Устройство для проходки скважин в грунте
DEVICE FOR DRILLING HOLES IN THE GROUND

Предлагаемое решение относится к технологии производства строительных работ, для получения скважин в грунте, и может быть использовано при бестраншейной прокладке подземных коммуникаций.
Известно реверсивное устройство ударного действия для проходки скважин в грунте по патенту РФ на полезную модель № 40337 U1, опубл. 10.09.2004, включающее корпус, размещенный в нем ударник и подвижный подпружиненный воздухораспределительный патрубок с продольным каналом и радиальным отверстием в его стенке, снабженный фиксатором, при этом воздухораспределительный патрубок имеет дополнительно радиальное отверстие в его стенке, а фиксатор выполнен в виде поджатых эластичным кольцом вкладышей, установленных в проточке воздухораспределительного патрубка с возможностью перемещения под действием сжатого воздуха, поступающего через радиальные отверстия указанного патрубка посредством контактирующей с ними эластичной оболочки, установленной в пазу воздухораспределительного патрубка над его радиальными отверстиями с возможностью податливости в радиальном направлении.
Общими признаками аналога и предлагаемого технического решения являются: корпус, размещенный в нем ударник и подвижный подпружиненный воздухораспределительный патрубок с продольным каналом, снабженный фиксатором.
Недостатком данного реверсивного устройства ударного действия для проходки скважин в грунте является фиксатор выполненный в виде поджатых эластичным кольцом вкладышей, установленных в проточке воздухораспределительного патрубка с возможностью перемещения под действием сжатого воздуха, поступающего через радиальные отверстия указанного патрубка посредством контактирующей с ними эластичной оболочки, установленной в пазу воздухораспределительного патрубка над его радиальными отверстиями с возможностью податливости в радиальном направлении. Под действием давления сжатого воздуха при работе машины указанный фиксатор должен удерживать воздухораспределительный патрубок в крайнем левом положении. Однако под действием ударной нагрузки от работы машины фиксатор выскакивает из проточки корпуса, тем самым переводя устройство в режим реверса. Данный факт значительно снижает надежность работы устройства.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности существенных признаков является реверсивное устройство для проходки скважин в грунте по авторскому свидетельству SU 1305272 A1, (ИНСТИТУТ ГОРНОГО ДЕЛА СО АН СССР), 23.04.1987, Бюл. №15 содержащее корпус, ударник, патрубок с канавкой и вкладыш в виде пластины со скошенными выступами. С целью повышения надежности работы за счет увеличения долговечности пластины, устройство снабжено обоймой, в которой размещена пластина, при этом обойма установлена на патрубке с возможностью перемещения вдоль оси устройства.
Общими признаками прототипа и предлагаемого технического решения являются: корпус, ударник, патрубок с канавкой и цилиндрическая обойма с вкладышем.
Недостатком данного реверсивного устройства для проходки скважин в грунте является надежность закрепления вкладышем патрубка в цилиндрической обойме в крайнем левом положении при работе устройства в режиме «прямой ход». Вкладыш при работе машины удерживается в верхнем положении за счет его поджатия патрубком к скошенным выступам давлением сжатого воздуха в камере рабочего хода, что является не надежным, так как при работе машины давление сжатого воздуха в камере рабочего хода в течение рабочего цикла машины изменяется, значит и сила поджатия вкладыша патрубком также изменяется и в момент её наименьшего значения может произойти выход из зацепления вкладыша и цилиндрической обоймы и переключении устройства в режим реверса (режим обратного хода). К тому же ударник наносит удары по корпусу устройства, поэтому вибрация от корпуса также может привести к выходу его из канавки цилиндрической обоймы и переключении устройства в режим реверса (режим обратного хода).
Кроме того, при значениях угла скошенного выступа менее 25 градусов, от ударной нагрузки может произойти заклинивание вкладыша в обойме и канавке патрубка. При больших значениях угла скошенного выступа при работе устройства от влияния ударных нагрузок вкладыш может выскакивать из канавки патрубка, что приведет к переключению устройства в работу на обратный ход, что снижает эффективность работы вкладыша и надежность работы устройства.
Проблема заключается в повышении эффективности работы машины посредством повышения надежности работы вкладыша, удерживающего патрубок в левом положении, при работе устройства в режиме прямого хода, за счет введения ступени на патрубке, что исключает возможность выхода вкладыша из паза цилиндрической обоймы, а также за счет ограничения угла конической поверхности цилиндрической обоймы, что способствует гарантированному срабатыванию вкладыша и беспрепятственному вхождению его в паз цилиндрической обоймы при подаче воздуха в устройство в режиме прямого хода.
Решение проблемы достигается тем, что в устройстве для проходки скважин в грунте, включающем корпус, внутри которого размещен ударник, в задней части ударника размещена камера прямого хода, соединенная с камерой обратного хода посредством отверстия и проточки в ударнике, в задней части корпуса размещен хвостовик, в котором через демпфер установлена направляющая втулка с буртом, внутри направляющей втулки размещена цилиндрическая обойма с вкладышем, в передней части цилиндрической обоймы через пружину установлен патрубок с канавкой и конусной поверхностью согласно техническому решению угол конусных поверхностей патрубка находится в диапазоне от 25° до 75°, при этом задняя часть патрубка снабжена ступенью для размещения на ней вкладыша, который выполнен с возможностью взаимодействия с конусной поверхностью патрубка.
Указанная совокупность признаков позволяет, в отличие от известных решений, избежать при работе устройства в режиме прямого хода его переключения в режим обратного хода, за счет выполнения на патрубке ступени для размещения на ней вкладыша, при этом угол конической поверхности способствует гарантированному срабатыванию вкладыша и его перемещению по конической поверхности в канавку цилиндрической обоймы при подаче энергоносителя в машину и смещении обоймы вправо.
Сущность технического решения поясняется примером конкретного исполнения устройства для проходки скважин в грунте и чертежами фиг. 1-3, где на фиг. 1 изображена конструктивная схема исполнения устройства для проходки скважин в грунте в нерабочем положении, на фиг. 2 - конструктивная схема исполнения устройства при его работе в режиме прямого хода, на фиг. 3 - конструктивная схема исполнения устройства при его работе в режиме обратного хода.
Устройство для проходки скважин в грунте (далее – устройство), состоит из корпуса 1, внутри которого размещен ударник 2. В передней части корпуса 1 и ударника 2 образована камера 3 обратного хода. В задней части ударника 2 выполнена камера 4 прямого хода, соединенная с камерой 3 обратного хода посредством отверстия 5 и проточки 6 в ударнике 2. В задней части корпуса 1 закреплен хвостовик 7. В хвостовике 7 через демпфер 8 установлена направляющая втулка 9 с упорным буртом 10. Внутри направляющей втулки 9 размещена цилиндрическая обойма 11 с пазами 12, пружиной 13, упорным буртом 14 и осевым каналом 15. При этом в передней части цилиндрической обоймы 11 через пружину 16 установлен патрубок 17 со сквозным осевым каналом 18 для подачи сжатого воздуха в камеру 4 прямого хода. Передняя большая часть патрубка 17 входит во внутреннюю часть ударника 2 образуя при этом камеру 4 прямого хода. Задняя меньшая часть патрубка 17 имеет канавку 19, конусные поверхности 20 с углом α, ступень 21 и упор 22. В паз 12 цилиндрической обоймы 11 установлен вкладыш 23 с коническими поверхностями 24 и кромкой 25, нижней частью опираясь в канавку 19 патрубка 17. В задней части цилиндрической обоймы 11 посредством гайки 26 закреплен шланг 27 для подачи сжатого воздуха.
Устройство для проходки скважин в грунте работает следующим образом. Сжатый воздух от компрессора по шлангу 27 (см. фиг. 1) подается в осевой канал 15 цилиндрической обоймы 11 и осевой канал 18 патрубка 17 в камеру 4 прямого хода. Давление сжатого воздуха в камере 4 прямого хода воздействует на переднюю большую часть патрубка 17, тем самым заставляя его сдвигаться вправо. При смещении патрубка 17 вправо его конические поверхности 20 взаимодействует с коническими поверхностями 24 вкладыша 23, перемещая его вверх по пазу 12 цилиндрической обоймы 11 до втулки 9. При этом вкладыш 23 его нижней частью встает на ступень 21 патрубка 17. Далее под действием давления воздуха в камере 4 прямого хода патрубок 17 совместно с цилиндрической обоймой 9 и вкладышем 23 смещаются вправо до тех пор, пока вкладыш 23 кромкой 25 не дойдет до упорного бурта 10 направляющей втулки 9. При этом пружины 16 и 13 немного сжимаются. Такое положение занимают детали устройства при его работе в режиме прямого хода, фиг. 2. Сжатый воздух из камеры 4 прямого хода поступает через отверстия 5 и проточку 6 ударника 2 в камеру 3 обратного хода. За счет разницы площадей ударника 2 со стороны камер обратного и прямого хода ударник 2 начинает движение вправо. Сжатый воздух продолжает во время движения поступать из камеры 4 прямого хода в камеру 3 обратного хода. После того как отверстия 5 перекроются патрубком 17 ударник 2 продолжает движение за счет расширения сжатого воздуха в камере 3 обратного хода. После того, как отверстия 5 пройдут правый торец большей части патрубка 17, происходит выхлоп сжатого воздуха из камеры 3 обратного хода в атмосферу, через отверстия 5 и каналы в демпфере 8, при этом давление в камере 3 обратного хода падает. Давлением сжатого воздуха в камере 4 прямого хода ударник 2 останавливается и начинает движение влево нанося удар по корпусу 1. За некоторое время до удара отверстия 5 вскрываются большей части патрубка 17 и сжатый воздух поступает в камеру 3 обратного хода через отверстие 5 и проточку 6 из камеры 4 прямого хода. Далее цикл повторяется. Под действием ударов ударника 2 по левой части корпуса 1 устройство продвигается в грунте, образуя за собой скважину. При прекращении подачи воздуха в устройство через шланг 27, давление в камере 4 прямого хода и камере 3 обратного хода падает, ударник 2 останавливается и детали устройства под действием пружин 13 и 16 занимают изначальное положение, как показано на фиг. 1.
Для приведения устройства в режим обратного хода необходимо при отсутствии подачи воздуха в устройство потянуть вправо за шланг 27. При этом сжимая пружину 13 цилиндрическая обойма 11, совместно с патрубком 17 и вкладышем 23 смещаются вправо до соединения упорного бурта 14 патрубка 17 с упорным буртом 10 направляющей втулки 9. Для беспрепятственного перемещения указанных деталей вправо вкладыш 23 взаимодействуя своей кромкой 25 с упорным буртом 10 направляющей втулки 9 помещается в канавку 19 патрубка 17, при этом детали занимают положение, приведенное на фиг. 3. Устройство готово к работе в режиме обратного хода. После этого не ослабляя натяжение шланга 27 в устройство подается сжатый воздух. Далее под действием сжатого воздуха в камере 4 прямого хода, детали будут удерживаться в положении, показанном на фиг.3, натяжение шланга можно ослабить. При этом сжатый воздух из камеры 4 прямого хода поступает через отверстия 5 и проточку 6 ударника 2 в камеру 3 обратного хода. За счет разницы площадей ударника 2 со стороны камер обратного и прямого хода ударник 2 начинает движение вправо. Сжатый воздух продолжает во время движения поступать из камеры 4 прямого хода в камеру 3 обратного хода. После того как отверстия 5 перекроются патрубком 17 ударник 2 продолжает движение за счет расширения сжатого воздуха в камере 3 обратного хода. За счет того, что большая часть патрубка 17 смещена вправо ударник 2 своей правой частью в конце своего хода наносит удар по хвостовику 7. После того, как отверстия 5 пройдут правый торец большей части патрубка 17, происходит выхлоп сжатого воздуха из камеры 3 обратного хода в атмосферу, через отверстия 5 и каналы в демпфере 8, при этом давление в камере 3 обратного хода падает. Давлением сжатого воздуха в камере 4 прямого хода ударник 2 начинает движение влево. По мере движения ударника влево отверстия 5 вскрываются и воздух из камеры 4 прямого хода начинает поступать в камеру 3 обратного хода. Не нанося удар по корпусу 1 ударник 2 останавливается и начинает движение вправо. Цикл повторяется. Под действием ударов ударника 2 по хвостовику 7 устройство продвигается в грунте в режиме обратный ход по предварительно образованной скважине, на фиг. 3 вправо.
Для возвращения устройства в режим прямого хода необходимо перекрыть подачу сжатого воздуха в устройство через шланг 27, при этом детали устройства под действием пружин 13 и 16 вернутся в положение, представленное на фиг. 1. После возобновления подачи воздуха в устройство оно начнет работу в режиме прямого хода по первому описанному варианту, см. фиг. 2.