УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОБИВАНИЯ СКВАЖИН В ГРУНТЕ
DEVICE FOR GROUND WELLING

Техническое решение относится к горной и строительной технике и предназначено для бестраншейной прокладки подземных коммуникаций.
Известно устройство для пробивания скважин в грунте по а.с. СССР №1562411, E02F 5/18, опубл. в БИ №17, 1990 г., включающее корпус, размещенный в корпусе и делящий его полость на переднюю, заднюю камеры и постоянно связанную с атмосферой внутреннюю камеру ударник со сквозным продольным каналом, воздухораспределитель в виде двух коаксиальных трубок с радиальными каналами, втулки, расположенной между указанными трубками, и магистраль подвода сжатого воздуха. Внутренняя трубка воздухораспределителя постоянно сообщена с магистралью подвода сжатого воздуха. В ее полости между радиальными каналами выполнена перемычка. Внутренняя камера образована в теле ударника расточкой, выполненной концентрично относительно коаксиальных трубок воздухораспределителя.
Недостатком известного устройства является сложность конструкции, вызванная необходимостью одновременного базирования втулки по внутренней и наружной коаксиальным трубкам воздухораспределителя. Кроме того, в известном техническом решении переброска втулки при прямом ходе ударника осуществляется за счет ударного воздействия на нее ударника или зацепа. Поскольку втулка имеет массу, то под действием сил инерции происходит нежелательный удар втулки и ударника. Указанные недостатки снижают надежность работы устройства и не позволяют эффективно реализовать известное техническое решение для небольших диаметров корпусов, для которых наиболее эффективен процесс проходки скважин в грунте, так как при малых диаметрах корпусов сечения деталей имеют незначительные размеры, и деформация корпуса устройства при его движении в неоднородных грунтах неизбежно приведет к заклиниванию втулки.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является устройство для пробивания скважин в грунте по патенту РФ №2242568, E02F 5/18, E21B 7/26, опубл. в БИ №35, 2004 г. Оно включает корпус, размещенный в корпусе и делящий его полость на переднюю и заднюю камеры ударник со сквозным продольным каналом, расточка которого с воздухораспределителем образуют постоянно связанную с атмосферой внутреннюю камеру. Воздухораспределитель выполнен в виде двух коаксиальных трубок, внутренняя из которых имеет радиальные каналы, отделенные друг от друга перемычкой, и втулки, размещенной с возможностью осевого смещения по указанной внутренней коаксиальной трубке, и магистраль подвода сжатого воздуха, с которой постоянно сообщена внутренняя коаксиальная трубка воздухораспределителя. Во втулке воздухораспределителя выполнена расточка, передний торец которой в крайнем переднем положении ударника примыкает к задней кромке радиального канала указанной внутренней коаксиальной трубки, постоянно сообщенного со сквозным продольным каналом ударника. Втулка воздухораспределителя выполнена из двух частей, соединенных друг с другом посредством упругого элемента.
В известном устройстве передвижение втулки не стабильно из-за инерционных колебаний ее относительно внутренней трубки, поэтому частота ударов снижается. Для свободного перемещения внутренней трубки относительно внешней в процессе перехода в режим реверса должен быть гарантированный зазор между внутренней и внешней трубками, а это приводит к утечкам сжатого воздуха. Вращение магистрали подвода сжатого воздуха для перехода в режим реверса трудноосуществимо, особенно при проходке скважин большой протяженности, т.к. вращение передается через резиновый шланг, а при увеличении его длины его жесткость снижается. Также происходит засорение резьбы грунтом, что резко увеличивает момент сопротивления откручиванию гайки. Кроме этого, переключение в режим реверса возможно только при отключении подачи сжатого воздуха, т.к. внутренняя трубка находится под давлением сжатого воздуха, следовательно, в резьбовом соединении действует осевая сила, которая увеличивает момент сопротивления откручиванию. Таким образом, устройство работает ненадежно как в режиме прямого хода, так и в процессе перехода в режим реверса.
Решаемая техническая задача заключается в повышении надежности работы устройства, в уменьшении потерь сжатого воздуха, а также в простоте перевода устройства в режим реверса при любой длине подземного перехода без отключения подачи сжатого воздуха.
Задача решается тем, что в устройстве для пробивания скважин в грунте, включающем корпус, размещенный в корпусе и делящий его полость на переднюю и заднюю камеры ударник со сквозным продольным каналом, расточка которого с воздухораспределителем образуют постоянно связанную с атмосферой внутреннюю камеру, при этом воздухораспределитель выполнен в виде двух трубок, установленных коаксиально с возможностью осевого смещения друг относительно друга, внутренняя из которых имеет радиальные каналы, отделенные друг от друга перемычкой, и втулки, размещенной с возможностью осевого смещения по указанной внутренней трубке и имеющей расточку, передний торец которой в крайнем переднем положении ударника примыкает к задней кромке радиального канала указанной внутренней трубки, постоянно сообщенного со сквозным продольным каналом ударника, при этом втулка воздухораспределителя выполнена из двух частей, соединенных друг с другом посредством упругого элемента, и магистраль подвода сжатого воздуха, с которой постоянно сообщена внутренняя трубка воздухораспределителя, согласно предлагаемому техническому решению воздухораспределитель имеет элемент повышенного трения, установленный на внутренней поверхности втулки и контактирующий с его внутренней трубкой.
Элемент повышенного трения в воздухораспределителе позволяет снизить инерционное перемещение втулки по его внутренней трубке, что обеспечивает стабильную работу устройства.
Целесообразно внутреннюю и внешнюю трубки воздухораспределителя выполнять с коническими сопрягающимися поверхностями, прижатыми друг к другу с помощью пружины.
Контакт по конической поверхности обеспечивает герметизацию воздухораспределительной камеры и камеры обратного хода и отсутствие ударов при работе устройства. Поскольку указанные конические поверхности еще и поджаты друг к другу пружиной, то они образуют герметичное соединение, и перетечки сжатого воздуха из распределительной камеры во внутреннюю камеру отсутствуют. Для перехода в режим реверса достаточно потянуть за магистраль и преодолеть силу сопротивления пружины, не выключая подачу сжатого воздуха. Это исключает нежелательные перетечки сжатого воздуха, следовательно, снижается расход сжатого воздуха и повышается энергия удара, а переход устройства в режим реверса происходит простым натяжением магистрали.
Сущность технического решения иллюстрируется примером конкретного исполнения и чертежом.
Устройство для пробивания скважин в грунте содержит корпус 1 (см. чертеж), размещенный в корпусе 1 ударник 2, имеющий сквозной продольный канал 3, воздухораспределитель 4, состоящий из коаксиально установленных трубок - внешней 5 и внутренней 6, и втулки 7. Воздухораспределитель 4 имеет элемент 8 повышенного трения, установленный на внутренней поверхности втулки 7 и контактирующий с внутренней трубкой 6. Втулка 7 воздухораспределителя 4 имеет расточку 9 и состоит из двух частей: передней 10, имеющей пазы для прохода воздуха, и задней 11, соединенных друг с другом посредством упругого элемента 12. Ударник 2 имеет средство 13 зацепления с передней частью 10 упомянутой втулки 7. Внутренняя трубка 6 воздухораспределителя 4 имеет радиальные каналы 14 и 15, отделенные друг от друга перемычкой 16, причем задняя часть этой трубки 6 постоянно сообщена с магистралью 17 подвода сжатого воздуха (далее - магистраль 17), передняя ее часть входит в канал 3 ударника 2. Коническая поверхность внутренней трубки 6 воздухораспределителя 4 прижата к конической поверхности его внешней трубки 5 с помощью пружины 18. Расточка ударника 2 образует с воздухораспределителем 4 внутреннюю камеру 19, постоянно сообщенную с атмосферой. Ударник 2 делит полость корпуса 1 на переднюю камеру 20 и заднюю камеру 21. Задняя камера 21 постоянно сообщена через канал 22 воздухораспределителя 4 с магистралью 17. Внутренняя и внешняя трубки 5 и 6 образуют между собой распределительную камеру 23 и камеру 24 обратного хода.
Устройство работает следующим образом.
При переднем положении ударника 2 (см. чертеж) сжатый воздух из магистрали 17 через внутреннюю трубку 6 воздухораспределителя 4, радиальные каналы 14, расточку 9, радиальные каналы 15 и сквозной продольный канал 3 поступает в переднюю камеру 20. Так как внутренняя камера 19 постоянно сообщена с атмосферой, а площадь ударника 2 со стороны передней камеры 20 больше его площади со стороны задней камеры 21, то ударник 2 начинает двигаться назад. После смещения ударника 2 на расстояние L1 он торцом своей расточки начинает смещать втулку 7 воздухораспределителя 4 с установленным в ней элементом 8 повышенного трения. После смещения указанной втулки 7 на расстояние L2 радиальные каналы 15 сообщаются с внутренней камерой 19, происходит выхлоп отработанного в передней камере 20 воздуха в атмосферу, после чего давлением воздуха в задней камере 21 ударник 2 останавливается в своем крайнем заднем положении. Затем начинается его прямой ход, который заканчивается нанесением удара по переднему торцу корпуса 1, при этом втулка 7 воздухораспределителя 4 с установленным в ней элементом 8 повышенного трения по инерции смещается в направлении переднего торца корпуса 1, открывая радиальный канал 15 в полость расточки 10. На протяжении L1 при прямом ходе ударника 2 передняя камера 20 через радиальные каналы 15 внутренней трубки 6 воздухораспределителя 4 сообщается с атмосферой, благодаря чему в передней камере 20 не возникает противодавление, тормозящее ударник 2.
На участке L1 ударник 2 движется за счет наполнения передней камеры 20 сжатым воздухом (давление воздуха в передней камере 20 мало отличается от давления воздуха в магистрали 17), а на участке L2 обратный ход ударника 2 осуществляется за счет энергии расширения сжатого воздуха в передней камере 20. При этом достигаются наибольшая производительность и экономичность устройства.
Для реверсирования устройства необходимо сместить в осевом направлении внутреннюю трубку 6 воздухораспределителя 4. Механизм реверса представляет собой пружину 18, прижимающую внутреннюю трубку 6 к внешней трубке 5. Временным натяжением магистрали 17 без прекращения подачи сжатого воздуха внутренняя трубка 6 может быть установлена в крайнее заднее положение, соответствующее обратному ходу устройства, и зафиксирована в нем за счет усилия, создаваемого давлением сжатого воздуха на площадь S, т.к. при размыкании конических поверхностей трубок 5 и 6 давление сжатого воздуха в распределительной камере 23 и камере 24 обратного хода уравняется.
Впуск воздуха в переднюю камеру 20 при работе устройства в режиме реверса производится раньше, чем в режиме прямого хода, ударник 2 останавливается давлением сжатого воздуха в передней камере 20, не ударяя по корпусу 1. Выхлоп воздуха происходит позже, поэтому при движении ударника 2 назад он наносит удары по заднему торцу корпуса 1, под действием которых устройство возвращается к устью скважины. Переход в режим прямого хода осуществляется временным отключением подачи сжатого воздуха, а пружина 18 возвращает внутреннюю трубку 6 в исходное положение. При возобновлении подачи сжатого воздуха площадь S и площадь внутренней трубки 6 со стороны распределительной камеры 23 равны, поэтому указанная трубка 6 удерживается в исходном положении пружиной 18, чем и обеспечивает прямой ход устройства для пробивания скважин в грунте.