Устройство для сооружения траншей
Владельцы патента RU 2260657:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Белгородский государственный университет (БелГУ) (RU)
Устройство относится к области гидротехники и может быть использовано на горнодобывающих предприятиях и в строительстве для создания противофильтрационных водонепроницаемых экранов, при возведении подземных сооружений с применением методов «стена в грунте» для защиты водотоков подземных и поверхностных вод от загрязнения сточными техногенными водами и отходами промышленных предприятий. Обеспечивает возможность ведения работ в грунтах различной категории по буримости, удешевление, повышение производительности и надежности работы устройства. Устройство включает установленный на базовой машине рабочий орган, снабженный съемным цилиндрическим утяжеленным узлом, установленным в верхней части ударного механизма, комплектом клиновидных ножевых частей. В комплект входит клиновидная ножевая часть, выполненная в виде полого корпуса с двумя внутренними наклонными поверхностями и снабженная открывающимися клапанами и породоприемным бункером. Вторая клиновидная ножевая часть выполнена в виде корпуса удлиненной пикообразной формы и снабжена промывочными каналами и съемными режущими элементами. Рабочий орган снабжен трубчатыми направляющими, одна из которых в сечении представляет собой кольцо, а вторая трубчатая направляющая - часть кольца, причем внутренний диаметр второй направляющей больше или равен наружному диаметру первой направляющей. 1 з.п. ф-лы, 9 ил.
Изобретение относится к области гидротехники и может быть использовано на горнодобывающих предприятиях и в строительстве при возведении траншей в грунтах различных категорий по буримости для создания противофильтрационных водонепроницаемых экранов, при возведении подземных сооружений с применением методов \стена в грунте\ для защиты водотоков подземных и поверхностных вод от загрязнения сточными техногенными водами и отходами промышленных предприятий.
Известно устройство для сооружения траншей преимущественно под фильтрационные завесы-экраны, включающее механизм ударного действия, трубчатые направляющие, клиновидную ножевую часть и раму. Клиновидные ножи снабжены на концах роликами, способствующими перемещению ножей по пазам предварительно установленных в скважинах труб-направляющих, соединенных поперечной рамой с блоком (АС СССР №514062).
Недостатком данного устройства является сложность конструкции рабочего органа и низкая производительность вследствие необходимости предварительного бурения скважины для каждого последующего отрезка траншеи и установки в них труб-направляющих с пазами, а также то, что оно применимо только для грунтов до 4 категории по буримости.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство для сооружения траншей (АС СССР №899754) преимущественно под противофильтрационные завесы-экраны, включающее механизм ударного действия, трубчатые направляющие, клиновидную ножевую часть и раму, снабженную вертикальными втулками, в которых размещены трубчатые направляющие, частично связанные с клиновидной ножевой частью, а в каждой направляющей размещен механизм ударного действия, причем клиновидная ножевая часть имеет на конце консольный отрезок и дополнительную трубчатую направляющую, установленную на конце консольного отрезка. Устройство содержит также другие направляющие, расположенные на пространственной раме, которая установлена на рельсовой тележке с рамой, в вертикальных втулках которой помещены трубчатые направляющие клиновой ножевой части. Тележка перемещается вдоль оси траншеи по рельсовому пути.
Недостатком этого устройства является то, что оно применимо только для грунтов до 4 категории по буримости, а также необходимость прокладывания рельсового пути, предварительного бурения лидирующих скважин, наличие не менее двух механизмов ударного действия, что может привести к перекосу ножевой части из-за возможности неодновременного воздействия на нее ударных механизмов. Все эти недостатки приводят к удорожанию сооружения траншей.
Задачей предлагаемого технического решения является расширение арсенала устройств для сооружения траншей, лишенных указанных выше недостатков, и возможности расширения ведения работ в грунтах различной категории по буримости, что приведет не только к удешевлению, но и повышению производительности при сооружении траншеи, а также повышению надежности работы устройства.
Для решения поставленной задачи предлагается устройство для сооружения траншей, в котором, в отличие от прототипа:
- рабочий орган снабжен съемным цилиндрическим утяжеленным узлом, укрепленным на верхней части ударного механизма, что позволяет увеличить глубину и техническую скорость сооружения траншеи за счет роста осевого усилия, гашения реактивного усилия и удобства переключения механизма на реверсивный ход;
- рабочий орган снабжен также комплектом клиновидных ножевых частей рабочего органа, в который входят кроме стандартной клиновой ножевой части, специальные ножевые части, предназначенные для грунтов различной категории по буримости, что значительно расширяет технологические возможности устройства благодаря возможности быстрой смены клиновидных ножевых частей в зависимости от физико-механических свойств проходимых грунтов;
- одна клиновидная ножевая часть выполнена в виде полого корпуса с двумя внутренними наклонными поверхностями и снабжена открывающимися клапанами и породоприемным бункером, что позволяет использовать ее в слабых и неустойчивых породах, с возможностью отбора породы;
- вторая клиновидная ножевая часть выполнена в виде корпуса удлиненной пикообразной формы и снабжена промывочными каналами и съемными режущими инструментами, что позволяет применять ее при сооружении траншей в крепких и очень плотных породах, как без подачи, так и с подачей промывочной жидкости;
- первая трубчатая направляющая в сечении представляет собой кольцо, вторая - часть кольца, причем внутренний диаметр второй направляющей больше или равен наружному диаметру первой направляющей, что позволяет соединять рабочие органы между собой;
- устройство дополнительно снабжено траверсой с переменной конфигурацией, что позволяет соединять два и более рабочих органов для сооружения траншеи в виде прямой, ломаной или параллельных линий, в виде многоугольника.
На фиг.1 изображено устройство для сооружения траншей в конечном положении рабочего цикла,
на фиг.2 - сечение рабочего органа устройства в поперечной плоскости,
на фиг.3 - сечение в поперечной плоскости рабочего органа с клиновидной ножевой частью для слабых и неустойчивых пород,
на фиг.4 - траншея с рабочим органом, вид сверху,
на фиг.5 - траншея, выполненная рабочим органом, изображенным на фиг.3,
на фиг.6 - клиновидная ножевая часть для крепких пород,
на фиг.7 - траверса для подвески рабочих органов,
на фиг.8 - способ соединения двух рабочих органов под углом,
на фиг.9 - способ соединения рабочих органов параллельно,
на фиг.10 - способ соединения рабочих органов для получения траншеи четырехугольной формы.
Устройство для сооружения траншей состоит из рабочего органа 1, включающего механизм ударного действия 2, соединенного с рамой 3, с которой в свою очередь соединена клиновидная ножевая часть 4 с помощью связи 5. На концах рамы 3 с двух сторон установлены трубчатые направляющие 6 и 7, к которым примыкает клиновая ножевая часть 4. Трубчатая направляющая 6 в сечении представляет собой кольцо, трубчатая направляющая 7 - часть кольца, причем внутренний диаметр D1 направляющей 7 должен быть больше или равен наружному диаметру D2 направляющей 6. Над механизмом ударного действия 2 через соединительную трубу 8, например муфту, установлен комплект цилиндрических утяжеленных узлов 9, выполненных, например, из утяжеленных бурильных труб, которые через соединительные узлы 10 и детали 11, а также через канат 12 соединены с базовой машиной 13, представляющей собой, например, буровую установку на колесном ходу. На базовой машине 13 устанавливается источник подачи энергии к механизму ударного действия, например компрессор (не показан), для подачи сжатого воздуха по шлангу 14, который проходит через соединительные детали и узлы 8, 9, 10 непосредственно к механизму ударного действия 2. Устройство снабжено комплектом сменных клиновидных ножевых частей, в который входят специально предназначенные для различных по буримости грунтов клиновидные ножевые части. Для слабых и неустойчивых пород клиновидная ножевая часть (фиг.3 и 5) выполнена в виде полого корпуса с двумя внутренними наклонными поверхностями 15 и 16 и снабжена открывающимися клапанами 17 и 18, например, тарельчатого типа, установленных на осях 19 и 20, и породоприемным бункером 21. Для крепких и очень плотных пород клиновидная ножевая часть (фиг.6) может быть выполнена в виде корпуса 22 удлиненной пикообразной формы, снабженного промывочными каналами 23, 24, 25 и съемными режущими элементами 26, 27. Причем указанные каналы соединены с трубопроводом 28, подающим промывочную жидкость.
Устройство работает следующим образом. После установки базовой машины 13 с рабочим органом 1 запускают механизм ударного действия 2, например, путем подвода сжатого воздуха по шлангу 14. При этом рабочий орган 1 начинает погружаться в грунт, а трубчатые направляющие 6 и 7, расположенные по краям рамы 3, образуют скважины 29 и 30, тем самым обеспечивая вертикальность направления траншеи. В плотных и крепких грунтах указанные скважины могут быть пробурены заранее, до сооружения траншеи. В результате погружения рабочего органа 1 в грунт образуется участок траншеи с уплотненными гладкими стенками. При достижении рабочим органом 1 проектной отметки механизм ударного действия 2 дистанционно переключают на обратный ход и рабочий орган 1 извлекают на поверхность при помощи лебедки базовой машины.
Для слабых и неустойчивых пород предназначен рабочий орган с клиновидной ножевой частью в виде полого корпуса с двумя наклонными внутренними поверхностями (фиг.3). При погружении этого рабочего органа в грунт вытесняемая порода заполняет породоприемный бункер 21, а при подъеме рабочего органа клапаны 17 и 18 перекрывают дно бункера и порода извлекается на поверхность.
Устойчивость стенок траншеи при этом поддерживается путем заполнения траншеи соответствующим раствором, например глинистым, необходимой плотности.
Для крепких и очень плотных пород предназначен рабочий орган с клиновидной ножевой частью в виде корпуса 22 пикообразной формы. Для лучшего скольжения и разрушения породы на лезвия ножевой части подают под давлением промывочную жидкость, например воду. В процессе разрушения грунта лезвия ножевой части могут выходить из строя, например тупиться, поэтому предусмотрена возможность замены съемных режущих элементов 26 и 27.
В процессе сооружения траншеи возможно использование двух и более рабочих органов, объединенных с помощью траверсы 31 переменной конфигурации путем сцепления рабочих органов между собой с помощью трубчатых направляющих 6 и 7. Сооружение траншеи при этом может вестись в виде прямой, ломаной или параллельных линий (фиг.8, фиг.10), многоугольника (фиг.9).
В результате повышается производительность и надежность работ, упрощается технология сооружения траншей, отпадает необходимость прокладывания рельсовых путей.
1. Устройство для сооружения траншей, содержащее установленный на базовой машине рабочий орган в виде рамы с трубчатыми направляющими, клиновидной ножевой частью и механизмом ударного действия, отличающееся тем, что рабочий орган снабжен съемным цилиндрическим утяжеленным узлом, установленным в верхней части ударного механизма, а также комплектом сменных клиновидных ножевых частей, в который входит клиновидная ножевая часть, выполненная в виде полого корпуса с двумя внутренними наклонными поверхностями и снабженная открывающимися клапанами и породоприемным бункером, вторая клиновидная ножевая часть, выполненная в виде корпуса удлиненной пикообразной формы и снабженная промывочными каналами и съемными режущими элементами, причем первая трубчатая направляющая в сечении представляет собой кольцо, вторая - часть кольца, а внутренний диаметр второй направляющей больше или равен наружному диаметру первой направляющей с возможностью объединения двух и более рабочих органов.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно снабжено траверсой с переменной конфигурацией, позволяющей соединять два и более рабочих органа с возможностью сооружения траншеи в виде прямой, ломаной, параллельных линий, в виде многоугольника.
