Устройство для глубокого уплотнения грунтов

Полезная модель относится к устройствам для глубокого уплотнения грунтов в естественном залегании и насыпным устройствам, передающим усилия на материал как в вертикальном, так и в тангенциальном направлениях. Область применения устройства: строительство земляного полотна автомобильных дорог, взлетно-посадочных полос аэродромов, гидротехнических сооружений в виде защитных земляных дамб и т.д.
Известна техника уплотнения грунта при строительстве зданий и сооружений, доведенная до промышленного использования (ООО «Научно-производственная фирма «Гидромеханика» г. Новосибирск, 2009. Технология и оборудование для глубокого трамбования грунта, B.C. МИРОНОВ, проф. (НГАСУ), П.Я. ФАДЕЕВ, В.Я. ФАДЕЕВ, М.С. МАНДРИК (ИГиЛ СО РАН)), которая представляет собой агрегат для глубокого уплотнения грунта. С помощью агрегата можно создавать надежные основания для фундаментов зданий и сооружений. В агрегате применена погружаемая в грунт тонкостенная оболочка с встроенным в нее гидропневматическим молотом, действующим от гидросистемы экскаватора. На предварительно спланированной поверхности строительной площадки агрегатом вытрамбовываются котлованы с шагом 1,7-2 м, которые засыпаются более плотным материалом и дополнительно трамбуются, получая подготовленную поверхность.
Относительными недостатками являются большая площадь контакта рабочего органа с поверхностью грунта котлована, герметизация пространства вокруг боковой поверхности конуса и затруднение выхода воздуха из массива грунта при внедрении оболочки, низкая производительность, увеличенная себестоимость производства работ, существенно большие динамические нагрузки на рабочий орган.
Известно также устройство для раскатки котлованов, принятое в качестве прототипа (Пат. №161212, опубл. 10.04.2016). Конструкция рабочего органа представляет собой конусную оболочку, связанную с приводным коленчатым валом подшипниковыми опорами. Вал рабочего органа изготовлен с эксцентриситетом, который обеспечивает плавное погружение в грунт рабочего органа, а также легкое вытаскивание его из котлована после завершения одного рабочего цикла. Грунт не выходит на поверхность, а уплотняется в радиальном направлении относительно рабочего органа, тем самым создает прочную оболочку по глубине до нескольких метров от поверхности.
Относительным недостатком применяемой конструкции является динамическая неуравновешенность рабочего органа экскаватора при вращении коленчатого вала.
Технической задачей полезной модели является повышение надежности работы устройства за счет динамической уравновешенности рабочего органа.
Технический результат заявляемой полезной модели достигается за счет того, что устройство для глубокого уплотнения грунтов, содержит приводной вал, соединенный верхней частью с мотором, и рабочий орган, согласно полезной модели, рабочий орган выполнен из трех конусов, выполненных в виде конусных роликов, жестко закрепленных под углами α=120° от центра приводного вала, на равном расстоянии друг от друга на водиле, выполненном в виде диска, которое жестко закреплено на приводном валу, конусы закреплены на осях, выполненных в виде валов, расположенных под острым углом к продольной оси приводного вала в подшипниковых опорах с возможностью вращения, причем оси конусов верхним концом жестко закреплены на водиле, а нижним - на забурнике который установлен на нижней части приводного вала вершиной вниз.
Устройство полезной модели поясняется схемами, приведенными на фиг. 1, 2, 3.
На фиг. 1 изображена схема полезной модели, рабочий орган, которой состоит из трех конусов, фронтальный разрез.
На фиг. 2 показан вид А полезной модели, изображенной на фиг. 1
На фиг. 3 показана схема установки на экскаваторе устройства для глубокого уплотнения грунта
Устройство (фиг. 1) состоит из трех конусов 1, расположенных на равном расстоянии друг от друга на водиле 3, выполненном в виде диска, который жестко закреплен на приводном валу 2. Конусы 1 выполнены в виде конусных роликов, закреплены с возможностью вращения на осях 4, выполненных в виде вала, расположенного в подшипниковых опорах 5. Оси 4 конусов 1 верхним концом жестко закреплены на водиле 3, а нижним концом жестко закреплены на забурнике 6, жестко связанном с приводным валом 2. Кроме того, оси 4 конусов 1 направлены под острым углом β к продольной оси приводного вала 2, т.е. угол β<π/2.
Забурник 6 выполнен цельнометаллическим, имеет конусообразную форму и расположен вершиной вниз. Конус 1 представляет собой оболочку, внутри которой установлены подшипниковые опоры 5, обеспечивающие вращение конусного рабочего органа на осях 4. Водило 3 имеет форму диска, (фиг. 2) на котором закреплены оси 4 на равных расстояниях по окружности, под углами α=120° между радиусами конусов от центра приводного вала 2.
кр
На рабочий орган действует вертикальная сила Q базовой машины, например, экскаватора 7 (фиг. 3), а крутящий момент М передается приводному валу 2 мотор-редуктором 8. Приводной вал 2 является базовым элементом, на котором закреплены основные элементы всего рабочего органа.
Данное устройство (фиг. 1, 2, 3) работает следующим образом: оператор экскаватора 7 при помощи стрелы и рукояти опускает устройство на грунт в вертикальном положении, приводит во вращение приводной вал 2 с помощью мотор-редуктора 8 и внедряется в неуплотненный грунт механизмами гидросистемы экскаватора 7. При вращении приводного вала 2 и при дальнейшем погружении в грунт забурника 6 и конусов 1 происходит вращение конусов 1 относительно своих осей 4, при этом конусы 1 обкатывают боковую поверхность скважины 9 и уплотняют ее при погружении рабочего органа в грунт. При подаче рабочего органа вниз под действием вертикальной силы Q воздействия экскаватора 7 диаметр скважины 9 расширяется от 0 до максимального размера D (фиг. 1, 2), а вытесняемый грунт перемешается (или вдавливается) во внутрь объема массива грунта.
Внутри скважины 9 между конусами 1 (фиг. 2) образуется свободное пространство за счет обкатки конусами 1 боковой поверхности скважины 9, обеспечивающее благоприятные условия для выхода воздуха из уплотняемой зоны грунта. Конуса 1 во время раскатки постоянно удерживают грунт в напряженном состоянии и обеспечивают высокую эффективность процесса уплотнения при обеспечении условий для выхода воздуха из массива грунта.
Преимущество нового устройства заключается в использовании принципа действия, уравновешивающего (симметричного) планетарного механизма в виде трех штук равноудаленных конусных роликов 1, расположенных на водиле 3 под углами α=120° и обеспечивающих уравновешенную механическую систему.