Устройство для забивания в грунт длинномерных элементов, например труб

 

Изобретение относится к горной и строительной технике и предназначено для бестраншейной прокладки подземных коммуникаций. Устройство содержит корпус, выполненный в виде кронштейна, закрепленного к забиваемой трубе, и ударный узел, выполненный в виде качающейся массы с кулисой, закрепленной шарнирно к кронштейну, и приводом качания, включающим двигатель с кривошипом. Длина кулисы ударного узла превышает расстояние от оси ее качания до качающейся массы. Часть кулисы, выступающая над осью ее качания, имеет упор, размещенный с возможностью кинематического взаимодействия с кривошипом привода качания, ось которого смещена от оси качения кулисы ударного узла в сторону от забиваемой трубы. Длина кривошипа меньше суммы величины смещения упора кулисы от оси ее качания и расстояния между осями качания кулисы и вращения кривошипа. Изобретение обеспечивает повышение эффективности процесса забивания в грунт длинномерных элементов и исключение передачи ударного импульса на шарнирное соединение. 5 з.п.ф-лы, 3 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области горной и строительной техники и предназначено для бестраншейной прокладки подземных коммуникаций.

Известно пневматическое ударное устройство для забивания труб в грунт (см. , например, Х.Б.Ткач, В.А.Григоращенко, В.В.Климашко. Прокладка трубопроводов под дорогами с помощью пневмопробойника. Передовой опыт в строительстве. Издательство Минстрой 1976 г., Серия 1, N 10, стр. 5-6), у которого в корпусе размещен движущийся возвратно-поступательно ударник, наносящий в переднем положении удар по торцу забиваемой трубы (обычно через переходную втулку). Недостатками известного устройства являются использование пневматического привода-компрессора и возвратно-поступательного движения ударника, что приводит к повышенным энергозатратам из-за низкого КПД.

Известен механический молот (авт. свид. СССР N 1120097, E 21 G 3/12, опубл. в БИ N 39, 1984 г.), содержащий корпус, размещенные в нем привод, кривошипно-рычажный узел взвода ударной массы, состоящий из кривошипа, шатуна и коромысла, ударную массу и инструмент. Молот имеет также толкатель и подпружиненную подвижную опору, шарнирно связанную с концом коромысла, на другом конце которого укреплена ударная масса, причем инструмент выполнен с профилем, подвижная опора кинематически связана с инструментом с помощью толкателя и профиля инструмента, а инструмент подпружинен относительно корпуса.

Недостатками известного механического молота являются: а) невозможность забивания длинномерных элементов в грунт, так как нет средств для смещения шарнира ударной массы в направлении перемещения забиваемой трубы; б) сложность в конструкции из-за наличия подвижных подпружиненных элементов, кулачкового и кривошипного механизмов; в) передача ударного импульса на элементы конструкции.

Наиболее близким аналогом по технической сущности и достигаемому результату является устройство для забивания длинномерных элементов, например труб, по патенту РФ N 2030516, кл. E 02 F 5/18, опубл. в БИ N 7, 1996 г., содержащее корпус с направляющими, размещенными параллельно забиваемой трубе, ударный узел, закрепленный в корпусе и выполненный в виде маятника, ударная масса которого на подвесе закреплена над забиваемой трубой, и узел подъема ударной массы, причем подвес ударной массы выполнен в виде шарнира, который связан с забиваемой трубой.

Недостатком известного устройства является сравнительно низкий КПД, связанный с использованием пневматического привода для подъема качающейся ударной массы, а также возможность передачи ударного импульса на шарнирный узел, а следовательно, и на корпус устройства.

Технической задачей, решаемой в предлагаемом изобретении, является повышение эффективности процесса забивания в грунт длинномерных элементов за счет возможности регулирования ударного момента (изменения его плеча) и исключения передачи ударного импульса на шарнирное соединение, а следовательно, на корпус устройства при одновременном повышении КПД.

Эта задача решается за счет того, что в устройстве для забивания в грунт длинномерных элементов, например труб, содержащем корпус, выполненный в виде кронштейна, закрепленного к забиваемой трубе, и ударный узел, выполненный в виде качающейся массы с кулисой, закрепленной шарнирно к кронштейну, и приводом качания, включающем двигатель с кривошипом, согласно изобретению длина кулисы ударного узла превышает расстояние от оси ее качания до качающейся массы, при этом часть кулисы, выступающая над осью ее качания, имеет упор, размещенный с возможностью кинематического взаимодействия с кривошипом привода качания, ось которого смещена от оси качания кулисы ударного узла в сторону от забиваемой трубы, причем длина кривошипа меньше величины смещения упора кулисы от оси ее качания и расстояния между осями качания кулисы и вращения кривошипа.

Такое конструктивное выполнение устройства позволяет использовать вращающийся привод (гидравлический или электромеханический) для нанесения удара по горизонтально расположенной трубе, забиваемой в грунт при бестраншейной прокладке подземных коммуникаций, и регулировать величину ударного момента за счет изменения расстояния между осью качания кулисы и качающейся массой при исключении передачи ударного импульса на корпус устройства через шарниры, так как ударный импульс проходит через центр тяжести качающейся массы.

Целесообразно при этом ось качания кулисы располагать от оси, по которой наносится удар, на расстоянии b = I/Ma, где I - момент инерции, кгм²; M - качающаяся масса, кг; a - расстояние от оси качания кулисы до центра тяжести качающейся массы, см.

Такое выполнение устройства исключает передачу ударного импульса на шарнирное соединение, а следовательно, и на корпус устройства из-за того, что ударный импульс будет направлен по центру тяжести качающейся массы и его вектор составит прямой угол с осью качания кулисы.

Целесообразно для крепления кулисы ударного узла к кронштейну предусмотреть дополнительные шарниры, при этом кулису снабдить дополнительными упорами. Такое выполнение конструкции позволяет при изменении ударного импульса (в случае забивания труб меньших диаметров или в начале процесса забивания трубы большого диаметра, когда сопротивление со стороны грунта мало) исключить передачу ударного импульса на шарнир и, следовательно, на корпус устройства, так как можно регулировать длину кулисы при изменении места ее подвески.

Целесообразно также кулису ударного узла закреплять к кронштейну с возможностью регулирования и фиксации по высоте. Такое выполнение устройства позволяет в большем диапазоне изменять (высоту подвески качающейся массы) ударного узла, исключая передачу удара на шарнирное соединение и изменяя плечо момента, раскачивающего качающуюся массу.

Целесообразно при этом кулису ударного узла выполнять составной, причем для регулировки по высоте соединять ее части между собой, например, с помощью резьбового соединения. Такое выполнение конструкции повышает диапазон регулирования ударного узла с точки зрения исключения передачи ударного импульса на шарнир.

Целесообразно также кронштейн снабжать шарниром для поворота верхней его части относительно нижней и средством фиксации их взаимного положения.

Такое выполнение устройства расширяет возможность регулирования ударного узла с точки зрения исключения передачи ударного импульса на шарнир.

Сущность технического решения иллюстрируется примером конкретного исполнения и чертежами, где на фиг. 1 показана схема устройства для забивания в грунт длинномерных элементов, например труб; фиг. 2 - схема устройства с дополнительным шарниром для крепления кулисы к кронштейну; фиг. 3 - схема устройства с шарниром для поворота верхней части кронштейна и составной кулисой, имеющей регулируемую длину.

Устройство для забивания в грунт длинномерных элементов, например труб, содержит ударный узел (позицией не обозначен), выполненный в виде качающейся массы 1 (фиг. 1) и закрепленной на шарнире 2 (размещен в кронштейне 3, который закреплен на трубе 4, забиваемой в грунт 5) кулисы 6. Кронштейн 3 совместно с узлом крепления (на фиг. 1-3 не показан) его к забиваемой трубе 4 образуют корпус устройства. Ось шарнира 2 кулисы 6 расположена в горизонтальной плоскости. Кулиса 6 имеет упор 7, размещенный с возможностью кинематического взаимодействия с кривошипом 8 привода качания, который осуществляет вращательное движение. Ось кривошипа 8 смещена от оси качания кулисы 6 (оси шарнира 2) в сторону от забиваемой трубы 4. Кривошип 8 может быть закреплен на оси (позицией не обозначена) двигателя 9 или, как показано на чертежах, - на оси 10 редуктора 11. Длина кулисы 6 превышает расстояние от оси ее качания до качающейся массы 1, при этом упор 7 кулисы 6 размещен на части кулисы 6, выступающей над осью ее качания. Для крепления кулисы 6 к кронштейну 3 может быть предусмотрено несколько дополнительных шарниров 12 (фиг. 2). При этом кулиса 6 может быть снабжена несколькими упорами 13. Кронштейн 3 может выполняться с шарниром 14 (фиг. 3) и средством фиксации в необходимом положении после разворота верхней части кронштейна 3 относительно нижней (на чертежах не показано). Кулиса 6 может быть выполнена составной и иметь возможность регулировки ее по высоте (фиг. 3), например, с помощью резьбового соединения (гайки 15 и резьб 16, 17 на концах частей кулисы 6). Длина кривошипа 8 меньше суммы величины смещения упора 7 кулисы 6 от оси ее качания и расстояния между осями качания кулисы 6 и вращения кривошипа 8.

Устройство работает следующим образом.

Забиваемую в грунт 5 трубу 4 (фиг. 1) устанавливают в приямок (позицией не обозначен) и передней частью направляют на грунтовый забой. К задней части забиваемой трубы 4 закрепляют корпус устройства. Затем приводят в работу двигатель 9. Он через редуктор 11 (возможно и непосредственно) вращает кривошип 8, который кинематически взаимодействует с упором 7 кулисы 6, поднимая последнюю. В силу того что ось 10 вращения кривошипа 8 и ось качания кулисы 6 разнесены в горизонтальной плоскости, упор 7 кулисы 6 смещается вдоль кривошипа 8 по мере его вращения и наступил момент, когда упор 7 выйдет из контакта с кривошипом 8. Качающаяся масса 1 срывается в свободное падение и в нижнем своем положении ударяет по заднему торцу трубы 4, тем самым забивая ее в грунт 5. Кривошип 8, совершив оборот, вновь вступает в контакт с упором 7 кулисы 6. Цикл повторяется.

Чтобы ударный импульс не передавался на ось качания кулисы 6, а следовательно, и на корпус устройства, целесообразно ось качания кулисы 6 размещать от оси, по которой наносится удар, на расстоянии где I - момент инерции, кгсм²; M - качающаяся масса, кг; a - расстояние от оси качания кулисы до центра тяжести качающейся массы.

При необходимости забивания трубы 4 меньшего диаметра или на небольшую длину в непрочный грунт 5 нужно регулировать высоту подвеса качающейся массы 1. Для этого уменьшают длину кулисы 6 (фиг. 3), например, с помощью резьбового соединения (гайки 15 и резьб 16, 17). Для регулирования момента удара касающейся массы 1 по заднему торцу забиваемой в грунт 5 трубы 4 можно повернуть кронштейн 3 вокруг шарнира 14 вверх или вниз и подвесить кулису 6 на дополнительный шарнир 12. В этом случае с кривошипом 8 будет контактировать упор 13 кулисы 6. При этом (при той же длине кривошипа 8) высота подъема качающейся массы 1 будет изменена, то есть можно регулировать величину удара, подбирая ее оптимальной, в зависимости от производственных условий (длины и размера забиваемой трубы 4, физико-механических свойств грунтов 5 и т.п.).

Формула изобретения

1. Устройство для забивания в грунт длинномерных элементов, например труб, содержащее корпус, выполненный в виде кронштейна, закрепленного к забиваемой трубе, и ударный узел, выполненный в виде качающейся массы с кулисой, закрепленной шарнирно к кронштейну, и приводом качания, включающим двигатель с кривошипом, отличающееся тем, что длина кулисы ударного узла превышает расстояние от оси ее качания до качающейся массы, при этом часть кулисы, выступающая над осью ее качания, имеет упор, размещенный с возможностью кинематического взаимодействия с кривошипом привода качания, ось которого смещена от оси качания кулисы ударного узла в сторону от забиваемой трубы, причем длина кривошипа меньше суммы величины смещения упора кулисы от оси ее качания и расстояния между осями качания кулисы и вращения кривошипа.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что ось качания кулисы расположена от оси, по которой наносится удар, на расстоянии

где J - момент инерции, кгсм²;
M - качающаяся масса, кг;
a - расстояние от оси качания кулисы до центра тяжести качающейся массы, см.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что для крепления кулисы ударного узла к кронштейну предусмотрены дополнительные шарниры, при этом кулиса снабжена дополнительными упорами.

4. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что кулиса ударного узла закреплена к кронштейну с возможностью регулирования и фиксации по высоте.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что кулиса ударного узла выполнена составной, при этом для регулировки по высоте ее части соединены между собой, например, с помощью резьбового соединения.

6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что кронштейн снабжен шарниром для поворота верхней его части относительно нижней и средством фиксации их взаимного положения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3