УСТРОЙСТВО ПОДАЧИ ЗОНДА

Решение относится к бурению грунта, в частности, к спуско-подъемным операциям, устройствам их осуществления, а именно к подаче зонда при строительстве, прежде всего оснований и фундаментов, а именно при исследовании грунта основания на стройплощадке.
При строительстве исследуют грунт (см., например, Розоренов В.Ф. Определение строительных свойств грунтов, Киев, "Будивельник", 1966 и Бондарчук Г.К. и др. Полевые методы инженерно-геологических исследований М., Недра, 1967) для определения его свойств. Грунты разнообразны и их свойства приведены, в частности, в Справочнике по инженерной геологии. - М., Недра, 1968. Известны как Рекомендации по применению полевых методов исследования грунтов ЦТИСЗ Госстроя РСФСР, М., 1969., Инструкция по испытанию грунтов статическим зондированием РСН-3370. Госстрой РСФСР и Методика обследования и проектирования оснований и фундаментов при капитальном ремонте, реконструкции и надстройке зданий М., Стройиздат, 1972., нашедшие отражение в книге Трофименкова Ю.Г., Воробкова А.Н. Полевые методы исследования строительных свойств грунтов, М., Стройиздат, 1974, так и труд Солодухина М. Инженерно-геологические изыскания для промышленного и гражданского строительства. М., 1975. В процессе эксплуатации построек принимают во внимание Руководство по наблюдениям за деформацией оснований и фундаментов зданий и сооружений / НИИОСП им. Герсеванова Госстроя СССР М.; Стройиздат, 1975, а также используют Полевые многоцелевые лаборатории для исследования грунтов ПЛГ-1, 5Р и ПЛГ-5М, Проспект ВДНХ СССР, Калинин, 1975 и руководствуются нормативом Грунты. Метод полевого испытания статическими нагрузками, ГОСТ 12374-77, изд. Стандартов. Широко известны гидравлические зажимные патроны, используемые в технике (см., например Радченко В.М. и др. Станочные приспособления в машиностроении М., Машгиз, 1952).
Хотя устройство для определения сопротивления грунта по US 2130751 и грунтовой пенетрометр по US 3379052 сравнительно компактны, они сложны и малонадежны, при этом, если к устройству необходим доступ сверху, то пенетрометр не предназначен для передачи верхней нагрузки. В равной степени это относится и к ручным устройствам по US 2117985, SU 702105, US 4887459 и RU 2133314, которые проще, но функциональные их возможности резко ограничены, также как почвенного бура по SU 135415 и устройства для статического зондирования грунта по SU 236079.
Для повышения эффективности зондирования установка по SU 476357 снабжена центральным поршнем и двумя спаренными подпружиненными поршнями, верхний из которых втулкой соединен с зубчатой рейкой, которая по существу исключает доступ сверху. Удобен в эксплуатации инструмент по US 3732725, хотя и его возможности ограничены.
Приборы по AU 6671/78, ЕР 373695 и 489656, а также WO 92/10753 и 98/4915 позволяют определить на месте свойства грунтов, то есть функциональные их возможности широки.
Свойства устройств для определения прочности грунтов, в частности, устройств по FR 1587397, SU 502085, 939643 и 1675489 зависит от выполнения формы рабочего органа, которая и обеспечивает усилие связи с грунтом. Это же относится и к устройству
для испытания грунта по JP 3051368, содержащему опертую на основание каретку и зонд со спиральным наконечником.
Помимо этого важно как выполнение других органов, так и связи между ними. Зажимной патрон по SU 135436 содержит корпус, установленную с возможностью вертикального перемещения муфту и зажимные элементы. Он ненадежен, а срок его службы мал. Повышена надежность и срок службы зажимного патрона двустороннего действия к устройству для статического зондирования по SU 631589 из-за его выполнения в виде зубчатых колес. В свою очередь зажим к устройству для статического зондирования грунта по SU 1791532 содержит кулачки с сухарями на эксцентриковых валах и гидроцилиндр. Устройство для определения сопротивления грунта вдавливанию наконечника по SU 817136 снабжено дополнительным индикатором давления и гидроцилиндром, полости которых соединены между собой. Известна аппаратура для определения нагрузки при захвате труб по US 4842058. Во многих случаях такое усложнение конструкции не оправдано.
Поскольку решение относится к бурению грунта, в частности, к спуско-подъемньм операциям, а именно к устройствам их осуществления, то клиновые штанго- или трубодержатели известны из US 2086652, 2134468, 2184231, 2207203, 2245979, 2283082, 2609583 и 4475607. Эти держатели требуют значительных физических усилий, что в некоторых случаях может исключить их функционирование. Для надежного функционирования держателей предложено использовать в качестве рабочего тела жидкость, как это известно из US 2357887 и 3538561, при этом широкое распространение такие держатели получили при разработке нефтяных месторождений в наземном оборудовании скважин со средствами для облегчения соединения или разъединения трубных или штанговых секций (см., например US 2450934, 2854216, 3061011, 3194313,3299957, 3637011, 4030542, 4582133, 4676312, 5042601, 5522464 и 6189609; WO 02/72996 и 02/92959). Относительно почти каждого из этих технических решений также следует отметить, что их усложнение конструкции не оправдано.
Для работы с фланцевыми трубами в гидравлическом домкрате по SU 323539 установлены взаимодействующие лепестками вкладыши с разрезными подвижными зубчатыми плашками. Подвижной захват для спуско-подъема труб по SU 597811 снабжен рычагами, соединенными с механизмом подъема и через гибкую тягу с плашкой. В механизме удержания буровой колонны по SU 505790 зажимное кольцо выполнено с радиальными направляющими, на которых установлены ползуны, взаимодействующие с плашками по наклонным плоскостям, а в механизме по SU 523981 между зажимным кольцом и обоймой установлены расклинивающие гидроцилиндры. Для двустороннего захвата в устройстве по SU 601385 плашки имеют вертикальные отверстия с проточками, в которых установлены пружины с упорами. Не только сами устройства сложны, но даже плашки сложны по форме и имеют достаточно сложный привод.
Для изменения усилия зажима труб в трубодержателе по SU 422839 каждая направляющая снабжена взаимодействующими с корпусом пружиной и шарнирными опорами, при этом плашка установлена в круговом пазу с возможностью синхронного поворота относительно плашкодержателя. Для уменьшения неравномерности распределения нагрузки в зажимном элементе захватного устройства по SU 587236 выполнены сквозные прорези, ориентированные относительно его продольной оси. В зажимном устройстве по SU 648712 между упругим элементом и клином установлена подпружиненная направляющая. В этих устройствах привод выполнен еще более сложным.
Снабжены устройство для захвата труб по SU 796385 плашками, при этом их поверхности выполнены цилиндрическими и наклоненными к оси устройства, трубодержатель по SU 1218062 эксцентриковым валом, устройство по SU 1221314 центрирующим механизмом, гидравлический зажимной патрон по SU 1435752 регулируемым упором, гидравлическими замками и дросселями, устройство для удержания труб по SU 1550081 крышками, штангами и приводом, а устройство для захвата труб при спуске в скважину под давлением по SU 1530741 тягами, толкателями и дополнительным приводом перемещения клиньев. Регулятор осевой нагрузки на буровой снаряд по SU 874961 снабжен лебедкой с фрикционной муфтой и установленными в гидроцилиндрах пружинами. Устройство для создания осевой нагрузки по SU 1514902 снабжено центраторами. По мнению заявителей упомянутых устройств такое снабжение повысит эксплуатационную их надежность, однако всякое дополнение устройств приводит к обратному результату, при этом безусловно не упростит конструкцию, как это указано в SU 874961.
Для повышения эксплуатационной надежности в зажимном устройстве по SU 927956 механизм перемещения плашек выполнен в виде коромысла, в механизме удержания бурильной колонны по SU 1121379 плашкодержатель выполнен секционно, в зажимном устройстве для бурового става по SU 1195000 кулачки выполнены с направляющими, при этом их поверхности наклонены к оси направляющих, гидравлическими замками и дросселями, в спайдере буровой установки по SU 1454948 плашкодержатели выполнены как рычаги, кинематически связанные с третьим плашкодержателем, в устройстве для удержания бурового става по SU 1476103 плашкодержатели выполнены с обратной клиновой поверхностью, в зажимном устройстве по SU 1470930 плашки выполнены с наклонными пазами. Для отбора проб грунта с ненарушенной структуры в устройстве для отбора проб связного грунта по SU 510663 силовое приспособление выполнено с траверсой. Для работы в стесненных условиях в устройстве для захвата труб по SU 1141181 один из захватных элементов выполнен как радиально перемещаемый ползун с копиром для взаимодействия с толкателем, а другой захватный элемент подпружинен и установлен в корпусе с возможностью осевого перемещения. Упомянутые формы выполнения как исполнительного, так и передаточного механизмов вряд ли повысит эксплуатационную их надежность, хотя бы из-за того, что эти механизмы усложнены.
В захвате для труб по SU 592960 стакан выполнен коническим, а тела качения - разного диаметра. В захвате для труб по SU 641067 ролики выполнены полуцилиндрами с полувтулками, подпружиненными относительно обойм и оси. Устройство для захвата труб по SU 898039 снабжено телами качения, размещенными между плашками и опорными элементами. В клиновом захвате трубозажимного устройства по SU 1183654 зажимные элементы имеют радиус кривизны рабочей поверхности больше радиуса удерживаемой трубы. Весьма сложно выполнение клиновых захватов в устройстве по WO 94/15060.
В плашке трубозажимного устройства по SU 631646 опорные зажимные элементы выполнены призматическими и установлены рядами, что усложняет как их изготовление, так и эксплуатацию. Размещенный на гусеничном ходу пенетрометр по JP 3056442 содержит зажим штанги, движение которой останавливают по сигналу датчика. Сравнительно сложно трубозахватное устройство по WO 90/4698.
Если механизм по US 2274273 содержит связанные между собой подъемными рычагами захватные элементы, то для ускорения процесса спуско-подъемных операций механизм удержания бурильной колонны по SU 933937 снабжен каретками. Однако, установка этих кареток сложна и требует сравнительно больших затрат при эксплуатации.
Весьма сложны устройства для исследования грунтов по SU 1191522 и 1620529, а также для измерения деформаций грунта по SU 1237743 из-за снабжения их многочисленными элементами. Механизм удержания бурильного инструмента по SU 899874 снабжен датчиком верхнего положения зажимного кольца. В винтовом штампе для испытания рыхлого грунта по SU 1760988 приспособления для вращения и подачи ствола электрически соединено с датчиком измерения давления грунта, но ни этот штамп, ни упомянутые устройства применить в ограниченных помещениях по существу невозможно. Это относится и к таким капитальным устройствам по IL 42798, SU 619568, US 4315429 и SU 1491957, использование которых также ограничено. Потому и созданы устройство для исследования грунта зондированием по SU 530931 и устройство для измерения деформаций грунта по зонам в основании фундамента по SU 573710, хотя это привело к усложнению их конструкции.
Известно устройство для статического испытания грунта по SU 655770, оснащенное рельсовым путем или механизмом пригрузки, что существенно его усложняет. В равной степени это относится как к устройству для испытания грунтов на сдвиг в полевых условиях по SU 601350, снабженному дополнительными сдвиговым приспособлением и домкратом, так и к установке для испытания грунтов статической нагрузкой по SU 998664, снабженной блоком хранения и автоматической выдачи грузов. Для повышения производительности и уменьшения энергоемкости устройство для задавливания и извлечения зонда переносной установки по SU 1500732 корпус ее гидроцилиндра снабжен штанговым захватом и рукояткой, что снижает надежность его функционирования.
Наличие шестерен привода и их расположение в устройстве для статического испытания грунта по SU 631587 ухудшает его устойчивость. В равной степени это относится как к устройству для определения прочностных свойств грунтов в естественных условиях по SU 568702, так и к устройству для статического зондирования по SU 1071700.
Известно устройство для испытания грунтов на сдвиг в массиве по SU 1019054, которое снабжено домкратом, при этом шаг его винта равен шагу винтовой лопасти на штанге. Для определения в процессе одного испытания как сопротивления грунта погружению сваи, так и удельного сцепления и угла внутреннего трения грунта на штанге смонтированы поворотный механизм и крыльчатый наконечник в устройстве для исследования взаимодействия сваи с грунтом по SU 333424. Для проведения испытания грунта на разрыв в условиях естественного залегания устройство по SU 549709 снабжено зажимным приспособлением и штоком. Для статического зондирования грунтов в стесненных условиях устройство по SU 1174526 снабжено рычажным механизмом.
Испытательные устройства по US 2280592, а также JP 2895677 и 2755545 устанавливают на транспортном средстве, а устройство по US 3054285 оснащено колесным ходом. Установка статического зондирования по SU 563598 содержит транспортное средство, механизм вдавливания, тяговый механизм, зонд и измерительную аппаратуру, при этом штанга зонда выполнена с продольным разрезом, а трос тягового механизма соединен с ним через колонну штанг. Установки статического зондирования по SU 645059 и 1821528; RU 2186903 и 2212494, а также установка для бурения и исследования свойств грунтов статическим зондированием по SU 744105 включают базовую машину. Установка для бурения и исследования свойств грунтов по SU 1484894 включает закрепленные на базовой машине мачту, измерительные приборы и привод. Установка для статического испытания грунта по SU 1678968 содержит самоходную раму, инвентарную сваю с механизмом ее вдавливания и извлечения с приводом и анкерные винтовые сваи с механизмом завинчивания и вывинчивания. Поскольку каждые из упомянутых устройств и установок размещены на транспортном средстве, то целесообразно было бы использовать для зажима зонда энергию рабочей
жидкости, устройство для подачи которой почти всегда имеется. Но такое не предусмотрено.
Автоматическую корректировку масштаба записи при исследовании грунта можно осуществить пенетрометром по SU 1157159. Автоматические устройства для пенетрационных испытаний известны из JP 2927704 и 3059700. Автоматический пенетрометр портативного типа по JP 3066287 содержит опору со съемной стойкой, вдоль которой имеет возможность перемещения платформа с эталонным грузом. Автоматический пенетрометр портативного типа по JP 3015289 выполнен с вращаемой штангой, контролируемым датчиком, подающим сигнал для вычисления скорости погружения штанги. Автоматический пенетрометр портативного типа по JP 3015290 оснащен роликами для взаимодействия с направляющими на стойке. Установка для отбора проб грунта по UK 2314636 обеспечивает обсчет ударов и глубину погружения зонда, отражаемые на цифровом индикаторе и передаваемые на коммутатор.
Известна установка для испытания свайных фундаментов по SU 1059069, содержащая опорную плиту с направляющей, молот с обоймой и привод, при этом наголовник имеет возможность взаимодействия со всеми сваями фундамента. Устройство для деформационных характеристик грунтов основания на глубине по SU 1148924 содержит штамп, домкрат, упорную и измерительную системы и снабжено источником динамических воздействий и датчиками регистрации колебаний, а устройство для исследования свойств грунтов по SU 1081274 - крыльчаткой со штангами, верхняя из которых снабжена измерителем вертикальных перемещений. Габариты этих установок велики, что ограничивает их эксплуатационные возможности.
Несмотря на многочисленные приведенные выше описания устройств и установок, нет такой, которая была бы проста и надежна в любых условиях ее использования.
Для снижения радиальных усилий при сохранении удерживающей способности плашек в трубодержателе по SU 663817 опорные части рычагов размещены между осями их поворота, а контактные участки кулачков с плашками расположены ниже этих осей. Для повышения надежности в работе и упрощения конструкции в зажимном патроне двустороннего действия для установки статического зондирования по SU 654794 зажимной элемент выполнен как подпружиненная втулка с усеченными конусами, взаимодействующая с распорным стаканом. Для повышения производительности зажимной патрон для задавливания и извлечения зондов установки статического зондирования по SU 842190 снабжен механизмом переключения, а зажимные элементы снабжены подпружиненными кулачками и зубчатыми колесами. Для расширения технологических возможностей в захватном устройстве по SU 1754878 втулка выполнена с отверстием и выемками для выступов корпуса.
Известно устройство подачи зонда, содержащее корпус с размещенными в нем зажимными элементами (см., например, SU 1472628).
В этой установке рама является только основанием для размещения зонда и якорей. Зажимные патроны размещены вдоль оси зонда и расположены вне пространственной рамы, что существенно увеличивает вертикальный размер установки и заметно сокращает ее функциональные возможности. Это усугубляется и однозначным расположением якорей, несмотря на то, что один из патронов выполнен съемным. Не удобно, малонадежно и весьма неэффективно крепление установки лопатками. Из-за сложного выполнения гидроцилиндра, имеющего фланец, зубчатую рейку и направляющую, а также скобы с направляющими и ее крепления на штоке установка малонадежна. К тому же следует отметить, что установка усложнена наличием штанги, полого вала с многогранными отверстиями на торцах, цилиндрической и конических шестерен, реверсивного золотника с рычагами, переключаемого кулачками, разрывных
муфт, а также зубчатых полумуфт со скошенными зубьями, что в свою очередь надежность ее не увеличивает. Не всегда удобно завинчивание якорей съемным устройством. Чрезвычайно мал срок эксплуатации установки из-за многократного сцепления и расцепления полумуфт, а также изменения вращения шестерен.
Задача - упрощение установки подачи зонда с повышением ее надежности и срока службы при расширении функциональных ее возможностей.
Упрощение установки подачи зонда с повышением ее надежности и срока службы при расширении функциональных ее возможностей обеспечено рациональным выполнением ее элементов и их взаимодействием.
Для этого в устройстве подачи зонда, содержащем корпус с размещенными в нем зажимными элементами, зажимные элементы имеют возможность перемещения перпендикулярно оси зонда.
Возможность перемещения зажимных элементов в устройстве подачи зонда, содержащем корпус с размещенными в нем зажимными элементами, позволит достичь технического результата, а именно упростить установку с повышением ее надежности и срока службы при расширении функциональных возможностей установки, поскольку рационально выполнены ее элементы и их взаимодействие.
Достижению этого результата способствует и то, что зажимные элементы выполнены как губки, установленные между обоймами.
Поскольку на зажимные элементы имеют возможность воздействия штоки гидроцилиндров, то это надежно.
Повышению надежности способствует и то, что полости гидроцилиндров сообщены с нагнетательной полостью гидростанции.
Поскольку упомянутые полости сообщены через каналы шайб, установленных между размещенными в направляющих обоймами, верхняя из которых прикреплена к штокам гидроцилиндров подачи зонда, то расширены функциональные возможности установки.
Для этого установка зондирования грунта, содержащая раму с устройством подачи зонда и якорями, снабжена упором потолочным.
Снабжение упором потолочным установки зондирования грунта, содержащей раму с устройством подачи зонда и якорями, позволит упростить установку зондирования грунта с повышением ее надежности и срока службы при расширении функциональных ее возможностей, поскольку рационально выполнены такие ее элементы, как средства ее крепления, и их взаимодействие с рамой установки.
Упрощению установки зондирования грунта с повышением ее надежности и срока службы при расширении функциональных ее возможностей способствует выполнение подрамников из стянутых тягой швеллеров, в верхних полках которых закреплены резьбовые штанги, между которыми размещена втулка и гильза для установки тарелки якоря.
Упрощению конструкции установки и повышению ее надежности способствует размещение на одном уровне подрамников якорей и пяты устройства подачи зонда.
Упрощению конструкции установки и повышению ее надежности и срока службы способствует размещение замка зонда в направляющих устройства подачи.
Повышению надежности конструкции установки и срока службы способствует выполнение замка зонда в виде пары гидрозажимов.
Повышению надежности конструкции установки и срока службы способствует выполнение корпуса гидрозажима с элементами крепления к штокам гидроцилиндров подачи зонда, полостями, сообщенными с нагнетательной полостью гидростанции, и окнами для установки губок.
Упрощению установки зондирования грунта с повышением ее надежности и срока службы при расширении функциональных ее возможностей также способствует соединение гидростанции с источником электропитания, который соединен с прибором.
Упрощению установки зондирования грунта с повышением ее надежности и срока службы при расширении функциональных ее возможностей также способствует выполнение установки с подпятниками.
Изображено на:
фиг.1 - схема установки;
фиг.2 - замок;
фиг.3 - установка по виду спереди;
Установка содержит раму 1 (фиг.1). На раме 1 размещены устройства 2 и 3 подачи зонда 4 и вращения якорей 5 соответственно. Установка содержит источник 6 давления и прибор 7.
Устройство 2 подачи зонда 4 содержит корпус 8 (фиг.2). В корпусе 8 размещены зажимные элементы 9.
Зажимные элементы 9 имеют возможность перемещения перпендикулярно оси 10 зонда 4.
Возможность перемещения зажимных элементов 9 в устройстве 2 подачи зонда 4, содержащем корпус 8 с размещенными в нем зажимными элементами 9, позволит достичь технического результата, а именно упростить установку 2 с повышением ее надежности и срока службы при расширении функциональных возможностей установки 2, поскольку рационально выполнены ее элементы и их взаимодействие.
Достижению этого результата способствует и то, что зажимные элементы 9 выполнены как губки, установленные между обоймами 11.
Поскольку на зажимные элементы 9 имеют возможность воздействия штоки 12 гидроцилиндров 13, то это надежно.
Повышению надежности способствует и то, что полости 14 гидроцилиндров 13 сообщены с нагнетательной полостью 15 гидростанции 6.
Поскольку упомянутые полости 14 сообщены через каналы 16 шайб 17, установленных между размещенными в направляющих 18 (фиг.3) обоймами 11, верхняя из которых прикреплена к штокам 19 гидроцилиндров 20 подачи зонда 4, то расширены функциональные возможности установки.
Устройство работает следующим образом.
После размещения и закрепления якорями 5 установки рабочую жидкость подают от нагнетательной магистрали 15 гидростанции 6 к полости 14, что позволяет зажать зонд 4 губками 9. Рабочая жидкость поступает также от магистрали 15 к гидроцилиндрам 20, что позволяет переместить зонд 4 в заданном вертикальном направлении
При выполнении упомянутых операций происходит четкое взаимодействие элементов установки, а именно зажатие зонда 4 и его перемещение гидроцилиндрами 20 соответсвенно в горизонтальном и вертикальном направлениях.
Возможность перемещения зажимных элементов 9 в устройстве 2 подачи зонда 4, содержащем корпус 8 с размещенными в нем зажимными элементами 9, позволит достичь технического результата, а именно упростить установку 2 с повышением ее надежности и срока службы при расширении функциональных возможностей установки 2, поскольку рационально выполнены ее элементы и их взаимодействие.