ГРУНТОЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО ЗЕМСНАРЯДА

Предполагаемая полезная модель относится к гидромеханизации и предназначена для разработки сапропеля, торфа, глины и песчано-илистых грунтов.
Известно грунтозаборное устройство землесосного снаряда, включающее осевой шнековый насос, шнек которого выполнен цилиндрическим, установленный с ним на одном валу разрыхлитель, выполненный в виде расширяющегося к забою конического шнека, и конический всасывающий наконечник (авторское свидетельство СССР №1609888, кл. E02F 3/88, 12.01.89 и авторское свидетельство СССР №1744207, кл. E02F 3/88, 16.01.90). Известное грунтозаборное устройство обеспечивает забор донного сапропеля естественной влажности без дополнительного разбавления его водой, что является его важнейшим положительным качеством. Недостатком известного устройства является узкий фронт разрабатываемого грунта, равный диаметру всасывающего наконечника. Это увеличивает количество холостых ходов земснаряда при траншейном способе разработки залежи сапропеля и уменьшает коэффициент его использования по времени, что снижает среднюю эксплуатационную производительность земснаряда по грунту.
Известно грунтозаборное устройство земснаряда для разработки илистых грунтов, содержащее трубу с наконечником, прикрепленный к нему перпендикулярно к его продольной оси кожух и установленный концами в кожухе приводной вал со смонтированными на нем параллельно друг другу дисковыми ножами, шнековые уширители, смонтированные на концах приводного вала по обе стороны от дисковых ножей, отражатель-экран, жестко закрепленный на кожухе с наружной стороны наконечника (патент РФ №2001999, кл. E02F 3/88, 02.10.91). Известное устройство увеличивает ширину фронта разрабатываемого грунта по сравнению с выше рассмотренными конструкциями благодаря применению шнековых уширителей. Недостатком устройства является его чрезмерная сложность и малая высота фронта разрабатываемого грунта, не превышающая диаметра шнека при разработке илистых грунтов с высокой вязкостью. Это увеличивает количество холостых ходов при траншейной разработке залежи сапропеля и снижает коэффициент использования земснаряда по времени. Также при разработке илистых грунтов с высокой вязкостью происходит залипание шнеков грунтом, и процесс грунтозабора прекращается. Аналогично этому невозможна работа на грунтах с растительностью, так как растительность наматывается на шнеки и забивает их. Это все приводит к снижению средней эксплуатационной производительности земснаряда по грунту.
Известно и принято за прототип грунтозаборное устройство земснаряда, включающее всасывающую трубу с наконечником, шарнирно установленную на корпусе (см. Краковский И.И. Суда технического флота. - Л.: Судостроение, 1968. Рисунок 8 на с.18). Устройство конструктивно проще выше рассмотренных аналогов. Недостатком же известного грунтозаборного устройства является низкая производительность при разработке вязко-пластичных грунтов и малая площадь сечения разрабатываемого в траншее грунта, что увеличивает количество холостых ходов при траншейной разработке залежи грунта и снижает коэффициент использования по времени. А это приводит к снижению средней эксплуатационной производительности земснаряда.
Решаемая предполагаемой полезной моделью задача - повышение средней эксплуатационной производительности земснаряда по грунту.
Технический результат, который может быть получен при реализации заявляемого устройства - улучшение забора вязкопластичного грунта путем его отрезания от массива и транспортирования в зону всасывания и увеличение площади сечения разрабатываемого в траншее грунта с целью уменьшения количества холостых ходов земснаряда и повышения его коэффициента использования по времени.
Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата известное грунтозаборное устройство земснаряда, включающее всасывающую трубу с наконечником, согласно предлагаемому решению снабжено шнековым питателем, включающим лоток с не менее чем двумя шнеками, установленный перпендикулярно продольной оси трубы.
Возможны дополнительные варианты осуществления заявляемого устройства, в которых целесообразно, чтобы:
- каждый шнек был выполнен с противоположной нарезкой по концам;
- шнеки были установлены с взаимным зацеплением нарезок на их концах;
- шнеки были снабжены режущими элементами, установленными на гребнях нарезки;
- шнеки были снабжены режущими элементами, установленными на их ступицах перед всасывающим зевом наконечника;
- нарезки шнеков по соответствующим концам были выполнены одного направления, а шнеки имели одностороннее вращение;
- нарезки шнеков по соответствующим концам были выполнены противоположного направления, а шнеки имели противоположное вращение;
- лоток был снабжен радиальными режущими элементами, входящими в вырезы на гребнях нарезки шнеков;
- кромки лотка были снабжены аксиальными режущими элементами;
- лоток был установлен на трубе шарнирно с помощью пантографа;
- шнеки были снабжены радиальными режущими элементами, сопряженными с соответствующими вырезами на гребнях нарезки противоположных шнеков;
- шнеки были выполнены в виде фрезерных роторов;
- лоток был снабжен опорными роликами;
- лоток был снабжен опорными пластинами;
- лоток был снабжен опорно-тянущими катками;
- лоток был снабжен соплами для размыва грунта;
- внутри всасывающей трубы был установлен осевой насос;
- наконечник был выполнен коническим с расположенным внутри него грунтозаборным шнеком;
- всасывающий зев наконечника был выполнен в виде щели, установленной большей осью перпендикулярно к продольным осям шнеков;
- ножи фрезерных роторов были снабжены сменными зубьями;
- опорно-тянущие катки были снабжены грунтозацепами;
- сопла были установлены по краям лотка;
- сопла были установлены по нижней кромке лотка.
Указанные преимущества, а также особенности предполагаемой полезной модели поясняются вариантами его осуществления со ссылками на чертежи: на фиг.1 показан боковой вид грунтозаборного устройства (вариант 1); на фиг.2 - боковой вид грунтозаборного устройства (вариант 2); на фиг.3 - боковой вид грунтозаборного устройства (вариант 3); на фиг.4 - разрез А-А (вариант 1) на фиг.1; на фиг.5 - разрез А-А (вариант 2) на фиг.1; на фиг.6 - вид Б (вариант 1) на фиг.1; на фиг.7 - вид Б (вариант 2) на фиг.1; на фиг.8 - вид Б (вариант 3) на фиг.1; на фиг.9 - вид Б (вариант 4) на фиг.1; на фиг.10 - вид Б (вариант 5) на фиг.1; на фиг.11 - вид Б (вариант 6) на фиг.1; на фиг.12 - вид Б (вариант 7) на фиг.1; на фиг.13 - вид В (вариант 1) на фиг.2; на фиг.14 - вид В (вариант 2) на фиг.2; на фиг.15 - узел Г (вариант 1) на фиг.1; на фиг.16 - узел Г (вариант 2) на фиг.1; на фиг.17 - узел Г (вариант 3) на фиг.1; на фиг.18 - узел Г (вариант 4) на фиг.1.
Грунтозаборное устройство земснаряда включает всасывающую трубу 1 с наконечником 2, шнековый питатель, включающий лоток 3 с шнеками 4, установленный перпендикулярно продольной оси трубы. Каждый шнек 4 выполнен с противоположной нарезкой 5 и 6 по концам. Шнеки могут быть установлены с взаимным зацеплением нарезок 5 и 6 (фиг.7, 8, 11, 13, 14). Шнеки 4 могут быть снабжены режущими элементами 7, установленными на гребнях нарезки 5 и 6 (фиг.9). Шнеки 4 могут быть снабжены режущими элементами 8, установленными на ступицах шнеков перед всасывающим зевом наконечника 2 (фиг.5). Когда нарезки шнеков 5 и 6 по соответствующим концам выполнены одного направления, то вращение их в одну сторону обеспечивается цепной передачей 9 (фиг.6, 7, 9, 10, 11, 12 13). Когда нарезки шнеков 5 и 6 по соответствующим концам выполнены противоположного направления, то их противоположное вращение обеспечивается зубчатой передачей 10 (фиг.8, 14). Лоток 3 может быть снабжен радиальными режущими элементами 11, входящими в вырезы 12 на гребнях нарезки 5 и 6 шнеков 2 (фиг.10). Кромки лотка 3 могут быть снабжены аксиальными режущими элементами 13 (фиг.1, 15, 16, 17). Лоток 3 может быть установлен на трубе 2 шарнирно с помощью пантографа 14 (фиг.3). Шнеки 4 могут быть снабжены радиальными режущими элементами 15, сопряженными с вырезами 16 на гребнях нарезки 5 и 6 (фиг.11). Шнеки 4 могут быть выполнены в виде фрезерных роторов 17 (фиг.12). Лоток 3 может быть снабжен опорными роликами 18 (фиг.15) или опорными пластинами 19 (фиг.16). Лоток 3 может быть снабжен опорно-тянущими катками 20, которые приводятся во вращение приводом 21 через передачу 22 (фиг.17). Катки 20 могут быть снабжены грунтозацепами 23 (фиг.1). Лоток 3 может быть снабжен соплами 24 для размыва грунта (фиг.5, 18). Сопла могут быть установлены по нижней кромке лотка 3 на коллекторе 25, к которому подводится вода на размыв грунта по трубе 26 (фиг.18), а также по краям лотка (фиг.5). Внутри всасывающей трубы 2 может быть установлен осевой насос 27 (фиг.5). Наконечник 2 может быть выполнен коническим с расположенным внутри него грунтозаборным шнеком 28 (фиг.5). Всасывающий зев наконечника 2 может быть выполнен в виде щели 29, установленной большей осью перпендикулярно к продольным осям шнеков (фиг.12). Ножи фрезерных роторов 17 могут быть снабжены сменными зубьями 30 (фиг.12). Шнеки 4 могут приводиться во вращение приводом 31, который может быть установлен на лотке 3. Всасывающая труба 1 может быть соединена с корпусным грунтопроводом 32 гибким соединением 33. Опускание трубы 1 в рабочее положение осуществляется устройством 34. Корпусный грунтопровод 32 может быть соединен с корпусным грунтовым насосом 35 динамического или объемного типа или с пневмонасосом.
Грунтозаборное устройство земснаряда работает следующим образом. При перемещении земснаряда вперед (на фиг.1, 2 и 3 показано стрелкой), вместе с ним двигается и грунтозаборное устройство. Включается привод 31, который, например, через цепную передачу, приводит во вращение верхний шнек 4, а через цепную передачу 9 или зубчатое зацепление 10 - нижний шнек. При вращении шнеков 4 и одновременном их перемещении с земснарядом вперед происходит непрерывное отрезание грунта от массива впереди шнеков, и грунт поступает в межвитковое пространство нарезки шнеков. Нарезкой шнеков 4 грунт перемещается по лотку 3 к всасывающему зеву наконечника 2. Из наконечника 2 грунт поступает во всасывающий грунтопровод 1, затем по соединению 33 и корпусному грунтопроводу 32 в насос 35. Насосом 35 грунт транспортируется к месту складирования. Изменение положения грунтозаборного устройства по высоте слоя залежи грунта в процессе грунтозабора осуществляется устройством 34. Наличие двух и более шнеков 4 увеличивает высоту, по которой отрезается грунт от массива и, следовательно, площадь грунтозабора за один проход земснаряда вперед. Это снижает количество холостых ходов и повышает среднюю эксплуатационную производительность земснаряда.
Благодаря противоположной нарезке 5 и 6 по концам каждого шнека 4 осуществляется транспортирование отрезанного от массива грунта при вращении шнека от его концов к центру, что дает возможность увеличить ширину, по которой отрезается грунт от массива, и уменьшить количество холостых ходов, то есть увеличить коэффициент использования земснаряда по времени. Кроме того, это уменьшает расстояние транспортирования грунта от места отделения от массива до всасывающего зева наконечника 2 и, следовательно, его потери вследствие уноса, что способствует повышению технической производительности земснаряда.
При разработке липких грунтов может происходить залипание грунта в межвитковом пространстве нарезки шнеков 4, что уменьшает или даже исключает перемещение отрезанного грунта к всасывающему зеву наконечника 2. При разработке грунтов, заросших растительностью (особенно торфа) может происходить наматывание стеблей на втулку шнеков 4, что снижает межвитковое пространство нарезки. Это также уменьшает или даже исключает перемещение отрезанного грунта к всасывающему зеву наконечника 2. Для исключения указанных явлений шнеки 4 устанавливаются с взаимным зацеплением нарезок 5 и 6 (фиг.7, 8, 11, 13, 14). При этом нарезки шнеков взаимно очищают поверхности втулок соседних шнеков.
Это уменьшает время на очистку грунтозаборного устройства и повышает коэффициент использования земснаряда по времени.
При разработке засоренных грунтов шнеки 4 снабжают режущими элементами 7 (фиг.9), установленными на нарезке шнеков 5 и 6. При этом на втулках противоположных шнеков устанавливаются также режущие элементы, которые совместно с элементами 7 работают как гильотины, перерубая попавшие в шнеки корни или древесину. Это снижает время на очистку грунтозаборного устройства и повышает коэффициент его использования по времени. Для этой же цели могут быть применены режущие элементы 8, установленные перед всасывающим зевом наконечника 2 (фиг.5) и радиальные режущие элементы 11, установленные на лотке 3 и входящие в вырезы 12 на нарезке шнеков 4 (фиг.10).
Нарезки 5 и 6 соседних шнеков 4 могут быть выполнены одного направления (фиг.6, 7, 9, 10, 11, 12, 13) при разработке вязкопластичных грунтов высокой вязкости или торфа. В этом случае происходит перемалывание грунта перемещающимися навстречу друг другу поверхностями нарезок 5, 6 соседних шнеков, что обеспечивает его измельчение и перемешивание и более равномерное поступление в наконечник 2 и повышает производительность земснаряда.
Нарезки 5 и 6 соседних шнеков 4 могут быть выполнены противоположного направления (фиг.8, 14) при разработке вязкопластичных грунтов высокой текучести. В этом случае снижается разбрызгивание грунта при поступлении его в лоток 3 и уменьшает его унос из зоны всасывания, что повышает производительность земснаряда.
При разработке вязкопластичных грунтов высокой вязкости или торфа кромки лотка 3 могут быть снабжены аксиальными режущими элементами 13 (фиг.1, 15, 16, 17). Режущие элементы 13 подрезают разрабатываемый слой грунта и снижают нагрузки при перемещении земснаряда в сторону забоя, что увеличивает скорость разработки и производительность земснаряда.
При разработке вязкопластичных грунтов высокой текучести лоток 3 может быть снабжен соплами 24 для размыва грунта. Сопла 24 могут быть установлены на нижней кромке лотка 3 (фиг.18) или на боковых кромках (фиг.5). Струи воды, вытекающие из сопел 24, врезаются в толщу грунта, отделяя забираемый грунт от массива. Отделенный от массива грунт забирается шнеками 4 и подается в наконечник 2. Благодаря действию струй воды на грунт он получает дополнительное течение в сторону лотка 3, что повышает производительность земснаряда.
При разработке грунтов высокой вязкости с развитой корневой системой растительности или торфа шнеки могут быть выполнены в виде фрезерных роторов 17 (фиг.12). Фрезерные роторы 17 выполнены в виде ленточной спиральной фрезы, которая эффективно срезает стружки грунта от массива и перемещает их в сторону наконечника 2. Фреза легко справляется с корневой системой или переплетениями растительности в торфе. Это увеличивает производительность земснаряда. Ножи фрезу могут быть снабжены сменными зубьями 30 (фиг.12), что значительно повышает эффективность резания грунтов с развитой растительностью и повышает производительность земснаряда.
При увеличении угла наклона трубы 1 к горизонту в процессе подводного грунтозабора, уменьшается высота проекции лотка 3 на грудь забоя, что снижает площадь сечения разрабатываемого грунта и увеличивает количество холостых ходов земснаряда. Для поддержания постоянного значения высоты проекции лотка 3 на грудь забоя и снижения количества холостых ходов необходимо лоток держать всегда вертикально, независимо от угла наклона трубы 1. Это достигается установкой лотка 3 шарнирно на трубе 1 и применением пантографа 14 (фиг.3).
При разработке слоя вязкопластичного грунта или торфа для исключения попадания подстилающего этот слой песчаного или иного нетоварного грунта в грунтозаборное устройство лоток 3 может опираться на каток 18 (фиг.15). Каток 18 исключает зарывание грунтозаборного устройства в подстилающие нетоварные грунты, что повышает производительность земснаряда по товарному грунту. Для этой же цели может быть использована опорная пластина 19 (фиг.16), когда подстилающие грунты имеют низкую держащую способность.
Лоток 3 может быть снабжен опорно-тянущими катками 20 (фиг.17), которые не только исключает зарывание грунтозаборного устройства в подстилающие нетоварные грунты, но и тянут с помощью привода 21 и передачи 22 грунтозаборное устройство вперед к массиву грунта, обеспечивая непрерывный грунтозабор, что повышает производительность земснаряда. Для повышения тянущего усилия катки 20 могут быть снабжены грунтозацепами 23. Грунтозацепы 23 внедряются в грунт и не допускают проскальзывания катков 20 по поверхности подстилающего грунта.
При разработке вязкопластичных грунтов высокой вязкости в трубе 1 может быть установлен осевой насос 27 (фиг.5), например, шнековый, который транспортирует грунт естественной влажности, например, сапропель, к насосу объемного типа 35. В этом случае осуществляется забор грунта без разбавления его водой, что повышает производительность земснаряда по грунту. Для подачи грунта на лопасти шнекового насоса наконечник 2 может быть выполнен коническим, а внутри него установлен грунтозаборный шнек 28. Шнек 28 захватывает грунт, подаваемый шнеками 4, и подает его в шнековый насос 27. Благодаря принудительному подводу грунта в наконечник 2 и на насос 27 обеспечивается разработка грунта естественной влажности без дополнительного разбавления его водой, что повышает производительность земснаряда по грунту.
При разработке глины и торфа отрезанный от массива грунт перемешивается шнеками 4 с водой и подается по лотку 3 к наконечнику 2 в виде водогрунтовой смеси, откуда она засасывается во всасывающую трубу 1. Для создания условий подачи грунта в наконечник 2 по всей высоте лотка 3, всасывающий зев наконечника 2 может быть выполнен в виде щели 29 (фиг.12), установленной большей осью перпендикулярно к продольным осям шнеков 4 или фрезерных роторов 17. В этом случае грунтозабор осуществляется по всей высоте лотка 3, что снижает унос грунта и увеличивает производительность земснаряда.