Винтовой рабочий орган для разработки мерзлого грунта

 

СО1ОЗ СОВЕТСКИХ

СО1ДИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК Ю 4 Е 02 F 5/32 5 20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ фиг. 7

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3467825/29-03 (22) 09.07 ° 82 (46) 30.08.86. Бюл. У 32 (71) Хабаровский институт инженеров железнодорожного транспорта (72) Г. Е. Макашев, П. Г. Ташлыков и А. Б. Солодовников (53) 624.139.5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 604925, кл. Е 02 F 5/30, 1976, Авторское свидетельство СССР

Р 238425, кл. Е 02 F 5/30, 1968.

Авторское свидетельство СССР

В 975924, кл. E 02 F 5f20, 1981.

„„SU„„1254123 д 1 (54) (57} ВИНТОВОЙ РАБОЧИЙ ОРГАН ДЛЯ

РАЗРАБОТКИ МЕРЗЛОГО ГРУНТА, включающий приводную штангу с коничес:ким винтолопастным наконечником и охватывающий штангу скалывающий инструмент в виде шнековой лопасти, которая закреплена внутренней кромкой на штанге, сопряжена с винтовой лопастью наконечника и имеет шаг каждого витка, больший шага лопасти наконечника, отличающийся. тем, что, с целью повышения надежности, шнековая лопасть выполнена с переменным шагом, увеличивающимся в сторону от наконечника.

1254123

Изобретение относится к строительству и предназначено для производства земляных работ в зимний период в гражданском, промышленном и мелиоративном строительстве. 5

Целью изобретения является повы.шение надежности работы рабочего органа, На фиг. 1 изображен винтовой рабочий орган; на фиг, 2 — схема разработки мерзлого грунта винтовым рабочим органом.

Приводная штанга 1 имеет наконечник 2, оборудованный винтовой лопастью 3. Шнековая лопасть 4 сопряжена с винтовой лопастью 3 наконечника 2 и является ее продолжением.

Шаг лопасти 4 плавно увеличивается в сторону от наконечника 2 и от величины, равной шагу лопасти 3 наконечника 2, Внутренней кромкой 5 шнековая лопасть 4 прикреплена к приводной штанге i.

Работа винтовым рабочим органом. осуществляется следуюшим образом.

При вращении приводной штанги 1 и наличии давления на забой наконечник 2 с помощью винтовой лопасти 3 внедряется в мерзлый грунт, Внедрение наконечника осуществляется следующим образом. Наконечник выполнен в форме конуса с малым (15 ) углом при вершине, а на боковой поверхности конуса жестко закреплена винтовая лопасть 3, имеющая плавно уменьшающийся (от вершины конуса к ее основанию) шаг, причем соотношение шага начала и конца лопасти 2,5:1„ При соприкосновении вершины конуса с поверхностью мерзлого грунта и наличии дав- 1п ,пения на забой контактные напряжения достигают величины, превышающей величину напряжений разрушения грунта, и наконечник 2 вдавливается в мерзлый грунт. 15

Так как наконечник 2 вращается с помОщью приводной штанги 1 при вдавливании конуса и одновременном внедрении в грунт винтовой лопасти 3, последняя начинает разрыхлять грунт в местах контакта с грунтом. За счет сил трения вершина конуса нагревается, лед, содержащийся в мерзлом грунте, тает, и окружающий конус мерзлый грунт

55 переходит в талое состояние. Это позволяет уплотнять грунт и постепенно заглублять в него конус. По мере эаглубления конуса увеличивается объем мерзлого грунта, взаимодействующий с винтовой лопастью 3, Поэтому усилия, необходимые для рыхления этого объема мерзлого грунта, увеличиваются пропорционально величине заглубления конуса.

Как только величина усилия, передающегося грунту от винтовой лопасти 3, становится недостаточной для разрушения объема мерзлого грунта, наконечник 2 начинает ввинчиваться в мерзлый грунт, Величина осевого перемещения наконечника 2 в мерзлом грунте за один его оборот равна шагу винтовой лопасти 3 у основания конуса. Вращение приводной штанги 1 и ввинчивание в грунт наконечника 2 создают значительные осевые усилия, используемые для внедрения в мерзлый грунт клина.

Наконечник 2, внедрившись в мерзлый грунт, нарезает в массиве грунта винтовую полость, имеющую форму поперечного сечения винтовой лопасти 3 наконечника и шаг, равный минимальному (вблиэи основания конуса) шагу t, (см, фиг. 2) на винтовой лопасти 3 наконечника 2, Внедрение в мерзлый грунт наконечника 2 аналогично внедрению метчика при нареэании резьбы в гайке Следом за винтовой лопастью 3 наконечника 2 в образованную им полость внедряется шнековая лопасть 4, являющаяся продолжением лопасти 3 наконечника 2, Так как шаг шнековой лопасти 4 по" òåïåííî увеличивается на величину (см. фиг. 2), на плоскостях шнековой лопасти 4, обращенных к устью сквалыжны, возникают усилия, направленные в сторону привода. В результате схема приложения нагрузки к мерзлому грунту равнозначна схеме нагрузок при внедрении клина в свободную полость, так как приводная штанга вращается с постоянной скоростью, а увеличение шага шнековой лопасти 4 постоянно на первых 4-5 витках. Развертка шнековой лопасти 4 на плоскость имеет вид прямой, наклоьеннои к Горизонту под углом оп ределяемым из зависимости:

11 Д

Ф а Х =---

4. 1 где а — диаметр шнека; — шаг первого витка шнека.

Так как лобовое сопротивление грунта отсутствует, а на грунт воздействует вертикальная составляющая равнодействующей сил на наклонной плоскости, под действием этой силы про12541 крупный скол грунта, заклюмежду рядом расположенными шнековой лопасти 4, стволом стенками образующейся скваисходит ченного витками шнека и жины.

Фиа, 2

Составитель Н. Лихоперский

Редактор К. Волощук Техред.H.Ïîïîâè÷

Корректор Л. Патай

Заказ 4695/35 Тираж 641

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113,35, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Увеличение шага первых 4-5 витков лопасти 4 (а) определяется в зависимости от механических характеристик мерзлого грунта и составляет 10 величину от 0,03 до 0 05 диаметра лопасти, что обеспечивает увеличение угла подъема винтовой линии на о

1-!,5 за один оборот. Например, шаг лопасти 3 у основания конуса ра- 15 вен 100 мм, а шаг третьего витка лопасти 4 увеличен до 120 мм. Поскольку осевое перемещение приводной штанги I за один ее оборот равно шагу винтового наконечника 2 (в рас- 2о сматриваемом примере 100 мм), то при внедрении в грунт третьего витка лопасти 4 объем грунта, ограниченный стенками образующейся скважины (равной диаметру лопасти 4), при- 2S водной штангой I и рядом расположенными витками лопасти 4 должен переместиться в направлении забоя на

120 мм. В связи с тем, что осевое

23 4 перемещение приводной штанги 1 в сторону забоя зависит от шага винтовой лопасти 3 наконечника, перемещение лопасти 4 в районе третьего витка составляет также 100 мм, а разница в шаге начала лопасти 4 и ее третьего витка создает на витках лопасти 4 осевое усилие, направленное в сторону, противоположную забою. Так как лопасти 3 и 4 жестко связаны между собой и лопасть 3 постепенно переходит в лопасть 4, то объем мерзлого грунта, заключенный между двумя рядом расположенными витками лопастей, приводной штангой I u стенками образующейся скважины, воспринимает осевые усилия, возникающие на лопастях 4 эа счет разницы в шаге. Шаг лопасти 4 увеличивается плавно, значит усилия, воспринимаемые мерзлым грунтом, увеличиваются постепенно. С увеличением усилий растут напряжения в мерзлом грунте. При достижении напряжениями в грунте ве- личины, равной критическим напряжениям на срез данного грунта, происходит срез объема грунта, который перемещается лопастью 4 в сторону, противоположную забою.