Газоимпульсное устройство для разрушения прочных грунтов

 

Изобретение относится к строительному и дорожному машиностроению, в частности к рабочим органам для послойного разрушения массива при предварительной его разработке. Задачей заявляемого устройства является снижение удельной энергоемкости и повышение его производительности. Сущность решения: в газоимпульсном устройстве для разрушения прочных грунтов, содержащем заглубляемый в грунт наконечник и соединенный с ним трубчатый корпус с емкостью для сжатого газа, которая сообщена с выхлопными отверстиями в корпусе, имеется вал, установленный внутри трубчатого корпуса соосно с ним с возможностью возвратно-вращательного движения, причем в нижней части вала закреплено зубчатое колесо, имеющее зацепление с режущими элементами горизонтального действия, установленными в зоне выхлопных отверстий. Другим усовершенствованием газоимпульсного устройства является выполнение режущих элементов в виде двух зубчатых реек, установленных в двух направляющих. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к строительным и дорожным машинам для разрушения мерзлых и прочных грунтов газоимпульсным воздействием.

Известно техническое решение, заключающееся в том, что устройство для разрушения грунта высоким импульсным давлением газа содержит заглубляемый в грунт рабочий наконечник и соединенный с ним трубчатый корпус с емкостью для сжатого газа, которая через клапаны сообщена с подводящей магистралью газа и с выхлопными отверстиями в корпусе, находящимися вблизи наконечника (авт.св. N 569687, кл. E 02 F 5/18, 1976).

Известны также устройства этого же назначения (патенты RU 2004710, 1993, кл. E 02 F 5/32 и 2052032, E 02 F 5/32).

Несмотря на проработанность каждой входящей детали (из 80-ти и более в устройстве) остается возможность прорабатывать его в направлении повышения производительности при снижении удельной энергоемкости.

Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство для разрушения грунта высоким импульсным давлением газа (авт.св. СССР N 621839, E 02 F 5/30, E 21 С 37/14). Оно содержит рабочий винтовой наконечник и жестко соединенный с ним трубчатый корпус, где образована заполненная сжатым газом емкость. Недалеко от рабочего наконечника в трубчатом корпусе выполнены выхлопные отверстия для выхлопа газа под давлением из емкости. В емкости расположен подпружиненный поршень, соединенный тягой с перекрывающим выхлопные отверстия клапаном и разделяющий пространство емкости на две камеры. Одна камера посредством управляемого клапана сообщена с подводящей газовой магистралью, другая - с выхлопными отверстиями. Камеры могут периодически сообщаться между собой с помощью сквозных клапанов в поршне, в которых установлены подпружиненные клапаны.

Недостатками наиболее близкого аналога является его высокая удельная энергоемкость по причине применения значительного давления газа и недостаточно высокая производительность.

Задачей заявляемого устройства является устранение названных недостатков.

Сущность предлагаемого решения заключается в том, что газоимпульсное устройство для разрушения прочных грунтов, содержащее заглубляемый в грунт винтовой наконечник и соединенный с ним трубчатый корпус, в верхней части которого расположена емкость для сжатого газа, а в нижней - выхлопные отверстия, снабжено валом, установленным внутри трубчатого корпуса, соосно ему, с возможностью возвратно-вращательного движения, в нижней части которого в зоне выхлопных отверстий закреплено зубчатое колесо, имеющее зацепление с подвижными режущими элементами.

Кроме того, газоимпульсное устройство отличается тем, что в нем режущие элементы выполнены в виде двух подвижных зубчатых реек, установленных в двух направляющих, расположенных в плоскости, перпендикулярной оси трубчатого корпуса, с возможностью возвратно-поступательного движения реек.

Сущность заявляемого решения поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 представлен общий вид заявляемого устройства; на фиг. 2 - сечение по А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - выполнение узла I на фиг. 2.

Газоимпульсное устройство для разрушения мерзлых и прочных грунтов содержит трубчатый корпус 1 с винтовым наконечником 2 и выхлопными отверстиями 3.

Внутри трубчатого корпуса, соосно с ним, установлен вал 4 с жестко закрепленным в нижней его части зубчатым колесом 5, которое находится в зацеплении с двумя режущими элементами 6, выполненными в виде зубчатых реек. Режущие элементы 6 установлены в направляющих 7, перпендикулярных оси трубчатого корпуса. Они установлены в зоне выхлопных отверстий так, что при заглублении винтового наконечника находятся внутри трубчатого корпуса.

Выполнение газоимпульсного устройства таким образом позволяет снизить давление газа, используемого в устройстве для разрушения грунта.

Невыполнение этого условия приведет к увеличению давления газа, необходимого для разрушения грунта, к уменьшению производительности процесса и увеличению удельной энергоемкости процесса.

Газоимпульсное устройство для разрушения мерзлых и прочных грунтов работает следующим образом.

Под воздействием крутящего момента и осевого пригруза устройство заглубляется на заданную глубину.

В момент достижения заданной глубины вертикальное перемещение трубчатого корпуса прекращают и включают вращение вала 4. Вследствие наличия зацепления зубчатого колеса 5 с режущими элементами по мере вращения вала 4 и трубчатого корпуса 1 происходит перемещение режущих элементов 6 в направляющих 7, выполненных в плоскости перпендикулярно оси трубчатого корпуса, и их выдвижения в сторону массива. В результате вращения трубчатого корпуса с выдвинутыми режущими элементами в зоне выхлопных отверстий 3 в грунте образуется кольцевой нарез (фиг. 1) диаметром D. После этого вращение трубчатого корпуса 1 прекращают, а вал 4 реверсируют. В результате этого режущие элементы 6 принимают первоначальное положение. После этого из емкости сжатого газа по трубчатому корпусу выхлопные отверстия в сторону кольцевого надреза в грунте подают импульс сжатого газа. Газ, истекая, производит разрушение. При этом величина давления газа будет меньшей, чем при отсутствии кольцевого надреза, так как наличие кольцевого надреза в зоне выхлопа способствует концентрации напряжений и снижению прочности грунта (Суриков В.В. Механика разрушения мерзлых грунтов. - Ленинград: Стройиздат, 1979. - 106 с.).

В последующем цикл разрушения повторяется.

Использование предлагаемого устройства в сравнении с известным обеспечивает повышение производительности и снижение удельной энергоемкости процесса за счет снижения давления газа, требуемого для разрушения грунта.

Формула изобретения

1. Газоимпульсное устройство для разрушения прочных грунтов, содержащее заглубляемый в грунт винтовой наконечник и соединенный с ним трубчатый корпус, в верхней части которого расположена емкость для сжатого газа, а в нижней - выхлопные отверстия, отличающееся тем, что оно снабжено валом, установленным внутри трубчатого корпуса соосно с ним с возможностью возвратно-вращательного движения, в нижней части вала в зоне выхлопных отверстий закреплено зубчатое колесо, имеющее зацепление с подвижными режущими элементами.

2. Газоимпульсное устройство по п.1, отличающееся тем, что в нем режущие элементы выполнены в виде двух подвижных зубчатых реек, установленных в двух направляющих, расположенных в плоскости, перпендикулярной оси трубчатого корпуса с возможностью возвратно-поступательного движения реек.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3