Агрегат для устройства колодцев
UNIT FOR THE INSTALLATION OF WELLS

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для сооружения колодцев с целью водозабора в грунтах II, III и IV категории из подземных источников в сельской местности: частных подворьях, фермерских, дачных участках.
Известны станки ударного бурения скважин (А.А. Авруцкий, М.Г. Кривенко справочник мастера ударно-канатного бурения, Госгортехиздат, 1959, стр. 58-59, рис. 16-17). Они предназначены для бурения скважин диаметром до 300 мм на большую глубину.
Наиболее близким техническим решением является устройство для сооружения водозаборного трубчатого колодца (патент RU №2468156, МПК F03B 3/00, опубл. 27.11.2012, БИ №33)), содержащее острый наконечник, фильтровую водоприемную трубу, колонну водоподъемных труб, груз для нанесения ударных нагрузок по колонне забивных водоподъемных труб и элемент для восприятия ударных нагрузок. Водозаборный колодец снабжен водоструйным насосом. Внутренний объем водоприемной фильтровой колонны отделен от внутреннего объема водоподъемной трубы жесткой водонепроницаемой перегородкой, в которой размещена камера смешения водоструйного насоса.
Такая технология является несовершенной и трудоемкой. Основным недостатком является невысокий дебит трубчатого колодца, так как диаметр забиваемой трубы ограничен.
Задачей изобретения является создание агрегата для устройства колодцев, осуществляющего механизированным способом весь комплекс работ, направленных на проходку грунта и установку элементов колодца, с наименьшими затратами энергии и времени.
Поставленная задача решается тем, что агрегат для устройства колодцев в процессе проходки извлекает минимально необходимое количество грунта для установки стандартных колец и осуществляет размещение всех элементов колодца.
Новые существенные признаки:
- к задней навеске энергетического устройства присоединена наставка с лебедкой;
- установка для вертикальной проходки грунта опирается на три опоры, конструктивно исполненные в виде гидроцилиндров, с пятами, содержащими клыки;
- опоры присоединены к кронштейнам, приваренным к нижней плите;
- гидроцилиндры блокировки опор фиксируют опоры;
- к нижней плите также прикреплены три телескопических гидроцилиндра;
- к корпусам телескопических гидроцилиндров приварена средняя плита, а к их штокам - верхняя плита;
- в перемычки верхней плиты вварена стойка, к которой внизу прикреплен гидромотор привода рыхлителя;
- гидромотор привода рыхлителя придает вращение роторам прямоточного роторного рыхлителя;
- на стойке установлены подшипники скольжения, а на них расположен шнек, на витках которого имеется внутренняя стенка и наружная стенка;
- шнек получает вращение посредством передачи от гидромотора привода шнека;
- на направляющей, прикрепленной к верхней плите, установлен гидромотор привода якоря с наголовником и якорем;
- на верхней плите смонтированы два барабана со спиральными пружинами;
- на барабаны намотаны канаты, связанные с наголовником;
- к верхней плите прикреплен кожух;
- для подачи рабочей жидкости от энергетического устройства к потребителям служит гидропровод;
- для управления элементами агрегата служат средства автоматики. Совокупность известных и отличительных существенных признаков
заявляемого агрегата не известна из уровня техники и не вытекает из него очевидным образом.
Новый технический результат заключается в том, что использование предлагаемого агрегата позволит осуществить комплекс работ, направленных на устройство колодца, с наименьшими затратами энергии и времени.
На фиг. 1 показана схема агрегата в рабочем положении со снятым кожухом, козырьком и гидроцилиндром козырька; на фиг. 2 - вид А; на фиг. 3 - сечение Б - Б; на фиг. 4 - схема агрегата и сечение колодца в начале проходки; на фиг. 5 - схема агрегата и сечение колодца в конце проходки; на фиг. 6 - схема агрегата и сечение колодца при монтаже колец; на фиг. 7 -сечение В - В витков шнека; на фиг. 8 - схема агрегата в транспортном положении; на фиг. 9 - схема перевода агрегата из транспортного положения в рабочее положение; на фиг. 10 - вид Г; на фиг. 11 - вид Д; на фиг. 12 - схема агрегата и сечение колодца во время засыпки пазухи гравием; на фиг. 13 - схема агрегата и сечение колодца во время установки последнего кольца; на фиг. 14 - схема агрегата и сечение колодца во время оформления гидрозамка.
Агрегат содержит энергетическое устройство 1 (фиг. 1), к задней навеске которого присоединена наставка 3 с лебедкой 2, установку для проходки грунта и приспособления. В рабочем положении установка для вертикальной проходки опирается на три опоры 4 (фиг. 1), конструктивно исполненные в виде гидроцилиндров, с пятами 20, содержащими клыки. Опоры присоединены к кронштейнам 16, приваренным к нижней плите 17. Гидроцилиндры блокировки опор 30 (фиг. 4) фиксируют опоры. К ней также прикреплены три телескопических гидроцилиндра 7 (фиг. 1). К корпусам телескопических гидроцилиндров приварена средняя плита 6, а к штокам телескопических гидроцилиндров - верхняя плита 10 (фиг. 1, 2). В перемычки верхней плиты вварена стойка 26 (фиг. 3), к которой внизу прикреплен гидромотор привода рыхлителя 18 (фиг. 1), придающий вращение роторам прямоточного роторного рыхлителя 19. На стойке (фиг. 3) установлены подшипники 25 скольжения, а на них расположен шнек 8 (фиг. 1, 2), получающий вращение посредством передачи 9 от гидромотора привода шнека 11, на витках которого имеется внутренняя стенка ВС и наружная стенка НС (фиг. 7). На направляющей 23 (фиг. 2), прикрепленной к верхней плите, установлен гидромотор привода якоря 12 с наголовником 22 и якорем 15. Их перемещает гидроцилиндр 21. Для подачи рабочей жидкости от энергетического устройства к потребителям служит гидропровод 5 (фиг. 1). На верхней плите смонтированы два барабана 13 (фиг. 1, 2) со спиральными пружинами. На барабаны намотаны канаты 14, связанные с наголовником. К верхней плите прикреплен кожух 29 (фиг. 4). В транспортном положении (фиг. 8, 10) установка для проходки грунта прицеплена к энергетическому устройству. Она перемещается на двух колесных мостах 33, присоединяемых посредством шкворней 24 (фиг. 2), проходящих в отверстия верхней плиты и нижней плиты. Приспособления включают: параллелограммный захват 32 (фиг. 6, 12, 13, 14), подставку 31 (фиг. 6), упор «У», оправку для засыпки пазухи 34 (фиг. 12), оправку для оформления гидрозамка 35 (фиг. 14).
а
а
До начала работы энергетическое устройство бульдозером «Б» (фиг. 8) расчищает площадку для вертикальной проходки грунта с целью устройства колодца. Перед подъемом к кожуху установки для проходки грунта прикрепляют козырек 28 с гидроцилиндром козырька 27 (фиг. 4, 5). На переднюю навеску энергетического устройства устанавливают упор «У» (фиг. 9, ). Под заднюю навеску энергетического устройства устанавливают подставку. Установку для проходки грунта устанавливают на две опоры (фиг. 6, , 11) так, чтобы клыки пят врезались в грунт. Шток третьей опоры выдвигают, присоединяют к наставке и, направляя рабочую жидкость в штоковую полость этой опоры, вывешивают установку для проходки грунта. Вынув шкворни, откатывают колесные мосты. Посредством гидроцилиндра опускают гидромотор привода якоря с наголовником и якорем (фиг. 9, б). Включают гидромотор привода якоря и ввинчивают якорь в грунт. Посредством гидроцилиндра поднимают гидромотор привода якоря (фиг. 9, в). Направляя рабочую жидкость в штоковую полость третьей опоры до полного втягивания штока, осуществляют подъем установки для проходки грунта на угол 37° от горизонтали (фиг. 9, г). При этом канаты сматываются с барабанов, закручивая в них спиральные пружины и осуществляя страховку установки для проходки грунта от перекоса. Направляя рабочую жидкость в подпоршневые полости двух опор, опирающихся на грунт до полного выхода их штоков, осуществляют подъем установки для вертикальной проходки грунта на угол 72° от горизонтали (фиг. 9, д). В этом положении центр масс ЦМ установки для проходки грунта расположен над шарнирами пят, опирающихся на грунт. Скоординированным перемещением энергетического устройства и опусканием его задней навески (фиг. 9, е) установку для проходки грунта устанавливают вертикально. Направляя рабочую жидкость в подпоршневую полость опоры, связанной с наставкой, до полного выхода штока, завершают подъем установки для проходки грунта в вертикальное рабочее положение (фиг. 1). При этом опоры заблокированы на угол отклонения от вертикали 15°. Канаты, сматываемые с барабанов, закручивают полностью спиральные пружины и удерживают вертикально установку для проходки грунта от опрокидывания.
Чтобы избежать ошибок оператора при подъеме установки для проходки грунта, агрегат для устройства колодцев оснащен следующими средствами автоматики:
- датчиком скорости и направления ветра;
- датчиком перекоса, блокирующим начало подъема, если поперечный уклон установки для вертикальной проходки грунта более допустимого;
- датчиком положения штока опоры, присоединенной к наставке;
- датчиком давления рабочей жидкости в штоковой полости опоры, присоединенной к наставке;
- датчиком, контролирующем положение вывешанной установки для проходки грунта перед удалением колесных мостов;
- датчиком положения гидромотора привода якоря;
- датчиком момента привода якоря при его заглублении в грунт;
- датчиком усилия скручивания спиральной пружины барабана;
- датчиками положений штоков опор, опирающихся на грунт;
- регулятором потока рабочей жидкости в гидроцилиндры задней навески энергетического устройства, координирующим перемещение энергетического устройства и опускание его задней навески при подъеме установки для вертикальной проходки грунта;
- датчиком вертикали;
- регуляторами потока рабочей жидкости из подпоршневых полостей опор, управляемые импульсами датчика вертикали, для корректировки установки для проходки грунта в строго вертикальном положении;
- блоком управления и сигнализации, установленный в кабине энергетического устройства.
Перевод установки для проходки грунта в вертикальное положение осуществляется полуавтоматически. Если действия оператора неправильные или природные факторы не соответствуют безопасности подъема, например якорь не полностью заглубился, процесс подъема прекращается до выяснения причины отклонения от заданной программы подъема.
Оператор разворачивает энергетическое устройство кабиной в сторону установки для проходки грунта. После фиксирования в вертикальном положении установки для проходки грунта, отсоединяют наголовник от якоря (фиг. 4). Канаты, наматываются на барабаны от воздействия спиральных пружин. Оператор последовательно:
а) включает гидромотор привода рыхлителя;
б) включает гидромотор привода шнека;
в) снимает блокировку опор, которые были заблокированы на угол отклонения от вертикали 15° гидроцилиндрами блокировки опор;
г) включает регуляторы потока рабочей жидкости из штоковых полостей опор для обеспечения вертикальности проходки грунта.
Роторы прямоточного роторного рыхлителя заглубляются в грунт, разрыхляют его и направляют к шнеку. Шнек захватывает грунт. Внутренняя стенка «ВС» (фиг. 7) препятствует преждевременному соскальзыванию грунта «Г"» с витков шнека от воздействия центробежной силы. Наружная стенка «НС» заостренной кромкой подравнивает стенки отверстия в грунте. В верхней части шнека внутренняя стенка отсутствует. От воздействия центробежной силы (фиг. 4) грунт соскальзывает с витков шнека. Козырек направляет грунт в транспортное средство «Т». Заглубление прямоточного роторного рыхлителя в грунт происходит от действия силы тяжести в сочетании с тягой, создаваемой прямоточным роторным рыхлителем. По мере заглубления отклонение опор от вертикали увеличивается до 63° в момент касания поверхности нижней плитой установки для проходки грунта. В момент касания поверхности нижней плитой блок управления и сигнализации переводит телескопические гидроцилиндры в положение «опускание», соединяя их полости с баком для рабочей жидкости энергетического устройства (фиг. 5). Роторы прямоточного роторного рыхлителя продолжают заглубляться в грунт до заданной глубины проходки. Заданную скорость проходки грунта обеспечивают регуляторы потока рабочей жидкости из полостей телескопических гидроцилиндров. После достижения заданной глубины проходки блок управления и сигнализации последовательно:
а) выключает гидромотор привода рыхлителя;
б) переводит телескопические гидроцилиндры в положение «подъем», направляя в их полости рабочую жидкость из бака энергетического устройства;
в) направляет в штоковые полости опор рабочую жидкость из бака энергетического устройства;
г) выключает гидромотор привода шнека;
д) включает блокировку опор на угол отклонения от вертикали 15°.
Установка для проходки грунта возвращается в исходное положение (фиг. 1). Проходка грунта завершена, создано в нем вертикальное отверстие. Чтобы избежать ошибок оператора при вертикальной проходке грунта, агрегат для устройства колодцев оснащен следующими средствами автоматики:
- датчиком снятия блокировки опор;
- регуляторами потока рабочей жидкости из штоковых полостей опор;
- датчиком касания поверхности грунта нижней плитой;
- регуляторами потока рабочей жидкости из полостей телескопических гидроцилиндров;
- задатчиком глубины проходки.
Перевод установки для проходки грунта в транспортное положение производят в порядке, обратном ее подъему (фиг. 9). При опускании установку для проходки грунта дополнительно страхуют канатом лебедки, зацепив его за верхнюю плиту и переведя лебедку в режим самоторможения.
Перед установкой колец в отверстие под заднюю навеску энергетического устройства устанавливают подставку (фиг. 6). Упором «У», размещенном на передней навеске, жестко фиксируют энергетическое устройство в положении, при котором ось кольца совпадает с осью отверстия в грунте. Кольцо «К» зажимают параллелограммным захватом, управляемым гидроцилиндром и присоединенным к канату лебедки. Кольцо в отверстие (фиг. 6) опускают посредство лебедки. Когда кольцо размещено в отверстии, параллелограммный захват освобождает кольцо. Последовательно размещая кольца в отверстии не выше уровня поверхности грунта, формируют колодец (фиг. 12). Установив посредством параллелограммного захвата оправку для засыпки пазухи, засыпают гравием «Гр» малого размера щель между стенкой отверстия и кольцами для дренажа воды в колодец из водоностного слоя. Затем устанавливают верхнее кольцо «К» (фиг. 13). Чтобы в колодец не поступали поверхностные воды, вокруг верхнего кольца укладывают гидрозамок из глины или бетона, который формируют оправкой для оформления гидрозамка.
После окончания работ (фиг. 8) установку для проходки размещают на колесные мосты и в транспортном положении перемещают на новый объект. Параллелограммный захват, подставку, упор, оправку для засыпки пазухи, оправку для оформления гидрозамка перевозят на транспортном средстве «Т». Кольца к объекту также привозят на транспортном средстве.