Устройство для очистки от грунта забитой вертикальной трубы — SU 1745856 (original) (raw)
СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 745856 А Кй КОМИТЕТЯМ И ОТКРЫТИЯМ ГОСУДАРСТВЕН ПО ИЗОБРЕТЕН ПРИ ГКНТ СССР(71) Институт горного дела СО АН СССР(56) Авторское свидетельство СССРМ 1523650, кл. Е 21 В 7/24, 1986.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ОТ ГРУНТА ЗАБИТОЙ ВЕРТИКАЛЬНО ТРУБЫ(57) Использование: в строительстве, в частности при забивке в грунт вертикально Изобретение относится к технологии строительных работ и может быть использовано для очистки забитых в грунт открытым торцом труб различного назначения,Известны различные грунтозаборники, . выполненные в виде грейферов, осуществляющих отбор грунта из забитой в грунт трубы с открытым торцом, с последующим удалением иэ них грунта. Недостатком этого устройства является малая эффективность забора грунта от забоя, т.е. забирается небольшой объем грунта, так как на последний. действуют статическими силами, развивае мыми грейфером.Известен рабочий орган для образования скважин в грунте, содержащий полую трубу с режущим наконечником. На наружной поверхности трубы смонтированы подпружиненные упоры, один из которых выполнен с возможностью перемещения относительно трубы.Недостатками известного устройства являются сложность очистки трубы, длина которой превышает длину устройства; низ5 Е 21 В 7/28, Е 02 Е 5/ труб, Сущность: рабочий орган в виде об чайки снабжен раструбом, выполненным виде усеченного конуса и упором, размещенным соосно ударному узлу внутри обечайки в зоне соединения раструба и обечайки. Диаметр большего основания раструба больше или равен диаметру обечайки. Ударный узел прикреплен к верхнему торцу обечайки. Упор может быть выполнен либо в виде конического стержня, либо четырехугольного. Обечайка может быть соединена с раструбом замком, 7 з,п, ф-лы, 8 ил,кая надежность работы, связанная с тем, что извлечение рабочего органа из скважины .осуществляется пружинами, установленными на поверхности. После каждого удара по трубе осуществляется ее подьем с отрывом режущего наконечника от забоя. Это приводит к резкому снижению производительности, так как при очередном ударе ударный импульс не передается на забой. а сначала сжимает пружины, опуская при этом трубу (Л вниз, При этом резко повышается энергоемкость процесса, так как при каждом ударе часть энергии расходуется на деформацию пружины.Наиболее близким к предлагаемому яа.ляется устройство, содержащее грунтоэаборник, ударный узел, размещенный внутри - ф грунтозаборника, и связанный жестко с ним ребрами. Нижняя часть грунтозаборника выполнена конической формы, а торец ударного узла размещен выше нижнего торца грунтозаборника,Недостатком этого технического решения при использовании его для очистки вер 1745856тикально забитых труб в грунт является заклинивание его в трубе при подъеме, а также дополнительное сопротивление придвижении вниз за счет радиального уплотнения грунта внешней конической поверхности грунтозаборника.Цель изобретения - повышение производительности и надежности в работе.Цель достигается тем, что устройство,содержащее ударный узел с рабочим органом, выполненным в виде обечайки с торцовым окном в передней части, снабженораструбом, выполненным в виде усеченногоконуса, прикрепленного меньшим основанием к обечайке, и упором, размещеннымвнутри обечайки над раструбом, Такое выполнение устройства обеспечивает заполнение раструба грунтом от забоя с большейплощади, чем диаметр обечайки, что исключает заклинивание рабочего органа приего подъеме по трубе и обеспечивает обжатие грунта после его забора с последующим его разуплотнением, Это такжепозволяет увеличить объем извлекаемогогрунта, так как при подъеме рабочего органа грунт в нем под действием гравитации опускается и обжимается, чтопредопределяет образование свода, являющегося "замком", препятствующий осыпанию грунта из рабочего органа,Упор выполняют конической формы ирасполагают его соосное ударным механизмам, причем большее его основание обращено вверх, Такое выполнение конструкциипозволяет разуплотнить грунт радиальнымего смещением, что повышает эффективность процесса,Диаметр большего основания корпусавыполняют большим или равным диаметруобечайки. Такое выполнение конструкциипозволяет в передней части устройства пережимать грунт, создавая "замок", препятствующий осыпанию грунта из рабочегооргана.Ударный узел закрепляют к верхнемуторцу рабочего органа. Такое выполнениеконструкции позволяет увеличить емкостьрабочего органа, т,е. повысить эффективность очистки трубы от грунта.Упор выполняют в виде стерж я, установленного впереди механизма в зоне соединения раструба и рабочего органа, Такоевыполнение устройства позволяет одновременно повысить производительность зэсчет увеличения емкости рабочего органа иуменьшить обрушение грунта иэ рабочегооргана.Стержень выполняют в виде четцрехугольника, вершины которого размещеныпо оси рабочего органа и в месте соедине.выполненным в виде усеченного конуса, по 35 зволяет с большей площади отбирать грунт,что обеспечивает его уплотнение в рабочем органе, способствующему его удержаниюпри подъеме. Выполнение раструба в форме усечен 40 ного конуса, закрепленнцм к обечайкеменьшим основанием, и упором, размещеннцм внутри обечайки над раструбом, образует пережим сечения поступающего в трубу грунтового керна, что способствуетобразованию свода, удерживающего грунт в рабочем органе при его подъеме.Выполнение упора конической формы ирасположение соосно ударному механизму, причем большим основанием вверх, обеспечивает равномерное воздействие на грунтовый керн во всех направлениях.При диаметре основания конуса, большем или равном диаметру обечэйки, исключается заклинивание рабочего органа в трубе при его подъеме,Закрепление ударного узла к в.,рхнемуторцу рабочего органа повышает произвсдительность процесса очи"тки,Вцполнение упора в виде стержня, установленного впереди ударного узла в зоне 102025ЗО ния раструба с рабочим органом. Такое выполнение устройства позволит при подъеме рабочего органа создать радиальные усилия, препятствующие обрушению грунта иэвнутренней полости рабочего органа.Рабочий орган соединяют с раструбом посредством замка. выполненного в виде кольцевых выступов, размещенных на передней и задней частях обечайки и раструба,и хомута, концы которого установлены в отверстиях, выполненных в стенках раструба и обечайки, Такое выполнение конструкции позволяет осуществить быструю смену раструба с одного диаметра на другой в зависимости от свойств грунта, что повышает универсальность устройства,Рабочий орган соединяют с раструбом посредством замка, выполненного в виде окон в передней части обечайки, и загнутыхэлементов раструба, размещенных в окнахи хомуте. при этом раструб выполнен из отдельных:екторов и вокруг него и обечайки установлен хомут, Такое выполнение конструкции упрощает сборку устройства принастройке для работы в различных грунтовых условиях.Хомут выполняют с коническими элементами, углы конусности которых совпадают с углами конусности поверхностей раструба и обечайки. Такое выполнение устройства позволяет упростить его конструкцию, Снабжение рабочего органа раструбом,20 25 его подъеме,30 40 раструба и обечайки, обеспечивает надеж ное крепление раструба к обечайке.На фиг. 1 показано устройство, находящееся вочищаемой трубе; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - устройство с цилиндрической оболочкой.; на фиг. 4 - устройство с закрепленным ударным узлом взаднем торце рабочего органа; на фиг, 5 -устройство со стержнем, установленнымсоосно ударному узлу и впереди него; нафис, 6 - устройство со стержнем, выполсоединения раструба и рабочего, органа, обеспечивает разуплотнение грунтового керна, проходящего сквозь меньшее окно раструба, Это позволяет при подъеме рабочего органа уменьшить составляющую от веса керна, действующего вниз, и тем самым увеличитьсоотношение между горизонтальной составляющей, направленной на образование свода, и вертикальной, способствующей опоражниванию рабочего органа от грунта,Известна установка внутри рабочего органа, извлекающего грунт, пластин, которые расположены перпендикулярно цилиндрической обечайке. Пластины установлены в зоне уплотнения грунтового забоя (впереди режущих кромок рабочего органа). Назначение этих элементов - способствовать отрыву грунта от забоя и удержанию его в рабочем органе при его подъеме за счет сцепления с грунтом через окна в пластинах.Выполнение стержня в продольном сечении в виде четырехугольника, вершины которого размещены по оси рабочего органа и в месте соединения раструба с рабочим органом, способствует образованию поперечных сил, препятствующих обрушению грунта из рабочего органа при Соединение рабочего органа с раструбом посредством замка, выполненного в виде кольцевых выступов, размещенных на передней и задней частях обечайки и раструба,и хомута, концы которого установлены в отверстиях, выполненных в стенках раструба и обечайки, обеспечивает соеДинение частей рабочего органа.Соединение рабочего органа с раструбом посредством замка, выполненного в ви.- де окон в передней части обечайки, и загнутых элементов патрубка, размещенных в окнах и хомуте, при этом раструб выполнен из отдельных секторов и вокруг него и обечайки установлен хомут, упрощает соединение частей рабочего органа,Выполнение хомута с коническими элементами, углы конусности которых совпадают с углами конусности поверхностей ненным в сечении в виде прямоугольника;на фиг. 7 - устройство с составным рабочиморганом, а замок выполнен в виде хомута;на фиг. 8 - устройство; составные части ко 5 торого выполнены с загнутыми элементами,а раструб выполнен иэ отдельных секторов.Устройство для очистки от грунта внутренней полости трубы, забитой вертикальнов грунт, состоит из ударного узла 4 (напри 10 мер, пневмопробойника), на корпусе которого закреплен рабочий орган 1 (фиг, 1),Крепление может осуществляться эа счетсилы трения, возникающей при посадкевтулки 10 на конической поверхности корпу 15 са ударного узла 4, при этом последний служит приводом при внедрении рабочегооргана 1 в грунтовый керн 3, находящийсявнизу трубы 2, Угол конусности посадочнойповерхности корпус-втулка существенноменьше угла трения металла о металл (прио2 угле конструкции практически неразбираемые). К втулке 10 приварены вкладыши9, а к ним приварена обечайка 6 (фиг. 2),которая может быть конической (фиг. 1), цилиндрической (фиг. 3), иметь два участка,один из которых цилиндрический 13, а другой - конический 14(фиг. 7), или иметь форму поверхности второго порядка 15 (фиг. 3).В любом случае меньшее сечение обечайки6 располагается в передней части рабочегооргана 1 и к нему прилегает меньшим поперечным сечением конический раструб 5.Обечайка 6 в задней части может иметь фла. нец 11, полностью перекрывающий внут 35 реннюю полость 7 рабочего органа или жеимеющий окно 12, сечение которого меньшесечения минимального проходного отверстия б обечайки 6 и раструба 5, Обечайка 6.с раструбом 5 может быть выполнена заодно целое (фиг, 1,3) либо быть составной(фиг. 7,8). В последнем случае они соединены между собой посредством хомута 16(фиг, 7,8), располагаемого с внешней сторо-ны рабочего органа 1. Хомут 16 может иметь45 радиальные выступы 17 и 18, входящие соответственно в окна 19 и 20 раструба 5 иобечайки 6 (фиг, 7). Хомут 16 выполнен издвух элементов цилиндрической формы, которые скреплены между собой болтовымисоединениями (не показаны).На фиг. 8 показана конструкция рабочего органа 1, у которой только в обечайке 6выполнены отверстия 20, а раструб 5 выполнен из отдельных секторов 21, 22, на концекоторых выполнены загнутые элементы 23.Позицией 24 обозначен трос,Ударный узел 4 можно крепить в заднейчасти рабочего органа 1 (фиг. 4-6), при этомконструкция узла крепления может быть любой (на фиг. 4-6 показана конструкция, 174585645 50 идентичная фиг. 1, т.е, через втулку 10 и вкладыши 9, которые закреплены между собой сваркой). Обечайка 6 может быть при этом выполнена с фланцем 11, перекрывающим внутреннюю полость 7 рабочего органа 1, либо с окном 12 (фиг. 5), сечение которого меньше минимального проходного сечения раструба 5 (по диаметру о).При креплении ударного узла 4 в торце обечайки б целесообразно в зоне минимального проходного сечения раструба 5 устанавливать стержень 25, который вкладышами 26 приварен к внутренней стенке обечайки б (фиг, 5). При этом целесообразно стержню 25, являющемуся телом вращения, придавать в сечении форму четырехугольника (фиг, б) с вершинами, расположенными на продольной оси рабочего органа 1 и в минимальном проходном сечении раструба 5, При этом образуются две конические поверхности 27,28. Позицией 29 обозначен свод.Устройство работает следующим образом.При составном рабочем органе (фиг. 7,8)необходимо сначала его собрать. Для этого раструб 5 (фиг, 7) приставляют меньшим сечением к торцу обечайки 6, затем устанавливают выступы 17 и 18 хомута 16 в окна 19и 20 соответственно раструба 5 и обечайки 6 и болтами (не показаны) стягивают хомут 16. Таким образом раструб 5 жестко соединен с обечайкой б,В случае выполнения раструба 5 из отдельных секторов (фиг. 8) для сборки рабочего органа необходимо развернуть каждый из секторов 5 примерно на 90 и вставить загнутые их элементы 23 в отверстие 20 обечайки б, Затем все сектора развернутьвперед (фиг. 8), и сверху установить хомут 16, При его стягивании болтами (не показаны) за счет конических поверхностей хомута 16 раструба 5 и обечайки б, последние распираются и тем самым происходит жесткое соединение, так как загнутые элементы 23 упираются во внутреннюю стенку обечайки 6 и переднюю кромку отверстия 20. При выполнении рабочего органа 1 цельным (фиг. 1,3) сборка его не нужна, Рабочий орган 1 жестко соединен с ударным узлом 4 засчет того, что он приварен к вкладышам 9, а они, в свою очередь, приварены к втулке 10; Вкладышей 9 имеется несколько (6-8 шт) и они расположены равномерно по окружности, тем самым образуя каналы для прохода грунта в полость 7, У втулки 10 внутренняя поверхность выполнена конической с углом конусности, меньшим угла трения металла о металл (меньше 4 ), Сопрягаемая контактирующая поверхность корпуса ударного узла 5 102025303540 4 выполнена с таким же углом конусности, что исключает их саморассоединение (крепление рабочего органа 1 к ударному узлу 4.может быть и иным).Опускают на трос 24 рабочий орган 1 с ударным узлом в трубу.2, забитую открытым торцом, до соприкосновения переднего торца раструба 5 с грунтовым керном 3. Затем подают сжатый воздух в ударный узел 4 - пневмопробойник, который создает удар. ные импульсы, направленные на забой. Под действием этих импульсов раструб 5 внедряется в забой. Силы отдачи, возникающие при работе устройства, компенсируются его массой.По мере внедрения в грунт, последний, поступая через раструб 5; уплотняется и проталкивается сквозь минимальное проходное сечение диаметром б, Затем грунт конической поверхностью 8 ударного узла 4 разуплотняется и сдвигается в радиальном направлении, Таким образом, вся полость 7, служащая емкостью для грунта, заполняется последним, При дальнейшей проходке вглубь грунт продолжает поступать внутрь полости 7, где уплотняется, так как столб грунта увеличивается, а следовательно, увеличивается вертикальная сила, уплотняющая грунт в полости 7, Для увеличения плотности грунта в полости 7 возможно закрепление к торцу обечайки 6 фланца 11, который полностью или частично герметизирует полость 7. В случае выполнения рабочего органа 1 с фланцем 11 и окном 12 целесообразно сечение окна 12 выполнять меньшим проходного сечения б. В этом случае поступление грунта в полость 7 большее, чем его выдавливание через окно 12 и грунт в полости 7 уплотняется. Уплотнение грунта в рабочем органе 1 приведет к двойному эффекту. Во-первых, большее количество грунта можно извлечь за один проход,При подьеме устройства за трос 24 происходит сначала отрыв его от грунта. Обычно для этой операции используют обратный ход пневмопробойника, т.е. при работе в реверсивном режиме ударный импульс направлен вверх, Для того, чтобы грунт не высыпался из рабочего органа 1 после отрыва его от забоя, ударный узел 4 отключают и дальнейшее извлечение устройства из трубы осуществляют статически лебедкой с тросом 24.При подъеме грунт из раструба 5 осыпается; в минимальном сечении образуется свод 29, который удерживает грунт в.рабочем органе 1. Силы трения, возникающие между стенкой рабочего органа 1 и грунтом, способствуют его удержанию, Чем большеуплотнение грунта в полости 7, тем большесилы трения, удерживающие грунт приподъеме устройства - это второй эффектоперации по уплотнению грунта, После извлечения рабочего органа на поверхность 5грунт из него удаляется, Для этого можновключить ударный узел 4, и создаваемые имударные импульсы способствуют опарожнению полости 7, В дальнейшем вновь опуска-.ют устройство вниз, Обычно кольцевой 10слой грунта, находящийся на внутреннейповерхности трубы 2, обрушится либо поддействием собственного веса, либо опускающимся вниз устройством,При закреплении ударного узла 4 в передней части обечайки 6 (фиг. 1.3) болееэффективно осуществляется внедрение рабочего органа в грунт 3, находящийся в трубе 2, так как конструкция рабочего органа 1более жестка, В этом случае, ударный узел 204 одновременно служит упоромобеспечивающим разрыхление уплотненного грунта,прошедшего сквозь минимальное проходное сечение диаметром д, Однако, в этомслучае, емкость рабочего органа 1 уменьщается, что предопределяет уменьшение обьема набираемого в него грунта,При закреплении ударного узла 4 в задней части обечайки 6 объем полости 7 возрастает, однако при этом ухудшаются 30условия, удерживающие грунт от обрушения. Необходимо резкоуменьшать диаметрб, что приведет к большим усилиям сопротивления при внедрении рабочего органа 1в грунт, 35При разделении функций по созданиюударных импульсов и упора, разуплотняющего грунт, поступивший в полость 7, можноснабжать рабочий орган 1 стержнем 25, прикрепленным вкладышами 26 к обечайке 6 в 40зоне минимального проходного сечения, аударный узел 4 можно крепить с торца обечайки 6 (фиг. 5) В этом случае, при увеличении объема полости 7, улучшится условиезадержки грунта в полости 7. Это связано с 45тем, что максимальные усилия, действующие на свод 29, приложены к его центру(фиг, 4). При наличии стержня 25 получаетсякольцевая поверхность свода, т.е. ее поверхность в поперечном сечении делится на 50две части меньшего сечения, С другой стороны, по поверхности стержня 25 возникаетсила трения, препятствующая обрушениюгрунта.На фиг. 6 показан стержень 25, имеющий в сечении форму четырехугольника,вершины которого усановлены на продольной оси и в минимальном :ачении раструба5, В этом случае стержень 25, служащийупором, имеет две конические поверхности 27 и 28. Первая 27 из них обеспечивает уплотнение грунта при поступлении его в полость 7. а вторая 28 предназначена для создания поперечной силы, способствующей образованию свода 29 при подъеме рабочего органа.При использовании стержней 25 а качестве упоров несколько повышается жесткость конструкции рабочего органа, но при. этом повышается жесткость конструкции рабочего органа, но при этом повышается обьем полости 7, что обеспечивает повышение объема извлекаемого грунта.Применение предлагаемого устройства для очистки грунта из трубы, забитой открытым торцом в грунт, позволяет упростить эту технологическую операцию, повысить ее производительность, использовать сравнительно простое оборудование,Формула изобретения1. Устройство для очистки от грунта за, битой вертикально трубы, включающее рабочий орган, выполненный в виде обечайки сконической нижней частью, и расположенный по центру ударный узел, скрепленный с обечайкой, о т л и ч а ю щ е е с.ятем, чта, с целью повышения производительности и надежности в работе, рабочий орган снабжен раструбом,закрепленным меньшим основанием книжнему торцу абечайки, и упогом, размещенным саосно с упорным. узлам внутри обечайки в зоне соединения раструбаи обечайки, при этом диаметр большегооснования раструба больше или равендиаметру обечайки.2, Устройства по и, 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что ударный узел закреплен кверхнему торцу обечайки.3. Устройство по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю,щ е е с я тем, что упор выполнен в видеконического стержня, большее основаниекоторого обращено вверх.4 Устройство по пп. 1 и 2, о т л и ч а ющ е е с я тем, что упор выполнен в видечетырехугольного в продольном сечениистержня, вершины которого размещены попродольной оси обечайки и в месте соединения раструба с обечайкой,5, Устройство по пп. 1 в 4, о т л и ч а ющ е е с я тем, что обечайка соединена сраструбом посредством замка,6. Устройство по п,5, о тл и ч а ю щеес я тем, чта замок выполнен в виде кольцевых выступов, размещенных на передней и задней частях обечайки ираструба, и хомута. концы которого уста11 1145856 12 10 новлены в отверстиях, выполненных в стенках раструба и обечайки,Т.Устройство поп.5,отл ича ющеес я тем, что замок выполнен в виде окон в передней части обечайки и загнутых элементов раструба, размещенных в окнах и хомуте, при этом раструб выполнен из отдельных секторов и вокруг него и обечайки установлен хомут,8. Устройство по пп, 6 и 7; о т л и ч а ющ е е с я тем, что хомут выполнен с кониче скими элементами, углы конусности которых совпадают с углами конусности поверхностей раструба и обечайки.1745856 Реда атрушева няк Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород. ул.Гагарина, 1 Заказ 2369ВНИИПИ Г ставитель Л.Черепенкинахред М,Моргентал Коррект Тираж Подписноеарственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5