Гидравлический рыхлитель землесосного снаряда
Владельцы патента RU 2260095:
Волжская государственная академия водного транспорта (ФГОУ ВПО "ВГАВТ") (RU)
Гидравлический рыхлитель может быть использован на земснарядах гидромеханизации, дноуглубительных, добывающих нерудные строительные материалы - песок и гравий. Обеспечивает повышение эффективности рыхления и улучшение условий грунтозабора. Рыхлитель состоит из установленного на всасывающем грунтоприемнике коллектора с соплами и подсоединенного к коллектору водоподводящего трубопровода. Сопла расположены вдоль коллектора. Коллектор выполнен в виде двух соосных труб. Внешняя труба установлена неподвижно и снабжена дугообразными окнами, расположенными вдоль трубы. Внутренняя труба, смонтированная с возможностью поворота относительно внешней трубы, выполнена со смещенным центром тяжести относительно оси вращения и снабжена соплами. Сопла размещены в окнах внешней трубы. Длина окон L определяется из соотношения где D - диаметр внешний трубы коллектора; αmax - максимальный угол наклона рамы земснаряда к горизонту, радиан; d - внешний диаметр сопел. 4 ил.
Изобретение относится к гидромеханизации, в частности к дноуглублению, а также добыче нерудных строительных материалов.
Известны гидравлические рыхлители грунта земснарядов, состоящие из коллектора с соплами, неподвижно установленного сверху на всасывающем грунтоприемнике, и водоподводящего трубопровода (Стариков А.С. Технологические процессы земснарядов. - М.: Транспорт. 1989, рис. 50а., стр.114).
Недостатком известных грунтозаборных устройств является то, что при изменяющихся в процессе эксплуатации глубинах разработки грунта (углах опускания рамы земснаряда) эффект воздействия струй рыхлителя на массив грунта значительно снижается вследствие уменьшения горизонтальной проекции струй, а следовательно, и глубины проникновения струй в грунт. Для того чтобы грунт, взрыхляемый и вытесняемый струями гидравлического рыхлителя из массива, перемещался к всасывающему грунтоприемнику, струи целесообразно направлять под углом 7÷15° к горизонту. В то же время для интенсивного рыхления грунта желательно, чтобы горизонтальная проекция струй была как можно больше, т.к. при этом глубина их проникновения в массив грунта будет максимальной и эффект их воздействия будет наибольшим. При расположении коллектора с соплами сверху части грунтоприемника и максимальном угле наклона рамы земснаряда угол наклона сопел к горизонту составит 45÷55°, причем величина горизонтальной проекции струи существенно уменьшается, т.е. эффект их воздействия на грунт будет малым. При расположении коллектора с соплами снизу грунтоприемника и небольших глубинах разработки грунта (малых углах наклона рамы земснаряда) увеличивается вероятность того, что нижние сопла, направленные почти горизонтально, будут работать не на взвешивание грунта, а на размыв и грунт будет уносится течением. Кроме того, в этом случае возникают трудности с заглублением грунтоприемника в грунт. При одновременной работе обоих рядов сопел (верхний и нижний) вдвое увеличиваются энергетические затраты на рыхление грунта вследствие необходимости увеличения подачи рыхлительного насоса.
Наиболее близким техническим решением к изобретению является гидравлический рыхлитель земснаряда, включающий коллектор с соплами, расположенный в зеве всасывающего грунтоприемника и разделяющий зев на две секции (а.с. 1208145, авторы Борисов Н.Н., Лукин Н.В. Б.И. №4, 30.01.86 г.).
Недостатком известного устройства является то, что при изменяющихся в процессе эксплуатации глубинах разработки грунта (углах опускания рамы земснаряда) секции зева грунтоприемника работают неравномерно. При малых глубинах эффективнее всасывает грунт нижняя секция грунтоприемника, а верхняя всасывает грунт с меньшей консистенцией. При больших глубинах - наоборот. Кроме того, при изменяющихся глубинах разработки уменьшается горизонтальная проекция струи, уменьшается глубина их проникновения в грунт, снижается эффект их воздействия на массив.
Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков и повышение эффективности рыхления грунта за счет поддержания оптимального угла воздействия струй рыхлителя на массив грунта независимо от глубины разработки грунта.
Технический результат изобретения достигается тем, что в известном устройстве, включающем коллектор с соплами, расположенными вдоль коллектора под углом 7÷15° к горизонту, установленным на всасывающем грунтоприемнике и подсоединенным к коллектору водоподводящим трубопроводом, коллектор выполнен в виде двух соосных труб, причем внешняя труба установлена неподвижно и снабжена дугообразными окнами, расположенными вдоль трубы, а внутренняя труба, смонтированная с возможностью поворота относительно внешней трубы, выполнена со смещенным центром тяжести относительно оси вращения и снабжена соплами, размещенными в окнах внешней трубы, при этом длина окон должна быть не менее определенной по зависимости
где D - диаметр внешний трубы коллектора;
αmax - максимальный угол наклона рамы земснаряда к горизонту, радиан;
d - внешний диаметр сопел.
Результат достигается тем, что при опускании рамы грунтозаборного устройства земснаряда в рабочее положение независимо от глубины разработки сопла гидрорыхлителя, размещенные на внутренней трубе, всегда занимают оптимальное положение к горизонту, при этом глубина проникновения струй воды в массив грунта будет максимальной, а качество рыхления грунта и всасывание образовавшейся гидросмеси будут наиболее эффективными.
Схема предлагаемого гидравлического рыхлителя представлена на фиг.1 - вид сверху, фиг.2 - вид спереди, фиг.3 - разрез по соплу на фиг.1 при положении рамы земснаряда по-походному, фиг.4 - разрез по соплу на фиг.1 при положении рамы земснаряда на максимальной глубине работы.
Гидравлический рыхлитель содержит коллектор, состоящий из двух соосных труб - внешней 1 и внутренней 2 и установленный на всасывающем грунтоприемнике 3, и трубопровод подвода воды 9. Внешняя труба 1 установлена неподвижно на грунтоприемнике 3 и имеет окна 4, расположенные вдоль трубы. Внутренняя труба 2 смонтирована подвижно относительно внешней трубы 1 в подшипниках 5 и имеет сопла 6, размещенные в окнах 4 внешней трубы 1 и сообщающиеся с полостью трубы 2. Труба 2 имеет смещенный центр тяжести относительно оси вращения 7 за счет установки в нижней части трубы балласта 8. Длина окон 4 во внешней трубе должна быть равна
где D - диаметр внешний трубы коллектора;
αmax - максимальный угол наклона рамы земснаряда к горизонту, радиан;
d - внешний диаметр сопел.
Устройство работает следующим образом.
Перед началом работы включается насос гидрорыхления (на рисунках не показан) и рыхлящая вода подается по трубопроводу 9 через внутреннюю полость трубы 2 к соплам 6. Затем всасывающий грунтоприемник 3 из походного положения опускается на заданную глубину разработки и включается грунтовой насос (на рисунке не показан). При опускании грунтоприемника 3 внешняя труба 1 коллектора изменяет свое положение в пространстве по отношению к горизонту, т.к. жестко связана с всасывающим грунтоприемником 3. Внутренняя труба 2 за счет смещенного центра тяжести относительно оси вращения остается по отношению к горизонту в прежнем положении, поворачиваясь на оси 7 в подшипниках 5. Сопла 6 свободно перемещаются в окнах 4 при опускании грунтоприемника 3 в рабочее положение, сохраняя оптимальный угол наклона струй 7-15° к горизонту. Струи воды, вытекающие из сопел 6, находящихся в оптимальном положении, с большой скоростью внедряются в грунт, рыхлят его и вытесняют в сторону грунтоприемника 3, который эффективно всасывает образовавшуюся гидросмесь.
При изменении глубины разработки грунта грунтоприемник может либо опускаться ниже, либо подниматься выше. При этом сопла 6 будут оставаться в неизменном оптимальном положении по отношению к горизонту, т.к. балласт 8 не позволит трубе 2 изменить свое положение при изменении глубины разработки и струи рыхлящей воды будут всегда направлены под одним и тем оптимальным углом к массиву грунта. Длина окон 4 равна позволяет беспрепятственно перемещаться соплам при изменении глубины разработки грунта от нуля до максимальной.
Таким образом, предложенный гидравлический рыхлитель позволяет всегда, независимо от положения грунтоприемника, обеспечивать наиболее оптимальное положение сопел, а следовательно, и струй воды по отношению к грунту, тем самым повышаются эффективность рыхления грунта и в целом технические показатели земснаряда.
Гидравлический рыхлитель землесосного снаряда, состоящий из установленного на всасывающем грунтоприемнике коллектора с соплами, расположенными вдоль коллектора, и подсоединенного к коллектору водоподводящего трубопровода, отличающийся тем, что коллектор выполнен в виде двух соосных труб, причем внешняя труба установлена неподвижно и снабжена дугообразными окнами, расположенными вдоль трубы, а внутренняя труба, смонтированная с возможностью поворота относительно внешней трубы, выполнена со смещенным центром тяжести относительно оси вращения и снабжена соплами, размещенными в окнах внешней трубы, при этом длина окон L должна быть не менее определенной из соотношения
где D - диаметр внешней трубы коллектора;
αmax - максимальный угол наклона рамы земснаряда к горизонту, радиан;
d - внешний диаметр сопел.
