Устройство для образования скважин в грунте
Изобретение относится к строительству, а именно к устройствам, предназначенным для бестраншейной прокладки скважин в грунте, и может найти применение при строительстве трубопроводов, подземных кабельных линий связи и электропередач. Устройство для образования скважин в грунте содержит шнековый винт, конусный рабочий наконечник, на наружной поверхности которого закреплена шнековая лопасть с навивкой, противоположной навивке лопасти шнекового винта. Шнековый винт и конусный рабочий наконечник соединены опорным шарниром. Внутри конусного рабочего наконечника с зазором на опорах вращения установлен вибратор круговых колебаний, корпус которого через компенсирующую муфту соединен с валом шнекового винта. На внутренней поверхности конусного рабочего наконечника закреплено зубчатое колесо с внутренним зубом, а на корпусе вибратора закреплено зубчатое колесо с внешним, меньшим по числу зубьев, которые входят в зацепление. На цапфе вибратора через шпонку закреплена конусная втулка, которая гайкой и пружиной соединена с внутренним конусом ступицы полумуфты. Изобретение позволит повысить надежность и долговечность составляющих элементов устройства. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к строительству, а именно к устройствам, предназначенным для бестраншейной прокладки скважин в грунте, и может найти применение при строительстве трубопроводов, подземных кабельных линий связи и электропередач.
Известно устройство для проходки скважин в грунте, содержащее шнековый винт, конусный рабочий наконечник, на наружной поверхности которого закреплена шнековая лопасть с навивкой, противоположной навивке лопасти шнекового винта, вибратор круговых колебаний, установленный внутри рабочего наконечника с зазором, редуктор, установленный между шнековым винтом и вибратором, корпус которого шарнирно без возможности взаимного вращения соединен с конусным рабочим наконечником, ведомый вал жестко соединен с шнековым винтом, а ведущий через компенсирующую муфту с корпусом вибратора [1].
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для образования скважин в грунте, содержащее шнековый винт, шарнирно соединенный с конусным рабочим наконечником, на наружной поверхности которого закреплена шнековая лопасть с навивкой, противоположной навивке лопасти шнекового винта, вибратор круговых колебаний, установленный на опорах качения внутри рабочего наконечника с зазором, при этом на внутренней поверхности рабочего наконечника закреплено зубчатое колесо с внутренним зубом, а на корпусе вибратора - с внешним, меньшим по числу зубьев, которые входят в зацепление, а корпус вибратора через компенсирующую муфту соединен с валом шнекового винта [2].
Проведенные исследования показали, что как только максимальный момент, развиваемый корпусом вибратора, равный
где FЦ - возмущающая сила, создаваемая вибратором;
d - диаметр качения корпуса вибратора;
α - угол зацепления зубчатой пары, α=20°;
вращение корпуса вибратора прекращается, в результате чего дальнейшая обкатка происходит без поворота корпуса вибратора, а следовательно, зубчатого колеса с наружным зубом, в результате чего новая пара зубьев входит в зацепление не за счет обкатки, а за счет радиального перемещения зубчатого колеса с наружным зубом, в результате возникают динамические нагрузки, которые приводят к поломке зубьев.
Цель изобретения - повышение надежности и долговечности устройства.
Для достижения поставленной цели в устройстве для образования скважин в грунте, содержащем шнековый винт, шарнирно соединенный с конусным рабочим наконечником, на наружной поверхности которого закреплена шнековая лопасть с навивкой, противоположной навивке лопасти шнекового винта, вибратор круговых колебаний, установленный на опорах качения внутри рабочего наконечника с зазором, при этом на внутренней поверхности рабочего наконечника закреплено колесо с внутренним зубом, а на корпусе вибратора - с внешним, меньшим по числу зубьев, которые входят в зацепление, компенсирующую муфту, соединяющую вал шнекового винта с корпусом вибратора, при этом между корпусом вибратора и валом шнекового винта установлена муфта предельного момента, которая выполнена в виде конусной втулки, соединенной гайкой и пружиной с внутренним конусом ступицы полумуфты компенсирующей муфты.
На фиг.1 изображен общий вид устройства, на фиг.2 - разрез А-А.
Устройство для образования скважин в грунте содержит шнековый винт 1, конусный рабочий наконечник 2, на наружной поверхности которого закреплена шнековая лопасть 3 с навивкой, противоположной навивке лопасти шнекового винта. Шнековый винт 1 и конусный рабочий наконечник 2 соединены опорным шарниром 4. Внутри конусного рабочего наконечника 2 с зазором на опорах вращения 5 установлен вибратор круговых колебаний 6, корпус которого через компенсирующую муфту 7 соединен с валом шнекового винта 1. На внутренней поверхности конусного рабочего наконечника 2 закреплено зубчатое колесо 8 с внутренним зубом, а на корпусе вибратора закреплено зубчатое колесо 9 с внешним, меньшим по числу зубьев, которые входят в зацепление. На цапфе вибратора 10 через шпонку 11 закреплена конусная втулка 12, которая гайкой 13 и пружиной 14 соединена с внутренним конусом ступицы полумуфты 15.
Для осуществления проходки скважины включается двигатель вибратора 6. Дебалансы вибратора, вращаясь с двигателем, создают возмущающую силу, которая прижимает корпус вибратора 6 через опоры вращения 5 к внутренним стенкам конусного рабочего наконечника 2 и заставляет его вращаться в направлении, обратном вращению дебалансов.
Так как корпус вибратора 6 компенсирующей муфтой 7 соединен с валом шнекового винта 1, то последний, ввинчиваясь в грунт, перемещается в направлении проходки, образуя лидерную скважину. Реактивный момент в зацеплении зубчатой пары 8, 9 вращает конусный рабочий наконечник 2 в противоположном направлении. Так как витки шнековой лопасти 3 на конусном рабочем наконечнике 2 имеют навивку, обратную навивке виткам шнекового винта 1, то конусный рабочий наконечник 2 также перемещается в направлении проходки, расширяя скважину до нужного размера. Возмущающая сила вибратора 6 через опоры вращения 5 воздействует на корпус конусного рабочего наконечника 2, который вместе с дебалансами совершает круговые колебания с частотой, равной частоте вращения дебалансов, перпендикулярные направлению проходки. Центр колебаний рабочего наконечника, т.е. точка, в которой амплитуда колебаний равна нулю совпадает с опорным шарниром 4. С удалением от него амплитуда возрастает и достигает максимума на его цилиндрической части, в результате чего конусный рабочий наконечник 2 вызывает колебания грунта в радиальном направлении, что способствует уменьшению сил трения и сцепления в нем и поверхностью конусного рабочего наконечника 2 и шнековой лопастью 3.
При увеличении сопротивления движения снаряда момент, необходимый на ввинчивание лопастей шнекового винта 1 и конусного рабочего наконечника 2, превышает расчетный момент (см. формулу 1), развиваемый корпусом вибратора 6, вследствие чего произойдет срабатывание муфты предельного момента. Конусная втулка 12 вращается относительно полумуфты 15, в результате чего корпус вибратора 6 продолжает обкатываться по внутренней поверхности рабочего наконечника 2 без вращения шнекового винта 1, что обеспечивает нормальные условия зацепления зубчатой пары 8, 9 без возникновения динамических нагрузок. Скорость проходки при срабатывании муфты предельного момента снижается, а динамическое воздействие вибрации на грунт увеличивается, в результате чего обеспечивается уменьшение усилия на образование скважины, обеспечивая тем самым возможность дальнейшего образования скважины.
Предлагаемое устройство полностью сохраняет функциональные возможности прототипа и повышает надежность и долговечность составляющих элементов.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР №899791, М. Кл. Е02F 5/18, 1982.
2. Патент РФ №2238370, Бюл. №29, Е02F 5/18, 2004.
1. Устройство для образования скважин в грунте, содержащее шнековый винт, шарнирно соединенный с конусным рабочим наконечником, на наружной поверхности которого закреплена шнековая лопасть с навивкой, противоположной навивке лопасти шнекового винта, вибратор круговых колебаний, установленный на опорах качения внутри рабочего наконечника с зазором, при этом на внутренней поверхности рабочего наконечника закреплено зубчатое колесо с внутренним зубом, а на корпусе вибратора - с внешним, меньшим по числу зубьев, которые входят в зацепление, компенсирующую муфту, соединяющую вал шнекового винта с корпусом вибратора, отличающееся тем, что между корпусом вибратора и валом шнекового винта установлена муфта предельного момента.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что муфта предельного момента выполнена в виде конусной втулки, жестко закрепленной на цапфе корпуса вибратора, и через гайку и пружину соединена с внутренним конусом ступицы полумуфты компенсирующей муфты.
