Устройство для забивания стрежневого элемента в грунт
Владельцы патента RU 2535316:
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела им. Н.А. Чинакала Сибирского отделения Российской академии наук (RU)
Изобретение относится к горной и строительной технике, применяется для забивания вертикальных стальных труб и при бестраншейной прокладке трубопровода для забивания труб-кожухов в грунт. Устройство содержит основной ударный узел, установленный в отверстии переходного элемента, а также как минимум один дополнительный ударный узел, установленный по оси основного ударного узла в дополнительном отверстии переходного элемента, и соединенный с этим переходным элементом. Обеспечивается увеличение скорости забивания стержневого элемента в грунт путем повышения частоты ударов и возникновения эффекта "разжижения грунта". 6 з.п. ф-лы, 6 ил.
Техническое решение относится к горной и строительной технике и может быть применено для забивания вертикальных стальных труб и при бестраншейной прокладке трубопровода для забивания труб-кожухов в грунт.
Известно устройство для погружения трубы в грунт забиванием по авторскому свидетельству №1622532, кл. E02F 5/18, опубл. в БИ №3 за 1991 г., содержащее ударный узел, закрепленную в его передней части втулку для взаимодействия с торцом забиваемой трубы, на которой выполнены радиальные выступы и размещены упругие элементы по окружности между радиальными выступами, и приспособление для регулирования жесткости упругого элемента. Каждый упругий элемент выполнен в виде изогнутой пластинчатой пружины, установленной с возможностью взаимодействия средней частью с внутренней поверхностью трубы, а приспособление для регулирования жесткости упругого элемента выполнено в виде расположенных на внешней поверхности втулки углублений для размещения концов пружин.
Недостатком известного устройства является низкая эффективность его работы вследствие малой скорости забивания трубы в грунт под действием ударов, наносимых по торцу трубы ударным узлом, максимальная частота которых ограничена своим предельным значением для каждого отдельного ударного узла.
Наиболее близким аналогом по технической сущности и совокупности существенных признаков является устройство для бестраншейной прокладки трубопровода в грунте по патенту РФ №2101421, кл. E02F 5/18, опубл. в БИ №1 за 1998 г., включающее ударный узел и втулку и снабженное тросом с лебедкой, причем трос прикреплен к ударному узлу, а лебедка с закрепленным к ней другим концом троса монтирована с другой стороны забиваемой трубы, причем трос размещен в трубе.
Недостатком этого устройства является низкая эффективность его работы вследствие малой скорости забивания трубы в грунт под действием ударов, наносимых ударным узлом через втулку по трубопроводу, максимальная частота которых ограничена своим предельным значением для каждого отдельного ударного узла. Повышение частоты ударов ударного узла может быть достигнуто сокращением времени цикла между двумя соседними ударами и зависит от длины хода ударника. При достижении минимально возможной длины хода ударника дальнейшее увеличение частоты ударов может происходить только за счет увеличения скорости движения ударника и предударной скорости. Предударная скорость ограничена по условиям прочности соударяющихся деталей.
Технической задачей предлагаемого решения является повышение эффективности работы устройства вследствие увеличения скорости забивания стержневого элемента в грунт путем повышения частоты ударов и возникновения эффекта "разжижения грунта".
Поставленная задача решается тем, что устройство для забивания стержневого элемента в грунт, содержащее основной ударный узел, установленный в отверстии переходного элемента, согласно техническому решению снабжено, как минимум, одним дополнительным ударным узлом, установленным по оси основного ударного узла в дополнительном отверстии переходного элемента, и соединенным с ним.
Такое выполнение устройства обеспечивает увеличение частоты ударных воздействий по торцу стержневого элемента, которое происходит вследствие сложения частоты ударов, как минимум, двух любых ударных узлов, имеющих каждый свои технические характеристики. При этом повышается скорость забивания стержневого элемента в грунт. В результате происходит повышение эффективности работы устройства. Кроме того, увеличение частоты ударных воздействий приводит к появлению дополнительного эффекта - "разжижения грунта" и, как следствие, к снижению сопротивления внедрению в грунт стержневого элемента за счет уменьшения трения. Это способствует увеличению скорости забивания стержневого элемента в грунт, что способствует повышению эффективности работы устройства.
Целесообразно, чтобы основной и каждый дополнительный ударные узлы образовали с переходным элементом конусные соединения. Такое выполнение устройства обеспечивает точное соосное размещение, как минимум, двух ударных узлов на переходном элементе, устойчивое крепление переходного элемента на торце стержневого элемента и полную передачу ударных импульсов через переходной элемент к стержневому элементу. Это приведет к увеличению скорости забивания стержневого элемента в грунт, что обеспечит повышение эффективности работы. Кроме того, конусные соединения делают возможным легкое снятие ударных узлов с переходного элемента при технологической необходимости.
Целесообразно, чтобы основной и каждый дополнительный ударные узлы образовали с переходным элементом торцевые контакты. Такое выполнение устройства обеспечит полную передачу ударного импульса от каждого ударного узла переходному элементу без потерь, существующих при жестком соединении каждого из ударных узлов с переходным элементом,масса корпусов которых поглощает часть ударного импульса от другого ударного узла.
Целесообразно, чтобы торцевые контакты основного и каждого дополнительного ударных узлов с переходным элементом были обеспечены резьбовыми соединениями. Такое выполнение устройства обеспечивает не только точное соосное размещение, как минимум, двух ударных узлов на переходном элементе, но и исключает снятие основного ударного узла с переходного элемента при ударе дополнительного ударного узла и наоборот. В этом случае следующий ударный импульс от основного ударного узла не будет потрачен на восстановление его соединения с переходным элементом, нарушенного воздействием ударного импульса от дополнительного ударного узла, и наоборот.
Целесообразно, чтобы торцевые контакты основного и каждого дополнительного ударных узлов с переходным элементом были обеспечены с помощью стяжных элементов, закрепленных одними концами на основном и дополнительном ударных узлах соответственно, а другими концами соответственно на переходном элементе. При таком выполнении устройства каждый следующий удар от основного или дополнительного ударных узлов будет направлен на повышение эффективности работы за счет более полной передачи ударных импульсов к стержневому элементу через плотные торцевые контакты всех ударных узлов с переходным элементом. Кроме этого масса корпуса одного ударного узла не будет являться "паразитным" телом, поглощающим часть ударного импульса от другого ударного узла и наоборот.
Целесообразно при этом устройство снабдить кольцевым пригрузом с демпфирующим элементом, расположенными на кольцевом выступе, выполненном на боковой поверхности переходного элемента. Такое выполнение устройства обеспечит более эффективное соединение переходного элемента со стержневым элементом, забиваемым в грунт, т.к. вес кольцевого пригруза будет уравновешивать силу отдачи каждого ударного узла и препятствовать обратному движению стержневого элемента из фунта. Демпфирующий элемент, расположенный между кольцевым пригрузом и переходным элементом, обеспечивает постоянное действие веса пригруза на переходной элемент и более эффективное восприятие сил отдачи указанных ударных узлов. Кроме того, исключается случайное снятие переходного элемента со стержневого элемента под воздействием ударных нагрузок.
Целесообразно, чтобы торцевые контакты основного и каждого дополнительного ударных узлов с переходным элементом были обеспечены с помощью стяжных элементов, закрепленных одними концами на основном и дополнительном ударных узлах соответственно, а другими концами соответственно на стержневом элементе с помощью поперечно расположенного в нем пальца. Такое выполнение устройства обеспечивает не только плотные торцевые контакты между переходным элементом и всеми ударными узлами, но и постоянный контакт между переходным элементом и стержневым элементом. Это способствует более полной передаче ударного импульса от каждого ударного узла через переходной элемент к погружаемому в грунт стержневому элементу, что приводит к увеличению скорости забивания стержневого элемента в грунт. В результате происходит повышение эффективности работы устройства. Кроме этого предотвращается случайное снятие переходного элемента со стержневого элемента под действием ударных импульсов.
Сущность технического решения поясняется примером конкретного исполнения устройства для забивания стержневого элемента в грунт и чертежами фиг.1-6. На фиг.1 изображено устройство для забивания стержневого элемента в грунт, общий вид в продольном разрезе, в котором оно снабжено как минимум одним дополнительным ударным узлом, установленным по оси основного ударного узла в дополнительном отверстии переходного элемента, и образует с ним конусное соединение. На фиг.2 - то же устройство, в котором основной и дополнительный ударные узлы с переходным элементом образуют торцевые контакты, которые обеспечены их резьбовыми соединениями. На фиг.3 - увеличенное изображение торцевого контакта, обеспеченного указанным резьбовым соединением. На фиг.4 - то же устройство, в котором торцевые контакты основного и каждого дополнительного ударных узлов с переходным элементом обеспечены с помощью стяжных элементов, закрепленных одними концами на основном и дополнительном ударных узлах соответственно, а другими концами соответственно на переходном элементе. На фиг.5 изображено то же устройство, что на фиг.4, общий вид в продольном разрезе, в котором оно снабжено кольцевым пригрузом с демпфирующим элементом, расположенными на кольцевом выступе, выполненном на боковой поверхности переходного элемента. На фиг.6 изображено то же устройство, в котором торцевые контакты основного и каждого дополнительного ударных узлов с переходным элементом обеспечены с помощью стяжных элементов, закрепленных одними концами на основном и дополнительном ударных узлах соответственно, а другими концами соответственно на стержневом элементе с помощью поперечно расположенного в нем пальца.
Устройство для забивания стержневого элемента 1 (фиг.1) в грунт (далее - устройство) содержит основной ударный узел 2, установленный в отверстии переходного элемента 3, и как минимум один дополнительный ударный узел 4, установленный по оси основного ударного узла 2 в дополнительном отверстии переходного элемента 3. Причем основной 2 и дополнительный 4 ударные узлы с переходным элементом 3 могут образовать конусные соединения (фиг.1).
В устройстве основной 2 и дополнительный 4 ударные узлы с переходным элементом 3 могут образовать торцевые контакты, обеспеченные их резьбовыми (фиг.2, 3) соединениями или стяжными элементами 5-8 (фиг.4-6), которыми снабжено устройство. Стяжные элементы 5-8 закреплены одними концами на основном 2 и дополнительном 4 ударных узлах соответственно, а другими концами соответственно на переходном элементе 3. При этом устройство может быть снабжено кольцевым пригрузом 9 (фиг.5) с демпфирующим элементом 10, расположенными на кольцевом выступе, выполненном на боковой поверхности переходного элемента 3. Для обеспечения указанных торцевых контактов стяжные элементы 5-8 в устройстве могут быть закреплены одними концами на основном 2 и дополнительном 4 ударных узлах соответственно, а другими концами на стержневом элементе соответственно, например, при помощи поперечно расположенного в нем пальца 11 (фиг.6).
Устройство работает следующим образом. Основной ударный узел 2 через конусное (фиг.1) или резьбовое (фиг.2, 3) соединение с торцевым контактом передает ударные импульсы переходному элементу 3, который передает эти ударные импульсы стержневому элементу 1 со своей частотой ударов. Под действием ударных импульсов стержневой элемент 1 погружается в грунт. Одновременно с этим дополнительный ударный узел 4 через указанные конусное или резьбовое соединение с торцевым контактом передает свои ударные импульсы переходному элементу 3 со своей частотой. Под действием ударных импульсов от дополнительного ударного узла 4 стержневой элемент 1 также погружается в грунт. Частота ударов основного 2 и дополнительного 4 ударных узлов может быть разной. Общая частота воздействия на стержневой элемент 1 через переходной элемент 3 складывается из частот основного 2 и дополнительного 4 ударных узлов. Это обеспечивает увеличение скорости забивания стержневого элемента в грунт. В результате происходит повышение эффективности работы устройства. Воздействие ударных импульсов с повышенной частотой приводит к "разжижению грунта", к уменьшению сопротивления внедрению, к повышению скорости забивания стержневого элемента в грунт, что способствует повышению эффективности работы устройства.
Для обеспечения торцевых контактов основного 2 и каждого дополнительного 4 ударных узлов с переходным элементом 3 могут применяться резьбовые соединения, которые обеспечивают не только точное соосное размещение, как минимум, двух ударных узлов на переходном элементе 3, но и исключает снятие основного 2 ударного узла с переходного элемента 3 при ударе дополнительного 4 ударного узла и наоборот.
Для обеспечения торцевых контактов основного 2 и каждого дополнительного 4 ударных узлов с переходным элементом 3 могут применяться стяжные элементы 5-8 (фиг.4), которые обеспечивают надежную передачу ударного импульса от основного 2 и дополнительного 4 ударных узлов переходному элементу 3. При этом масса дополнительного ударного узла 4 не воспринимает ударный импульс от основного ударного узла 2 и наоборот. Весь ударный импульс от обоих ударных узлов 2, 4 передается через переходной элемент 3 стержневому элементу 1.
Вес кольцевого пригруза 9, расположенного на кольцевом выступе переходного элемента 3, компенсирует силы отдачи от основного 2 и дополнительного 4 ударных узлов (фиг.5). Демпфирующий элемент 10, расположенный между кольцевым пригрузом 9 и кольцевым выступом, выполненным на боковой поверхности переходного элемента 3, изолирует кольцевой пригруз 9 от воздействия ударных нагрузок и обеспечивает постоянный силовой контакт между кольцевым пригрузом 9 и переходным элементом 3. Тем самым исключается обратное движение стержневого элемента 1 из грунта под действием сил отдачи основного 2 и каждого дополнительного 4 ударных узлов. Кроме того, исключается случайное снятие переходного элемента 3 со стержневого элемента 1, которое может произойти под воздействием ударных нагрузок.
Крепление стяжных элементов 5-8 одними концами соответственно на основном 2 и дополнительном 4 ударных узлах, а другими концами соответственно на стержневом элементе 1 (как показано на фиг.6) предотвращает не только случайное снятие переходного элемента 3 со стержневого элемента 1, но и обеспечивает полную передачу ударных импульсов от обоих ударных узлов 2, 4 через переходной элемент 3 стержневому элементу 1.
1. Устройство для забивания стержневого элемента в грунт, содержащее основной ударный узел, установленный в отверстии переходного элемента, отличающееся тем, что оно снабжено как минимум одним дополнительным ударным узлом, установленным по оси основного ударного узла в дополнительном отверстии переходного элемента и соединенным с этим переходным элементом.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что основной и каждый дополнительный ударные узлы образуют с переходным элементом конусные соединения.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что основной и каждый дополнительный ударные узлы образуют с переходным элементом торцевые контакты.
4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что торцевые контакты основного и каждого дополнительного ударных узлов с переходным элементом обеспечены их резьбовыми соединениями.
5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что торцевые контакты основного и каждого дополнительного ударных узлов с переходным элементом обеспечены с помощью стяжных элементов, закрепленных одними концами на основном и дополнительном ударных узлах соответственно, а другими концами соответственно на переходном элементе.
6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что оно снабжено кольцевым пригрузом с демпфирующим элементом, расположенными на кольцевом выступе, выполненном на боковой поверхности переходного элемента.
7. Устройство по п.3, отличающееся тем, что торцевые контакты основного и каждого дополнительного ударных узлов с переходным элементом обеспечены с помощью стяжных элементов, закрепленных одними концами на основном и дополнительном ударных узлах соответственно, а другими концами соответственно на стержневом элементе с помощью поперечно расположенного в нем пальца.
