Устройство для забивания стержневого элемента в грунт
DEVICE FOR DRIVING OF ROD ELEMENT INTO SOIL

Техническое решение относится к горной и строительной технике и предназначено для погружения в грунт трубы-кожуха, шпунта и других металлопрокатных изделий при нанесении удара по их заднему торцу.
Известно устройство для погружения трубы в грунт забиванием по авторскому свидетельству СССР №1622532, кл. Е02F 5/18, опубл. в БИ №3 за 1991 г., содержащее ударный узел, закрепленную в его передней части втулку для взаимодействия с торцом забиваемой трубы, на которой выполнены радиальные выступы и размещены упругие элементы по окружности между радиальными выступами, и приспособление для регулирования жесткости упругого элемента, причем каждый упругий элемент выполнен в виде изогнутой пластинчатой пружины, установленной с возможностью взаимодействия средней частью с внутренней поверхностью трубы, а приспособление для регулирования жесткости упругого элемента выполнено в виде расположенных на внешней поверхности втулки углублений для размещения концов пружин.
Общими признаками аналога и предлагаемого технического решения являются ударный узел и закрепленная в его передней части втулка для взаимодействия с торцом забиваемой трубы.
При работе этого известного устройства импульс от ударного узла через втулку передается на торец забиваемой трубы. Сила отдачи ударного узла компенсируется силой трения, возникающей между контактирующими поверхностями трубы и пластинчатых пружин. Недостатком известного устройства является разрыв контакта втулки с торцом забиваемой трубы после каждого удара с восстановлением этого контакта под действием упругих сил пластинчатых пружин и последующего удара. Вследствие этого происходит расклепывание торца трубы и повышенный износ контактирующих с трубой поверхностей пластинчатых пружин в результате их перемещения после каждого удара, что снижает надежность соединения и эффективность передачи ударного импульса.
Известно устройство для бестраншейной прокладки трубопроводов в грунте по авторскому свидетельству СССР №607902, кл. Е02F 5/18, Е02D 17/146, опубл. в БИ №19 за 1978 г., содержащее ударный узел и монтированную на носовой части ударного узла втулку, внутренняя поверхность которой выполнена конической, а на торце втулки, обращенном к носовой части ударного узла, выполнены концентрично расположенные кольцевые канавки, образованные коническими поверхностями.
Общими признаками аналога и предлагаемого технического решения являются ударный узел и монтированная на его носовой части втулка с концентрично расположенными кольцевыми канавками.
Ударный импульс, возникающий при работе ударного узла известного устройства, передается забиваемой в грунт трубе через втулку, которая под действием удара заклинивается коническими поверхностями кольцевой канавки на торце этой трубы. Недостатком известного устройства является ненадежность его работы из-за возможного нарушения целостности соединения втулки с забиваемой трубой вследствие действия отраженного от переднего торца трубы ударного импульса при уменьшении сил сопротивления внедрению, а также силы отдачи ударного узла.
Наиболее близким аналогом по технической сущности и совокупности существенных признаков является устройство для забивания стержневого элемента в грунт по патенту РФ №2535316, кл. Е02F 5/18, Е02D 7/10, опубл. в БИ №34 за 2014 г., содержащее основной ударный узел, установленный в отверстии переходного элемента, и как минимум один дополнительный ударный узел, установленный по оси основного ударного узла в дополнительном отверстии переходного элемента и соединенный с этим переходным элементом, причем торцевые контакты основного и каждого дополнительного ударных узлов с переходным элементом обеспечены с помощью стяжных элементов, закрепленных одними концами на основном и дополнительном ударных узлах соответственно, а другими концами соответственно на стержневом элементе с помощью поперечно расположенного в нем пальца.
Общими признаками прототипа и предлагаемого технического решения являются ударный узел, установленный в отверстии переходного элемента, и стяжные элементы, закрепленные одними концами на ударном узле, а другими концами соответственно на стержневом элементе.
Недостатком этого устройства является ненадежная работа его вследствие дополнительных несимметричных нагрузок на корпус ударного узла. Эти нагрузки возникают из-за разницы усилий в стяжных элементах после удара, которые вызывают изгибающий момент, действующий на корпус одновременно с деформационной волной, образованной в корпусе после удара ударником по его передней части. Ударный импульс, переданный через переходной элемент трубе, вызывает дополнительные продольные усилия в стяжных элементах, которые передаются на них через поперечно расположенный в трубе палец. Циклическое нагружение корпуса дополнительными несимметричными нагрузками приводит к разрушению корпуса в месте резьбового соединения его задней части (гайки) или к разрушению самой гайки.
Проблемой является возникновение несимметричных нагрузок, действующих на корпус ударного узла в результате его работы. Решение проблемы достигается за счет уравнивания продольных усилий в стяжных элементах.
Техническое решение проблемы осуществляется следующим образом. Предлагается устройство для забивания стержневого элемента в грунт, содержащее ударный узел, установленный в отверстии переходного элемента, стяжные элементы, закрепленные одними концами на стержневом элементе, а другими концами на ударном узле, которое, согласно техническому решению снабжено насадкой с направляющим элементом, установленной на задней части ударного узла и имеющей отверстие для размещения рукава ударного узла и для прохода воздуха, симметрично разделенное направляющим элементом на две части, при этом направляющий элемент расположен в плоскости оси ударного узла и служит для создания подвижного контакта с гибкими стяжными элементами, другие концы которых связаны, образуя единый гибкий стяжной элемент, расположенный средней частью на криволинейной поверхности направляющего элемента насадки.
Такое выполнение устройства исключает возникновение несимметричных нагрузок, действующих на корпус ударного узла при его работе. В стяжных элементах, связанных в одно целое, в результате подвижного контакта с направляющим элементом насадки дополнительные продольные усилия, вызванные ударным импульсом, равны между собой. Поэтому изгибающий момент в корпусе ударного узла после удара ударником по его передней части отсутствует. В результате повышается надежность и долговечность работы устройства. Симметрично разделенное направляющим элементом на две части отверстие для размещения рукава ударного узла и для прохода воздуха в насадке обеспечивает отсутствие смещенной силы инерции насадки, движущейся возвратно-поступательно при работе ударного узла, за счет расположения ее центра масс на оси симметрии ударного узла.
Целесообразно в направляющем элементе насадки выполнить канавку для размещения единого гибкого стяжного элемента. Такое выполнение устройства обеспечивает постоянное расположение единого гибкого стяжного элемента в плоскости оси ударного узла, что исключает возникновение несимметричных нагрузок, действующих на корпус ударного узла при его работе, повышая надежность работы устройства. Стенки канавки препятствуют случайному боковому смещению единого гибкого стяжного элемента, при котором может произойти потеря его контакта с направляющим элементом. Недопущение бокового смещения повышает надежность работы устройства.
Целесообразно насадку выполнить с кольцевой канавкой на ее торце, в которую установлено демпфирующее кольцо, контактирующее с задней частью ударного узла. Такое выполнение устройства исключает возникновение соударения между насадкой и ударным узлом при его работе, что защищает корпус от возникновения дополнительных нагрузок, повышая надежность работы устройства.
Целесообразно отверстие переходного элемента выполнить с коническими поверхностями для монтажа ударного узла и стержневого элемента. Такое выполнение устройства обеспечивает соосное соединение ударного узла со стержневым элементом, при котором исключается возникновение несимметричных нагрузок, действующих на корпус ударного узла при его работе, повышая надежность работы устройства.
Целесообразно единый гибкий стяжной элемент дополнительно снабдить натяжными устройствами и стропами с коушами для защиты строп от механического контакта со стержневым элементом. Такое выполнение устройства исключает потерю контакта стяжного элемента с направляющим элементом насадки, в результате чего не происходит отсоединения ударного узла от стержневого элемента - повышается надежность работы устройства.
Сущность устройства для забивания стержневого элемента в грунт поясняется примером его конструктивного исполнения и чертежами фиг. 1-7. На фиг. 1 изображено устройство в общем виде, с насадкой, установленной на задней части ударного узла и имеющей отверстие для размещения рукава и для прохода воздуха, симметрично разделенное направляющим элементом на две части, при этом направляющий элемент расположен в плоскости оси ударного узла и служит для создания подвижного контакта с гибкими стяжными элементами, другие концы которых связаны, образуя единый гибкий стяжной элемент, расположенный средней частью на криволинейной поверхности направляющего элемента насадки. На фиг. 2 - то же, вид сбоку. На фиг. 3 изображено устройство, в направляющем элементе насадки которого выполнена канавка для размещения единого гибкого стяжного элемента. На фиг. 4 изображено устройство, в котором насадка выполнена с кольцевой канавкой на ее торце, в которую установлено демпфирующее кольцо, контактирующее с задней частью ударного узла. На фиг. 5 изображено устройство, в котором отверстие переходного элемента выполнено с коническими поверхностями для монтажа ударного узла и стержневого элемента. На фиг. 6 то же, единый гибкий стяжной элемент которого дополнительно снабжен натяжными устройствами и стропами с коушами для защиты строп от механического контакта со стержневым элементом. На фиг. 7 - то же, вид сбоку на натяжное устройство и стропу с коушем.
Устройство содержит (фиг. 1) ударный узел 1, установленный в отверстии переходного элемента 2, насадку 3, установленную на задней части ударного узла 1. Отверстие 4, предназначенное для размещения рукава и для прохода воздуха, симметрично разделено направляющим элементом 5 на две части, при этом направляющий элемент 5 расположен в плоскости оси ударного узла и служит для создания подвижного контакта с гибкими стяжными элементами, другие концы которых связаны, образуя единый гибкий стяжной элемент 6, расположенный средней частью на криволинейной поверхности направляющего элемента 5 насадки 3 (фиг. 2).
В направляющем элементе 5 насадки 3 выполнена канавка 8 для размещения единого гибкого стяжного элемента 6 (фиг. 3).
Насадка 3 выполнена с кольцевой канавкой на ее торце, в которую установлено демпфирующее кольцо 9, контактирующее с задней частью ударного узла (фиг. 4).
Отверстие переходного элемента 2 выполнено с коническими поверхностями 10 для монтажа ударного узла 1 и стержневого элемента (фиг. 5).
Единый гибкий стяжной элемент дополнительно снабжен натяжными устройствами 11 и стропами 12 с коушами 13 для защиты строп 12 от механического контакта со стержневым элементом (фиг. 6, 7).
Устройство работает следующим образом. Ударный импульс от ударного узла 1 через переходной элемент 2 передается на задний торец стержневого элемента (фиг. 1), под действием которого он погружается в грунт. Отраженная от переднего торца стержневого элемента часть ударного импульса возвращается к заднему торцу стержневого элемента и стремится оторвать его от переходного элемента 2. Этому препятствует единый гибкий стяжной элемент 6. В результате действия отраженной части ударного импульса в ветвях единого гибкого стяжного элемента 6 возникают значительные растягивающие усилия. Так как концы 7 единого гибкого стяжного элемента 6 закреплены на стержневом элементе, а его средняя часть расположена на криволинейной поверхности направляющего элемента 5 насадки 3 и имеет с ней подвижный контакт, то в едином гибком стяжном элемент 6 возникает растягивающее усилие по всей его длине, и в ветвях единого гибкого стяжного элемента 6 растягивающие усилия равны между собой. Это исключает возникновение бокового усилия со стороны стержневого элемента через единый гибкий стяжной элемент 6 на корпус ударного узла 1 в результате действия отраженного ударного импульса.
Выполненная в направляющем элементе 5 насадки 3 канавка 8 для размещения единого гибкого стяжного элемента 6 (фиг. 3) обеспечивает постоянное расположение единого гибкого стяжного элемента 6 в плоскости оси ударного узла 1. Это исключает боковое смещение единого гибкого стяжного элемента 6 по поверхности направляющего элемента 5 (фиг. 2) и предотвращает возникновение несимметричных нагрузок, действующих на корпус ударного узла 1 при его работе, что повышает надежность работы устройства.
Насадка 3, выполненная с кольцевой канавкой на ее торце (фиг. 4), в которую установлено демпфирующее кольцо 9, изолирует ударный узел 1 от ударных нагрузок со стороны насадки 3. Это защищает заднюю часть корпуса ударного узла 1 от возникновения дополнительных нагрузок, повышая надежность работы устройства.
Выполненное в переходном элементе 2 отверстие с коническими поверхностями 10 для монтажа ударного узла 1 и стержневого элемента (фиг. 5) обеспечивает не только соосное соединение ударного узла 1 со стержневым элементом, при котором исключается возникновение несимметричных нагрузок, действующих на корпус ударного узла 1 при его работе, но и препятствует отделению переходного элемента 2 от стержневого элемента после удара, что резко уменьшает растягивающее усилие в едином гибком стяжном элементе 6.
Натяжные устройства 11 и стропы 12 с коушами 13 (фиг. 6), которыми дополнительно снабжен единый гибкий стяжной элемент 6 (фиг. 7), защищают его от механического контакта со стержневым элементом или его выступающими частями и исключают потерю контакта единого гибкого стяжного элемента 6 с направляющим элементом 5 насадки 3, в результате чего в едином гибком стяжном элементе 6 создается усилие, которое будет препятствовать отсоединению ударного узла 1 от стержневого элемента.