Устройство для образования скважин в грунте

 

Сущность изобретения: устройство для образования скважин в грунте содержит полый корпус с кольцевой выемкой, ударник с осевым каналом. гайку, с выхлопными каналами, шланг для подвода сжатого воздуха, трубку с поперечной перегородкой и разделительный элемент. Трубка закреплена одним своим концом на гайке. Перегородка разделяет внутреннюю полость трубки на сообщенную с передней камерой переднюю часть и на сообщенную со шлангом заднюю часть. Разделительный элемент установлен коаксиально снаружи трубки и образует с кольцевой выемкой на корпусе выхлопную камеру. Ударник выполнен с продольными пазами. Трубка имеет радиальные каналы. 8 злф-лы, 3 ил.

ОПИСАНЛЕ ЛЗОБРЕТЕНК

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4933896/03 (22) 05.05.91 (46) 15.1293 Бюл. Ня 45-46 (71) Институт горного дела СО PAH (72) Гурков КС. Смоляницкий Б.Н.; Плавских ВД„ г.В.П.; Свита П.н„. Филонов АД (73) Институт горного дела СО PAH (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ СКВАЖИН В ГРУНТЕ (57) Сущность изобретения: устройство для образования скважин в грунте содержит полый корпус с кольцевой выемкой, ударник с осевым каналом, (19) RRU U(11) 2004707 С1 (51) 5 K02 FS 18 гайку, с выхлопными каналами, шланг для подвода сжатого воздуха, трубку с поперечной перегородкой и разделительный элемент. Трубка закреплена одним своим концом на гайке. Перегородка разделяет внутреннюю полость трубки на сообщенную с передней камерой переднюю часть и на сообщенную со шлангом заднюю часть. Разделительный элемент установлен коаксиально снаружи трубки и образует с кольцевой выемкой на корпусе выхлопную камеру, Ударник выполнен с продольными пазами Трубка имеет радиальные каналы. 8 : за-лы, 3 ил.

2004707

Изобретение относится к.строительной технике, более конкретно к машинам для образования скважин в уплотняемых грунтах, и может быть использовано при строительство подземных коммуникаций, бестраншейным способом, проходке разведочных скважин, сооружений набивных свай, глубинном уплотнении грунтов, забивагнии в грунт труб и других строительных элементов, а также в горной промышленности.

Известно устройство для пробивания скважин в грунте, включающее корпус, размещенный в корпусе и делящий его полость на переднюю, заднюю камеры и постоянно связанную с атмосферой внутреннюю камеру, ударник со сквозным продольным каналом, воздухораспределитель в виде двух коаксиальных трубок с радиальными каналами и магистраль подвода сжатого воздуха. причем внутренняя трубка постоянно сообщена с магистралью подвода сжатого воздуха, имеет перемычку между радиальными каналами, а внутренняя камера образована в теле ударника расточкой.

Недостатком этого устройства является малая долговечность ударника, обусловленная недостаточной толщиной его стенок в трубчатой части, не превышающей 15 наружного диаметра, особенно уменьшающейся за счет дополнительной расточки, необходимой для выхлопа сжатого воздуха из передней камеры устройства. Это ограничивает допустимую (по условиям долговечности) предударную скорость ударника, определяющую его кинетическую энергию. а. следовательно, и производительность устройства величиной 3,0...3,5 м/с.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является пневматическое устройство ударного действия для образования скважин в грунте, включающее корпус, в котором установлен ступенчатый ударник с радиальными, осевым и продольными каналами, и гайку, имеющую каналы для пропуска воздуха. На внутренней поверхности корпуса выполнены передняя и задняя расточки. являющиеся элементами воздухораспределения. Благодаря отсутст.вию тонкостенной трубчатой части у ударника допустимая предударная скорость здесь несколько выше, чем у устройства (1), Дальнейшее увеличение предударной скорости ударника (производительности устройства) невозможно из-эа наличия таких концентраторов напряжения, как радиальные отверстия в ударнике, и особенно передняя . расточка на внутренней поверхности корпу5

55 са, необходимая для выхлопа сжатого воздуха из передней камеры устройства.

Поставлена задача увеличения производительности, надежности и долговечности устройства для образования скважин в грунте путем увеличения допустимой (по условиям прочности и долговечности) кинетической энергии ударника эа счет ликвидации наиболее опасных концентраторов напряжений в деталях, Поставленная задача решается тем, что устройство, включающее полый корпус с кольцевой выемкой в его хвостовой части, установленный с возможностью осевого перемещения во внутренней полости корпуса ударник с осевым каналом, который сообщен с передней камерой, закрепленную на заднем торце корпуса гайку с выхлопными каналами и соединенный с гайкой шлангдля подвода сжатого воздуха, снабженное закрепленной одним своим концом на гайке трубкой с поперечной перегородкой, которая разделяет внутреннюю полость трубки на сообщенную с передней камерой переднюю часть и на сообщенную со шлангом для подвода сжатого воздуха заднюю часть, и установленным коаксиально снаружи трубки разделительным элементом, который образует с кольцевой выемкой на корпусе выхлопную камеру, которая через выхлопные каналы в гайке сообщена с атмосферой, и с трубкой — заднюю камеру, а ударник выполнен с продольными пазами для сообщения передней камеры с выхлопной камерой, при этом трубка выполнена с радиальными отверстиями для сообщения соответственно передней части внутренней полости трубки с задней камерой и задней части внутренней полости трубки с задней камерой, причем свободный конец трубки размещен в осевом канале ударника, а осевой канал в ударнике выполнен в виде сквозного канала.

Такое выполнение устройства позволяет ликвидировать основные концентраторы напряжений в деталях прототипа — радиальные отверстия ударника и внутреннюю расточку в передней части корпуса.

Корпус устройства целесообразно выполнить из передней и задней частей, жестко соединенных между собой, при .этом задняя часть корпуса имеет внутренний диаметр больший, чем внутренний диаметр передней части корпуса, и образует кольцевую выемку в корпусе. Такая конструкция и технология изготовления корпуса для данного устройства является наиболее целесообразной с точки зрения упрощения изготовления, снижения требований к металлообрабатывающему оборудованию, за2004707 готовкам, термообработке, простоты получения необходимой точности, чистоты рабочих поверхностей. Но главное достоинство соединения прессовой посадкой двух частей корпуса в том, что оно позволяет получить необходимое для выхлопа расширение корпуса в задней его части в виде естественной нахлестки, при соединении хорошо обработанной передней части и грубо обработанной задней части. без ослабления корпуса расточкой.

Наиболее простой получается общая компоновка устройства, если разделительный элемент выполнен в виде сильфона, один конец которого закреплен на гайке, а другой — на заднем торце ударника. В частности, упрощается конструкция ударника. корпуса и уменьшается общая длина машины.

Разделительный элемент целесообразно также выполнить в виде гильзы, один конец которой соединен с гайкой. а ударник выполнен с расположенным на его заднем торце кольцевым пазом для размещения свободного конца гильзы. Такое выполнение устройства получить простую, компактную и технологичную общую компоновку машины. Кольцевой паз в ударнике позволяет при равной длине увеличить его массу на 10...157, и соответственно энергию ударов, т.е. производительность, или уменьшить предударную скорость ударника, т.е. увеличить долговечность. Ударник целесообразно выполнить иэ двух жестко соединенных между собой частей, которые установлены друг относительно друга с кольцевым зазором, образующим кольцевой паз для размещения свободного конца гильзы. Такое выполнение наиболее технологично и обеспечивает получение максимальной точности.

На трубке целесообразно установить с возможностью осевого перемещения втулку, кинематически связанную с ударником.

Кинематическая связь втулки с ударником может быть выполнена в виде расположенного на ударнике толкателя, при этом последний установлен с возможностью взаимодействия с выступом на втулке. Такое выполнение устройства увеличивает энергию ударов за счет использования энергии дополнительного наполнения сжатым воздухом передней камеры.

Втулку целесообразно выполнить с приспособлением для ее торможения, причем это приспособление целесообразно выполнить в виде разрезного пружинного кольца, размещенного в кольцевой проточке втулки. Тормозное устройство обеспечит более четкое перемещение втулки по трубке без

55 инерционных перебегов и упругих отскоков, могущих нарушить выполнение заданных циклов взаимодействия ударника и втулки.

На фиг. 1 и фиг. 2 изображены варианты устройства при переднем положении ударника; на фиг. 3- верхняя часть устройства при переднем положении ударника, а нижняя — при заднем его положении.

Устройство содержит корпус 1, ударник, имеющий осевой канал 2, выflîëненный сквозным, продольные пазы 3, состоящие из жестко соединенных между собой прессовой посадкой частей 4 и 5, образующих кольцевой паз 6. В задней части корпуса 1, имеющего кольцевую выемку 7, закреплена гайка 8, имеющая выхлопные каналы 9, с которой соединена гильза 10 (разделительный элемент). В гайке 8 закреплена трубка

11, разделенная перегородкой 12, имеющая радиальные каналы 13 и 14 по разные стороны перегородки 12. Задняя часть трубки

11 постоянно сообщается со шлангом 15 подвода сжатого воздуха, а передняя часть входит в канал 2 ударника. Ударник и корпус

1 образуют переднюю камеру 16. постоянно сообщающуюся через осевой канал 2 с передней частью трубки 11. Меньшая часть 5 ударника и гильза 10 образуют заднюю камеру 17. сообщающуюся через радиальный канал 14 трубки 11 со шлангом 15 подвода сжатого воздуха. Ударник, корпус 1 и гильза

10 образуют выхлопную камеру 18, постоянно сообщающуюся с атмосферой через выхлопные каналы 9 гайки 8.

Вустройстве,,показанном на фиг. 1. эа счет снабжения его трубкой 11, в сравнении с прототипом, достигнуто отсутствие основных концентраторов напряжений в главных деталях — радиальных отверстий в ударнике и внутренней расточки в передней части корпуса. Особую простоту и компактность устройству придает то, что задняя его камера 17 образована меньшей частью 5 ударника и гильзой 10. соединенной с гайкой 8.

Наличие в ударнике кольцевого паза 6, в котором при движении ударника помещается гильза 10. увеличивает его при равной длине на 10...157ь и соответственно увеличивает энергию ударов или снижает предударную скорость ударника. Выполнение ударника из двух частей 4 и 5 позволяет. соединив их прессовой посадкой, получить наиболее простой, по технологическому исполнению, ударник с кольцевым пазом 6.

В варианте исполнения устройства (фиг.

2) задняя камера 17 образована сильфоном

19 (разделительным элементом), соединенным передним торцом с ударником 20, а задним — с гайкой 21 винтами 22. В этом варианте устройства за счет использования

2004707

55 для образования задней камеры 17 сильфона 19 получена еще более простая и компактная общая схема машины, Третий вариант устройства показан на фиг. 3. Корпус состоит из двух деталей 23 и

24, жестко соединенных между собой прессовой посадкой таким образом, что расточка

25 образуется естественной нахлесткой этих деталей, На ударнике 26 имеется кольцевая проточка 27, соединяющая между собой и замыкающая продольные пазы 3, На трубке 11 установлена с возможностью осевого перемещения втулка 28. снабженная выступом 29 для зацепления с толкателем

30 ударника 26. Кроме того, втулка снабжена приспособлением для торможения в виде пружинного кольца 31, размещенного во внутренней выточке 32, втулки 28. Выполнение корпуса иэ двух деталей 23 и 24 позволяет более технологично, на простом оборудовании и качественно изготовить основную деталь устройства — корпус с минимальной механической обработкой, Установка на трубке 11 втулки 28 позволяет увеличить энергию ударов за счет энергии дополнительного наполнения сжатым воздухом передней камеры 16 при обратном ходе ударника 26, Для предотвращения отскока и инерционного перебега втулки 28 она снабжена пружинным кольцом 31, что обеспечивает четкое выполнение рабочего цикла воздухораспределения.

Устройство для образования скважин в грунте работает следующим образом.

При переднем положении ударника (фиг. 1) сжатый воздух из задней камеры 17, сообщающейся со шлангом 15 подвода сжатого воздуха через канал 14 трубки 11, поступает через радиальный канал 13 трубки

11 через осевой канал 2 ударника в переднюю камеру 16. Так как площадь ударника со стороны передней камеры 16 больше его площади со стороны задней камеры 17, то ударник начинает двигаться назад. Обратный ход ударника в устройстве по фиг. 1 осуществляется в основном за счет энергии расширения сжатого воздуха в передней камере 16. После смещения ударника на расстояние Li ударником перекрывается канал

14 трубки 11 и в задней камере 17 происходит дополнительное сжатие воздуха, т,е. осуществляется буферный цикл. После смещения ударника на расстояние Lg продольные пазы 3 ударника сообщаются с выемкой

7 корпуса 1 и происходит выхлоп обратного в передней камере воздуха через выхлопные каналы 9 гайки 8 ватмосферу,,Давлением воздуха в задней камере 17 ударник останавливается в своем заднем крайнем

45 положении и затем начинается этап его прямого хода, который заканчивается ударом по переднему торцу корпуса 1.

Устройство, изображенное на фиг. 2, является вариантом предыдущего и работает совершенно аналогичным образом, Конструкция и технология изготовления этого варианта устройства еще проще, однако при наличии качественного сильфона 19:

Устройство, изображен ное на фиг. 3, является дальнейшим конструктивным развитием вариантов, изображенных на фиг. 1 и на фиг, 2, Работает устройство следующим образом. Обратный ход ударника 26 (положение изображенное на верхней части рисунка фиг, 3) начинается под действием сетеBîãо давления в передней камере 16, Втулка 28 вначале остается в своем крайнем переднем положении. После смещения ударника 26 на расстояние Q, необходимое для перекрытия втулкой 28 канала 13 трубки

11. Дальнейшее движение ударника 26 происходит под действием расширения сжатого воздуха в передней камере 16. После перекрытия втулкой 28 канала 14 трубки 11 в задней камере 17 происходит дополнительное сжатие сжатого воздуха (буферный цикл), такое же сжатие одновременно происходит в кольцевом пазу 6 гильзой 10.

После смещения ударника 26 на расстояние L4 кольцевая проточка 27 сообщается с расточкой 25 и происходит выхлоп обработанного в передней камере 16 воздуха, через выхлопные каналы 9 гайки 8 в атмосферу. Давлением воздуха в задней камере 17 и в кольцевом пазу 6 ударник 26 останавливается в своем заднем крайнем положении и затем начинается его прямой ход, который заканчивается его ударом по переднему торцу корпуса, При этом втулка

28 перебрасывается в переднее крайнее положение. От инерционных перебежек и отскоков она удерживается тормозным устройством в виде пружинного кольца 31.

В дальнейшем цикл повторяется.

Таким образом. предлагаемое устройство, сохраняя все положительные качества известных пневматических устройств для проходки скважин, приобретает новые свойства — большую производительность, увеличенную надежность, большую технологичность изготовления и меньшую стоимость. (56) Авторское свидетельство СССР

N. 1562411, кл. Е 02 К 5/18, 1988.

Авторское свидетельство СССР

N. 496350, кл, Е 02 F 5/18, 1973, 2004707

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ

СКВАЖИН В ГРУНТЕ, включающее полый корпус с кольцевой выемкой в его хвостовой части, установленный с возможностью осевого перемещения во внутренней полости корпуса ударник с осевым каналом, который сообщен с передней камерой, закрепленную на заднем торце корпуса гайку с выхлопными каналами и соединенный с гайкой шланг для подвода сжатого воздуха, отличающееся тем, что оно снабжено закрепленной одним концом на гайке трубкой с поперечной перегородкой, которая разделяет внутреннюю полость трубки на сообщенную с передней камерой переднюю часть и на сообщенную со шлангом для подвода сжатого воздуха заднюю часть, и установленнь м коаксиально снаружи трубки разделительным элементом, который образует с кольцевой выемкой на корпусе выхлопную камеру, которая через выхлопные каналы в гайке сообшена с атмосферой, и с трубкой заднюю камеру, а ударник выполнен с продольными пазами для сообщения передней камеры с выхлопной камерой. при этом трубка выполнена с радиальными каналами для сообщения соответственно передней части внутренней полости трубки с задней камерой и задней внутренней полости трубки с задней камерой, причем свободный конец размещен в осевом канале ударника, а осевой канал в ударнике выполнен в виде сквозного канала, 2, Устройство по п,1, отличающееся тем, что корпус выполнен из передней и задней частей, которые жестко соединены между собой посредством прессовой посадки, при этом задняя часть корпуса имеет внутренний диаметр больший, чем внутренний диаметр передней части корпуса, и образует кольцевую выемку в корпусе.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что разделительный элемент выполнен в виде сильфона, один конец которого закреплен на гайке, а другой конец закреплен на заднем торце ударника, 4, Устройство по п,1, отличающееся тем, что разделительный элемент выполнен в виде гильзы, один конец которой жестко соединен с гайкой, а ударник выполнен с расположенным на его заднем торце кольцевым пазом для размещения

15 свободного кольца гильзы, 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что ударник выполнен из двух жестко соединенных между собой частей, которые установлены одна относительно другой с

20 кольцевым зазором, образующим кольцевой паз для размещения свободного конца гильзы.

6, Устройство по п.1. отличающееся тем, что оно имеет установленную на труб25 ке с возможностью осевого перемещения втулку, которая кинематически связана с ударником.

7, Устройство по п.б, отличающееся тем, что кинематическая связь с ударником выполнена в виде расположенного на втулке выступа и расположенного на ударнике толкателя, при этом толкатель установлен с возможностью взаимодействия с высту35

8. Устройство по пп. 6 и 7, отличающееся тем, что втулка выполнена с приспособлением для ее торможения.

9. Устройство по п,8, отличающееся

40 тем, что приспособление для торможения втулки выполнено в виде разрезного пружинного кольца, а втулка выполнена с кольцевой проточкой для размещения пружинного кольца.

2004707 д р г

/ гр ю жми ю лгя ro аио яг

Составитель К.Гуркое

Техред М.Моргентал

Корректор Л.Пилипенко

Редактор Е.Полионова

Тираж Подписное ю

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Заказ 3385

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина. 101