Газодинамический рыхлитель

 

Использование: в газодинамических рыхлителях для разрушения прочных и мерзлых грунтов. Сущность изобретения: рыхлитель снабжен переходной муфтой, соединенной одним своим концом с нижней частью газовода, кинематически связанной дргуим своим концом с винтовым наконечником, в котором выполнены выхлопные отверстия, сообщающиеся с дополнительной рабочей камерой через газораспределительный механизм. На винтовом наконечнике выполнена винтовая поверхность, угол наклона к горизонтали которой противоположен соответствующему углу наклона винтовой поверхности, выполненной на разрядной втулке и соединенном с ней фланце. Шаг и максимальный диаметр винтовых поверхностей на разрядной втулке, фланце и винтовом наконечнике равны. Хвостовик основной рабочей камеры кинематически связан с механизмом для привода разрядной втулки и установлен во внутренней полости ступенчатого корпуса с возможностью вращения с одинаковой частотой с хвостовиком дополнительной рабочей камеры. Последний кинематически связан с механизмом для привода винтового наконечника. 8 ил.

Изобретение относится к горному делу и строительству и может быть использовано в газодинамических рыхлителях для разрушения прочных и мерзлых грунтов.

Известен рыхлитель (авт.св. СССР N 1010223), включающий винтовой наконечник с выхлопными отверстиями и жестко соединенный с ним полый штанговый корпус с емкостью для сжатого газа, связанной клапаном с источником сжатого газа, в которой установлен подпружиненный поршень, соединенный жесткой тягой с выпускным клапаном, сообщающим емкость с выхлопными отверстиями, при этом поршень имеет сквозные каналы с размещенными в них обратными клапанами, а винтовой наконечник имеет дополнительные, расположенные с основными выхлопными отверстиями, сообщенные через дополнительный выпускной клапан с полостью, образованной в емкости посредством перегородки и патрубка, через канал которого емкость сообщена с основными выхлопными отверстиями.

К недостаткам рыхлителя можно отнести следующее: 1.Основная и дополнительная рабочие камеры размещаются только во внутренней полости штангового корпуса рыхлителя, объем которой мал, вследствие чего будет небольшая глубина за один цикл, малая производительность и повышенная энергоемкость процесса разрушения грунта.

Объем внутренней полости в рыхлителе можно увеличить в ограниченных пределах только за счет увеличения диаметра штангового корпуса, завинчиваемого в грунт. Но с ростом диаметра штангового корпуса возрастает работа на завинчивание рыхлителя в грунт.

2.Не удается в полном объеме реализовать при рыхлении эффект воздействия на мерзлый или прочный грунт двух газовых импульсов, так как основные и дополнительные выхлопные отверстия расположены только на винтовом наконечнике и расстояние по высоте между ними мало.

3. При завинчивании в грунт рыхлителя возникает реактивный крутящий момент, который воздействует на рабочий орган и базовую машину. Рабочий орган в мерзлом грунте под воздействием реактивного крутящего момента смещается в сторону (по направлению вращения) от первоначальной оси завинчивания.

В процессе завинчивания образуется эллипсная форма полости, по зазорам между боковой поверхностью которой и трубчатым корпусом происходят непроизво- дительные утечки газа при импульсном воздействии на грунт. Это приводит к снижению производительности рыхлителя, неравномерному дроблению грунта по глубине рыхления.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является газодинамический рыхлитель, включающий полый штанговый корпус, кинематически связанный с седлом, кинематически связанную с седлом и установленную соосно с последним верхнюю разрядную втулку с выхлопными отверстиями, кинематически связанную одним своим концом с верхней разрядной втулкой и кинематически связанную другим своим концом с винтовым наконечником нижнюю разрядную втулку с выхлопными отверстиями, которая установлена соосно с верхней разрядной втулкой и с винтовым наконечником, механизм для привода винтового наконечника, вертикально расположенный направляющий вал, закрепленный на раме базовой машины, на котором установлен с возможностью продольного перемещения кронштейн с закрепленными на нем втулками для соединения с направляющим валом, газораспределительный механизм, выполненный в виде закрепленной на верхнем торце штангового корпуса основной рабочей камеры с полым хвостовиком, внутренняя полость которой сообщена с внутренней полостью штангового корпуса, жестко соединенного с кронштейном ступенчатого корпуса с расположенными в его стенке меньшего диаметра двумя кольцевыми каналами и с расположенными в его стенке большего диаметра двумя кольцевыми каналами, расположенный соосно во внутренней полости основной рабочей камеры дополнительной рабочей камеры с размещенными коаксиально внутри хвостовика основной рабочей камеры полым хвостовиком, внутренняя полость которого сообщена с внутренней полостью дополнительной рабочей камеры, расположенного коаксиально с кольцевым зазором во внутренней полости штангового корпуса, седла и верхней разрядной втулки газовода, который сообщен с внутренней полостью дополнительной рабочей камеры, причем хвостовик основной рабочей камеры кинематически связан с механизмом для привода винтового наконечника и установлен во внутренней полости ступенчатого корпуса с возможностью вращения, а хвостовик дополнительной рабочей камеры расположен во внутренней полости ступенчатого корпуса и жестко соединен с последним [1] У прототипа и предлагаемого изобретения имеются сходные существенные признаки: 1. Применены незавинчиваемые в грунт основная и дополнительная рабочие камеры, объем которых может быть установлен исходя из максимально возможной производительности компрессора, размещенного на базовой машине, и в зависимости от частоты циклов работы рыхлителя.

Хотя рабочие камеры названы дополнительной и основной, но объемы сжатого газа, которые накапливаются в них между циклом рыхления, могут быть и одинаковыми. Больший объем основной рабочей камеры необходим для размещения в ней, помимо сжатого газа, еще и дополнительной рабочей камеры.

2. Основная рабочая камера закреплена на верхнем торце штангового корпуса, с которым кинематически связано седло, установленное соосно и кинематически связанное с разрядной втулкой.

3.Применен газораспределительный механизм, обеспечивающий раздельную подачу сжатого газа от источника питания через два кольцевых канала в стенке большего диаметра ступенчатого корпуса в основную рабочую камеру и в полость управления клапаном для сообщения кольцевого зазора между седлом и газоводом с выхлопными отверстиями в разрядной втулке.

Это позволяет исключить нерасчетный вариант движения сжатого газа от источника питания к основной рабочей камере и выхлоп сжатого газа из разрядной втулки.

Недостатками прототипа являются: 1.Грунт от нижней разрядной втулки до винтового наконечника при разрядке основной и дополнительной рабочих камер остается не разрушенным.

Производительность рыхлителя, глубина рыхления увеличились бы, если этот грунт обрабатывался газовым импульсом.

Указанный недостаток обусловлен тем, что в газораспределительном механизме не предусмотрен подвод сжатого газа от источника питания к винтовому наконечнику, а в конструкции винтового наконечника отсутствуют выхлопные отверстия и управляемый клапан, который в нужное время открывал бы и закрывал эти выхлопные отверстия.

Если же внести такие конструктивные изменения в прототип, то функции нижней разрядной втулки будет выполнять винтовой наконечник с выхлопными отверстиями. При таких конструктивных изменениях глубина рыхления, производительность рыхлителя увеличатся.

2. Другим недостатком прототипа является то, что при завинчивании рыхлителя в грунт возникает реактивный крутящий момент. Под воздействием этого момента штанговый корпус рыхлителя смещается в сторону от первоначальной оси завинчивания, образуется эллипсная форма полости, по зазорам между боковой поверхностью которой и штанговым корпусом происходят непроизводительные утечки газа при разрядке основной и дополнительной рабочих камер. Это приводит к снижению производительности рыхлителя.

Указанный недостаток обусловлен тем, что только хвостовик основной рабочей камеры кинематически связан с механизмом для привода винтового наконечника и поэтому в грунт завинчивается только штанговый корпус с верхней и нижней разрядными втулками.

Для компенсации реактивного крутящего момента необходимо, чтобы газовод был кинематически связан с винтовым наконечником, а на разрядной втулке была установлена винтовая поверхность такого же диаметра и шага, что и винтовая поверхность на винтовом наконечнике, но с противоположным углом наклона к горизонтали.

Кроме того, хвостовик дополнительной рабочей камеры должен быть не неподвижен, а кинематически связан с механизмом для привода винтового наконечника и вращаться с одинаковой частотой, но в противоположную сторону с хвостовиком основной рабочей камеры, кинематически уже теперь связанным с механизмом для привода разрядной втулки.

При одновременном завинчивании в мерзлый грунт с одинаковой частотой вращения, но в противоположные стороны винтового наконечника и разрядной втулки компенсировался бы реактивный крутящий момент, исключалось бы образование эллипсной полости в мерзлом грунте, а, следовательно, снижались бы непроизво- дительные утечки сжатого газа при разрядке основной и дополнительной рабочих камер, повышалась бы производительность рыхлителя.

Цель изобретения повышение производительности рыхлителя за счет увеличения глубины рыхления и уменьшения утечек сжатого газа.

Для достижения поставленной цели газодинамический рыхлитель содержит полый штанговый корпус, кинематически связанный с седлом, кинематически связанную с седлом и установленную соосно с последним разрядную втулку с выхлопными отверстиями, винтовой наконечник, механизм для привода винтового наконечника, вертикально расположенный направляющий вал, закрепленный на раме базовой машины, на котором установлен с возможностью продольного перемещения кронштейн с закрепленными на нем втулками для соединения с направляющим валом, краны для управления подачей сжатого газа и трубопроводы для подвода сжатого газа от источника питания к газораспределительному механизму, выполненному в виде закрепленной на верхнем торце штангового корпуса основной рабочей камеры с полым хвостовиком, внутренняя полость которой сообщена с внутренней полостью штангового корпуса, жестко соединенного с кронштейном ступенчатого корпуса с расположенными в его стенке меньшего диаметра двумя кольцевыми каналами и с расположенными в его стенке большего диаметра двумя кольцевыми каналами, расположенной соосно во внутренней полости основной рабочей камеры дополнительной рабочей камеры с размещенным коаксиально внутри хвостовика основной рабочей камеры полым хвостовиком, внутренняя полость которого сообщена с внутренней полостью дополнительной рабочей камеры, расположенного коаксиально с кольцевым зазором во внутренних полостях штангового корпуса, седла, разрядной втулки газовода, который сообщен с внутренней полостью дополнительной рабочей камеры, установленного с возможностью ограниченного осевого перемещения внутри разрядной втулки и взаимодействия с нижним торцом седла клапана для сообщения кольцевого зазора между седлом и газоводом с выхлопными отверстиями в разрядной втулке, имеющего полость управления и размещенную в полости управления пружину для поджатия клапана к нижнему торцу седла и коаксиально установленные внутреннюю и наружную подводящие трубки, которые расположены по продольной оси во внутренних полостях хвостовика дополнительной рабочей камеры, дополнительной рабочей камеры и газовода.

Один из кольцевых каналов в стенке большего диаметра ступенчатого корпуса сообщен через кран для управления подачей сжатого газа с трубопроводом для подвода сжатого газа от источника питания и посредством выполненных в ступенчатом корпусе радиальных каналов сообщен через наружную подводящую трубку с полостью управления клапаном для сообщения кольцевого зазора между седлом и газоводом с выхлопными отверстиями в разрядной втулке, а второй кольцевой канал в стенке большего диаметра ступенчатого корпуса сообщен через кран для управления подачей сжатого газа с трубопроводом для подвода сжатого газа от источника питания и посредством выполненных в ступенчатом корпусе и хвостовике основной рабочей камеры радиальных каналов сообщен через кольцевой зазор между хвостовиками соответственно основной и дополнительной рабочих камер, через внутреннюю полость основной рабочей камеры и кольцевой зазор между штанговым корпусом и газоводом с кольцевым зазором между седлом и газоводом.

Газодинамический рыхлитель отличается тем, что он снабжен переходной муфтой, установленной соосно, соединенной одним своим концом с нижней частью газовода, кинематически связанной другим своим концом и установленной соосно с винтовым наконечником, в котором выполнены выхлопные отверстия, центральное глухое отверстие, внутренняя полость, в которую неподвижно установлен корпус, снабженный концентрическими отверстиями, выполненными в его фланцевой части, для сообщения внутренней полости винтового наконечника с кольцевым зазором между винтовым наконечником и корпусом, в котором установлен с возможностью ограниченного осевого перемещения и взаимодействия с уплотнительным кольцом, установленным в нижнем торце внутренней полости винтового наконечника, клапан для сообщения кольцевого зазора между винтовым наконечником и корпусом с центральным глухим отверстием, сообщенным с выхлопными отверстиями, имеющий полость управления с размещенными в ней внутренней подводящей трубкой, пружиной для поджатия клапана к уплотнительному кольцу, при этом на винтовом наконечнике выполнена винтовая поверхность, угол наклона к горизонтали которой противоположен соответствующему углу наклона винтовой поверхности, выполненной на разрядной втулке и соединенном с ней фланце, с выполненным в нем центральным отверстием, в которое установлен газовод, а шаг и максимальный диаметр винтовых поверхностей на разрядной втулке, фланце и винтовом наконечнике равны, при этом хвостовик основной рабочей камеры кинематически связан с механизмом для привода разрядной втулки и установлен во внутренней полости ступенчатого корпуса с возможностью вращения с одинаковой частотой в противоположную сторону с хвостовиком дополнительной рабочей камеры, который кинематически связан с механизмом для привода винтового наконечника и расположен во внутренней полости ступенчатого корпуса, один из кольцевых каналов в стенке меньшего диаметра которого сообщен через кран для управления подачей сжатого газа с трубопроводом для подвода сжатого газа от источника питания и посредством выполненных в ступенчатом корпусе и хвостовике дополнительной рабочей камеры радиальных каналов сообщен с внутренней полостью хвостовика дополнительной рабочей камеры и через внутренние полости соответственно дополнительной рабочей камеры, газовода, переходной муфты, винтового наконечника, через концентрические отверстия в фланцевой части корпуса сообщен с кольцевым зазором между винтовым наконечником и корпусом, а второй кольцевой канал в стенке меньшего диаметра ступенчатого корпуса сообщен через кран для управления подачей сжатого газа с трубопроводом для подвода сжатого газа от источника питания и посредством выполненных в ступенчатом корпусе радиальных каналов сообщен через внутреннюю подводящую трубку с полостью управления клапаном для сообщения кольцевого зазора между винтовым наконечником и корпусом с центральным глухим отверстием, сообщенным с выхлопными отверстиями.

По отношению к прототипу у предлагаемого изобретения имеются следующие отличительные признаки: 1. На винтовом наконечнике выполнены выхлопные отверстия и он кинематически связан не с разрядной втулкой, а с переходной муфтой, которая другим своим концом соединена с нижней частью газовода.

2.Полый хвостовик дополнительной рабочей камеры установлен во внутренней полости ступенчатого корпуса не неподвижно, а с возможностью вращения с одинаковой частотой, но в противоположную сторону с хвостовиком основной рабочей камеры, который кинематически связан с механизмом для привода разрядной втулки.

3. От источника питания через кольцевой канал с радиальными каналами в стенке меньшего диаметра ступенчатого корпуса предусмотрен подвод сжатого газа к кольцевому зазору между винтовым наконечником и корпусом, а подвод сжатого газа в полость управления клапаном для сообщения кольцевого зазора между винтовым наконечником и корпусом с центральным глухим отверстием, сообщенным с выхлопными отверстиями, предусмотрен через второй кольцевой канал с радиальными каналами в стенке меньшего диаметра ступенчатого корпуса по внутренней подводящей трубке.

Между отличительными признаками и целью изобретения существует следующая причинно-следственная связь: 1. Для увеличения глубины рыхления, производительности рыхлителя в винтовом наконечнике установлен управляемый клапан и выполнены выхлопные отверстия, которые в нужное для оператора время сообщаются с дополнительной рабочей камерой через газораспределительный механизм.

Для этого в ступенчатом корпусе использованы два кольцевых канала с радиальными каналами, выполненными в стенке меньшего диаметра ступенчатого корпуса.

2. Для исключения образования эллипсной полости в мерзлом грунте, по зазорам между боковой поверхностью которой и штанговым корпусом рыхлителя могли бы происходить непроизводительные утечки газа при разрядке основной и дополнительной рабочих камер предусмотрено вращение хвостовика дополнительной рабочей камеры, который кинематически связан с механизмом для привода винтового наконечника, с одинаковой частотой, но в противоположную сторону с хвостовиком основной рабочей камеры, который кинематически связан с механизмом для привода разрядной втулки.

Для осуществления такого варианта вращения необходимо, чтобы угол наклона к горизонтали винтовой поверхности на винтовом наконечнике был противоположен соответствующему углу наклона винтовой поверхности, выполненной на разрядной втулке и соединенном с ней фланце, а шаг и максимальный диаметр винтовых поверхностей на разрядной втулке, фланце и винтовом наконечнике были бы равны.

По имеющимся у автора сведениям, совокупность существенных признаков, характеризующих сущность заявляемого изобретения, не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "новизна".

По мнению автора, сущность заявляемого изобретения не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники, так как из него не выявляется вышеуказанное влияние на получаемый технический результат новое свойство объекта совокупность признаков, которые отличают от прототипа заявляемое изобретение, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "изобретательский уровень".

Совокупность существенных признаков, характеризующих сущность изобретения, в принципе, может быть многократно использована в газодинамических рыхлителях для разрушения прочных и мерзлых грунтов с получением технического результата, заключающегося в увеличении глубины рыхления, компенсации реактивного крутящего момента, уменьшения непроизводительности утечек сжатого газа при разрядке основной и дополнительной рабочих камер, обуславливающего достижение поставленной цели повышение производительности, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию "промышленная применимость".

На фиг. 1 представлен общий вид газодинамического рыхлителя; на фиг.2 общий вид верхней части газодинамического рыхлителя с системой управления и частичным продольным разрезом; на фиг.3 вид в разрезе ступенчатого корпуса; на фиг.4 сечение по А-А на фиг.3; на фиг.5 сечение по Б-Б на фиг.3; на фиг.6 сечение по В-В на фиг.3; на фиг.7 сечение по Г-Г на фиг.3; на фиг.8 общий вид с продольным разрезом рабочей части газодинамического рыхлителя.

Газодинамический рыхлитель содержит штанговый корпус 1 с внутренней полостью 2, установленный соосно и кинематически связанный (фиг.1, фиг.2) с седлом 3 с внутренней полостью 4, кинематически связанную с седлом 3 и установленную соосно с последним разрядную втулку 5 с выхлопными отверстиями 6, вертикально расположенный направляющий вал 7, закрепленный на раме базовой машины (не показано), на котором установлен с возможностью продольного перемещения кронштейн 8 с закрепленными на нем втулками 9 для соединения с направляющим валом 7, защитный экран 10, неподвижно закрепленный на нижнем торце направляющего вала 7 и имеющий отверстие 11 диаметром d_э для прохода через него штангового корпуса 1, краны 12,13 для управления подачей сжатого газа и трубопроводы 14,15,16,17,18,19,20 для подвода сжатого газа от источника 21 питания к ступенчатому корпусу 22, жестко соединенному с кронштейном 8.

В ступенчатом корпусе 22 выполнены центральное отверстие 23 диаметром d_ц со ступенчатой расточкой с торца большего диаметра D_б (фиг.3), кольцевой канал 24 с радиальными каналами 25,26 (фиг.4) и кольцевой канал 27 с радиальными каналами 28,29 (фиг.5) в стенке меньшего диаметра D_м, кольцевой канал 30 с радиальными каналами 31,32 (фиг.6) и кольцевой канал 33 с радиальными каналами 34,35 (фиг.7) в стенке большего диаметра D_б.

Кинематическая связь штангового корпуса 1 с седлом 3, седла 3 с разрядной втулкой 5 выполнена в виде шлицевого соединения 36, соединительных муфт 37 и контргаек 38 (фиг.2, фиг.8).

На верхнем торце штангового корпуса 1 болтами 39 неподвижно закреплена основная рабочая камера 40 с полым хвостовиком 41, внутренняя полость 42 которой сообщена последовательно с внутренней полостью 2 штангового корпуса 1, а затем с внутренней полостью 4 седла 3 (фиг.2).

Во внутренней полости 42 основной рабочей камеры 40 соосно расположена дополнительная рабочая камера 43 с размещенными коаксиально внутри хвостовиками 41 основной рабочей камеры 40 полым хвостовиком 44, внутренняя полость 45 которого сообщена с внутренней полостью 46 дополнительной рабочей камеры 43.

Полый хвостовик 41 основной рабочей камеры 40 кинематически связан с приводным механизмом (не показан) и установлен с возможностью вращения во внутренней полости ступенчатой расточки центрального отверстия 23 ступенчатого корпуса 22, в которой также установлен упорный подшипник 47, гильза 48 с радиальными каналами 49, уплотнительные кольца 50, фланец 51 уплотнительный (фиг.3).

Полый хвостовик 44 дополнительной рабочей камеры 43 коаксиально установлен во внутренней полости центрального отверстия 23 ступенчатого корпуса 22, во внутренней полости 52 хвостовика 41 основной рабочей камеры 40 с возможностью вращения с одинаковой частотой в противоположную сторону с хвостовиком 41 основной рабочей камеры 40.

Во внутренней полости центрального отверстия 23 ступенчатого корпуса 22 на полом хвостовике 44 дополнительной рабочей камеры 43 установлены гильза 53 с радиальными каналами 54 (фиг.3, фиг.4), гильза 55 с радиальными каналами 56 (фиг.3, фиг.5), гильза 57 с радиальными каналами 58 (фиг.3, фиг.6), уплотнительные кольца 59, фланцы 60 уплотнительные.

Дополнительная рабочая камера 43 болтами 61 неподвижно закреплена на верхнем торце газовода 62, который коаксиально с кольцевым зазором установлен во внутренних полостях 2,4 соответственно штангового корпуса 1 и седла 3, внутри разрядной втулки 5, в центральном отверстии 63, диаметром d₁, фланца 64, а нижний резьбовой торец газовода 62 гайками 65 неподвижно соединен с переходной муфтой 66, в которой выполнено центральное отверстие 67, диаметром d₂, для прохода резьбового участка газовода 62 (фиг.2, фиг.8).

Болтами 68 фланец 64 неподвижно закреплен на нижнем торце разрядной втулки 5.

Внутренняя полость 46 дополнительной рабочей камеры 43 сообщается последовательно с внутренней полостью 69 газовода 62 (фиг.2), а затем с внутренней полостью 70 (фиг.8) переходной муфты 66 и с внутренней полостью 71, выполненной в винтовом наконечнике 72, в котором выполнены и центральное глухое отверстие 73 и сообщенные с ним радиальные выхлопные отверстия 74.

Винтовой наконечник 72 установлен соосно и кинематически связан с другим концом переходной муфты 66. Кинематическая связь винтового наконечника 72 с переходной муфтой 66 выполнена в виде шлицевого соединения 75, соединительной муфты 37 и контргайки 38.

Во внутренней полости 71 винтового наконечника 72 болтами 76 закреплен корпус 77, снабженный концентрическими отверстиями 78, выполненными в его фланцевой части, для сообщения внутренней полости 71 винтового наконечника 72 с кольцевым зазором 79 между винтовым наконечником 72 и корпусом 77, в котором установлен с возможностью ограниченного осевого перемещения и взаимодействия с уплотнительным кольцом 80, установленным в нижнем торце внутренней полости 71 винтового наконечника 72, клапан 81 для сообщения кольцевого зазора 79 между винтовым наконечником 72 и корпусом 77 с центральным глухим отверстием 73, сообщенным с выхлопными отверстиями 74 в винтовом наконечнике 72, имеющий полость 82 управления с размещенными в ней внутренней подводящей трубкой 83, пружиной 84 для поджатия клапана 81 к уплотнительному кольцу 80.

Внутри разрядной втулки 5 установлен на газовода 62 с возможностью ограниченного осевого перемещения и взаимодействия с нижним торцом седла 3 клапан 85 для сообщения кольцевого зазора между седлом 3 и газоводом 62 с выхлопными отверстиями 6 в разрядной втулке 5, имеющий полость 86 управления и размещенную в полости 86 управления пружину 87 для поджатия клапана 85 к нижнему торцу седла 3.

Во внутренних полостях 45,46 соответственно хвостовика 44 и дополнительной рабочей камеры 43, во внутренней полости 69 газовода 62 по продольной оси коаксиально установлены внутренняя 83 и наружная 88 подводящие трубки (фиг.2, фиг.3).

Внутренняя подводящая трубка 83, выходящая из наружной подводящей трубки 88 в полости 69 нижнего участка газовода 62 и установленная в корпусе 77 и в полости 82 управления клапаном 81 (фиг.8), удалена от наружной подводящей трубки 88 в полости 45 хвостовика 44 дополнительной рабочей камеры 43 (фиг. 3) на расстояние L, равное расстоянию между рядами радиальных каналов 29 и 32 и сообщенных с ними кольцевых каналов 27 и 30 в ступенчатом корпусе 22.

При этом кольцевой канал 27 выполнен в стенке меньшего диаметра D_м ступенчатого корпуса 22 под кольцевым каналом 24, а кольцевой канал 30 выполнен в стенке большего диаметра D_б ступенчатого корпуса 22 над кольцевым каналом 33.

На винтовом наконечнике 72 выполнена винтовая поверхность 89, угол β наклона к горизонтали которой противоположен соответствующему углу β наклона винтовой поверхности 90, выполненной на разрядной втулке 5 и неподвижно соединенном с ней фланце 64, при этом шаг t и максимальный диаметр D винтовых поверхностей 90 на разрядной втулке 5 и соединенном с ней фланце 64 равны шагу t и максимальному диаметру D винтовой поверхности 89 на винтовом наконечнике 72 (фиг.1, фиг.8).

Трубопровод 14 для подвода сжатого газа от источника 21 питания через кран 12 для управления подачей сжатого газа, через трубопроводы 15 и 19, через радиальный канал 25 и кольцевой канал 24 с радиальными каналами 26 в стенке меньшего диаметра D_м ступенчатого корпуса 22 (фиг.2, фиг.3, фиг.4), через радиальные каналы 54 в гильзе 53 и радиальные каналы 91 в хвостовике 44 сообщен с внутренней полостью 45 хвостовика 44, а затем через внутренние полости 49,69,70,71 соответственно дополнительной рабочей камеры 43, газовода 62, переходной муфты 66 (фиг.2, фиг.8), винтового наконечника 72, через концентрические отверстия 78 в фланцевой части корпуса 77 сообщен с кольцевым зазором 79 между винтовым наконечником 72 и корпусом 77.

Трубопровод 14 для подвода сжатого газа от источника 21 питания через кран 13 для управления подачей сжатого газа, через трубопроводы 16 и 18, через радиальный канал 28 и кольцевой канал 27 с радиальными каналами 29 в стенке меньшего диаметра D_м ступенчатого корпуса 22 (фиг.2, фиг.3, фиг.5), через радиальные каналы 56 в гильзе 55, кольцевую проточку 92 в хвостовике 44, имеющую диаметр d, через внутреннюю подводящую трубку 83 сообщен с полостью 82 управления клапаном 81 для сообщения кольцевого зазора 79 между винтовым наконечником 72 и корпусом 77 с центральным глухим отверстием 73, сообщенным с выхлопными отверстиями 74.

Трубопровод 14 для подвода сжатого газа от источника 21 питания через кран 13 для управления подачей сжатого газа, через трубопроводы 16 и 17, радиальный канал 31 и кольцевой канал 30 с радиальными каналами 32 в стенке большего диаметра D_б ступенчатого корпуса 22 (фиг.2, фиг.3, фиг.6), через радиальные каналы 58 в гильзе 57, кольцевую проточку 93 в хвостовике 44, имеющую диаметр d, через наружную подводящую трубку 88 и патрубок 94 (фиг.8), связанный с наружной подводящей трубкой 88 и установленный в радиальный канал 95, выполненный в газоводе 62 и имеющий диаметр d*, сообщен с полостью 86 управления клапаном 85 для сообщения кольцевого зазора между седлом 3 и газоводом 62 с выхлопными отверстиями 6 в разрядной втулке 5.

Трубопровод 14 для подвода сжатого газа от источника 21 питания через кран 12 для управления подачей сжатого газа, через трубопроводы 15 и 20, радиальный канал 34 и кольцевой канал 33 с радиальными каналами 35 в стенке большего диаметра D_б ступенчатого корпуса 22 (фиг.2, фиг.3, фиг.7), через радиальные каналы 49 в гильзе 48 и радиальные каналы 96 в хвостовике 41 сообщен через кольцевой зазор между хвостовиками 41 и 44 соответственно основной 40 и дополнительной 43 рабочих камер, через внутреннюю полость 42 основной рабочей камеры 40 и кольцевой зазор между штанговым корпусом 1 и газоводом 62 с кольцевым зазором между седлом 3 и газоводом 62.

Работа газодинамического рыхлителя осуществляется следующим образом. Приводной механизм (не показан) обеспечивает вращение с одинаковой частотой в противоположные стороны хвостовиков 41 и 44 соответственно основной 40 и дополнительной 43 рабочих камер, завинчивание винтового наконечника 72 с переходной муфтой 66 в мерзлый грунт с одинаковой частотой, но в противоположную сторону по сравнению с завинчиваемыми фланцами 64, разрядной втулкой 5, седлом 3 и штанговым корпусом 1 (фиг.1, фиг.2, фиг.8).

Крутящий момент воспринимают шлицевые соединения 36 и 75, а осевые нагрузки соприкасающиеся элементы (сверху вниз): 1 и 3, 3 и 5, 66 и 72 (фиг.2, фиг.8).

Контргайки 38 препятствуют отвинчиванию соединительных муфт 37, в результате чего исключаются утечки сжатого газа через уплотнения при заполнении основной рабочей камеры 40, дополнительной рабочей камеры 43, полости 86 управления клапаном 85, полости 82 управления клапаном 81, внутренних полостей 2,4,70,71, соответственно в штанговом корпусе 1, в седле 3, в переходной муфте 66, в винтовом наконечнике 72.

Одновременно с ввинчиванием газодинамического рыхлителя в грунт оператор открывает краны 12 и 13 для управления подачей сжатого газа.

От источника 21 питания по трубопроводу 14 через кран 12 для управления подачей сжатого газа, через трубопроводы 15 и 19, через радиальный канал 25 и кольцевой канал 24 с радиальными каналами 26 в стенке меньшего диаметра D_м ступенчатого корпуса 22 (фиг.2, фиг.3, фиг.4), через радиальные каналы 54 и 91 в гильзе 53 и в хвостовике 44 дополнительной рабочей камеры 43, через внутреннюю полость 45 в хвостовике 44 сжатый газ поступает во внутреннюю полость 46 дополнительной рабочей камеры 43.

Одновременно от крана 12 для управления подачей сжатого газа, через трубопроводы 15 и 20, радиальный канал 34 и кольцевой канал 33 с радиальными каналами 35 в стенке большего диаметра D_б ступенчатого корпуса 22 (фиг.2, фиг.3, фиг.7), через радиальные каналы 49 и 96 в гильзе 48 и в хвостовике 41 основной рабочей камеры 40, через кольцевой зазор между хвостовиками 41 и 44 соответственно основной 40 и дополнительной 43 рабочих камер сжатый газ поступает во внутреннюю полость 42 основной рабочей камеры 40.

В то же время от источника 21 питания по трубопроводу 14 через кран 13 для управления подачей сжатого газа, через трубопроводы 16 и 18, через радиальный канал 28 и кольцевой канал 27 с радиальными каналами 29 в стенке меньшего диаметра D_м ступенчатого корпуса 22 (фиг.2, фиг.3, фиг.5), через радиальные каналы 56 в гильзе 55, кольцевую проточку 92 в хвостовике 44 дополнительной рабочей камеры 43, имеющую диаметр d, через внутреннюю подводящую трубку 83 сжатый газ поступает и в полость 82 управления клапаном 81 для сообщения кольцевого зазора 79 между винтовым наконечником 72 и корпусом 77 с центральным глухим отверстием 73, сообщенным с выхлопными отверстиями 74 в винтовом наконечнике 72 (фиг.8).

Через кран 13 для управления подачей сжатого газа, через трубопроводы 16 и 17 радиальный канал 31 и кольцевой канал 30 с радиальными каналами 32 в стенке большего диаметра D_б ступенчатого корпуса 22 (фиг.2, фиг.3, фиг.6), через радиальные каналы 58 в гильзе 57, кольцевую проточку 93 в хвостовике 44, имеющую диаметр d, через наружную подводящую трубку 88 (фиг.8) сжатый газ поступает в полость 86 управления клапаном 85 для сообщения кольцевого зазора между седлом 3 и газоводом 62 с выхлопными отверстиями 6 в разрядной втулке 5.

Для рыхления грунта оператор поворачивает кран 13 для управления подачей сжатого газа в такое положение, при котором полость 82 управления клапаном 81 и полость 86 управления клапаном 85 сообщаются с атмосферой.

Давление сжатого газа в основной рабочей камере 40 практически мгновенно перемещает клапан 85 вниз. Пружина 87 под клапаном 85 сжимается.

Давление сжатого газа в дополнительной рабочей камере 43 практически мгновенно перемещает клапан 81 вверх.

Сжимается пружина 84 над клапаном 81.

Происходит импульсный выпуск сжатого газа через выхлопные отверстия 6 в разрядной втулке 5 из кольцевого зазора между седлом 3 и газоводом 62, из кольцевого зазора между штанговым корпусом 1 и газоводом 62, из внутренней полости 42 основной рабочей камеры 40, из кольцевого зазора между хвостовиками 41 и 44 соответственно основной 40 и дополнительной 43 рабочих камер (фиг.2, фиг.8).

В то же время сжатый газ импульсно истекает через центральное глухое отверстие 73 и выхлопные отверстия 74 в винтовом наконечнике 72 из кольцевого зазора 79 между винтовым наконечником 72 и корпусом 77, из внутренних полостей 71, 70, 69, 46, 45 соответственно в винтовом наконечнике 72, в переходной муфте 66, в газоводе 62, в дополнительной рабочей камере 43, в хвостовике 44 (фиг.2, фиг.8).

Защитный экран 10 обеспечивает безопасное ведение работ, предотвращая разлет грунта.

После падения давления сжатого газа в основной рабочей камере 40, в дополнительной рабочей камере 43 пружины 84 и 87 возвращают клапаны 81 и 85 в нормально закрытое положение (фиг.8).

Выхлопные отверстия 6, расположенные на разрядной втулке 5, перекрываются клапаном 85. Центральное глухое отверстие 73, сообщенное с выхлопными отверстиями 74, расположенными на винтовом наконечнике 72, перекрывается клапаном 81.

Краны 12 и 13 для управления подачей сжатого газа закрываются. Затем газодинамический рыхлитель перемещается к новому месту работы, цикл работы повторяется.

Предлагаемое изобретение может быть использовано в народном хозяйстве и в сравнении с прототипом обладает следующими преимуществами: 1. При работе нового газодинамического рыхлителя компенсируется реактивный крутящий момент.

Это достигается за счет выполнения винтовой поверхности 89 на винтовом наконечнике 72 с углом β наклона к горизонтали, противоположным соответствующему углу β наклона винтовой поверхности 90 (фиг.1), выполненной на разрядной втулке 5 и соединенном с ней фланце 64.

При этом шаг t и максимальный диаметр D винтовых поверхностей 90 на разрядной втулке 5 и соединенном с ней фланце 64 равны шагу t и максимальному диаметру D винтовой поверхности 89 на винтовом наконечнике 72, что позволяет винтовой наконечник 72 с переходной муфтой 66 (фиг.8) завинчивать в грунт с одинаковой частотой вращения, но в противоположную сторону по сравнению с одновременно завинчиваемым фланцем 64, разрядной втулкой 5, седлом 3 и штанговым корпусом 1.

При компенсации реактивного крутящего момента исключается вероятность образования эллипсной полости в грунте при завинчивании нового рыхлителя, снижаются непроизводительные утечки сжатого газа при разрядке основной рабочей камеры 40 и дополнительной рабочей камеры 43.

2. Как показали результаты расчетов, при использовании предлагаемого газодинамического рыхлителя глубина рыхления увеличивается в 1,1-1,2 раза, а производительность в 1,3-1,5 раза по сравнению с известным рыхлителем.

Для увеличения глубины рыхления, производительности нового рыхлителя в винтовом наконечнике 72 установлен управляемый клапан 81 и выполнены выхлопные отверстия 74, которые в нужное для оператора время сообщаются с дополнительной рабочей камерой 43 через газораспределительный механизм.

Предлагаемый газодинамический рыхлитель представляет значительный интерес для народного хозяйства, так как позволяет: уменьшить непроизводительные утечки сжатого газа при разрядке основной и дополнительной рабочих камер; повысить производительность рыхлителя в 1,3-1,5 раза за счет увеличения глубины рыхления в 1,1-1,2 раза.

Предлагаемое изобретение не оказывает отрицательного воздействия на состояние окружающей среды.

Формула изобретения

ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ РЫХЛИТЕЛЬ, включающий полый штанговый корпус, кинематически связанный с седлом, кинематически связанную с седлом и установленную соосно с последним разрядную втулку с выхлопными отверстиями, винтовой наконечник, механизм привода винтового наконечника, вертикально расположенный направляющий вал для закрепления на раме базовой машины, на котором установлен с возможностью продольного перемещения кронштейн с закрепленными на нем втулками для соединения с направляющим валом, краны для управления подачей сжатого газа и трубопроводы для подвода сжатого газа от источника питания к газораспределительному механизму, выполненному в виде закрепленной на верхнем торце штангового корпуса основной рабочей камеры с полым хвостовиком, внутренняя полость которой сообщена с внутренней полостью штангового корпуса, жестко соединенного с кронштейном ступенчатого корпуса с расположенными в его стенке меньшего диаметра двумя кольцевыми каналами и с расположенными в его стенке большего диаметра двумя другими кольцевыми каналами, расположенной соосно во внутренней полости основной рабочей камеры дополнительной рабочей камеры с размещенным коаксиально внутри хвостовика основной рабочей камеры полым хвостовиком, внутренняя полость которого сообщена с внутренней полостью дополнительной рабочей камеры, расположенного коаксиально с кольцевым зазором во внутренних полостях штангового корпуса, седла, внутри разрядной втулки газовода, который сообщен с внутренней полостью дополнительной рабочей камеры, установленного с возможностью ограниченного осевого перемещения внутри разрядной втулки и взаимодействия с нижним торцом седла клапана для сообщения кольцеого зазора между седлом и газоводом с выхлопными отверстиями в разрядной втулке, имеющего полость управления и размещенную в полости управления пружину для поджатия клапана к нижнему торцу седла и коаксиально установленные внутреннюю и наружную подводящие трубки, которые расположены по продольной оси во внутренних полостях хвостовика, дополнительной рабочей камеры и газовода, при этом один из кольцевых каналов в стенке большего диаметра ступенчатого корпуса сообщен через кран для управления подачей сжатого газа с трубопроводом для подвода сжатого газа от источника питания и посредством выполненных в ступенчатом корпусе радиальных каналов сообщен через наружную подводящую трубку с полостью управления клапаном для сообщения кольцевого зазора между седлом и газоводом с выхлопными отверстиями в разрядной втулке, а второй кольцевой канал в стенке большего диаметра ступенчатого корпуса сообщен через кран для управления подачей сжатого газа с трубопроводом для подачи сжатого газа от источника питания и посредством выполненных в ступенчатом корпусе и хвостовике основной рабочей камеры радиальных каналов сообщен через кольцевой зазор между хвостовиками и соответственно основной и дополнительной рабочими камерами, через внутреннюю полость основной рабочей камеры и кольцевой зазор между штанговым корпусом и газоводом с кольцевым зазором между седлом и газоводом, отличающийся тем, что он снабжен переходной муфтой, установленной соосно, соединенной одним своим концом с нижней частью газовода, кинематически связанной другим своим концом и установленной соосно с винтовым наконечником, в котором выполнены выхлопные отверстия, центральное глухое отверстие, внутренняя полость, в которую неподвижно установлен корпус, снабженный концентрическими отверстиями, выполненными в его фланцевой части для сообщения внутренней полости винтового наконечника с кольцевым зазором между винтовым наконечником и корпусом, в котором установлен с возможностью ограниченного осевого перемещения и взаимодействия с уплотнительным кольцом, установленным в нижнем торце внутренней полости винтового наконечника, клапан для сообщения кольцевого зазора между винтовым наконечником и корпусом с центральным глухим отверстием, сообщенным с выхлопными отверстиями винтового наконечника, имеющий полость управления с размещенными в ней внутренней подводящей трубкой, пружиной для поджатия клапана к уплотнительному кольцу, при этом на винтовом наконечнике выполнена винтовая поверхность, угол наклона к горизонтали которой противоположен соответствующему углу наклона винтовой поверхности, выполненной на разрядной втулке и соединенной с ней фланце, с выполненным в нем центральным отверстием, в которое установлен газовод, а шаг и максимальный диаметр винтовых поверхностей на разрядной втулке, фланце и винтовом наконечнике равны, при этом хвостовик основной рабочей камеры кинематически связан с механизмом привода разрядной втулки и установлен во внутренней полости ступенчатого корпуса с возможностью вращения с одинаковой частотой в противоположную сторону с хвостовиком дополнительной рабочей камеры, который кинематически связан с механизмом привода винтового наконечника и расположен во внутренней полости ступенчатого корпуса, один из кольцевых каналов в стенке меньшего диаметра которого сообщен через кран для управления подачей сжатого газа с трубопроводом для подвода сжатого газа от источника питания и посредством выполненных в ступенчатом корпусе и хвостовике дополнительной рабочей камеры радиальных каналов сообщен с внутренней полостью хвостовика дополнительной рабочей камеры и через внутренние полости соответственно дополнительной рабочей камеры, газовода, переходной муфты, винтового наконечника, через концентрические отверстия в фланцевой части корпуса сообщен с кольцевым зазором между винтовым наконечником и корпусом, а второй кольцевой канал в стенке меньшего диаметра ступенчатого корпуса сообщен через кран для управления подачей сжатого газа с трубопроводом для подвода сжатого газа от источника питания и посредством выполненных в ступенчатом корпусе радиальных каналов сообщен через внутреннюю подводящую трубку с полостью управления клапаном для сообщения кольцевого зазора между винтовым наконечником и корпусом с центральным глухим отверстием, сообщенным с выхлопными отверстиями винтового наконечника.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8