БУР - РАСШИРИТЕЛЬ НИЖНЕЙ ЧАСТИ ОТВЕРСТИЙ В ГРУНТЕ

Бур-расширитель нижней части отверстий в грунте.
Полезная модель относится к строительству, а именно бурению отверстий в грунте с расширением в конце отверстия и может быть использовано при возведении столбчатого или ленточно-столбчатого фундамента как ручным способом, так и механизированным приводом вращения и углубления ножа.
Из существующего уровня техники известен патент РФ 2160815 и Патент России №2114271, Е21В 3/00 27.06.1998 (прототип для патента №2160815), по буру с нижним ножом (в патенте №2160815 нож называется плугом).
Недостатки этих технических решений патентов состоят в том, что откидной нож (лемех, плуг) в случае патента РФ №2114271 опускается от центрального положения под собственным весом. Если веса недостаточно, то откидной нож будет скользить по грунту, не врезаясь в него. При положении ножа близком к вертикальному, вес ножа практически не способствует его врезанию в грунт. Для эффективной работы на тяжелых грунтах, нож должен быть достаточно тяжелым, что неудобно, т.к. бур приходится в процессе расширения нижней части отверстия постоянно вытаскивать для удаления земли из нижнего ведра (накопителя грунта).
Патент №2160815 вроде бы позволяет решить эту проблему за счет стопорного механизма выполненного в виде зубцов в серьге-шатуне, так как позволяет стопорить откидной нож в нескольких фиксированных положениях за счет механизма вертикальной подачи ножа. Основным недостатком этого патента является то, что у откидного ножа строго фиксированные положения, что при повороте ножа из одного фиксированного положения в другое будет происходить заглубление режущей кромки ножа в грунт, которое на некоторых типах грунтов может быть чрезмерным, что потребует больших усилий для создания крутящего момента. Это, в свою очередь, вызовет деформацию или поломку деталей бура. Кроме того, стопорный механизм, выполненный в виде зубчатой серьги, требует тщательного расчета напряжений и деформаций зубцов серьги, для того, чтобы ось проскакивала из одного положения в другое при опускании и подъеме откидного ножа. Его нельзя сделать слишком жестким, так как не будет проскальзывать ось при попытке опустить нож вниз. При недостаточной жесткости серьги при резании жесткого грунта нож будет проскальзывать на зуб расположенный выше и врезания в грунт происходить не будет.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является бур ф. Тисе (прототип), который выпускается и имеется в продаже, в отличие от рассмотренных здесь ранее патентов. Бур ф. Тисе совершает разворот откидного плуга-ножа за счет жесткой тяги при надавливании на рукоятку вниз. Это позволяет стабильнее опускать плуг в нижнее положение, плавно регулируя врезание в землю и поднимать плуг в вертикальное положение, для того, чтобы вынуть бур из земли.
Недостатками данного технического решения являются то, что нож и накопитель грунта вращаются вместе и вертикальное усилие, которое необходимо для врезания плуга (ножа) в землю одновременно передается и на накопитель грунта. А поскольку для расширения отверстия в грунте, необходимо вращение ножа, а значит и накопителя грунта, то это приводит с одной стороны к повышенному трению накопителя грунта о землю, а значит к увеличению крутящего момента, а с другой стороны - к дальнейшему продвижению накопителя грунта вниз, то есть к углублению существующего отверстия. Это ведет к дополнительной (ненужной для фундаментного столба) выемки грунта. Ввиду того, что полученное отверстие с расширением в нижней ее части предназначено для бетонирования, дополнительная выемка грунта ведет к повышенному расходу бетона, которая абсолютно не приводит к увеличению несущей способности столба (буронабивной сваи) ленточно-столбчатого фундамента.
По прикидочным расчетам, которые здесь не приведены, работа, которую необходимо совершить при расширении готового отверстия буром ф. Тисе в 2…3 раз превышает работу, которую необходимо затратить при использовании предлагаемой полезной модели.
Задачей заявляемой полезной модели является существенное (в 2…3 раза) снижение крутящего момента и вертикальной силы, а, следовательно, и совершаемой работы при расширении существующего отверстия в грунте. При этом получаемое расширение нижней части отверстия имеет форму полусферы, а не эллипсоида, что уменьшает объем вынутого грунта, а значит и объем последующего бетона для создания столба (буронабивной сваи) ленточного фундамента.
Поставленная задача решается за счет того, что заявляемое устройство, бур-расширитель нижней части отверстий в грунте, содержащий в нижней части оси накопитель грунта и поворотную систему, отличается от прототипа тем, что, с целью снижения трения и крутящего момента, ось с накопителем грунта неподвижны, при этом поворотная система, состоящая из перекладины-рукоятки и системы труб вращает только нож, крутящий момент на который передается через шатун, второй конец которого закреплен на направляющей втулке, скользящей вдоль оси вверх вниз вместе с поворотной системой, при этом второй конец ножа закреплен на вращающейся втулке, зафиксированной в осевом направлении на оси, за счет чего и происходит опускание ножа из положения вдоль оси в положение перпендикулярное оси.
Для того, чтобы неподвижную ось не отклоняло от вертикали при врезании ножа в грунт бур-расширитель может иметь упор, который скользит по стенке отверстия в грунте и передает на грунт радиальную силу от ножа и не отклоняя бур-расширитель от вертикального положения.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является существенное (в 2…3 раза) снижение крутящего момента и вертикальной силы, а следовательно и совершаемой работы при расширении существующего отверстия в земле в нижней его части, а также уменьшение объема вынимаемого грунта в расширенной части отверстия без снижения несущей способности столба (диаметр расширенной части отверстия не снижается) при последующем бетонировании отверстия.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых изображено:
фиг. 1 - Изометрическая проекция заявляемого устройства;
фиг. 2 - Местный вид нижней части бура-расширителя в увеличенном масштабе;
Бур - расширитель нижней части отверстий в грунте содержит ось 1 (см. фиг. 1 и фиг. 2), перекладину-рукоятку 3 с одной стороны и накопитель грунта 4, выполненный в виде цилиндрического ведра, с другой стороны. Дополнительно над накопителем грунта 4 закреплен нож 5, оснащенный системой уборки-выпуска. Ось с закрепленным в нижнем торце ее накопителем грунта в процессе работы бура - неподвижна. Вокруг оси вращается перекладина-рукоятка с приваренными к ней трубами 2, которые передают крутящий момент на нож через шатун 6 (трубы расположены параллельно оси бура). Для опускания ножа необходимо опускать перекладину-рукоятку вниз, вращая ее при этом. Для подъема бура необходимо потянуть рукоятку перекладину вверх. При этом сначала нож занимает свое вертикальное положение вдоль оси, при этом перекладина-рукоятка упирается в верхний регулируемый упор оси 10, например, состоящий из гайки и контргайки. При дальнейшем подъеме перекладины-рукоятки 3 начинает подниматься весь бур. Для удобства перехвата руками на трубах 2, а также для придания жесткости поворотной системе предусмотрены перемычки 7. Для того, чтобы при опускании ножа в грунт не происходил перекос оси бура в сторону, противоположную ножу предусмотрен упор 11.
Устройство работает следующим образом:
Бур-расширитель нижней части отверстий в грунте вставляется в предварительно подготовленное цилиндрическое отверстие в грунте. Затем перекладина-рукоятка 3 начинает вращаться ручным или каким-то иным механизированным способом с одновременным опусканием вниз. Вращение через систему труб 2 передается на направляющую втулку 8, на которой одним концом закреплен шатун 6. Другой конец шатуна находится на ноже 5. Другим концом нож 5 закреплен на вращающейся втулке 9, которая фиксирована в продольном направлении на оси 1. Таким образом, при опускании перекладины-рукоятки 3 происходит поворот ножа 5 в положение перпендикулярное оси 1. А вращение перекладины-рукоятки приводит к срезанию грунта, который по отгибу ножа скользит в накопитель грунта 4. Когда накопитель грунта заполнен землей, заметно усиливается сопротивление вращению. Тогда необходимо начать подъем бура. Для этого перекладина-рукоятка 3 поднимается вверх. Пока она не дошла до упора 10 происходит подъем ножа в положение параллельное оси 1. Как только она упрется в упор 10, который должен быть предварительно отрегулирован, начинается подъем всего бура. При подъеме перемычки 7 служат для перехвата бура руками. Когда бур вынут из отверстия в грунте, накопитель грунта очищается от земли. Бур снова вставляется в отверстие, и процесс повторяется несколько раз, до тех пор, пока перекладина-рукоятка не опустится до заранее указанной метки на оси 1.
Предлагаемая здесь полезная модель, бур-расширитель нижней части отверстий в грунте, были изготовлена и испытана. Испытания показали, что расширение существующего отверстия в грунте, представляющим из себя твердую слежавшуюся глину, при работе одного человека в среднем темпе, происходит за 1,0…1,5 часа. При этом вынимается из отверстия 70…80 литров слежавшейся веками глины (не распушенной при срезании), то есть более 10 литров за 10 мин. Основное время при этом тратится на очищение накопителя грунта, так как вынимаемая глина с нижней части отверстия обычно сырая. Это хороший результат, если учесть, что аналогичное расширение одного отверстия буром ф. Тисе (Москва), с теми же параметрами расширения (диаметр отв. расширения - 600 мм.) происходит, согласно отзывам в интернете, в течении 4…5 часов при работе 2 человек.