Устройство для рыхления подводных грунтов

 

Изобретение предназначено для подводной разработки грунтов и может быть использовано, например, в волочащихся грунтозаборных механизмах с сосунами щелевого типа при проведении гидротехнических работ земснарядами и другими подобными механизмами. Изобретение направлено на создание простой и надежной конструкции рыхлителя, позволяющей разрабатывать и подавать послойно грунт, при повышении эффективности рыхления грунтов различной категории путем быстрой переналадки рыхлителя и обеспечении возможности работы на глубинах до 100 м. Устройство для рыхления подводных грунтов содержит узлы рыхления и подачи грунта. Узлы рыхления и подачи грунта выполнены в виде неподвижно установленных на валу вертикальных ножей, на которых смонтированы лопатки, а вал установлен подвижно в опорах и на нем неподвижно расположен рычаг, связанный с тягой, соединенной с механизмом возвратно-поступательного действия. Количество ножей и лопаток может быть разным или одинаковым. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

Предлагаемое изобретение относится к устройствам, предназначенным для подводной разработки грунтов и может быть использовано, например, в волочащихся грунтозаборных механизмах с сосунами щелевого типа при проведении гидротехнических работ земснарядами и другими подобными механизмами.

Известно устройство для наземных работ, предназначенное для рыхления грунта над подземным трубопроводом (RU 2057855, 14.02.1994, E 02 F 5/10). Устройство включает рыхлитель и плужные отвалы. Рыхлитель выполнен из трех жестко соединенных между собой зубьев. Зубья установлены с возможностью вертикального перемещения относительно расположенных в корпусе устройства штанг. Штанги имеют амортизирующие пружины. В верхней части зубья соединены траверсой, имеющей отверстия для пропуска зубьев, а в нижней снабжены копиром. Это устройство относится к землеройной технике и может быть использовано для рыхления наземных грунтов.

Известно устройство для подводных работ - дноочистительный снаряд (RU 2054504, 10.02.1993, E 02 F 3/90). Он предназначен для разработки грунтов обводненных месторождений и состоит из корпуса, силовой установки, рабочего органа и сваи, установленной на корме шарнирно с возможностью поворота в вертикальной плоскости. Свая выполнена в виде шарнирно закрепленной одним концом на корпусе с возможностью поворота в горизонтальной плоскости балки. На свободном конце балки шарнирно установлена опора с возможностью поворота в вертикальной плоскости. Опора снабжена рыхлителем в виде плуга. Снаряд снабжен дополнительными сваями, размещенными по бортам носовой оконечности корпуса. Привод поворота балок и опор выполнен в виде гидроцилиндров.

К недостаткам известного устройства можно отнести сложность и громоздкость конструкции, кроме того, снаряд производит разработку дна на небольших глубинах. Устройство не может быть применено при разработке легких грунтов, характеризующихся пылеватостью и пластичностью, например, при добыче сапропеля.

Известен рыхлитель грунтозаборного устройства земснаряда для разработки подводных траншей (RU 2167244, 07.10.1999, Е 02 F 3/88). Грунтозаборное устройство содержит два механических рыхлителя вертикального и наклонного расположения, каждый из них состоит из верхней и нижней частей, экрана и всасывающей системы. Для исключения залипания грунта верхние части выполнены как шнековые рыхлители, а нижние - как фрезерные рыхлители с консольными ножами. В верхней и нижней частях рыхлителей поверхности выполнены криволинейными с одинаковым углом и направлением закручивания режущих профилей для обеспечения перемещения грунта по межвитковым каналам только в одном направлении сверху вниз в зону всасывания, образованную в пределах расположения консольных ножей фрезерных рыхлителей. Для обеспечения перемещения сфрезерованного грунта с меньшим трением рыхлители могут быть оборудованы шнеками с расширяющимися книзу межвитковыми каналами.

В этом устройстве рыхление грунта производят с помощью фрез с консольными ножами, а подачу грунта - с помощью шнеков.

К недостаткам известного устройства можно отнести то, что большие весогабаритные характеристики рыхлителей ведут к существенному увеличению размеров грунтозаборной рамы и земснаряда, при вязких грунтах происходит “замыливание” фрез.

Задачи, на решение которых направлено изобретение, заключаются в создании простой и надежной конструкции рыхлителя, позволяющей разрабатывать и подавать послойно грунт, в повышении эффективности рыхления грунтов различной категории путем быстрой переналадки рыхлителя и обеспечении возможности работы на глубинах до 100 м.

Поставленные задачи решены следующим образом.

Устройство для рыхления подводных грунтов содержит узлы рыхления и подачи грунта и отличается тем, что узлы рыхления и подачи грунта выполнены в виде неподвижно установленных на валу вертикальных ножей, на которых смонтированы лопатки, а вал установлен подвижно в опорах и на нем неподвижно расположен рычаг, связанный с тягой, соединенной с механизмом возвратно-поступательного действия, при этом количество ножей и лопаток может было разным или одинаковым. Кроме того, лопатки установлены на ножах с возможностью поворота относительно горизонтальной оси. Кроме того, лопатки расположены горизонтально и установлены неподвижно на вертикальных ножах. Кроме того, лопатки снабжены ребрами, расположенными снизу между лопаткой и ножом, имеют уширение в сторону подающей кромки. Кроме того, на подающей кромке лопатки выполнен отгиб. Кроме того, вертикальные ножи выполнены изогнутыми и в сечении имеют плоскую переднюю (подающую) и острую тыльную грани. Кроме того, ребра имеют овальную форму.

Предлагаемое изобретение поясняется рисунками. На фиг.1 изображена конструкция устройства для рыхления подводных грунтов; на фиг.2 - вид сбоку вертикального ножа и лопатки; на фиг.3 - разрез А-А на фиг.2; на фиг.4 - вид сбоку поворотной лопатки; на фиг.5 - разрез В-В на фиг.4; на фиг.6 - разрез С-С на фиг.5.

Устройство для рыхления подводного грунта состоит из горизонтально установленных лопаток 1, вертикальных ножей 2, ребер 3, вала 4, разрезных втулок 5 для крепления вертикальных ножей 2, подшипников 6, смонтированных на жестком основании, тяги привода 7, рычага привода 8, втулки крепления рычага 9. Возможен вариант конструкции рыхлителя, в котором горизонтальные лопатки установлены посредством петли 10 с возможностью ограниченного поворота - поворотная лопатка 11 (фиг.4-6).

На фиг.1 приведена конструкция с двумя вертикальными ножами и лопатками. Количество ножей и лопаток определяется шириной всасыающего наконечника, которая может меняться от 1 до 10 м. В зависимости от особенностей разрабатываемого грунта не все ножи могут быть снабжены лопатками, некоторые из них могут оставаться “холостыми”.

Устройство работает следующим образом. Оно представляет собой ряд горизонтальных лопаток 1 и/или 11, установленных на вертикальных ножах 2 и подкрепленных снизу ребрами 3. Ножи посредством втулок 5 закрепляют на валу 4. Вал 4 приводят в движение через рычаг 8 и тягу 7 приводом возвратно-поступательного действия.

Вертикальные ножи 2 выполнены изогнутыми и в сечении имеют плоскую переднюю (подающую) и острую тыльную грани. Передняя плоская грань ножа вместе с лопаткой участвует в подаче грунта. Ребра 3 расположены снизу между лопаткой и ножом и имеют овальную форму. Такая конфигурация способствует наиболее эффективному разрыхлению грунта и снижает вертикальную составляющую реакции при врезании в грунт.

Горизонтальные лопатки 1 (11) имеют уширение в сторону подающей кромки, которая может быть выполнена с отгибом. Это позволяет снизить реакцию от врезания и увеличить объем подачи грунта к щелевому всасу грунтозаборного механизма. В зависимости от направления работы (навстречу или по ходу разрыхляемого грунта) будет работать передняя или тыльная сторона ножей и лопаток.

Работа по разрыхлению грунта совершается за счет колебательных движений ножей с лопатками относительно вертикальной оси на 20-30°. Цикл разрыхления определяется двумя фазами: подготовительной и рабочей. При подготовительной фазе вертикальные ножи заглубляют лопатки на заданную величину, одновременно производя предварительное разрыхление грунта, а при рабочей фазе грунт приподнимается лопатками и подается к сосуну грунтозаборного механизма.

При подготовительной фазе возникает вертикальная реакция отрыва всаса от грунта, которая зависит от количества ножей с лопатками и категории грунта. Предусмотрены следующие конструктивные меры, которые в зависимости от ее величины могут применяться по отдельности, попарно или все сразу.

Первое - придание режущей кромке вертикальных ножей криволинейной формы, которая значительно сглаживает эту составляющую.

Второе - это работа половины лопаток в противофазе по отношению к другой, т.е., когда одни врезаются в грунт - вторые совершают рабочий ход и так как реакция рабочего хода больше, то в сумме получается сила, прижимающая постоянно сосун к грунту.

Третье - при снятии толстого слоя грунта порядка 0,4 м, когда ход лопаток значительный, можно установить поворотные лопатки, которые во время подготовительной фазы, занимая вертикальное положение, резко снижают вертикальную реакцию и в целом усилие врезания. При легких грунтах можно часть вертикальных ножей оставить “холостыми”, т.е. без лопаток.

Приводом рыхлителя могут быть известные пневмо-, гидро- или электромеханизмы, совершающие возвратно-поступательное движение с частотой и амплитудой, изменяющейся в зависимости от характеристики грунта, глубины разрыхляемого слоя и скорости движения.

Предлагаемая конструкция может работать с сосунами щелевого типа. Предлагаемая конструкция рыхлителя в совокупности с устройствами для подводной разработки грунтов позволяет решить задачи послойной подачи грунта, автоматизировать процесс забора грунта и получить пульпу заданной концентрации.

Формула изобретения

1. Устройство для рыхления подводных грунтов, содержащее узлы рыхления и подачи грунта, отличающееся тем, что узлы рыхления и подачи грунта выполнены в виде неподвижно установленных на валу вертикальных ножей, на которых смонтированы лопатки, а вал установлен подвижно в опорах и на нем неподвижно расположен рычаг, связанный с тягой, соединенной с механизмом возвратно-поступательного действия, при этом количество ножей и лопаток может быть разным или одинаковым.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что лопатки установлены на ножах с возможностью поворота относительно горизонтальной оси.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что лопатки расположены горизонтально и установлены неподвижно на вертикальных ножах.

4. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что лопатки снабжены ребрами, имеющими овальную форму и расположенными снизу между лопаткой и ножом.

5. Устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что лопатки имеют уширение в сторону подающей кромки.

6. Устройство по любому из пп.1-5, отличающееся тем, что на подающей кромке лопатки выполнен отгиб.

7. Устройство по любому из пп.1-6, отличающееся тем, что вертикальные ножи выполнены изогнутыми и в сечении имеют плоскую переднюю (подающую) и острую тыльную грани.

РИСУНКИ

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