УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАЗОВАНИЯ ТРАНШЕЙ В ГРУНТЕ
DEVICE FOR FORMATION OF TRENCHES IN SOIL

Изобретение относится к области строительства, в частности к устройствам для образования траншей в грунте, и может быть использовано при строительстве магистральных трубопроводов, подземных коммуникаций и других подземных сооружений как на суше, так и под водой.
Известно устройство для образования траншей в грунте, которое включает шасси с механизмом для его перемещения и раму, на которой размещены два разрабатывающих рабочих органа, образующих V-образную конфигурацию (см., например, патент РФ №2081252, кл. E02F 5/10; опубл. 10.06.97).
К недостаткам известного технического решения можно отнести относительно высокую энергоемкость процесса образования траншеи в грунте. Указанное обстоятельство вызвано тем фактом, что разработка грунта с помощью известного устройства осуществляется с образованием призмы из неразрушенного грунта, которая после прохода рабочего органа оказывается на дне образованной траншеи и уменьшает глубину образованной траншеи. Следовательно, для образования траншеи проектной глубины по известной технологии необходимо заглубить рабочий орган в грунт на глубину, которая существенно превышает проектную. Кроме того, неразрушенный грунт, который оказался на дне образованной траншеи после прохода рабочего органа, неравномерно распределяется по дну траншеи и требует выполнения дополнительной операции по его выравниванию, поскольку в противном случае велика вероятность того, что уложенный на дно траншеи трубопровод будет подвергаться дополнительным механическим напряжениям, вызванным неровностью дна траншеи.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является устройство для образования траншей в грунте, которое содержал шасси с механизмом для его перемещения, шарнирно соединенную с шасси и установленную с возможностью поворота в вертикальной плоскости и фиксации в промежуточных положениях раму и размещенные на раме разрабатывающий и транспортирующий рабочие органы (см., например, авторское свидетельство СССР №435327 кл. E02F 5/12; опубл. 05.07.74).
Известное техническое решение частично устраняет недостатки описанного выше аналога, поскольку после разрушения грунта осуществляется транспортировка последнего на поверхность, что обеспечивает зачистку и формирование дна образованной траншеи. К недостаткам известного устройства можно отнести относительно высокую энергоемкость процесса образования траншеи в грунте. Указанное обстоятельство вызвано тем фактом, что разрабатывающий орган осуществляет разрушение грунта по всему профилю траншеи, то есть перед транспортировкой весь объем грунта, который подлежит удалению из траншеи, подвергается предварительному измельчению, что приводит к дополнительным затратам энергии. При этом следует отметить, что область применения известного устройства ограничена образованием траншей для прокладки коммуникаций небольшого диаметра, поскольку ширина образуемой траншеи ограничена максимальным диаметром шнека разрабатывающего органа. По этой причине для образования траншей при прокладке магистральных трубопроводов с помощью известного устройства необходимо осуществить дополнительные операции по расширению траншей до необходимой величины.
Заявленное техническое решение направлено на решение задачи по созданию такого устройства для образования траншей, которое обеспечивало бы возможность расширения области его применения за счет обеспечения возможности образования траншеи для прокладки магистральных трубопроводов. Технический результат, который может быть получен при реализации заявленного технического решения, заключается в снижении энергоемкости процесса образования траншеи при одновременном снижении напряжений в прокладываемой коммуникации за счет выравнивания профиля дна образованной траншеи и улучшения очистки дна траншеи от продуктов разрушения.
Поставленная задача решена за счет того, что в устройство для образования траншей в грунте, которое включает шасси с механизмом для его перемещения, шарнирно соединенную с шасси и установленную с возможностью поворота в вертикальной плоскости и фиксации в промежуточных положениях раму и размещенные на раме разрабатывающий и транспортирующий рабочие органы, разрабатывающий рабочий орган выполнен в виде двух расположенных симметрично относительно вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось симметрии рамы, шнеков для формирования профиля траншеи с лопастями, которые имеют противоположное направление навивки, а транспортирующий рабочий орган выполнен в виде закрепленного на раме подборного щита и двух расположенных симметрично относительно вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось симметрии рамы, шнеков для удаления грунта с лопастями, которые имеют противоположное направление навивки, при этом продольные оси симметрии шнеков для формирования профиля траншеи и шнеков для удаления грунта расположены под, острым углом к вертикальным плоскостям, проходящим соответственно через продольную и через поперечную оси симметрии рамы, а рама выполнена с закрепленными на ней отклонителями для формирования отвалов, которые расположены симметрично относительно вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось симметрии рамы.
Кроме того, поставленная цель достигается за счет того, что подборный щит выполнен с расположенным в саго центральной части рассекателем плужного типа.
Кроме того, поставленная цель достигается за счет того, что рама выполнена из двух частей, соединенных между собой посредством разъемного соединения и расположенных симметрично относительно вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось симметрии рамы, при этом подборный щит выполнен из двух частей, расположенных симметрично относительно вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось симметрии рамы, причем каждая часть рамы установлена с возможностью независимого поворота в вертикальной плоскости и фиксации в промежуточных положениях.
Кроме того, поставленная цель достигается за счет того, что шнеки для формирования профиля траншеи и/или шнеки для удаления грунта имеют цилиндрическую форму.
Кроме того, поставленная цель достигается за счет того, что шнеки для формирования профиля траншеи и/или шнеки для удаления грунта имеют коническую форму.
Кроме того, поставленная цель достигается за счет того, что механизм для перемещения шасси выполнен в виде двух тележек с расположенными на каждой из них парой винтовых движителей.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображено устройство для образования траншей в грунте (вид сбоку), на фиг.2 - рабочие органы устройства для образования траншей в грунте (вид сверху), на фиг.3 - один из вариантов конструктивного выполнения рабочих органов устройства для образования траншей в грунте и на фиг.4 - один из вариантов конструктивного выполнения устройства (вид спереди).
Устройство для образования траншей в грунте содержит шасси 1, на котором могут быть размещены энергетическая установка (на чертежах вне изображена), например, в виде двигателя внутреннего сгорания, а также преобразователь энергии (на чертежах не изображен), например, в виде генератора электрической энергии или насосной станции и вспомогательное оборудование (на чертежах не изображено). С шасси 1 с помощью шарниров 2 соединена рама 3. Рама 3 выполнена в виде пространственной конструкции и предназначена для размещения в определенном положении разрабатывающего и транспортирующего рабочих органов. Рама 3 установлена с возможностью поворота относительно рамы 1 в вертикальной плоскости и фиксации в промежуточных положениях. Поворот рамы 3 может быть осуществлен, например, с помощью гидроцилиндра 4 (фиг.1), один конец которого щарнирно соединен с шасси 1, а другой - с рамой 3. На раме 3 размещены разрабатывающий рабочий орган и транспортирующий рабочий орган. Разрабатывающий орган выполнен в виде двух шнеков 5 и 6 для формирования профиля траншеи. Шнеки 5 и 6 для формирования профиля траншеи расположены симметрично относительно вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось 7 симметрии рамы 3. Лопасти шнека 5 имеют противоположную навивку относительно лопастей шнека 6, то есть, например, если лопасти шнека 5 имеют навивку, расположенную по «часовой стрелке», то лопасти шнека 6 должны быть выполнены с навивкой, которая расположена против «часовой стрелки». На раме 3 расположены двигатели 8 для привода шнеков 5 и 6 для формирования профиля траншеи. В качестве двигателя 8 может быть использован, например, электродвигатель или гидромотор, выходной вал которого непосредственно или через редуктор кинематически связан с валом соответствующего шнека 5 и 6 для формирования профиля траншеи. Шнеки 5 и 6 для формирования профиля траншеи могут быть выполнены с породоразрушающими инструментами (на чертежах не изображены), которые закреплены на их лопастях. Транспортирующий орган выполнен в виде закрепленного на раме 3 подборного щита 9 и двух шнеков 10 и 11 для удаления грунта. Подборный щит 9 закреплен на раме 3 и может быть выполнен, например, в виде горизонтально расположенного ножа 12 для подбора грунта со дна образуемой траншеи и соединенного с ним наклонного лотка 13 для транспортировки грунта. Шнеки 10 и 11 для удаления грунта расположены симметрично относительно вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось 7 симметрии рамы. Лопасти шнека 10 имеют противоположную навивку относительно лопастей шнека 11, то есть, например, если лопасти шнека 10 имеют навивку, расположенную по «часовой стрелке», то лопасти шнека 11 должны быть выполнены с навивкой, которая расположена против «часовой стрелки». На раме 3 расположены двигатели 14 для привода шнеков 10 и 11 для удаления грунта. В качестве двигателя 14 может быть использован, например, электродвигатель или гидромотор, выходной вал которого непосредственно или через редуктор кинематически связан с валом соответствующего шнека 10 и 11 для удаления грунта. Шнеки 10 и 11 для удаления грунта могут быть выполнены с породоразрушающими инструментами (на чертежах не изображены), которые закреплены на их лопастях. Продольные оси симметрии шнеков 5 и 6 для формирования профиля траншеи и продольные оси симметрии шнеков 10 и 11 для удаления грунта расположены под острым углом к вертикальным плоскостям, проходящим соответственно через продольную ось 7 симметрии рамы 3 и через поперечную ось 15 симметрии рамы 3, то есть продольные оси симметрии шнеков 5 и 6 для формирования профиля траншеи и продольные оси симметрии шнеков 10 и 11 для удаления грунта образуют ребра четырехугольной усеченной пирамиды. Рама 3 выполнена с закрепленными на ней отклонителями l6 для формирования отвалов. Отклонители 16 расположены симметрично относительно вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось у симметрии рамы 3 и непосредственно на выходе каждого шнека 5 и 6 для формирования профиля траншеи и каждого шнека 10 и 11 для удаления грунта. Шасси 1 имеет механизм 17 для его перемещения, который может быть выполнен, например, в виде, по меньшей мере, двух гусеничных ходовых тележек (фиг.4), которые расположены симметрично относительно продольной оси симметрии шасси 1 или приводных колес (на чертежах не изображены).
Согласно одному из вариантов конструктивного выполнения устройства подборный щит 9 может быть выполнен с рассекателем 18 плужного типа. Рассекатель 18 расположен в центральной части подборного щита 9, закреплен на подборном щите 9 и предназначен для разделения грунта, который поступает от ножа 12 для подбора грунта, на два потока и направления каждого потока на соответствующую часть наклонного лотка 13, которая расположена непосредственно в зоне действия соответственно шнека 10 для удаления грунта и шнека 11 для удаления грунта.
Согласно другому варианту конструктивного выполнения устройства для образования траншеи в грунте рама 3 может быть выполнена из двух частей 19 и 20 (фиг.3), которые соединены между собой посредством разъемного соединения 21, например, с помощью болтов (на чертежах не изображены). Части 19 и 20 рамы 3 расположены симметрично относительно вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось 7 симметрии рамы 3, то есть плоскость стыковки между собой частей 19 и 20 рамы 3 совпадает с вертикальной плоскостью, проходящей через продольную ось 7 симметрии рамы 3. В этом случае подборный щит 9 также выполнен из двух частей, которые расположены симметрично относительно вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось 7 симметрии рамы 3, и закреплены на соответствующих частях 19 и 20 рамы 3. Каждая часть 19 и 20 рамы 3 установлена с возможностью независимого поворота в вертикальной плоскости и фиксации в промежуточных положениях. Для этого каждая часть 19 и 20 рамы 3 с помощью шарнира 2 соединена с шасси 1, и их поворот может быть осуществлен, например, с помощью соответствующего гидроцилиндра 4, один конец которого шарнирно соединен с шасси 1, а другой - соответственно с частью 19 или 20 рамы 3.
Шейки 5 и 6 для формирования профиля траншеи и/или шнеки 10 и 11 для удаления грунта могут иметь цилиндрическую форму (фиг.4).
Другой вариант конструктивного выполнения устройства предусматривает, что шенки 5 и 6 для формирования профиля траншеи и/или шнеки 10 и 11 для удаления грунта могут иметь коническую форму (фиг.1, 2 и 3).
Механизм 17 для перемещения шасси 1 может быть выполнен в виде двух тележек с расположенной на каждой из них парой винтовых движителей (фиг.1), каждый из которых представляет собой установленный с возможностью вращения корпус 22, на котором закреплены винтовые лопасти 23. Винтовые лопасти 23, расположенные па корпусах 22 каждой тележки, имеют противоположное направление навивки. Корпуса 22 каждой тележки кинематически связаны с соответствующим двигателем (на чертежах не изображен).
Устройство для образования траншей в грунте работает следующим образом.
Разрабатывающий и транспортирующие органы устанавливают в рабочее положение. Для этого с помощью гидроцилиндра 4 осуществляют перемещение рамы 3 в вертикальной плоскости за счет ее поворота вокруг шарнира 2. При этом разрабатывающий и транспортирующий органы опускаются, например, в предварительно оборудованный котлован (на чертежах не изображен) на необходимую глубину и фиксируются в данном положении с помощью гидроцилиндра 4. Затем включают двигатели 8 привода шнеков 5 и 6 для формирования профиля траншеи и двигатели 14 привода шнеков 10 и 11 для удаления грунта. Одновременно включают механизм 17 для перемещения шасси 1, который через раму 3 передает напорное усилие на разрабатывающий орган. Под действием напорного усилия вращающиеся шнеки 5 и 6 для формирования профиля траншеи внедряются в грунт и разрушают его. При этом часть разрушенного с помощью шнеков 5 и 6 для формирования профиля траншеи грунта транспортируется с помощью указанных шнеков 5 и 6 на поверхность и затем с помощью отклонителей 16 удаляется в стороны от образуемой траншеи. Поскольку шнеки 5 и 6 для формирования профиля траншеи расположены под утлом друг к другу, то между ними образуется не разрушенная часть грунта, имеющая форму призмы, которая, по мере перемещения шасси 1, обрушается под действием собственного веса и падает на дно образуемой траншеи. С дна образованной траншеи разрушенный и обрушившийся грунт поступает к ножу 12 для подбора грунта, который одновременно формирует профиль дна траншеи, зачищая неровности, образовавшиеся в результате прохода шнеков 5 и 6 для формирования профиля траншеи. Грунт, попавший на нож 12 для подбора грунта, поступает на наклонный лоток 13 и далее в зону действия шнеков 10 и 11 для удаления грунта, которые транспортируют его по наклонному лотку 13 на поверхность. С помощью установленных на выходе шнеков 10 и 11 для удаления грунта отклонителей 16 грунт удаляется в стороны от образуемой траншеи. При этом по обеим сторонам образуемой траншеи образуются отвалы из разрушенного грунта, который может быть использован при обратной засыпке траншеи (после укладки в траншею коммуникации).
При варианте конструктивного выполнения устройства с рамой 3, которая состоит из двух частей 18 и 19, устройство работает описанным выше образом. При этом в случае необходимости разрабатывающий и транспортирующий органы могут быть беспрепятственно извлечены на поверхность за счет разъединения рамы 3 и последующего раздельного подъема ее частей 18 и 19.