МАШИНА ДЛЯ УДАЛЕНИЯ ГРУНТА ИЗ-ПОД МАГИСТРАЛЬНОГО ТРУБОПРОВОДА

Полезная модель относится к области специальной землеройной техники и предназначена для вскрытия магистральных нефте(газо)-трубопроводов (преимущественно большого диаметра) при необходимости их ремонта в полевых (трассовых) условиях.
Известна машина МП-820 (патент №2252302. 7 E02F 5/10 от 20.05.2005) для удаления части грунта из-под трубопровода («подкопа»), остающегося после снятия грунта сверху и по бокам трубопровода. Машина содержит следующие основные элементы: рабочий орган, механизм перемещения рабочего органа. Механизм перемещения рабочего органа содержит базированную на трубопроводе тележку, прикрепленную к каркасу рабочего органа, и базированную на бровке траншеи самоходную машину. Тележка снабжена базированной на трубопроводе балкой, соединенной посредством гибких элементов с каркасом рабочего органа и с самоходной машиной. Гибкие элементы, соединенные с каркасом рабочего органа, расположены по обе стороны трубопровода и соединены с концами балки. Гибкий элемент, соединенный с самоходной машиной, связан с центральной частью балки посредством ушка. Также имеется пульт управления и масляный бак.
Однако известное устройство обладает следующим недостатком: для удаления грунта из-под трубопровода в боковые приямки, в процессе работы, необходимо вращение роторов только против хода движения машины, в результате чего повышается потребное тяговое усилие, развиваемое механизмом передвижения машины.
Наиболее близким техническим решением является машина для удаления грунта из-под магистрального трубопровода (патент №64312 F16L 1/028 опубликовано в Бюл. №18 27.06.2007). Данная машина состоит из рабочей тележки, двухроторного рабочего органа, двух тяговых тележек, гидросистемы, электрооборудования, пульта управления и бака масляного. Для снижения потребного тягового усилия развиваемого механизмом передвижения применено направление вращения роторов по ходу движения машины. В результате чего грунт не удаляется в боковые приямки, а вновь формируется в виде отвала разрыхленного грунта под трубопроводом. Для выноса грунта из-под трубопровода используется коническая форма роторов, которая способствует удержанию грунта на рабочем органе, и тем самым предает разработанному грунту необходимую траекторию отбрасывания, которая должна обеспечить вынос грунта из-под трубопровода.
Машина для удаления грунта из-под магистрального нефте(газо) трубопровода работает следующим образом. После ее установки на трубопровод (с разведенными предварительно роторами) и сведении роторов в исходное рабочее положение (смежно друг с другом под трубопроводом) включают привод заднего захвата, зажимающего башмаками трубопровод. Включают привод вращения роторов и подают рабочее давление в поршневую (рабочую) полость заднего гидроцилиндра. При этом происходит перемещение тележки вперед с одновременной разработкой грунта под трубопроводом роторами. Жидкость из штоковой полости заднего гидроцилиндра вытесняется в штоковую полость переднего гидроцилиндра, и передний захват перемещается в крайнее переднее положение. После завершения рабочего хода блок управления обеспечивает сжатие переднего захвата и разжатие заднего захвата. Подается давление в рабочую (поршневую) полость переднего гидроцилиндра, обеспечивающее перемещение тележки с роторами вперед на очередной рабочий ход. При этом из штоковой полости переднего гидроцилиндра жидкость вытесняется в штоковую полость заднего гидроцилиндра, перемещая задний захват в исходное положение.
Недостатком машины выбранной в качестве прототипа, является то, что коническая форма роторов не обеспечивает качественное удаление грунта из-под трубопровода в боковые приямки, поскольку коническая форма роторов способствует удержанию разработанного грунта на роторе только при взаимодействии с грунтовым массивом. При отсутствии контакта режущих элементов с грунтовым массивом, центробежная сила, действующая на срезанный грунт в результате вращения роторов, ни чем не уравновешивается, а соответственно произойдет отбрасывание грунта. Таким образом направление отбрасывания разработанного грунта будет задаваться точкой выхода режущих элементов из грунтового массива, которая находится под осью трубопровода, а соответственно и направление отбрасывания грунта будет вдоль трубопровода, а не в боковые приямки.
Целью разработки предлагаемой полезной модели является улучшение эксплуатационных характеристик машины за счет исключения недостатков, присущих прототипу, что позволит добиться качественного удаления грунта из подтрубного пространства.
Данный технический результат достигается тем, что для полного удаления грунта из-под трубопровода, предусмотрен наклон оси вращения цилиндрического ротора, таким образом, что углы установки оси вращения ротора на профильной и фронтальной проекциях составляют с вертикальной осью трубопровода соответственно углы α и β, которые находятся в пределах 0°<α<30°, 0°<β<25°, что будет способствовать удержанию грунта на режущем элементе, в результате изменения характера действия сил на срезанный грунт по траектории движения режущего элемента. Давление срезанного грунта на лобовую поверхность режущего элемента на участке ABC будет выше чем на участке ADC, что позволит на участке ABC удерживать срезанный грунт на режущем элементе, а на участке ADC снижение этого давления приведет к сходу срезанного грунта в заданном направлении, а точка В будет являться «переходной» отметкой, разделяющей траекторию движения режущих элементов на зону транспортирования срезанного грунта и зону разгрузки. Значение углов α и β устанавливаются главным образом в зависимости от частоты вращения ротора и его диаметра. При этом для проявления эффекта разделения траектории движения режущих элементов на зону транспортирования ABC и зону разгрузки ADC срезанного грунта, минимальным условием является отклонение оси вращения ротора от вертикали. Только в этом случае на срезанный грунт начнет действовать осевое ускорение. В зоне транспортирования ускорение будет создавать дополнительную силу, прижимающую срезанный грунт к режущему элементу, создавая тем самым силу трения, препятствующую сходу срезанного грунта с резца. А в зоне разгрузки создаваемая сила будет уменьшать действие силы трения, что будет способствовать сходу грунта с режущего элемента. Максимальное значение углов α и β ограничивается необходимым направлением отбрасывания грунта. Если значение угла α будет больше чем 30°, а значение угла β будет больше чем 25°, то срезанный грунт при отрыве от режущего элемента будет ударяться о нижнюю образующую трубы, теряя при этом скорость движения и падая под трубопровод. Таким образом, указанный интервал для углов 0°<α<30° и 0°<β<25° позволит задать срезанному грунту необходимую траекторию отбрасывания, что позволит добиться качественного удаления грунта из подтрубного пространства.
На роторы, установлены режущие элементы, продольный профиль которых имеет форму логарифмической спирали, причем ее центральная точка совпадает с осью вращения ротора, а угол между касательной к спирали и ее радиус вектору лежит в пределах 60°<γ<90°. Поперечный профиль режущих элементов установленных на ротор, имеет форму дуги, причем режущие элементы установлены на ротор таким образом, что угол между хордой дуги и осью вращения лежит в пределах 0°<φ<20°. Интервал значений угла γ находится в соответствии со значением угла внешнего трения, т.е. трения грунта по материалу режущего элемента. Наклон режущего элемента на угол φ позволяет уравновесить центробежную силу и силу тяжести действующую на грунт. Если значение угла φ будет больше чем 20°, то действие центробежной силы на срезанный грунт будет приводить к преждевременному сходу грунта через верхнюю грань режущего элемента, а при значении угла φ близкому к 0°, действие силы тяжести будет приводить к преждевременному сходу грунта через нижнюю грань режущего элемента. Таким образом, указанный интервал для углов 60°<γ<90° и 0°<φ<20° позволит предотвратить преждевременный сход грунта с режущих элементов, что позволит добиться качественного удаления грунта из подтрубного пространства.
Полезная модель поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми чертежами, где на фигуре 1 изображена фронтальная проекция заявочной машины, на фигуре 2 - профильная проекция машины, на фигуре 3 - горизонтальная проекция машины, на фигуре 4 - установка режущего элемента на роторе (а. Продольный профиль; б. Поперечный профиль).
Полезная модель содержит основную раму 1, имеющую направляющие, на которые вставлены опорные ролики 2 двух тяговых тележек 3. На тяговую тележку закреплен гидроцилиндр 4, другой конец которого соединен с основной рамой. По бокам тяговой тележки шарнирно закреплены захваты 5, которые соединены между собой гидроцилиндром 6. По обе стороны основной рамы шарнирно закреплены цилиндрические роторы 7 с приводом вращения 8. Роторы соединены между собой гидроцилиндром 9. На роторах 7 установлены режущие элементы 10.
Машина работает следующим образом: Машина устанавливается на трубопровод с предварительно разведенными роторами 7, которые приводятся в рабочие положение с помощью гидроцилиндров 9. Роторы 7 приводятся во вращение по ходу движения машины с помощью привода вращения 8. Одна из тяговых тележек 3 фиксируется на трубопроводе с помощью захватов 5, приводимых в действие гидроцилиндром 6. Движение основной рамы 1 с закрепленными на ней роторами 7 осуществляется с помощью гидроцилиндра 4, который передвигает основную раму 1 по опорным роликам 2 тяговой тележки 3. После совершения рабочего хода, захваты 5 тяговой тележки разжимаются с помощью гидроцилиндров 6. С помощью гидроцилиндра 4 данная тяговая тележка возвращается в исходное положение. Затем фиксируется другая тяговая тележка и цикл повторяется.
Поступательно-вращательное движение роторов 7 позволяет режущим элементам 10 разрабатывать грунт под трубопроводом. Причем наклон вертикальной оси ротора 7 приводит к подъему и опусканию режущих элементов 10 относительно грунтового массива в процессе вращения ротора 7. При подъеме режущих элементов возникает дополнительное давление грунта на их лобовую поверхность, что повышает трение грунта о поверхность и способствует его удержанию на режущих элементах. При опускании режущих элементов давление грунта на их лобовую поверхность снижается, что способствует сходу грунта с режущих элементов. Точка максимального подъема режущих элементов, которая определяется углами наклона оси ротора, будет задавать направление отбрасывания грунта. Для предотвращения преждевременного схода грунта с режущих элементов, их продольный профиль имеет форму логарифмической спирали, а поперечный профиль - форму дуги.