пневматическое устройство ударного действия для образования скважин в грунте

Формула изобретения

Пневматическое устройство ударного действия для образования скважин в грунте_; включающее полый корпус с размещенным в нем бесступенчатым ударником с центральным сквозным каналом, разделяющим полость корпуса на камеры рабочего и холостого хода, трубку с продольным каналом, взаимодействующую с центральным сквозным каналом ударника, футорку с постоянно открытым каналом впуска и шлангом для подачи сжатого воздуха из сети, отличающееся тем, что оно снабжено крышкой с радиальным каналом перепуска и сквозным центральным отверстием для пропуска трубки, образованной между футоркой и крышкой предкамерой сетевого воздуха и хвостовиком, входящим в камеру холостого хода, при этом хвостовик и футорка выполнены со сквозными каналами для пропуска трубки, установленной в центральном отверстии крышки с кольцевым зазором, образующим дроссельный канал впуска в камеру рабочего хода, канал выпуска из которой выполнен под острым углом к оси трубки с вершиной со стороны футорки, при этом трубка уплотненно закреплена относительно хвостовика и футорки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительной технике и может быть применено для образования скважин в грунте.

Известно пневматическое устройство ударного действия (см., например, а.с. СССР №1108170, М.кл. Е02D 7/02, 1984 г.), содержащее полый корпус, ступенчатый ударник с центральным сквозным каналом, разделяющий корпус на камеры холостого, рабочего хода и камеру выпуска отработавшего воздуха, центральную сквозную трубу, пропущенную через сквозной канал ударника и закрепленную относительно корпуса со стороны хвостовика рабочего инструмента (зажимного устройства) и фланца, расположенного с противоположной хвостовику стороны. Внутренняя сквозная полость трубы предназначена для пропуска жесткого стержня.

Недостатком указанного и подобного ему устройства являются: 1) зависимость величины хода ударника от его длины - ударник длиннее в 2 и более раз его хода; 2) значительные габариты по длине и значительные подвижные массы; 3) одна из трех камер используется в качестве выпускной, и с ее стороны импульс давления воздуха не формируется - в рабочем процессе используется только часть рабочих площадей ударника, как правило, со стороны организации рабочего хода ударника, что существенно снижает энергию удара, передаваемую хвостовику инструмента.

Известно также пневматическое устройство ударного действия, которое является наиболее близким техническим решением по отношению к предлагаемому и принято в качестве прототипа (см., например, патент РФ №2248268, М.кл. В25D 9/04, Е02F 5/16, 2004 г.), содержащее полый корпус с размещенным в нем бесступенчатым ударником с центральным сквозным каналом, разделяющим полость корпуса на камеры рабочего и холостого ходов, трубку с лысками на боковой ее поверхности и с продольным сквозным каналом, взаимодействующую с центральным каналом ударника, снабженную постоянно открытым дроссельным каналом впуска в камеру холостого хода, крышку с каналом перепуска и сквозным центральным отверстием для пропуска трубки, установленной в центральном отверстии крышки с кольцевым зазором, образующим дроссельный канал впуска в камеру рабочего хода, футорку с постоянно открытым каналом впуска и шлангом для подачи сжатого воздуха из сети, образованную между футоркой и крышкой, сообщенную постоянно каналом с сетью предкамеру, рабочий инструмент (кольцевая обечайка, одеваемая на торец трубы), хвостовик, входящий в камеру холостого хода канал выпуска в корпусе, стакан, охватывающий канал выпуска с зазором, образующим с корпусом кольцевой выпускной канал.

Прототипу свойственны недостатки.

Радиальный канал выпуска в корпусе предопределяет наличие стакана, охватывающего канал выпуска с зазором, образующим с корпусом кольцевой выпускной канал, что обуславливает увеличение диаметрального сечения устройства и его массы. Такое конструктивное решение препятствует универсализации устройства и использованию его как для целей забивки трубы, так и удаления грунта из трубы при ее очистке из-за несоответствия проходных диаметральных сечений устройства и забиваемой трубы.

Хвостовик рабочего инструмента со стороны ударника представлен сплошным цилиндром с переходом в буртик и далее в кольцевое сечение, взаимодействующие с забиваемой трубой. Такое конструктивное решение предопределяет наличие в сечениях переходов буртика концентраторов напряжений и при передаче ударных нагрузок понизит прочностные свойства сечений и ресурса работы как хвостовика, так и устройства в целом.

Лыски управления перепуском, выполненные на боковой поверхности трубки, предопределяют уменьшение диаметрального сечения трубки, что при взаимодействии с центральным каналом ударника предопределяет взаимные соударения и снижение ресурса работы трубки. Указанный недостаток усиливается консольным расположением трубки, что вызывает в ней изгибные напряжения, которые наиболее отрицательно проявляются в сечениях трубки на участках лысок и дополнительно усиливают отрицательное воздействие соударений с ударником на прочностное состояние диаметрального сечения трубки, приводящее к снижению ее ресурса.

Указанные недостатки прототипа можно исключить, если: радиальный канал выпуска выполнить в трубке, наделив ее сквозной канал функциями выпуска; радиальный канал выпуска в трубке выполнить под острым углом к продольной оси трубки с вершиной со стороны футорки, что обеспечит направленность потоку выпускаемого отработавшего воздуха из камер рабочего и холостого ходов; хвостовик выполнить со сквозным каналом для пропуска трубки с закреплением ее относительно хвостовика и футорки.

Техническая задача решается тем, что пневматическое устройство ударного действия для образования скважин в грунте, включающее полый корпус с размещенным в нем бесступенчатым ударником с центральным сквозным каналом, разделяющим полость корпуса на камеры рабочего и холостого хода, трубку с продольным каналом, взаимодействующую с центральным сквозным каналом ударника, футорку с постоянно открытым каналом впуска и шлангом для подачи сжатого воздуха из сети, снабжено крышкой с радиальным каналом перепуска и сквозным центральным отверстием для пропуска трубки, образованной между футоркой и крышкой предкамерой сетевого воздуха и хвостовиком, входящим в камеру холостого хода, при этом хвостовик и футорка выполнены с сквозными каналами для пропуска трубки, установленной в центральном отверстии крышки с кольцевым зазором, образующим дроссельный канал впуска в камеру рабочего хода, канал выпуска из которой выполнен под острым углом к оси трубки с вершиной со стороны футорки, при этом трубка уплотненно закреплена относительно хвостовика и футорки.

Выполнение предлагаемого пневматического устройства ударного действия для образования скважин в грунте поясняется чертежом, на котором показано устройство с частичным продольным разрезом с трубкой, выполненным в ней под острым углом к ее оси радиальным каналом выпуска и установленной уплотненно с закреплением относительно хвостовика и футорки.

Пневматическое устройство ударного действия содержит полый корпус 1 с размещенным в нем бесступенчатым ударником 2 с центральным сквозным каналом 3, камеру 4 рабочего и камеру 5 холостого ходов и трубки 6.

В корпусе 1 выполнен продольный дроссельный канал 7 впуска воздуха в камеру 5 холостого хода. Трубка 6 взаимодействует с центральным сквозным каналом 3 ударника 2 и установлена со стороны камеры 4 рабочего хода в центральном отверстии 8 неподвижной крышки 9 и образует кольцевой дроссельный канал 10 впуска в камеру рабочего хода.

Хвостовик 11 снабжен сквозным каналом 12, в котором установлена трубка 6.

Корпус 1 снабжен футоркой 13 с постоянно открытым каналом впуска 14 для закрепления воздухоподводящего шланга 15 подачи сжатого воздуха из сети. Футорка 13 снабжена сквозным каналом.

В крышке 9 выполнен радиальный канал 16 перепуска воздуха в кольцевой дроссельный канал 10 и периферийный канал 17 впуска в канал 7 корпуса 1. Между крышкой 9 и футоркой 13, до упора поджимаемой крышку к корпусу 1, образована предкамера 18 сетевого воздуха. Трубка 6 снабжена радиальным каналом 19 выпуска отработавшего воздуха из камер 4 и 5 в сквозной канал 20 трубки 6. Радиальный канал 19 выполнен под острым углом к оси трубки 6 с вершиной со стороны футорки и так, что срезы его со стороны камеры 4 и сквозного канала 20 трубки не совпадают в диаметральном сечении трубки. Трубка 6 относительно хвостовика 11 и футорки 13 закреплена резиновыми уплотнительными кольцами 21 и 22, чем достигается увеличение ресурса крышки, трубки и пневмоударного устройства в целом, поскольку генерируемые ударные нагрузки, передаваемые ударником хвостовику и корпусу, снижаются благодаря виброизолирующим (амортизационным и демпферным) свойствам резиновых уплотнительных колец.

Если пневматическое устройство ударного действия используется, например, для лидерной или прямой проходки скважины, то центральный канал 20 трубки 6 используется для пневмотранспортирования грунта, поступающего через входное отверстие 23 корпуса 1 в сквозной канал 20 непосредственно через отверстие 24 трубки со стороны футорки 13 или посредством дополнительной пневмотранспортной трубы 25 к месту укладки грунта в отвал или транспортное средство. Пневмотранспорт может быть организован по методу «нагнетания» или «всасывания», которые широко известны.

Перекрытие среза радиального канала 19 выпуска при пневмотранспортировании грунта по каналу 20 трубки 6 предохраняет от попадания частиц грунта через канал выпуска в камеры 4 и 5, чем способствует поддержанию расчетного ресурса устройства.

Пневматическое устройство ударного действия работает следующим образом.

При подаче сжатого воздуха по шлангу 15 через постоянно открытый канал впуска 14 он поступает в предкамеру 18 сетевого воздуха и далее в камеру 4 рабочего хода по радиальному каналу 16 и кольцевому дроссельному каналу 10 впуска, образованному зазором между поверхностями центрального отверстия крышки 9 и боковой поверхностью трубки 6.

Одновременно сетевой воздух из предкамеры 18 поступает через периферийный канал 17 крышки 9 и посредством продольного дроссельного канала 7 в стенке корпуса 1 - в камеру 5 холостого хода.

Давление в камере 4 рабочего хода будет практически равным атмосферному давлению, так как радиальный канал 19 выпуска в стенке трубки 6 имеет площадь проходного сечения, значительно превышающую площадь проходного сечения кольцевого дросселя 10 впуска.

В камере 5 холостого хода давление воздуха увеличивается, и ударник 2 начнет перемещаться от хвостовика 11, совершая холостой ход.

При последующем перемещении ударник 2 перекроет своей боковой поверхностью радиальный канал 19 выпуска, вследствие чего начнется увеличение давления воздуха, отсеченного в камере 4 рабочего хода, а также воздуха, вновь натекающего в эту камеру через кольцевой дроссельный канал 10 впуска из предкамеры 18.

Продолжая движение, ударник 2 отсекающей ступенью со стороны камеры 5 откроет радиальный канал 19 выпуска, и из нее начнется выпуск отработавшего воздуха в сквозной канал 20 трубки 6 непосредственно через отверстие 24 или посредством пневмотранспортной трубы 25 - в атмосферу. Давление воздуха в камере 5 холостого хода устанавливается на уровне атмосферного, поскольку проходное сечение радиального канала 19 выпуска существенно больше проходного сечения продольного сечения продольного дроссельного канала 7 впуска.

По мере совершения ударником 2 холостого хода давление воздуха в камере 4 рабочего хода будет увеличиваться. Под действием разности импульсов давлений воздуха в камерах 4 и 5 ударник 2 будет затормаживать свое перемещение и остановится в расчетном положении. Далее под действием импульса давления со стороны камеры 4 рабочего хода ударник 2 начнет ускоренно перемещаться в сторону хвостовика 11, совершая рабочий ход.

По мере перемещения ударника 2 давление воздуха в камере 4 будет уменьшаться. Это будет вызвано тем, что быстро увеличивающийся объем камеры 4 при рабочем ходе не успевает заполняться сетевым воздухом, поступающим из предкамеры 18 сетевого воздуха через радиальный канал 16 и кольцевой дроссельный канал 10 впуска.

При дальнейшем перемещении ударника 2 его торец со стороны камеры 5 перекроет радиальный канал 19 выпуска, после чего в камере 5 холостого хода начнется процесс сжатия отсеченного в ней воздуха и воздуха поступающего по продольному дроссельному каналу 7 в корпусе 1.

При последующем движении ударник отсекающей ступенью со стороны камеры 4 откроет выпускной радиальный канал 19, и из камеры рабочего хода начнется выпуск отработавшего воздуха в сквозной канал 20 трубки 6 - в атмосферу.

Преодолевая импульс противодавления воздуха со стороны камеры 5 холостого хода под действием разницы импульсов давления воздуха со стороны камер 4 и 5, ударник наносит удар по хвостовику 11. Далее ударный импульс передается корпусу 1. Под действием указанного импульса корпус 1 будет погружаться в грунт, заполняя через отверстие 23 в корпусе пространство сквозного канала 20 трубки 6 измельченными, смешанными с воздухом частицами грунта, который будет пневмотранспортной трубой 25 удаляться к месту разгрузки. В этом случае существенно снижается лобовое сопротивление грунта, уплотняемого в стеки скважины, что значительно уменьшит общее сопротивление перемещению корпуса и повысит производительность процесса образования скважины.

После соударения ударника 2 с хвостовиком 11 рабочий процесс пневматического устройства ударного действия будет повторяться с той лишь разницей, что очередной холостой ход ударника будет осуществляться с использованием импульса отскока, который может достигать 20% от величины ударного импульса.