Результат интеллектуальной деятельности: Устройство для образования скважин в грунте

Изобретение относится к строительству, а именно к устройствам, предназначенным для бестраншейной прокладки трубопроводов, и может найти применение для устройства скрытых переходов при строительстве трубопроводов, подземных кабельных линий связи и электропередачи.

Известно устройство для образования скважин в грунте, содержащее шнековый винт, соединенный шарнирно без возможности взаимного вращения с конусным наконечником, внутри которого установлен вибратор круговых колебаний в виде электродвигателя с закрепленными на его валу дебалансами (Авторское свидетельство СССР №899791, опублик. 23.01.1982).

Известное устройство характеризуется малой эффективностью работы, что связано с тем, что развиваемая дебелансами вибратора возмущающая сила расходуется не только на уплотнение (раскатывание) скважины, но и на колебания наконечника.

Наиболее близким к предложенному изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для образования скважин в грунте, содержащее шнековый винт, соединенный шарнирно без возможности взаимного вращения с конусным рабочим наконечником, внутри которого установлен вибратор круговых колебаний, при этом вибратор круговых колебаний выполнен в виде дебаланса, установленного на опорах вращения в конусном рабочем наконечнике, и гибким валом соединен с двигателем, который установлен в дополнительном корпусе, соединенном с рабочим наконечником гибкой связью (RU 2256034 Российская Федерация, опубл. 10.07.2005) (прототип).

Недостатком этого устройства является низкая эффективность при работе в грунтах с неоднородными физико-механическими свойствами. В устройстве отсутствует жесткая кинематическая связь между электродвигателем и шнековым винтом, который обеспечивает осевую подачу устройства. В случае возникновения момента сопротивления внедрению рабочего наконечника в грунт больше момента, создаваемого при обкатке конусного рабочего наконечника по стенкам скважины, происходит остановка устройства в осевом направлении, образование скважины прекращается.

Задачей изобретения является повышение эффективности действия устройства в грунтах с неоднородными физико-механическими свойствами.

Это достигается тем, что в отличие от известного технического решения передача момента на вал со шнековой лопастью может осуществляться как без использования механической передачи при обкатке конусного рабочего наконечника по стенкам скважины, так и посредством механической передачи через редуктор при неработающем вибраторе круговых колебаний.

На фиг. 1 представлено устройство для образования скважин в грунте; на фиг. 2 - сечение А-А, когда направление вращение приводного вала обеспечивает сцепление обгонных муфт; на фиг. 3 - сечение А-А, когда направление вращение приводного вала расцепляет обгонные муфты.

Устройство для образования скважин в грунте в грунте (фиг. 1) содержит шнековый винт, выполненный в виде конической винтовой лопасти 1, приваренной к валу 2, который без возможности относительного осевого поворота шарниром 3 и шпонкой 4 соединен с конусным рабочим наконечником 5, внутри которого на опорах вращения 6 установлен дебаланс 7.

Приводной вал 8 установлен в дебалансе 7 на опорах вращения 9 и связан с дебалансом посредством обгонных муфт 10. В передней по отношению к винтовой лопасти части устройства приводной вал 8 соединен через электромагнитную муфту 11 с редуктором 12, корпус которого жестко закреплен к конусному рабочему наконечнику 5, с другой стороны приводной вал 8 соединен через полумуфты 13 и 14 гибким валом 15 с электродвигателем 16, который установлен в дополнительном корпусе 17, оснащенном стабилизаторами 18. Гибкий вал 15 помещен в гибкую оболочку 19, один конец которой через резьбовой наконечник 20 соединен с фланцем 21, закрепленным на торце конусного рабочего наконечника 5, а второй конец гибкой оболочки 19 через опорное кольцо 22 и упорный подшипник 23 закреплен в дополнительном корпусе 17 электродвигателя 16. Кабель 24 обеспечивает питание устройства.

При осуществлении проходки скважины электромагнитная муфта 11 находится в отключенном состоянии, обеспечивая отсутствие жесткой кинематической связи между приводным валом 8 и конусным рабочим наконечником 5. Для осуществления проходки включается электродвигатель 16, который через полумуфты 13, 14 и гибкий вал 15 передает вращение на приводной вал 8, а далее посредством обгонных муфт 10 вращение передается дебалансу 7. При этом направление вращения приводного вала 8 обеспечивает сцепление обгонных муфт 10 (фиг. 2). Дебаланс 7, вращаясь, создает возмущающую силу Р_воз, которая через опоры 6 передается конусному рабочему наконечнику 5. Под действием этой силы конусный рабочий наконечник 5 совершает круговые колебания, уплотняя грунт в стенки скважины. Как только грунт уплотняется и диаметр скважины становится больше диаметра конусного рабочего наконечника 5, возникает обкатка. Конусный рабочий наконечник 5 начинает вращаться в скважине в направлении, обратном направлению вращения дебаланса 7 и соответственно направлению вращения вала электродвигателя 16. Вращаясь, конусный рабочий наконечник 5 через шаровую опору 3 и шпоночное соединение 4 передает момент валу 2 со шнековыми лопастями 1, которые, ввинчиваясь в грунт, перемещают в направлении проходки конусный рабочий наконечник 5, образуя скважину. Гибкая оболочка 19 вала 15 не препятствует обкатке конусного рабочего наконечника 5 по скважине, так как соединена с корпусом 17 через опорное кольцо 22 и подшипник 23 и передает только осевое усилие, необходимое на перемещение корпуса 17 по скважине. Стабилизаторы 18 гасят реактивный момент, возникающий на статоре электродвигателя 16.

При возникновении момента сопротивления внедрению рабочего наконечника в грунт больше момента, создаваемого при обкатке конусного рабочего наконечника по стенкам скважины, происходит остановка устройства в осевом направлении и образование скважины прекращается. В этом случае направление вращения вала электродвигателя 16 и, как следствие, направление вращение приводного вала 8 меняется на противоположное (фиг. 3), обгонные муфты 10 расцепляются, включается электромагнитная муфта 11. При этом дебаланс 7 находится в нижнем положении под действием силы тяжести дебаланса Р_т.дб. Электродвигатель 16 через полумуфты 13, 14, гибкий вал 15, приводной вал 8 и электромагнитную муфту 11 передает вращение на ведущий вал редуктора 12 и далее на конусный рабочий наконечник 5. Зубчатые передачи редуктора 12 кинематически скомпонованы таким образом, чтобы направление вращение ведущего вала редуктора и корпуса редуктора совпадали, при этом момент с ведущего вала передается на корпус редуктора. Вращаясь, конусный рабочий наконечник 5 через шаровую опору 3 и шпоночное соединение 4 передает момент валу 2 со шнековыми лопастями 1, которые, ввинчиваясь в грунт, перемещают в направлении проходки конусный рабочий наконечник 5, образуя скважину. Учитывая, что передача момента на вал 2 со шнековыми лопастями 1 осуществляется через редуктор, то есть посредством механической передачи, гарантируется жесткая кинематическая связь, большие передаваемые моменты и, как следствие, возможность работы устройства в грунтах с неоднородными физико-механическими свойствами.

Установка приводного вала в дебалансе на опорах вращения, связь приводного вала с дебалансом посредством обгонных муфт и установка редуктора между приводным валом и конусным рабочим наконечником позволяет осуществлять проходку после остановки устройства в грунтах с неоднородными физико-механическими свойствами путем изменения направления вращения вала электродвигателя.