней части, скользяще входящей в указанную полость корпуса, а вторую пару поверхностей образовать передним торцом корпуса и торцом ступени большего диаметра наконечника. Это наиболее рационально для конструкции пневмопробойника закрытого типа с максимальным стабилизирующим эффектом, аналогичным ранее описанному.

Также в машине ударного действия для проходки скважин в грунте промежуточным элементом может служить корпус со ступенью меньшего диаметра на передней части, при этом сферическую поверхность первой пары поверхностей можно выполнить на указанной ступени корпуса, скользяще входящей во внутреннюю полость наконечника, образованную цилиндрической поверхностью этой пары поверхностей, а вторую пару поверхностей образовать торцом ступени большего диаметра корпуса и задним торцом наконечника, что наиболее целесообразно для создания максимального стабилизирующего момента ранее описанным способом.

Можно в машине ударного действия для проходки скважин в грунте наконечник выполнить со сквозным осевым каналом. Это повышает скорость проходки скважины за счет того, что большая часть энергии удара передается от промежуточного элемента через указанный канал непосредственно на грунт и тем самым уменьшаются потери ее в контакте пары поверхностей для передачи и восприятия ударов.

И наконец можно в машине ударного действия для проходки скважин в грунте в корпусе выполнить, по меньшей мере, один канал, сообщенный с пространством перед наконечником и выходящий на наружную поверхность корпуса. Это позволит увеличить скорость проходки за счет снижения трения корпуса о грунт подачей через указанный канал размягченного ударами грунта на наружную поверхность корпуса.

Сущность предлагаемого изобретения иллюстрируется примерами конкретного исполнения и чертежами, из которых на: - фиг. 1 - показана машина ударного действия для проходки скважин в грунте и им подобных работ, выполненная в виде превмопробойника, в продольном разрезе с частичным обрывом; - фиг. 2 - вариант машины ударного действия для проходки скважин в грунте и им подобных работ в продольном разрезе с частичным обрывом; - фиг. 3, 5 - исполнения машины по фиг. 1; - фиг. 4, 6 - исполнения машины по фиг. 2; - фиг. 7 - схема, поясняющая принцип работы прототипа; - фиг. 8 - схема, поясняющая принцип работы машины по фиг. 1, 5; - фиг. 9 - схема, поясняющая принцип работы машины по фиг. 2, 4, 6; - фиг. 10 - схема, поясняющая принцип работы машины по фиг. 3 (нумерация идентичных элементов на фиг. 1 - 10 одинаковая).

Предлагаемая машина ударного действия для проходки скважин в грунте и им подобных работ (см. фиг. 1), выполненная в виде пневмопробойника (как и все последующие примеры исполнения), состоит из корпуса 1, в котором с возможностью возвратно-поступательного движения расположен ударник 2. В передней части корпуса 1 скользяще установлена оправка 3 со сферической поверхностью 4 на передней части и гайкой 5 на задней, удерживающей ее от выпадания из корпуса 1. На поверхности 4 оправки 3 установлен наконечник 6, для чего в нем выполнена полость 7, образованная цилиндрической поверхностью 8 и дном 9. Цилиндрическая поверхность 8 наконечника 6 и сферическая поверхность 4 оправки 3 образуют пару скользящих между собой поверхностей для центрирования наконечника 6 на оправке 3, которые удерживаются между собой штифтами 10. Оправка 3 является промежуточным элементом для передачи ударов наконечнику 6 и они образуют вторую пару находящихся между собой в контакте поверхностей для передачи и восприятия ударов. Первой из них является также сферическая поверхность 4 оправки 3, а второй - сферическое дно 9 наконечника 6, радиус кривизны которого больше радиуса кривизны поверхности 4, т.е. его центр кривизны смещен по оси машины относительно центра кривизны указанной сферической поверхности 4. Размеры, форма и взаимное расположение деталей машины подобраны таким образом, чтобы обеспечить ограниченное угловое перемещение наконечника 6 на оправке 3 и ограниченное осевое перемещение последней в корпусе 1.

Вариант машины ударного действия (см. фиг. 2) в общем идентичен описанной (см. фиг. 1) и отличается наличием буртика 11 на средней части оправки 3 между корпусом 1 и наконечником 6. Передний торец 12 буртика 11 и задний торец 13 наконечника 6 образует пару поверхностей для передачи и восприятия ударов и выполнены плоскими, т.е. радиусы их кривизны равны бесконечности и центры их смещены по оси машины относительно центра сферической поверхности 4.

Вариант машины ударного действия (см. фиг. 3) в общем идентичен описанному (см. фиг. 1) и отличается тем, что промежуточным элементом для передачи ударов от ударника 2 наконечнику 6 является корпус 1 (как и в далее описываемых вариантах исполнения), что позволяет повысить герметичность машины. Первая пара поверхностей для центрирования наконечника 6 в корпусе 1 образована цилиндрической поверхностью 8 полости 7, выполненной в передней части корпуса 1, и сферической поверхностью 4 на задней части наконечника 6. Вторая пара поверхностей для передачи и восприятия ударов образована дном 9 полости 7 сферической формы и задним торцем 14 наконечника 6 тоже сферической формы, радиусы кривизны которых равны между собой и больше радиуса кривизны поверхности 4, т.е. их центры также смещены по оси машины относительно центра последней поверхности. Передняя часть наконечника 6 выполнена в виде инструмента для пробивания тел, более прочных чем грунт.

Вариант машины ударного действия (см. фиг. 4) в общем идентичен описанным (см. фиг. 1, 3) и отличается тем, что сферическая поверхность 4 выполнена на ступени 15 меньшего диаметра наконечника 6. Поверхность для передачи ударов служит передний торец 16 корпуса 1, а поверхностью для восприятия ударов - торец 17 ступени большего диаметра наконечника 6. Торцы 16, 17 выполнены плоскими, радиусы их кривизны равны бесконечности, т.е. их центры смещены по оси машины относительно центра сферической поверхности 4. Наконечник 6 выполнен со сквозным осевым каналом 18, который отверстиями 19 в корпусе 1 сообщен с закорпусным пространством. Передняя часть наконечника 6 выполнена цилиндрической с ножеобразной передней кромкой.

Вариант машины ударного действия (см. фиг. 5) также в основном идентичен описанным (см. фиг. 1, 3, 4) и отличается тем, что сферическая поверхность 4 выполнена на ступени 20 меньшего диаметра корпуса 1 в его передней части. Поверхностью для передачи ударов служит передний торец 21 корпуса 1, а поверхностью для восприятия ударов - дно 22 полости 7 наконечника 6. Торцы 21, 22 выполнены сферическими, радиусы кривизны которых равны между собой и больше радиуса кривизны поверхности 4, т.е. их центры смещены по оси машины относительно центра сферической поверхности 4. В передней части корпус 1 снабжен серьгой 23 для крепления к тяговому органу (не показан).

Вариант машины (см. фиг. 6) в общем идентичен описанным (см. фиг. 1, 5) и отличается тем, что поверхностью для передачи ударов служит торец 24 ступени большего диаметра корпуса 1, а поверхностью для восприятия ударов - задний торец 25 наконечника 6. Торцы 24, 25 выполнены плоскими, радиусы их кривизны равны бесконечности, т.е. их центры смещены по оси машины относительно центра сферической поверхности 4. Наконечник 6 выполнен со сквозным осевым каналом 18, который через расточку 26 в ступени 20 корпуса 1 и отверстия 27 в нем сообщен с закорпусным пространством. Наконечник 6 имеет трубообразную форму с ножевидной передней кромкой.

В сочетании с заявляемой комбинацией ограничительных признаков могут быть и другие варианты исполнения данного изобретения, в частности другая форма поверхностей для передачи и восприятия ударов и другие их сочетания между собой, однако при соблюдении условия: кривизна, по меньшей мере, одной из указанных поверхностей имеет центр, смещенный по оси машины относительно центра кривизны сферической поверхности для центрирования наконечника относительно промежуточного элемента.

Предлагаемая машина ударного действия для проходки скважин в грунте и им подобных работ (см. фиг. 1) работает следующим образом. При подаче сжатого воздуха ударник 2 известным способом приводится в возвратно-поступательные движения и наносит удары по оправке 3 (промежуточному элементу) по ее оси. Оправка 3 поверхностью 4 через поверхность 9 наконечника 6 передает удары последнему также по его оси, который внедряется в грунт и образует скважину. При продвижении оправки 3 вперед ее гайка 5 входит в контакт с корпусом 1, который под действием ударов также продвигается вперед, далее опять внедряется в грунт наконечник 6 т.д. При проходке скважины в однородном грунте равнодействующая реакция грунта на наконечник 6 приложена к нему по оси машины и проходит через центр его поворота, сила от ударов действует также по его оси и проходит также через центр поворота. Таким образом, на наконечник 6 не действуют никакие силы, способствующие его отклонению, он занимает положение соосное корпусу 1, и скважина имеет прямолинейное направление. При встрече с препятствием (см. фиг. 8), например снизу, появляется отклоняющая сила P_отк, приложенная к наконечнику 6 и в направлении вверх и вызывающая отклоняющий момент M_отк. Наконечник 6 проскальзывает своей цилиндрической поверхностью 8 по сферической поверхности 4 оправки 3 и поворачивается вверх. При скольжении поверхности 8 по поверхности 4 точка контакта поверхности 4 оправки 3 для передачи ударов с поверхностью 9 наконечника 6 смещается вверх на эксцентриситет e₁. Это вызывает появление стабилизирующего импульсного момента M_ст от сил удара, приложенного к наконечнику 6, в направлении, противоположном M_отк и равному P_уд · e₁ (P_уд - сила удара). Этот момент ударным способом возвращается наконечник 6 в исходное положение, соосное оси машины, обеспечивая и поддерживая режим самоустановки наконечника 6 относительно корпуса 1, что способствует поддержанию прямолинейности проходимой скважины. При отклонении наконечника 6 в любую другую сторону аналогичным образом смещается точка удара и возникает от действия ударов стабилизирующий момент, также способствующий самоустановке наконечника 6 и поддержанию, тем самым прямолинейности проходимой скважины описанным способом. Для сравнения (см. фиг. 7) приведена схема, поясняющая принцип работы машины - прототипа. Здесь сила удара, действующая по оси промежуточного элемента (корпуса) 1, также по оси передается наконечнику 6, т.е. смещение точки приложения ударов к наконечнику 6 при отклонении его не происходит, не появляется стабилизирующий момент M_ст, нет самоустановки наконечника 6 и не поддерживается прямолинейность скважины ударным способом. При всех режимах работы машины соударения ударника 2 со скалкой 3 (промежуточным элементом) происходят по оси машины, т.е. в системе корпус - ударник практически не возникают поперечные силы, что препятствует "разрабатыванию" скважины в поперечном сечении, способствует надежному сцеплению корпуса с грунтом и повышает эффективность процесса в целом. Внецентренные соударения в системе промежуточный элемент-наконечник практически не оказывают негативного влияния из-за незначительной массы наконечника 6 по сравнению с массой корпуса 1.

Машина ударного действия ( см. фиг. 2, 9) работает аналогично описанной (см. фиг. 1, 8). Здесь также при отклонении наконечника 6 смещается на эксцентриситет e₂ точка передачи ударов наконечнику 6 и на него начинает действовать стабилизирующий момент M_ст импульсного характера, величина которого максимальна. Под воздействием M_ст наконечник 6 ударным способом возвращается в исходное положение, т.е. самоустанавливается, что способствует поддержанию прямолинейности скважины.

Машина ударного действия (см.фиг. 3, 10) работает также аналогично описанной (см. фиг. 1, 8). Здесь также при отклонении наконечника 6 на него начинает действовать стабилизирующий момент M_ст импульсного характера из-за смещения точки передачи ударов наконечнику 6 на эксцентриситет e₃. M_ст ударным способом возвращает наконечник 6 в исходное положение, т.е. способствует его самоустановке и прямолинейному внедрению передней части наконечника 6 в препятствие.

Машина ударного действия (см. фиг. 4, 9) в основном работает как и описанная (см. фиг. 2, 8). Наиболее целесообразно применение этой машины для исправления искривленных скважин. При подходе машины к искривленному участку скважины, например отклонившемуся вверх, наконечник 6 нижней частью передней кромки врезается в грунт и по этой причине отклоняется вверх, точка передачи ударов ему также смещается вверх на эксцентриситет e₂. Возникает стабилизирующий момент M_ст импульсного характера, приложенный к наконечнику 6 в обратном направлении по отношению к отклоняющему моменту M_отк Наконечник 6 ударным способом возвращается в исходное положение, соосное с корпусом машины, т.е. автоматически самоустанавливается по отношению к нему, что способствует продолжению прямолинейного участка скважины и искривлению ее искривления. Часть грунта при проходке скважины через канал 18 в наконечнике 6 и отверстия 19 в корпусе 1 проходит в зазор между корпусом 1 и стенками скважины, что снижает трение корпуса 1 о грунт из-за снижения коэффициента трения грунта в силу его размягчения. При проходке скважины данной машиной большая часть энергии удара передается грунту непосредственно корпусом 1, так как площадь поперечного сечения канала 18 существенно больше площади поперечного сечения наконечника 6, что сводит потери энергии при передаче ее через поверхности 16, 17 к минимуму. Это способствует при применении стабилизирующего наконечника 6 сохранению скорости проходки скважины.

Машина ударного действия (см. фиг. 5, 8) работает в основном аналогично описанной (см. фиг. 1, 8). Наиболее эффективной областью применения этой машины является разрушение труб из хрупких материалов (керамических, чугунных) при замене их на новые. В этом случае машину за серьгу 23 через канат подсоединяют к лебедке (не показаны) и протягивают ее через разрушаемую трубу. Поскольку труба разрушается неравномерно, то наконечник 6 после каждого удара будет перекошен. Следующим ударом наконечник 6 будет выпрямляться и удар наконечника 6 по трубе будет носить более "радиальный" характер. При этом напряжения в материале трубы будут в основном напряжениями изгиба, а не напряжениями сжатия, как в существующих технологиях, что для разрушения хрупких материалов наиболее эффективно. Также эффективно применение этой машины для исправления деформированных участков труб из пластичных материалов, например стальных). При встрече с вдавленным участком наконечник 6 отклоняется в противоположную сторону и удары по этому участку наносят более "радиальный" характер, что для процесса выпрямления более эффективно.

Машина ударного действия (см. фиг. 6, 9) также в основном работает аналогично описанной (см. фиг. 2, 9). Здесь также при проходке прямолинейной скважины при отклонении наконечника 6 препятствием точка передачи ударов ему сдвигается на эксцентриситет e₂ и возникает стабилизирующий момент M_ст импульсного характера, который ударным способом возвращает наконечник 6 в исходное положение, т.е. наконечник 6 автоматически самоустанавливается относительно корпуса 1 машины, что способствует поддержанию прямолинейности скважины наиболее эффективным способом, так как M_ст имеет максимальное значение из-за максимального значения эксцентриситета e₂. Часть грунта также через осевой канал 18 в наконечнике 6, расточку 26 и отверстия 27 корпуса 1 вытесняется в зазор между корпусом 1 и стенками скважины, что описанным способом увеличивает скорость проходки. Эффективно применение данной машины и для исправления искривленных скважин и аналогичного ему процесса очистки труб от внутренних отложений так же как у описанных машин. При проходке скважины этой машиной большая часть энергии удара передается грунту непосредственно через торец ступени 26 корпуса 1, что снижает ее потери на поверхностях 25, 26 и способствует поддержанию производительности.

Формула изобретения

1. Машина ударного действия для проходки скважин в грунте и им подобных работ, включающая корпус с расположенным в нем с возможностью возвратно-поступательного движения ударником, промежуточный элемент с закрепленным на его передней части с возможностью ограниченного углового перемещения наконечником, первую пару поверхностей указанных промежуточного элемента и наконечника, охватываемая из которых выполнена сферической, и вторую пару поверхностей этих элементов, образованную при контакте их торцов, отличающаяся тем, что наконечник закреплен на промежуточном элементе с возможностью самоустановки, для чего охватывающая поверхность первой пары поверхностей выполнена цилиндрической, а по меньшей мере одна из поверхностей второй пары выполнена с радиусом кривизны, центр которого смещен по оси машины относительно центра сферической поверхности первой пары поверхностей.

2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что промежуточный элемент выполнен в виде оправки, установленной в передней части корпуса с возможностью ограниченного осевого перемещения, при этом сферическая поверхность первой пары поверхностей выполнена на передней части оправки, скользяще входящей во внутреннюю полость наконечника, образованную цилиндрической поверхностью первой пары поверхностей, а вторая пара поверхностей образована передним торцом оправки и дном полости наконечника.

3. Машина по п.1, отличающаяся тем, что промежуточным элементом является корпус с выполненной в передней его части внутренней полостью, образованной цилиндрической поверхностью первой пары поверхностей, при этом сферическая поверхность этой пары поверхностей выполнена на задней части наконечника, скользяще входящей в указанную полость корпуса, а вторая пара поверхностей образована дном полости корпуса и задним торцом наконечника.

4. Машина по п.1, отличающаяся тем, что промежуточным элементом является корпус со ступенью меньшего диаметра на передней части, при этом сферическая поверхность первой пары поверхностей выполнена на указанной ступени корпуса, скользяще входящей во внутреннюю полость наконечника, образованную цилиндрической поверхностью первой пары поверхностей, а вторая пара поверхностей образована передним торцом корпуса и дном полости наконечника.

5. Машина ударного действия для проходки скважин в грунте и им подобных работ, включающая корпус с расположенным в нем с возможностью возвратно-поступательного движения ударником, промежуточный элемент с закрепленным на его передней части с возможностью ограниченного углового перемещения наконечником, первую пару поверхностей указанных промежуточного элемента и наконечника, охватываемая из которых выполнена сферической, и вторую пару поверхностей этих элементов, образованную при контакте их торцов, отличающаяся тем, что наконечник закреплен на промежуточном элементе с возможностью самоустановки, для чего охватывающая поверхность первой пары поверхностей выполнена цилиндрической, а по меньшей мере одна из поверхностей второй пары - плоской.

6. Машина по п.5, отличающаяся тем, что промежуточный элемент выполнен в виде оправки, установленной в передней части корпуса с возможностью ограниченного осевого перемещения и снабженной в средней части буртиком, при этом сферическая поверхность первой пары поверхностей выполнена на передней части оправки, скользяще входящей во внутреннюю полость наконечника, образованную цилиндрической поверхностью первой пары поверхностей, а вторая пара поверхностей образована передним торцом буртика оправки и задним торцом наконечника.

7. Машина по п.5, отличающаяся тем, что промежуточным элементом является корпус с выполненной в передней части внутренней полостью, образованной цилиндрической поверхностью первой пары поверхностей, при этом сферическая поверхность этой пары поверхностей выполнена на ступени меньшего диаметра наконечника со стороны его задней части, скользяще входящей в указанную полость корпуса, а вторая пара поверхностей образована передним торцом корпуса и торцом ступени большего диаметра наконечника.

8. Машина по п.5, отличающаяся тем, что промежуточным элементом является корпус со ступенью меньшего диаметра на передней части, при этом сферическая поверхность первой пары поверхностей выполнена на указанной ступени корпуса, скользяще входящей во внутреннюю полость наконечника, образованную цилиндрической поверхностью первой пары поверхностей, а вторая пара поверхностей образована торцом ступени большего диаметра корпуса и задним торцом наконечника.

9. Машина по любому из пп.5, 7 и 8, отличающаяся тем, что наконечник выполнен со сквозным осевым каналом.

10. Машина по любому из пп.5 и 7 - 9, отличающаяся тем, что в корпусе выполнен по меньшей мере один канал, сообщенный с пространством перед наконечником и выходящий на наружную поверхность корпуса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10