Устройство для образования скважин

 

О П И С А Н И Е „„747938

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистическик

Республик (6l ) дополнительное к авт. свил-ву (22)Заявлено27.06.78 (21) 263 720/29 03 с присоедииеиием заявки,% (23) Приоритет (53)M. Кл.

Е 02 0 17/14

Госудерстеенный комнтет

Опубликовано 15.07.80.Бюллетень Рй 26 (5З) УДК 624,131. . 34 (088.8) оо делам кзооретеннй н открытий

Дата опубликовании описания 18.07.80

Ю. В. Власов и Г. И. Янцур (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ

СКВАЖИН

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для образования котлованов и скважин без выемки грунта при устройстве оснований и фундаментов зданий и сооружений.

Известно устройство, содержащее

5 головку ударного молотка с внутренней пустотелой цилиндрической камерой, в которой находится масса подвижного инертного материала (обычно свинцовая или стальная дробь), которая может пето редвигаться внутри камары (1), Недостатки известного устройства. состоят в,том, что невозМожно регулировать параметры ударного импульса, 1 т5 так как рабочая камера молотка имеет постоянный объем. Шары внутри камеры в момент ее движения на пути к преграде в зависимости от приложенного усилия могут занимать различное промежуточное положение — покоиться неподвижно на днище при малых ускорениях, занимать среднее или верхнее крайнее положение при больших ускорениях, прижиматься к

2 любой стороне стенки корпуса при криволинейном движении. Высота зависания шаров внутри камеры над поверхностью днища не регулируется., Наиболее близким к предлагаемому по технической сушности является устройство, содержащее направляющий корттус с днищем и крышкой и установленые с возможностью перемещения по направляющим два бойка, соединенные между собой гибкой связью (2) .

Подъемный механизм поднимает сначала второй боек, более тяжелый, затем первый, более легкий. При свободном падении происходит . мгновенно npyr за другом два удара сначала первого бойка, затем более тяжелого второго с некоторым ваэрьтв ом во времени.

Недостаток известного устройства заключается в том, что общий сформированный удар носит скачкообразный ха рактер по количеству ударных бойков.

Плавного характера, приближакецегося к статическому приложению нагрузки, 747938

3 достичь невозможно . Простое увеличение количества бойков ведет к конструктивному усложнению устройства. Кроме того, невозможно изменить в данных устройствах скорость приложения динамической нагрузки и ее величину.

Цель изобретения - повышение эффективности . использования энергии удара.

Это достигается тем, что в предлагаемой конструкции бойки расположены друг 1р над другом с возможностью взаимодей- ствия, при этом верхний боек выполнен в виде цилиндрических дисков, а нижний в виде полого корпуса, часть которого заполнена подвижной сыпучей массой и 15 имеет подвижную перегородку-ограничитель для регулирования положения сыпучей месой, причем крышка направляющего корпуса снабжена шарнирно-закрепленными захватами, взаимодействующими с д> корпусом нижнего бойка во время подъема.

Подвижная перегородка-ограничитель выполнена в виде тарельчатого диска со сферической поверхностью, расположенной выгнутой поверхностью в сторону ниж- 25 него основания бойка, и снабжена регулировочным винтом, головка которого установлена в центре верхнего основания корпуса нижнего бойка с возможностью осевого перемещения вдоль корпуса. На- зр личие подвижной перегородки внутри корпуса и регулировочного винта позволяет легко изменять объем полости над шарами, регулировать положение шаров в пространстве полого корпуса и таким 35 образом регулировать и задавать времен. ный параметр в процессе удара.

Наличие сферической поверхности в перегородке со стороны соприкосновения 4р шаров приводит к усилению действия удара шаров по днищу корпуса, позволяет формировать дискретную ударную массу в виде геометрического тела определенных размеров оптимальной, заданной формы, 45 а не в виде беспбрядочного роя шаров в замкнутом пространстве, Основание нижнего диска верхнего бойка и верхнее основание корпуса ниж- него бойка. снабжено ударниками полусфер, закрепленных неподвижно на каждом основании и расположенных друг против друга парно с возможностью взаимодействИя . между собой при ударе и свобод- 55 ном падении. Масса верхнего бойка мо- жет меняться путем увеличения или уменьшения количества средних дисков.

Йля лучшего рассеивания (дисперсизации) шаров в рабочей полости, для уменьшения трения между внутренними стенками и шарами, в целях исключения заклинивания и образования арочного эффекта в момент удара верхнего бойка о корпус рабочего. органа, а также для лучшей кумуляции энергии падающих шаров и передачи ее через корпус днищу в момент удара корпуса о грунтовую преграду, внутренняя полость корпуса выполнена в виде усеченного конуса или усеченной пирамиды, малое основание которой является днищем, На фиг, 1 дано предлагаемое устройство для образования скважин; на фиг. 2— разрез А-А на фиг. 1 (направляющий корпус с клинчатыми охватывающими направляющими прямолинейного движения); на фиг. 3 — устройство в неподвижном состоянии (в статике ) вертикальный разрез; на фиг. 4 — устройство, подготовленное к сбрасыванию, вертикальный разрез; на фиг. 5 - разрез В-Б на фиг. 4; на фиг. 6 - захвато-разъем, аксонометрия; на фиг. 7 — устройство в момент удара верхнего бойка о корпус и его разъема, вертикальный разрез; на фиг. 8 †.устройство перед началом нанесения удара о грунт; на фиг. 9 — разрез

В-В на фиг. 4; на фиг. 10 — разрез Г-Г на фиг, 7; на фиг. 11 — узел T на фиг. 10 разрез клинчатых направляющих корпуса, корпуса и подвижной перегородки в увеличенном виде).

Устройство для образования скважины включает нижний боек 1 в виде полого корпуса, подвижную сыпучую массу в виде металлических шаров 2, которыми заполнена часть обьема полого корпуса бойка 1, верхний боек 3 в виде цилиндрических дисков, подвижную перегородку— ограничитель 4, направляющий корпус 5 в виде перфорированной трубы, шарнирносоединенный со стрелой базовой машины

6, клинчатые направляющие прямолинейного движения 7, расположенные внутри направляющего корпуса 5, захваты 8, каждый из которых выполнен в виде металлического бруса (фиг,6), нижняя часть которого снабжена зубом-захватом 9, верхняя-отверстием 10 для шарнирного крепления крышки направляющего корпуса 5 посредством пальца

11 и кронштейнов 12, средняя часть снабжена щекой-разъемом 13 с элипсоидной поверхностью; гибкие связи 14 в виде равных отрезков каната из

747938

ip шааке, на месте будущего котлована и фундамента устанавливают направляю15

55

5 гибкого прочного материала, например капрона, которые одним концом закреплены неподвижно, например узлом к верхнему основанию нижнего бойка 1, а вторым концом закреплены неподвижно к нижнему основанию верхнего бойка

3 с воэможностью ограниченного изменения длины путем перезавяэки. Подвижная перегородка-ограничитель 4 выполнена в виде тарельчатого диска со сферической поверхностью и снабжена резьбовым отверстием в центре и регулировочным винтом 15, образующим кинематическую пару, причем головка винта 15 установлена в центре верхнего основания полого корпуса нижнего бойка 1 и закреплена посредством заплечиков с возможностью совершать только поворот вокруг собственной продольной оси, а перегородка 4 установлена в полости полого корпуса нижнего бойка 1 перпендикулярно к его проаольной оси с возможностью совершать плоско-параллельное перемещение по йаправляющим 16, размещенным на внутренних боковых стенках корпуса посредством винта 15, Основание нижнего диска верхнего бойка 3 и верхнее основание корпуса нижнего бойка 1 снабжены ударниками в виде полусфер 17. Ударники закреплены неподвижно на каждом основании и расположены попарно друг против друга с воэможностью взаимодействия между собой при уларе, Внутренняя полость полого корпуса нижнего бойка 1 выполнена в виде vceченного конуса или усеченной пирамиды, малое основание которой в рабочем положении является днищем, обращенным большим основанием к верхнему бойку.

Направляющий корпус 5 для фиксации своего положения в нижней части снабжен ограничительным воротником 18.

Для загрузки шаров 2 полый корпус нижнего бойка 1 снабжен люком 19, Для захвата 9 верхняя часть полого корпуса нижнего бойка 1 снабжена гнездом с выступом 20, образованным верхним большим основанием корпуса. нижнего бойка.

Верхний боек 3 крепят к грузоподьемному механизму базовой машины 6 посредством троса 21, Устройство для образования скважин монтируется на базовую машину с грузоподьемньm механизмом и стрелой (фир, 1) °

6

Работает устройство следующим образом.

Qo начала работы устройства корпус нижнего бойка 1 загружают через люк 19 шарами 2, общая масса которых заранее определена. Посредством регулировочного винта 15 устанавливают подвижную перегородку 4 в определенное положение.

На спланированной строительной плоший корпус 5, который опускают до упора ограничительного воротника 18 о грунт (фиг. 1,3). Затем с помощью грузоподьемного механизма базовой машины 6 начинают подъем нижнего бойка 1 на определенную высоту. Подъем нижнего бойка 1 и верхнего бойка 3 происходит внутри направляющего корпуса 5 по охватываемым клинчатым направляющим прямолинейного движения 7. Сначала поднимается верхний боек 3 на высоту, равную длине гибких связей 14, затем посредством гибких связей 14 поднимают совместно верхний боек 3 и нижний боек 1 с подвижной сыпучей массой в виде шаров 2 внутри. Верхний боек 3 доходит ао зуба 9 и благодаря скосу на зубе 9 отклоняет захват 8 в сторону и беспрепятственно проходит вверх (фиг. 5). Точно так же проходит через зуб-захват 9 выступ 20 верхнего основания корпуса нижнего бойка 1. Как только выступ 20 верхнего основания ниж него бойка 1 прошел через зуб-захват 9, подьем системы прекращают и начинают медленно опускать систему корпус нижнего бойка + масса шаров + верхний боек) таким образом, чтобы выступ 20 верхнего основания корпуса нижнего бойка 1 вошел в зацепление с зубомэахватом 9 (фиг. 5) . Далее опускание верхнего бойка 3 прекращают.

Производят сбрасывание верхнего бойка 3 путем отсоединения его от подъемного троса 21 известным способом, например, путем растормаживания барабана лебедки грузоподьемного механиэма, при этом верхний боек 3 совершает свободное падение совместно с тросом 21. Совершая свободное падение на участке алины гибких связей 14, верхний боек 3 при приближении к сферическим ударникам 17 взаимоаействует с элипсоидной поверхностью шек-разъемов 1 3 и разжимает их в стороны, одновременно с этим освобождается от зуба-захвата 9 корпус

7 747 нижнего бойка 1 (фиг. 7). Затем мгновенно следует удар верхнего бойка 3 по начинающему движению корпуса ниж него бойка 1. Улар передается посредством взаимодействия ударников 17.

Нижний. боек 1 получает таким образом дополнительно импульс силы (количество движения), что вызывает его движение с начальной скоростью, значительно большей, чем скорость инертной массы»0 шаров 2 внутри, которая приблизительно в это, время равна нулю.

B силу законов инерции масса шаров2 смещается внутри корпуса нижнего бойка 1 и занимает при дальнейшем совместном движении всей системы определенную форму и положение. Положение и форма тела летящей дискретной ударной массы в,виде шаров 2 определяется сверху и снизу формой перегородки-ограничителя 4, а с боков ограничивается формой внутренних стенок корпуса нижнего бойка 1 и представляет собой летящее тело в форме усеченного конуса со сферическим верхним большим основанием по фор- 25 ме перегородки-ограничителя 4 и нижним меньшим основанием, тоже сферическим с несколько нарушенной геометрией (фиг. 8).

Перемещение шаров 2 внутри корпуса 30 нижнего бойка 1 задается при подготовке нижнего бойка к работе и может меняться в процессе работы в промежутках между залогами ударов, путем перемещения перегородки-ограничителя 4 по направляющим 16 внутри корпу-я 1 посредством вращения регулировочного винта 15.

При дальнейшем свободном падении системы на грунт происходит явление 40 удара. В первую очередь производит улар нижнего бойка 1 и с ним совместно передается на грунт энергии удара верхнего бойка 3. За ударом этих тел мгновенно сразу следует удар с нарас- 45 тающей энергией массы летящих шаров 2.

»Рунтовая среда, являясь обьектом сжатия, подвергается таким образом удару с нарастающей энергией, отдаваемой каждым летящим шаром в определен- 50 ное время..

Временная последовательность ударов шаров 2, задаваемая и регулируемая перегородкой-ограничителем 4, растягивает воздействие ударной волны на грунт 55 во времени и обеспечивает более эффективное продвижение устройства в грунтовой среде, при этом процессе проис938 8 ходят большие необратимые деформации грунта. При нанесении серии ударов в одно и о же время образуется котлован заданной формы и глубины.

Динамическое сжатие грунтовой среды устройства по своему характеру близко к сжатию статическими методами, но по абсолютной величине значительно больше и соответствует давлениям, на которые способна ударная волна, причем своими параметрами, характеризующими ударный импульс (величина и скорость изменения напряженного состояния грунта, время, в течение которого грунт находится в напряженном состоянии и др.) отличается от удара аналогичными устройствами, Кроме того, дополнительная ударная масса .после нанесения удара по грунту через корпус рабочего органа создает предварительную статическую нагрузку на грунт (держит грунтовый массив в напряженном состоянии) и этим создает благоприятные условия для последующего эффективного удара массы шаров, и, работая после первого удара по грунту в противофазе относительно корпуса нижнего бойка, препятствует его отскоку, повышает таким образом эффективность заглубления рабочего органа. а»

Наличие подвижной перегородки-огра- . ничителя с регулировочным винтом, дополнительной ударной массы и гибких связей, соединяющих корпус нижнего бойка и верхний боек в устройстве, позволяет более эффективно использовать энергию удара путем регулирования времени воздействия ударного импульса.

По данным испытаний опытного об/ разца производительность проходки скважины или котлована настоящим устройством повышается на 20-30%, Формула изобретения

1, Устройство для образования скважин, включающее направляющий корпус с днищем и крышкой и установленные с возможностью перемещения по направляющим два бойка, соединенные между собой гибкой связью, о т л ичающее ся тем, что, сцелью повышения эффективности использования энергии улара, бойки расположены друг над другом с воэможностью взаимодействия, при этом верхний боек выполнен в виде цилиндрических дисков, а нижн//»

747938 10 боек в виде полого ко п са а р у, ч сть котс- ный по центру регулировочный винт, рого заполнена подвижной сып чей масу мас- головка которого закреплена на верхнем сой и имеет подвижн пе ую ерегородку- основании корпуса нижнего бойка, и ограничитель для er ли р у рования положе- установлена с возможност ния сыпучей массы п ичем к ью осевого р ч м крышка на- перемещения вдоль корпуса правляющего корпуса снабжена шарнирно- 3 У ой стр ствопоп. 1, отличакм закрепленными захватами, взаимодей- щ е е с я тем, что корпус нижнего ствующими с корпусом нижнего бойка бойка выполнен в виде с вс. время подъема. о а выполнен в виде усеченного конуса, обращенного большим основанием

2. Устройство по и, 1, о т л и ч а ю- ip к верхнему бойку. щ е е с я тем,-что перегородка-огра- Источники ин сточники ин ормации, ничитель выполнена в виде та ель ат р ьчатого принятые во внимание при экспертизе диска со сферической поверхностью, рас- 1. Патент США N. 3343576, положенной выгнутой верхней поверх- кл, —, опублик. 1967. л 145 35, пуб ностью в сторону нижнего основания 15 2. Патент США М 3700046, бойка, при этом она имеет расположен- кл 173-103,, опублик. 1972 (прототип).

747938 оставитель Л, Черепенкина

Редактор Г. Нечаева Техред Q. Андрейко Корректор Г. Решетник

Заказ 4194/18 Тираж 713 Подписное

0НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 л ППП Патент", r. Ужгород, ул. Проектная. 4