ФРЕЗЕРНЫЙ ИНСТРУМЕНТ
MILLING TOOL

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к фрезерному инструменту, предназначенному, в частности, но не исключительно, для сооружения в грунте стен, получаемых при смешивании разработанного грунта (грунтовой стружки) с дополнительным связующим.
Уровень техники
Технология получения смеси разработанного фрезерованием грунта с гидравлическим связующим на месте строительства в настоящее время широко используется для улучшения грунта оснований. Обычно используемые для этого инструменты представляют собой специфическое оборудование, подобное буровым шнекам, приводимым во вращение вокруг вертикальной оси. Эти машины позволяют сооружать прямоугольные стеновые элементы путем размещения в ряд множества буровых шнеков, что приводит к использованию машин большой мощности, поскольку траншея должна достигать глубины больше 10 м.
В последние годы появились машины нового типа, позволяющие сооружать элементы прямоугольных оснований из грунтобетона, то есть путем смешивания грунта, разработанного при проходке участка траншеи, с гидравлическим связующим и перемешивания этой смеси. В данной заявке эта операция обозначается выражением «разработка траншеи со смешиванием стружки с другим материалом».
Само собой разумеется, что эта смесь должна оставаться в траншее в ходе разработки, чтобы получить в грунте тонкую стену в результате затвердевания смеси грунтовой стружки с гидравлическим связующим, при этом форма стены определяется формой траншеи.
Машина такого типа описана, например, в патентных документах US 2005/0000123 и US 2004/0234345.
Эта машина образована по существу двумя парами фрез, установленных на опорной конструкции. Каждая пара фрез связана с гидромотором. Эти моторы помещены в относительно объемном боксе, расположенном над фрезами.
Вследствие размещения мотора в объемном боксе недостаток машины заключается в том, что бокс, в котором помещены моторы, имеет относительно большую поверхность. Наличие бокса значительных размеров существенно затрудняет подъем фрезерного инструмента после смешивания, поскольку бокс должен «протиснуться» через смесь, состоящую из грунтовой стружки и гидравлического связующего. В некоторых случаях наличие этого бокса может приводить к тому, что во время подъема машина застревает в стене, образованной смесью полученной в результате фрезерования стружки и гидравлического связующего.
В машине такого типа, описанной в патентном документе US 2005/0229440, две пары фрез связаны общей трансмиссией с одним мотором, который может быть расположен над поверхностью земли. Трансмиссия конструктивно сложна и имеет невысокую эффективность.
К тому же при приводе двух пар фрез от одного мотора все фрезы имеют одинаковую скорость вращения. Однако в некоторых случаях желательно иметь возможность вращения пар фрез с различной скоростью, в частности, для исправления отклонений от вертикали при разработке траншеи. Кроме того, при нормальной работе мощность мотора распределяется между двумя парами фрез. Однако если одна пара фрез блокируется, вся мощность мотора должна восприниматься другой парой фрез. Эта ситуация должна учитываться при расчете размеров такой системы.
Известны также машины для разработки траншей в грунте. Наиболее часто эти машины образованы двумя парами вращающихся фрез, установленных на нижнем конце рамы значительных размеров. Верхний конец рамы соединен со средствами подвески, обычно в виде тросов.
В горизонтальном сечении рама машины имеет обычно прямоугольную форму, а ее размеры по существу равны общему размеру пары фрез. Таким образом, размеры поперечного сечения рамы по существу равны размерам горизонтального сечения того участка траншеи, который машина разрабатывает при своем опускании.
При этом боковые стенки рамы находятся по существу в контакте со стенками участка разрабатываемой траншеи, что обеспечивает вертикальное направление машины для получения по существу также вертикального участка траншеи.
Кроме того, разработанный фрезами грунт отводится с помощью всасывающего трубопровода, всасывающий наконечник которого расположен между стенками фрез под рамой.
Очевидно, что такая экскаваторная машина совершенно неспособна выполнять смешивание разработанного грунта с гидравлическим связующим с оставлением смеси на месте в участке траншеи в ходе сооружения стены в грунте.
Такая машина описана в патентных документах ЕР 0262050 и GB 1430617.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является создание фрезерного инструмента, который позволяет устранить указанные недостатки.
Для решения поставленной задачи фрезерный инструмент содержит две пары вращающихся барабанов, расположенных соосно на параллельных осях, причем каждый барабан оснащен фрезой; моторные средства для привода барабанов во вращение; несущие средства; и поддерживающую конструкцию, на которой установлены барабаны с возможностью вращения и которая предназначена для соединения барабанов с несущими средствами.
Предложенный инструмент отличается тем, что моторные средства установлены внутри барабанов, а поддерживающая конструкция содержит плиту, по существу перпендикулярную осям вращения барабанов, причем эта плита образует на своих нижних концах опоры для барабанов и имеет постоянную толщину, намного меньшую по отношению к длине осей вращения пары фрез; и монтажный фланец, непосредственно прикрепленный к нижнему концу несущих средств и соединенный с верхним концом плиты, причем форма верхней кромки плиты, соединяющей фланец с образующими указанные опоры средствами, в комбинации с малой толщиной плиты, обеспечивает существенное облегчение подъема инструмента при его использовании в процессе разработки траншеи со смешиванием стружки с другим материалом.
Понятно, что поскольку моторы вращательного привода фрез расположены внутри них, инструмент больше не содержит бокса с мотором или громоздких трансмиссионных систем. Кроме того, каждый мотор может управляться независимым образом и обеспечивать вращение каждой пары фрез с различной скоростью вращения. Понятно, что благодаря отсутствию бокса над фрезами инструмента значительно облегчается подъем инструмента через смесь полученной в результате фрезерования стружки с гидравлическим связующим. Этот подъем дополнительно облегчается за счет специальной формы поддерживающей конструкции, только кромка которой оказывает сопротивление подъему инструмента, причем эта кромка имеет малые размеры и соответствующую форму.
Предпочтительно моторы являются гидромоторами, а инструмент дополнительно содержит систему линий питания этих моторов, образованных каналами, просверленными в толще плиты поддерживающей конструкции. Таким образом, эти линии питания полностью расположены внутри плиты и не могут оказывать сопротивления подъему инструмента после разработки траншеи и смешивания грунтовой стружки с гидравлическим связующим.
Также предпочтительно верхняя кромка плиты выполнена с фасками. Это дополнительно облегчает подъем фрезерного инструмента через смесь грунтовой стружки с гидравлическим связующим.
Далее, предпочтительно несущие средства содержат, по меньшей мере, направляющую часть, нижний конец которой соединен непосредственно с фланцем поддерживающей конструкции.
Далее, предпочтительно размеры фланца, который расположен горизонтально, по существу одинаковы размерам поперечного сечения направляющей штанги.
Таким образом, при подъеме инструмента из траншеи, заполненной смесью стружки с гидравлическим связующим, фланец образует только продолжение направляющей части и не оказывает сопротивления подъему.
Далее, предпочтительно толщина монтажного фланца в направлении осей вращения фрез составляет меньше половины длины оси вращения пары фрез, а ширина сечения монтажного фланца составляет меньше одной трети габарита двух пар фрез в горизонтальном направлении, перпендикулярном направлению оси вращения.
Краткое описание чертежей
Далее со ссылками на прилагаемые чертежи будут подробно описаны не имеющие ограничительного характера примеры осуществления изобретения, его другие особенности и преимущества. На чертежах:
фиг.1 изображает на виде сбоку фрезерную установку, в которой используется фрезерный инструмент по изобретению,
фиг.2 изображает в перспективе фрезерный инструмент с его направляющей штангой,
фиг.3 изображает на виде сбоку узел фрезерного инструмента,
фиг.4 изображает на виде сверху фрезерный инструмент, показанный частично условными линиями,
фиг.5 изображает в перспективе опорные средства для фрез фрезерного инструмента.
Осуществление изобретения
На фиг.1 показана фрезерная установка, в которой используется фрезерный инструмент по изобретению. Инструмент 12 направляется в траншее с помощью направляющей штанги 14 постоянного профиля, предпочтительно имеющей прямоугольное поперечное сечение. Инструмент 12 укреплен на нижнем конце 14а штанги. Направляющая штанга 14 позволяет передавать на инструмент 12 усилия давления и тяги. Она обеспечивает также защиту линий питания инструмента гидравлическим связующим и линий энергоснабжения моторов вращательного привода фрез. Направляющая штанга 14 соединена с помощью средств 16, 18 направления и привода с вертикальной мачтой 20. Мачта 20 установлена на гусеничной базовой машине 22, на которой установлена также система 24 генерирования гидравлической мощности.
Очевидно, что при управлении перемещениями направляющей штанги 14 вверх и вниз обеспечивается вертикальное перемещение инструмента 12 в грунт для разработки участка траншеи путем фрезерования грунта и смешивание грунтовой стружки с гидравлическим связующим.
На фиг.2 показана направляющая штанга 14, на нижнем конце которой укреплен фрезерный инструмент 12. Этот фрезерный инструмент образован двумя парами фрез 26, 28, 30, 32, причем фрезы одной пары соосны, а оси вращения фрез параллельны и при работе расположены по существу горизонтально. Как будет подробно описано далее, согласно существенной особенности изобретения моторы вращательного привода фрез 26-32 расположены внутри самих фрез, что устраняет необходимость во внешнем моторе привода фрез.
Более конкретно, пары фрез 26-32 связаны с нижним концом 14а направляющей штанги 14 с помощью поддерживающей конструкции, обозначенной в целом позицией 34. В варианте осуществления поддерживающая конструкция 34 может быть снабжена скребковой системой 36, которая позволяет при работе в липком грунте удалять грунт, налипший на фрезы между их зубьями 38.
Далее будет дано подробное описание поддерживающей конструкции 34 со ссылкой на фиг.5. Поддерживающая конструкция 34 образована в первую очередь плитой 40, которая в данном примере выполнения состоит из двух половинных плит 42 и 44, соединенных друг с другом треугольным блоком 46, который соединяет половинные плиты 42 и 44 с монтажным фланцем 48, служащим для жесткого соединения поддерживающей конструкции 34 с нижним концом 14а направляющей штанги. Этот фланец 48 расположен по существу горизонтально и вследствие этого перпендикулярно половинным плитам 42 и 44. Как показано на чертежах, монтажный фланец имеет примерно такие же размеры, что и горизонтальное поперечное сечение направляющей штанги 14. Нижние концы 44а, 42а половинных плит снабжены расположенными на двух сторонах парами соосных цилиндрических втулок 50, 52 и 54, 56. Эти втулки, оси X, X' и Y, Y' которых перпендикулярны половинным плитам 42 и 44, служат, с одной стороны, для установки гидромоторов, и с другой стороны, для направления вращения барабанов, на которых установлены сами фрезы.
Известным образом направляющая штанга 48а в горизонтальном поперечном сечении имеет размеры намного меньше размеров фрезерного инструмента 12, а следовательно, и выемки в грунте, выполняемой инструментом.
Более конкретно, толщина l' фланца 48 (см. фиг.5) составляет меньше половины длины Н (см. фиг.4) оси пары фрез 26-32. Ширина l фланца 48 (см. фиг.5) составляет меньше одной трети длины L (см. фиг.4) фрезерного инструмента 12, причем под термином «длина» понимается максимальный размер в горизонтальной плоскости.
Предпочтительно верхние кромки 44b, 42b половинных плит имеют первые по существу горизонтальные участки 44с, 42с небольшой длины и наклонные вниз участки 44d 42d, которые образуют стороны треугольника, обращенного вершиной к фланцу 48. Кроме того, предпочтительно кромки 44b, 42b половинных плит 42 и 44 имеют фаски, как это лучше всего видно на фиг.4.
В целом верхняя кромки плиты 40 имеет форму, которая облегчает подъем фрезерного инструмента в смеси грунтовой стружки с гидравлическим связующим, находящейся в траншее.
Как уже было указано, моторы вращательного привода фрез предпочтительно являются гидромоторами. В этом случае линии питания рабочей средой образованы просверленными каналами, такими как 58 и 60, выполненными в толще половинных плит 42 и 44. Верхние концы каналов 58, 60 выходят в отверстия 62, выполненные в фланце 48 для подсоединения каналов 58 и 60 к линиям подачи рабочей среды, расположенным в направляющей штанге 14.
В определенных случаях при работе в липком грунте скребковые системы 36 укреплены на двух сторонах центрального треугольного блока 46 поддерживающей конструкции 34. Эти скребковые системы 36 содержат скребковые элементы, такие как скребки 64, входящие между рядами зубьев 38, 38', 38" фрез для удаления грунта, который может налипать на фрезы между зубьями.
Следует отметить, что скребковые системы 36 имеют профиль, облегчающий подъем фрезерного инструмента в смеси грунтовой стружки с гидравлическим связующим,
На фиг.4 показана установка фрез 30-36 на втулках 50-56. Прежде всего показаны гидромоторы 70, укрепленные внутри втулок 50-56. Выходные валы гидромоторов 70 кинематически соединены для передачи вращения и осевых усилий с барабанами 72, на которых установлены фрезы 30-36 с зубьями 38, 38', 38". Концы каналов 58 и 60 подачи гидравлической среды соединены с помощью любых известных средств с системой питания гидромоторов 70.
Очевидно, что при подъеме фрезерного инструмента из траншеи, заполненной смесью грунтовой стружки с гидравлическим связующим, единственными частями инструмента, которые оказывают сопротивление этому подъему, являются поддерживающая плита 40 и скребковые системы 36 при их наличии. Поскольку фланец 48 образует продолжение направляющей штанги 14, он не создает препятствия подъему фрезерного инструмента.
Половинные плиты 42 и 44 имеют небольшую толщину, а профиль их верхних кромок 44b, 42b, как это уже объяснялось, облегчает подъем инструмента.
В конкретном примере выполнения ширина Н фрезерного инструмента в направлении осей X, X' и Y, Y' вращения составляет 800 мм, а его длина L в перпендикулярном этим осям направлении составляет 2800 мм.
2
Что касается поддерживающей плиты 40, ее наибольшая длина составляет 2200 мм, а толщина «е» - 60 мм. Фланец 48 имеет прямоугольную форму со сторонами 600 мм и 300 мм. Понятно, что при подъеме фланец 48 не создает препятствия этому подъему, поскольку находится на продолжении направляющей штанги 14. Следовательно, нужно принимать в расчет только длину поддерживающей плиты 40, равную 1600 мм. Таким образом, поверхность сопротивления подъему составляет 1600 мм × 60 мм = 96000 мм. Следует сравнить это сечение с горизонтальной проекцией фрезерного инструмента, площадь которой составляет 2800 мм × 800 мм, что превышает 2 миллиона квадратных миллиметров. Таким образом, площадь сопротивления подъему составляет меньше 5% площади инструмента. На практике во время подъема фрезы приводятся во вращение и, соответственно, не оказывают сопротивления подъему. В том случае, когда инструмент оснащен парами фрез с осями шириной 500 мм, это отношение площадей составляет немного меньше 10%. В целом отношение площадей предпочтительно не превышает 10%.
Более обобщенно, предпочтительно толщина «е» поддерживающей плиты 40 составляет менее 15% ширины Н инструмента в направлении осей X, X' и Y, Y' вращения. Еще более предпочтительно это отношение составляет не более 10%. Величина отношения зависит от размеров фрез. Чем больше фрезы, тем больше может быть снижено это отношение. На практике средства, образующие плиту 40, имеют минимальную толщину от 50 до 60 мм для обеспечения ее достаточной механической прочности и возможности выполнения в ней внутренних каналов для питания моторов.