УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОГРУЖЕНИЯ ТРУБ В ГРУНТ

Устройство для погружения труб в грунт
Предполагаемая полезная модель относится к области строительной техники и предназначена для погружения и затягивания в грунт труб различного назначения (трубопроводов, свай, кожухов и т.п.).
Известны устройства для забивания труб в грунт, включающие ударный механизм и передаточное звено (переходник), которое передает энергию удара от ударного механизма трубе. При этом переходник может быть выполнен в виде втулки (см. а.с. СССР № 607902, E02F 5/18, БИ № 19, 1978) или в виде составной втулки с внутренними и внешними коническими поверхностями, которая выполнена из дисков, скрепленных крепежными элементами (см. а.с. СССР № 1097762, E02F5/18, БИ № 22, 1984).
Известные устройства обладают следующими недостатками. Энергия удара передается непосредственно на торец забиваемой трубы и концентрируется на малой площади, причем передача
удара происходит жестко. Это приводит к разрушению конца трубы и не позволяет забивать неметаллические трубы, а также осложняет забивание металлических из-за технологически недопустимых деформаций торца. К тому же, переходники сложны для выполнения. При забивании труб этими устройствами генерируется большой шум, то есть ухудшаются условия труда и нарушаются требования экологии. Кроме того, передача удара через задний торец трубы приводит к тому, что ударный импульс, проходя по всей ее длине, существенно гасится, а это значительно снижает возможность забивания длинных труб и труб большого диаметра.
Наиболее близким аналогом по технической сущности и достигаемому результату является устройство для забивания труб (см. проспект фирмы FRANKIPFAHL BAUGESELLSCHAFT М.В.Н. - копия прилагается), содержащее ударный механизм (копер) со свободно падающей бабой, которая одновременно является ударником и рабочим органом, закрепленной на тросе и наносящей удары по переходник  -ьшолненному в виде пробки из сухого бетона или гравия, размещенной в забиваемой трубе.
При забивании труб этим устройством передача удара происходит менее жестко, чем через металлический переходник, так как ударный импульс передается трубе через сыпучий материал по большой площади боковой поверхности пробки. При этом удар передается практически напрямую внедряемому в грунт переднему торцу трубы без потерь по ее длине, что гораздо более эффективно, чем через ее задний торец. За счет передачи удара через сыпучий материал переходника шум, возникаюш;ий при забивании, в значительной мере гасится.
Такое решение имеет следующие недостатки. Непосредственная передача удара от бабы переходнику, выполненному из сыпучего материала, позволяет забивать только трубы с внутренним диаметром, близким к диаметру бабы. Из-за отсутствия направляющих, центрируюших ударник соосно забиваемой трубе, ударник раскачивается и контактирует со стенками трубы, что не позволяет забивать неметаллические трубы в связи с возможностью их повреждения. Устройство позволяет забивать трубы только вертикально вниз и не может забивать их наклонно или горизонтально, поскольку ударник (баба) совершает рабочий ход (падает) под действием
собственного веса, а не принудительно. Кроме того, отсутствует возможность затягивания труб в грунт.
Технической задачей, решаемой предполагаемой полезной моделью, является расширение области применения, то есть достижениевозможности погружать трубы различных
поперечных размеров, изготовленные из различных материалов, не только вертикально, но и наклонно, и горизонтально, и затягивать их в грунт. Задача решается за счет введения жесткого промежуточного элемента, ограничиваюш;его переходник в осевом направлении и передающего удар от рабочего органа переходнику, устранения контакта ударника с забиваемой трубой и возможности размещения переходника позади ударного механизма.
Поставленная задача решается тем, что устройство для погружения труб в грунт, содержащее ударный механизм с ударником и рабочим органом и переходник, выполненный из сыпучего материала и размещенный в забиваемой трубе, ограничивающей переходник в радиальном направлении, предлагается снабдить поршнем, ограничивающим переходник в осевом направлении и установленным в забиваемой трубе с возможностью взаимодействия с рабочим органом. Поршень
исключает прямой контакт рабочего органа с сыпучим материалом переходника и обеспечивает передачу ударной нагрузки на всю поверхность переходника независимо от поперечного размера и конфигурации рабочего органа. За счет этого появляется возможность использовать для погружения труб в грунт ударный механизм, ударник которого размещен внутри него, например, отбойный молоток. Ударник такого механизма не контактирует с забиваемой трубой и не повреждает ее, что позволяет забивать неметаллические трубы. Помимо этого, ударник такого механизма совершает рабочий ход принудительно, а не под действием собственного веса, что обеспечивает возможность погружать трубы не только вертикально вниз, но и горизонтально, и наклонно. Поскольку диаметр поршня может отличаться от диаметра рабочего органа, то становится возможным забивание труб с внутренним диаметром как большим, так и меньшим диаметра рабочего органа. Кроме того, наличие поршня дает возможность размешать переходник позади ударного механизма при сохранении направления ударов вперед по оси устройства, а это позволяет осуществлять затягивание труб в грунт за
движущимся вперед ударным механизмом. Все это расширяет область применения устройства.
Поршень может быть неподвижно соединен с рабочим органом. Это повышает эффективность передачи удара от рабочего органа переходнику.
Поршень может быть снабжен неподвижно соединенным с ним удлинителем, который охвачен переходником. Это облегчает фиксацию и центрирование рабочего органа самоходных ударных устройств (пневмопробойников) в забиваемой трубе, поскольку происходит обжатие удлинителя в переходнике.
Рабочий орган может быть охвачен переходником. Это также облегчает фиксацию и центрирование рабочего органа относительно забиваемой трубы, что важно при использовании самоходных ударных устройств (пневмопробойников) в качестве ударного механизма. К тому же значительно уменьшаются продольные габариты устройства, что повышает удобство его применения в стесненных условиях прокладки подземных переходов.
Переходник может быть размещен позади ударного механизма, хвостовая часть которого соединена с удлинителем
поршня. Это позволяет осуществлять затягивание труб в грунт за движущимся впереди пневмопробойником.
Сущность предполагаемой полезной модели иллюстрируется примерами конкретного выполнения и чертежами, где на:
-фиг. 1 изображен общий вид устройства для погружения труб в грунт с поршнем в виде диска;
-фиг. 2 - то же с поршнем грибообразной формы;
-фиг. 3 - то же с поршнем, выполненным  заодно с рабочим органом ударного механизма;
-фиг.4 - то же с поршнем, снабженным удлинителем, который охвачен переходником;
-фиг. 5 - то же с рабочим органом ударного механизма, охваченным переходником;
-фиг.6 - общий вид устройства для затягивания труб в грунт.
Предлагаемое устройство для погружения труб (металлических, пластмассовых, асбоцементных, кожухов, свай и т.п.) в грунт состоит из ударного механизма 1 (фиг.1, это могут быть известные реверсивные и нереверсивные пневмопробойники, отбойные молотки и бетоноломы с пневматическим и другими видами приводов, дизель-молоты и
т.п.), внутри которого с возможностью принудительного осевого перемещения по направляющим, например, внутри корпуса ударного механизма 1, установлен ударник 2, взаимодействующий с рабочим органом 3. Далее вперед по оси устройства размещен порщень 4, ограничивающий сзади в осевом направлении переходник 5, выполненный из сыпучего материала, например, песка или грунта. Переходник 5 размещен внутри забиваемой трубы 6, ограничивающей его в радиальном направлении. Поршень 4 выполнен в виде диска с углублением для упора торца рабочего органа 3. Поршень 4 может быть неподвижно соединен с рабочим органом 3. Пеподвижность соединения может быть обеспечена путем заклинивания рабочего органа 3 в отверстии поршня 4 (фиг.2), путем выполнения поршня 4 заодно с рабочим органом 3 (фиг.З) или иным способом, например, сваркой. При использованиисамоходногоударногоустройства
(пневмопробойника) в качестве ударного механизма 1 роль рабочего органа 3 выполняет корпус пневмопробойника (фиг.2, 46). Поршень 4 может бьггь выполнен фибообразной формы (фиг.2) с коническим отверстием в части меньшего диаметра, при этом угол наклона образующей конического отверстия меньше
угла самозаклинивания, за счет чего рабочий орган 3 ударного механизма 1 неподвижно установлен (заклинен) в коническом отверстии. В последнем случае ударный механизм 1 размещен внутри трубы 6, а его хвостовая часть 7 установлена в центрирующей опоре 8. Поршень 4 может быть выполнен также в виде плоского кольца (фиг. 5). С поршнем 4 может быть неподвижно соединен удлинитель 9 (фиг.4). Неподвижная связь поршня 4 и удлинителя 9 может быть осуществлена путем выполнения их заодно (фиг.4) или путем закрепления. При наличии удлинителя 9 нет необходимости использовать центрирующую опору 8, воспринимающую силу отдачи, так как ее функции выполняет удлинитель 9, и, кроме этого, уменьшается требуемая длина переходника 5 и, соответственно, габариты устройства. В общем случае длина переходника 5 должна быть не менее 5-6 его диаметров. Если переходник 5 имеет кольцевое поперечное сечение (фиг.4-6), то его длина может быть уменьшена за счет уменьшения объема сжимаемого сыпучего материала и соответствующего роста напряжений. Если непосредственно рабочий орган 3 установить так, чтобы он охватывался переходником 5 (фиг.5), ограниченным поршнем 4,
то функцию удлинителя 9 выполняет сам рабочий орган 3 и это, помимо уменьшения габаритов, упрощает всю конструкцию, создавая в работе тот же положительный эффект. Размещение переходника 5 позади ударного механизма 1, хвостовая часть которого соединена с удлинителем 9 поршня 4, охватываемым переходником 5 (фиг.6), позволяет затягивать трубы 6 в грунт.
При вертикальном и наклонном забивании больших труб 6 и, соответственно, при использовании тяжелых ударных механизмов 1, например, дизель-молотов, последние могут устанавливаться на копре (на фиг. копер не показан).
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
В трубу 6 помещают переходник 5 (фигЛ-3), выполненный из сыпучего материала, затем устанавливают поршень 4, по которому через рабочий орган 3 ударного механизма 1 наносят удары ударником 2 (фиг.1), движущимся принудительно в осевом направлении внутри указанного ударного механизма 1. Под воздействием осевых ударов поршень 4 сжимает переходник 5 в осевом направлении. Поскольку сыпучий материал переходника 5 в радиальном направлении ограничен внутренней поверхностью трубы 6, то эффект
дилатансии приводит к возникновению значительных радиальных сил бокового раснора и, соответственно, значительных сил трения, распределенных но внутренней боковой поверхности трубы 6. Благодаря этому удары через переходник 5 передаются на боковую поверхность трубы 6 и она перемещается в грунте в направлении удара. Стабильное состояние переходника 5 обеспечивается подпором грунта, поступающего во внутреннюю полость трубы 6 через ее открытый передний торец. Силы отдачи, возникающие при работе ударного механизма 1, могут восприниматься усилием рабочего-оператора (фиг.1, 3 - оператор на фиг. не показан), установленной враспор в трубе 6 центрирующей опорой 8 (фиг.2), а также удлинителем 9 (фиг.4), или рабочим органом 3 (корпусом ударного механизма 1 - фиг. 5 и 6) благодаря силам трения по их боковой поверхности, возникающим за счет обжатия сыпучим материалом переходника 5 (фиг.4, 5) или грунтом (фиг.6).
В случаезабивания тонкостенных,особенно
неметаллических, труб 6, которые могут быть повреждены значительными радиальными силами бокового распора, рекомендуется монтировать снаружи трубы 6 в месте
размещения переходника 5 бандаж 10, предотвращающий ее разрущение (фиг. 1).
Для затягивания труб 6 в грунт удлинитель 9 порщня 4 присоединяют к хвостовой части 7 ударного механизма I, фактически к хвостовой части рабочего органа 3 (фиг.6). При этом ударный механизм 1, перемещаясь в грунте, затягивает трубу 6 за собой в грунт. Стабильное состояние сыпучего материала переходника 5 обеспечивается грунтом, поступающим во внутреннюю полость трубы 6 (фиг.6).
Из выщеприведенного описания ясно, что предлагаемое техническое рещение позволяет расщирить возможности использования устройства, то есть  трубы 6 различных поперечных размеров, изготовленные из различных материалов, не только вертикально, но и наклонно, и горизонтально, и затягивать их в грунт.