КОЛЬЦО ФРЕЗЫ ДЛЯ ТРАНШЕЙНЫХ СТЕНОК

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к фрезе фрезерного устройства для разработки в грунте траншей в соответствии с ограничительной частью пункта 1, а также к способу разработки в грунте траншеи в соответствии с ограничительной частью пункта 14 формулы изобретения.

Фреза содержит основной корпус в форме барабана, на наружной окружной периферии которого, по меньшей мере, в одном окружном ряду установлены монтажные устройства, в которых установлены фрезерные инструменты для разработки грунта.

Уровень техники

Для разработки грунта известны различные фрезерные режущие инструменты. Для разработки более мягких грунтовых и горных слоев, например песчаных и липких грунтов, а также галечника, в основном используются фрезерные зубья с одной или несколькими линейными режущими кромками. Грунт разрыхляется и выносится по существу режущим воздействием режущих кромок. В отличие от этого для разработки более твердых грунтовых материалов используются долота по существу с точечными рабочими зубками. Точечные зубки могут раскалывать материал, так что он разламывается или расслаивается. В зависимости от структуры грунта в уровне техники используются по-разному оснащенные фрезы.

Однако при бурении грунта часто встречаются грунтовые и горные слои различной твердости. В этом случае при каждом переходе между более твердым и более мягким слоем заменяют фрезы или оснащают их новыми фрезерными инструментами. Поэтому при работе фрезерных устройств для проходки в грунте траншей при каждой смене слоя нужно поднимать фрезы из разработанной щели и после замены фрез или фрезерных инструментов снова вводить их в грунт. Замена фрез или фрезерных инструментов связана с большими затратами времени и средств.

В патентном документе EP 2020462 A2 показано фрезерное устройство для разработки в грунте траншей с несколькими фрезами, оснащенными фрезерными зубьями. Соответственно, это фрезерное устройство пригодно в особенности для разработки мягких грунтов.

Фреза, оснащенная долотами, описана в документе EP 2060375 A1.

Из патентного документа EP 1632610 B1 известна фреза, снабженная смесительными лопастями для смешивания грунтового материала с суспензией.

Раскрытие изобретения

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании фрезы и способа разработки в грунте траншей, которые позволяют производить разработку траншей особенно экономично и быстро.

В соответствии с изобретением решение поставленной задачи достигается за счет фрезы, обладающей признаками по пункту 1, и способа, обладающего признаками по пункту 14 формулы изобретения. Предпочтительные примеры осуществления изобретения изложены в зависимых пунктах.

Согласно изобретению в фрезе предусмотрено, что, по меньшей мере, в одном окружном ряду в качестве фрезерных инструментов расположены как долота по существу с точечными рабочими зубками, так и режущие зубья по существу с линейной режущей кромкой.

В способе согласно изобретению предусмотрено, что фрезерное устройство для разработки в грунте траншей, оснащенное, по меньшей мере, одной фрезой, выполненной указанным образом, вводят в грунт и разрабатывают грунт с помощью фрезерных инструментов.

Первая основная изобретательская идея заключается в том, чтобы предусмотреть на фрезе как фрезерные инструменты для целенаправленной разработки мягкого грунта, так и фрезерные инструменты для целенаправленной разработки твердого грунта. Поэтому фреза по изобретению пригодна для непрерывной разработки различных грунтовых слоев без необходимости замены фрезерных инструментов при переходе между грунтовыми слоями. Долота и режущие зубья установлены в отдельных приемных гнездах или держателях.

С помощью долот создается точечная нагрузка на разрабатываемый материал, такой как скальная порода, что ведет к расслоению или раскалыванию материала. При этом разработка грунта производится посредством процесса раскалывания. В отличие от этого режущие или фрезерные зубья пригодны для внедрения в мягкий грунт, так что разработка грунта производится по существу посредством процесса резания.

В частности, долота могут быть долотами с круглым хвостовиком, которые имеют хвостовик круглого поперечного сечения. Долота с круглым хвостовиком могут быть установлены с возможностью вращения в приемном гнезде, предпочтительно выполненном в виде полой цилиндрической проточки. Альтернативно хвостовик долота может иметь поперечное сечение другой формы, например многоугольное.

Вторая основная изобретательская идея состоит в том, чтобы подобранные в соответствии с определенной структурой грунта фрезерные инструменты расположить в одном общем окружном ряду или на общей окружной линии вокруг основного корпуса в виде барабана. При этом монтажные устройства для долот и режущих зубьев предпочтительно лежат в плоскости, перпендикулярной оси вращения фрезы. В основу решения положено знание того, что вследствие специфической конструкции долот и режущих зубьев можно избежать интенсивного износа фрезерных инструментов, когда долота и режущие зубья расположены друг за другом в направлении вращения фрезы, то есть проходят по одной круговой линии. При рабочем вращении фрезы при разработке скальных слоев долота автоматически выполняют более интенсивную работу, чем режущие зубья. И наоборот, при разработке более мягких и в особенности липких грунтов режущие зубья выполняют основную часть разработки. За счет этого с помощью фрезы по изобретению можно выполнять проходку как твердых, так и мягких грунтов без замены фрезерных инструментов.

Для снижения до минимума износа режущих зубьев при разработке твердых грунтовых слоев предпочтительно перед режущим зубом в направлении разработки фрезы установлено, по меньшей мере, одно долото таким образом, что режущий зуб расположен за следом разработки, по меньшей мере, одного долота.

Под следом разработки имеется в виду область за долотом в окружном направлении фрезы. Соответственно, предпочтительно режущий зуб расположен на том же осевом уровне фрезы и в окружном направлении за долотом, так что режущий зуб проходит по кольцевой поверхности, уже пройденной долотом. При твердом скальном материале его разрыхление производится долотом путем раскалывания или расслаивания материала. При этом в основном за счет отслаивания материала наружу от точечного рабочего зубка происходит разработка материала на большой площади. Поэтому при вращении фрезы точечные рабочие зубки разрабатывают, как правило, достаточно материала, так что режущий зуб с режущей кромкой не вступает или мало вступает во взаимодействие с целиковым грунтом.

При разработке мягкого грунтового материала наоборот, точечные зубки долот оказывают небольшое воздействие разработки, так как не может быть создано раскалывания или расслаивания материала. Поэтому разработка грунта производится преимущественно режущими зубьями с линейной режущей кромкой, которые врезаются в грунт.

Для дальнейшего снижения износа режущих зубьев при разработке твердого грунтового материала предпочтительно перед режущим зубом в направлении вращения разработки установлены несколько долот, которые ориентированы под различными установочными углами. Предпочтительно режущие кромки режущих зубьев проходят в осевом направлении фрезы, так что может производиться разработка мягкого грунтового материала по типу работы ковша. В отличие от этого точечные рабочие зубки долота проходят по сравнительно узкой линии. Для того чтобы при разработке твердого грунтового материала надежно обеспечивать по возможности широкое свободное пространство для прохода режущих зубьев, отдельные установленные перед режущим зубом долота различным образом ориентированы или наклонены в осевом направлении, так что отдельные долота походят по линиям разработки, смещенным относительно друг друга по оси.

Возможна также установка режущего зуба с ориентацией в осевом направлении. В этом случае предшествующие долота предпочтительно адаптированы к соответствующей ориентации установленного под углом режущего зуба.

Особенно надежная защита режущего зуба и эффективная разработка скальной породы достигается путем того, что, по меньшей мере, в одном окружном ряду образована группа долот, по меньшей мере, из трех долот, причем первое долото ориентировано радиально, второе долото ориентировано вбок под углом к осевому направлению фрезы, а третье долото ориентировано вбок под углом к осевому направлению в противоположную сторону. Предпочтительно долота группы расположены непосредственно друг за другом в направлении вращения перед режущим зубом. Благодаря различному наклону долот расширяется область разработки в осевом направлении фрезы и, в частности, может достигаться так называемое полное сечение, при котором грунт может разрабатываться по существу вдоль всей осевой протяженности фрезы.

Дальнейшее надежное снижение износа режущих зубьев может достигаться за счет того, что перед режущим зубом в направлении вращения разработки установлено, по меньшей мере, одно долото, причем рабочие зубки долота выступают в радиальном направлении на определенную величину за режущую кромку режущего зуба. Таким образом, расстояние от рабочих зубков долота до оси вращения фрезы больше максимального расстояния от режущей кромки режущего зуба от оси вращения. При этом при разработке твердого грунта в целик грунта врезаются только долота, тогда как режущие зубья смещены с отступом от них. При мягком грунте долота прорезают тонкие линии грунта, а основную разработку производят врезающиеся в грунт линейные режущие кромки режущих зубьев.

Предпочтительно режущие зубья установлены с радиальным отступом назад от долот на определенную величину, которая составляет от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров. Особенно предпочтительной показала себя величина от 5 мм до 3 см, более предпочтительно от 1 см до 2,5 см.

В предпочтительном примере осуществления изобретения предусмотрено, что на наружной окружной периферии основного корпуса приварено кольцо из листа, в котором расположены долота и режущие зубья одного окружного ряда. Таким образом, кольцо из листа несет различные фрезерные инструменты в виде долот и режущих зубьев и обеспечивает расположение режущих зубьев и долот на одной линии или в одном окружном ряду вокруг основного корпуса фрезы. Кольцо из листа проходит в плоскости, перпендикулярной оси вращения фрезы. Оно может быть выполнено сплошным или образовано из нескольких сегментов листового кольца, причем между отдельными сегментами может быть образованы свободные пространства или расстояния.

В соответствии с изобретением предпочтительно кольцо из листа содержит радиально открытые первые выемки, которые выполнены с возможностью приема долот, и радиально открытые вторые выемки, которые выполнены с возможностью приема режущих зубьев. Предпочтительно первые и вторые выемки выполнены различными и целенаправленно приспособлены под режущие зубья или долота. Так, например, выемки для режущих зубьев могут иметь U-образную форму для установки режущих зубьев с U-образной крепежной областью. Для приема долот или так называемых плоских зубьев могут быть предусмотрены выемки с наклоном в окружном направлении. При этом выемки для плоских зубьев предпочтительно больше наклонены в окружном направлении, чем выемки для долот. Режущие зубья или долота могут быть укреплены в выемках кольца из листа либо непосредственно, либо с помощью дополнительных держателей, адаптеров или втулок.

Предпочтительно в кольцо из листа вставлены приемные втулки для разъемного удержания долот и/или режущих зубьев. Предпочтительно приемные втулки имеют установочную проточку для приема хвостовика фрезерного инструмента. В частности, для приема долот или зубьев с круглым хвостовиком, которые имеют круглый монтажный хвостовик, приемные втулки могут иметь круглые приемные проточки. В частности, приемные втулки могут быть оснащены подшипником скольжения для долота, в котором установочный хвостовик долота может быть установлен с возможностью вращения вокруг своей продольной оси, проходящей через рабочий зубок.

Предпочтительно приемные втулки имеют сферическую образующую поверхность для избирательного крепления на кольце из листа с различной ориентацией. Для выталкивания установленного в приемной втулке фрезерного инструмента в приемной втулке может быть образована проточка для выталкивания, сообщающаяся с приемной проточкой. Через проточку для выталкивания фрезерный инструмент может быть вытолкнут из приемной втулки.

В частности, для обеспечения разработки по всему сечению фрезы предпочтительно отдельные приемные втулки, особенно предназначенные для долот, расположены в кольце из листа с различной ориентацией. Различная ориентация может относиться к осевому и/или радиальному углу установки. Предпочтительно приемные втулки разъемно укреплены на кольце из листа. Так, например, приемные втулки могут быть приварены на кольце из листа или запрессованы в него, при этом их необходимо выбивать для замены.

Далее, гибкость применения фрезы может быть повышена за счет того, что, по меньшей мере, в одном окружном ряду расположены различные виды режущих зубьев. Так, например, с одной стороны, могут использоваться режущие зубья для песчаных грунтов и, с другой стороны, режущие зубья для липких грунтов. Могут быть предусмотрены также режущие зубья для галечника или для более мягких слоев горных пород.

Предпочтительно на наружной окружной периферии основного корпуса образовано множество окружных рядов. При этом для эффективной проходки твердых скальных слоев, по меньшей мере, в одном наружном осевом окружном ряду, а предпочтительно в обоих наружных осевых окружных рядах, расположены исключительно долота. При этом предпочтительно долота, по меньшей мере, преимущественно установлены с осевым отклонением наружу.

Обычно во фрезерном устройстве для разработки в грунте траншей фреза установлена на фрезерном щите. Для того чтобы при заглублении фрезерного устройства обеспечить возможность разработки также области под фрезерным щитом, предпочтительно в одном наружном осевом окружном ряду расположены, по меньшей мере, одно долото и/или один режущий зуб в держателе, установленном с возможностью шарнирного поворота. При этом держатель установлен таким образом, что долото или режущий зуб может выдвигаться под фрезерный щит посредством поворота, а при проходе мимо фрезерного щита посредством поворота втягиваться внутрь.

Кроме того, изобретение относится к фрезерному устройству для разработки в грунте траншей, содержащему раму, на которой несколько фрез установлены попарно с возможностью вращения. Фрезы могут приводиться во вращение с помощью передаточного механизма. Предпочтительно на нижнем конце фрезерного устройства находятся, по меньшей мере, две пары фрез, которые установлены коаксиально друг другу. Согласно изобретению во фрезерном устройстве имеется, по меньшей мере, одна фреза, выполненная в соответствии с описанием.

В способе разработки в грунте траншей предпочтительно за один проход разрабатывают, по меньшей мере, один слой твердого грунтового материала, который разрабатывают, по меньшей мере, преимущественно с помощью долот, и, по меньшей мере, один слой мягкого грунтового материала, который разрабатывают фрезерованием, по меньшей мере, преимущественно с помощью режущих зубьев.

Основной корпус фрезы представляет собой, в частности, ступицу фрезы. Предпочтительно ступица выполнена в виде втулки и может быть образована с возможностью приема передаточного механизма.

В ходе эксплуатации фрезерного устройства или фрезы фрезерные инструменты изнашиваются. Поэтому режущие зубья и долота предпочтительно укреплены в монтажных устройствах фрезы разъемно.

Краткий перечень чертежей

Далее изобретение будет описано со ссылками на прилагаемые схематичные чертежи. На чертежах:

фиг.1 изображает фрезу по изобретению в перспективе, фиг.2 изображает фрезу на виде сбоку,

фиг.3 изображает содержащее несколько фрез фрезерное устройство для разработки в грунте траншей,

фиг.4 изображает фрезу на виде в разрезе в области очистных щитков.

Осуществление изобретения

На чертежах одни и те же или эквивалентные компоненты обозначены одними и теми же позициями.

Представленная на чертежах фреза 10 содержит основной корпус 12 в форме барабана, который образует ступицу фрезы. На наружной периферии 16 обечайки фрезы 10 в несколько окружных рядов 14 предусмотрено множество фрезерных инструментов в виде долот 40 и режущих зубьев 50. В одном окружном ряду долота 40 и режущие зубья 50 расположены поочередно.

Фреза 10 содержит множество укрепленных, то есть неподвижных монтажных устройств 30 для установки и удержания фрезерных инструментов. Монтажные устройства 30 образованы кольцами 20 из листа, в которые для установки фрезерных инструментов могут быть вставлены приемные втулки 32 или держатели долот. Долота 40 и режущие зубья 50 расположены в отдельных друг от друга индивидуальных приемных гнездах.

Кольцевая наружная окружная поверхность обечайки фрезы 10 несет на определенных расстояниях друг от друга в осевом направлении насколько колец 20, которые проходят в плоскостях, перпендикулярных оси вращения фрезы 10. Кольца 20 из листа проходят радиально в окружном направлении вокруг фрезы 10 и могут быть образованы из отдельных сегментов 22 колец из листа. Каждый отдельный сегмент 22 листового кольца может нести как долота 40, так и режущие зубья 50.

В кольце 20 из листа образованы различные открытые радиально наружу выемки 24, 25, 26, в которых могут удерживаться долота 40 или режущие зубья 50.

В показанном примере выполнения долота представляют собой так называемое долото с круглым хвостовиком, имеющее цилиндрический монтажный хвостовик. Долото 40 имеет по существу точечный заостренный пик или зуб 42, расположенный на центральной оси долота 40. Долота 40 вставлены в приемные втулки 32, выполненные по типу сферических или шаровых втулок. Для приема монтажных хвостовиков в приемных втулках 32 выполнены приемные проточки. Долота 40 могут быть установлены в приемных втулках 32 с возможностью вращения.

В качестве режущие зубьев 50 или фрезерных зубьев фреза оснащена множеством плоских зубьев 54 с линейными режущими кромками для разработки грунта на большой поверхности. Режущие зубья 50 или плоские зубья 54 также вставлены в приемные втулки 32. Режущая кромка 52 находится на осевом конце режущего зуба 50 и проходит поперечно окружной траектории движения режущего зуба 50 вокруг оси вращения фрезы. Режущие зубья предназначены для того, чтобы врезаться в мягкий грунтовый материал и выносить его по длине режущей кромки 52. Плоские зубья 54 содержат хвостовик, который вставляется в приемную втулку 32 и фиксируется в ней. Кроме того, на листовых кольцах 20 выполнены подковообразные гнезда 26 для дополнительных режущих или фрезерных зубьев с линейными режущими кромками.

Перед каждым режущим зубом 50 в направлении вращения фрезы 10 установлены несколько долот 40. Установленные перед режущим зубом 50 долота 40 укреплены на листовом кольце 20 под различными установочными углами. При этом для более легкой замены долот соответствующие приемные втулки 32 смонтированы на листовом кольце с различной ориентацией, а долота 40 вставлены в приемные втулки 32 с возможностью замены.

Для формирования полного режущего сечения фрезы 10 в одном окружном ряду 14, по меньшей мере, некоторые долота 40 ориентированы в первом осевом направлении, а другие долота ориентированы в противоположном осевом направлении. Установленные перед режущим зубом 50 долота соответствуют осевой ориентации режущего зуба 50. Так, например, если режущий зуб 50 ориентирован определенным образом в осевом направлении, то и установленные перед ним долота 40 ориентированы соответствующим образом в осевом направлении.

Для снижения до минимума износа режущих зубьев 50 при фрезеровании твердой горной породы, например, скальной породы, долота 40 могут выступать в радиальном направлении на определенное расстояние за режущие зубья 50.

На внутренней осевой стороне фрезы 10, которая обращена к щиту фрезерного устройства, несколько долот 40 установлены на держателе 36, установленном с возможностью шарнирного поворота. Благодаря поворотному держателю 36 при поворотном выдвижении может разрабатываться грунт под щитом 4 фрезерного устройства, а для прохода мимо щита фрезерного устройства в верхней области долота 40 могут втягиваться посредством поворота. В наружных окружных рядах 14a расположены исключительно долота 40, тогда как во внутренних окружных рядах 14b согласно изобретению в каждом окружном ряду предусмотрены как долота 40, так и режущие зубья 50.

На фиг.3 показано на виде сбоку фрезерное устройство 1, содержащее несколько фрез 10 с горизонтальными осями вращения, предназначенных для разработки в грунте щелевых траншей. В этом примере выполнения в наружных окружных рядах 14a расположены закрепленные режущие зубья 50 и долота 40, установленные с возможностью шарнирного поворота. Фрезерное устройство 1 содержит раму 2, на которой несколько фрез 10 установлены попарно с возможностью вращения. Для установки пары фрез рама 2 содержит фрезерный щит 4, который расположен между двумя фрезами 10 и несет их. Как видно на фиг.3, в показанном примере выполнения кольцо 20 из листа образовано из отдельных сегментов 22 листового кольца, отстоящих друг от друга. Для подачи в разрабатываемую щель поддерживающей среды или затвердевающей суспензии или для отвода разработанного грунта предусмотрен транспортирующий трубопровод 6 с отверстием на нижнем конце.

Между отдельными окружными рядами 14 фрез 10 могут заходить очистные щитки 60, которые укреплены на раме 2 и отводят грунт из промежуточного пространства 15 между окружными рядами 14. На фиг.3 схематично представлены два очистных щитка 60 для очистки области между двумя соседними окружными рядами фрезерных инструментов. Очистные щитки 60 служат для того, чтобы удалять грунт или глинистый материал, который может оседать между монтажными кольцами. Помимо отвода грунта очистные щитки 60 могут быть предусмотрены также для того, чтобы измельчать твердый материал, например камни, поднимаемые фрезерными инструментами. Очистной щиток 60 содержит направляющий отвал или направляющую поверхность 68 для направления грунтового материала. Дополнительно предусмотрена дробящая или измельчительная кромка 70 для измельчения камней.

На фиг.4 показана часть фрезы 10 на виде с частичным разрезом в плоскости, параллельной оси 11 вращения фрезы 10. В радиально наружной области листовых монтажных устройств 30 помимо прочего расположены фрезерные инструменты в виде долот 40. Как показано на фиг.4, долота 40 могут иметь ширину больше ширины листовых монтажных устройств 30. Таким образом, долота 40 выступают за листовые монтажные устройства 30 в осевом направлении фрезы 10. Между долотами 40 и поверхностью 16 обечайки основного корпуса 12 в форме барабана, который может быть назван также барабаном фрезы, образована область 18 пазух. Область 18 пазух ограничена радиально снаружи долотами 40.

В промежуточное пространство 15 между окружными рядами 14 заходит, по меньшей мере, один очистной щиток 60, укрепленный на раме 2 фрезерного устройства 1 для разработки в грунте щелевых траншей. Очистной щиток 60 имеет крепежный участок 61, который укреплен на раме 2. Кроме того, очистной щиток 60 имеет радиально наружную область 62 между фрезерными инструментами и радиально внутренний свободный конец 64 между двумя монтажными устройствами 30.

На свободном конце 64 в радиально внутренней области очистного щитка 60 образована выпуклость 66, которая заходит в область 18 пазухи, образованную радиально внутри от фрезерных инструментов. Выпуклость 66 представляет собой расширение 66. Таким образом, очистной щиток 60 имеет на своем свободном конце 64 ширину больше, чем в области между двумя фрезерными инструментами.

Очистной щиток 60 имеет область примерно треугольного поперечного сечения, которая заходит в две смежные области пазух между двумя окружными рядами 14. Область треугольного поперечного сечения проходит от свободного конца 64 радиально наружу до области между фрезерными инструментами. Ширина свободного конца 64 очистного щитка 60 по существу соответствует расстоянию между соседними листовыми монтажными устройствами 30, а ширина радиально наружной области 62 примерно соответствует расстоянию между двумя фрезерными инструментами соседних окружных рядов 14.

Далее конструкция фрезерного инструмента 40 в виде долота в предпочтительном примере выполнения будет описана со ссылкой на фиг.4. Фрезерный инструмент в виде долота 40, например долота с круглым хвостовиком, содержит множество точечных рабочих зубков 42, которые расположены кольцами на головке долота. На фиг.4 долото 40 показано на виде сбоку в направлении вращения фрезы 10. Наружные в осевом направлении рабочие зубки 42а имеют больший наклон к радиусу, чем внутренние в осевом направлении рабочие зубки 42b. Кроме того, расстояния между наружными в осевом направлении рабочими зубками 42a меньше, чем расстояние между внутренними в осевом направлении рабочими зубками 42b. За счет такого выполнения фрезерных инструментов может создаваться особенно эффективное полное сечение резания фрезы 10. Наружные рабочие зубки 42a большего наклона обеспечивают эффективное скалывание грунта 100, так что грунт 100 может эффективно разрабатываться даже в области между двумя окружными рядами 14, через которые проходит очистной щиток 60.

Разработка грунта 100 с помощью показанных фрезерных инструментов схематично представлена в верхней части фиг.4. При вращении фрезы 10 в соответствии с ее назначением расположенные согласно изобретению рабочие зубки 42 вырабатывают в сечении примерно ваннообразную поверхность разработки.

Очистной щиток 60 по изобретению надежно удаляет грунтовый материал из пазух 18 между окружными рядами и тем самым повышает эффективность процесса фрезерования, препятствуя забиванию промежуточных пространств 15 между окружными рядами 14. В особенности для фрезы с долотами для разработки твердого грунтового материала, в частности глинистых и каменистых слоев, расширение 66 очистного щитка создает возможность надежного удаления грунтового материала между монтажными устройствами 30. Очистной щиток 60 особенно пригоден также для использования во фрезах с различными фрезерными инструментами, например, как с зубьями с линейными режущими кромками, так и с долотами с точечными рабочими зубками.

Фрезерное устройство для разработки в грунте щелевых траншей и фреза по изобретению обеспечивают возможность особенно эффективной и экономичной разработки щелей фрезерованием, в особенности при фрезерной проходке грунтовых слоев различной твердости. Фреза по изобретению представляет собой многофункциональный фрезерный рабочий орган.