ВИНТОВОЙ РАБОЧИЙ ОРГАН
HELICAL WORKING ORGAN

Изобретение относится к области строительства, а именно к конструкциям винтовых рабочих органов, используемых для крепления в грунте, глубинном уплотнении, а также в качестве тяговых элементов в устройствах для разработки непрочных грунтов.
Известен винтовой рабочий орган для разработки мерзлого грунта (А.С. №1078004, МПК: E02F 5/30, опубликовано: 07.03.1984 г.), включающий приводную штангу с винто - лопастным наконечником и охватывающий штангу скалывающий инструмент, скалывающий инструмент выполнен в виде шнековой лопасти, которая закреплена внутренней кромкой на штанге, сопряжена с винтовой лопастью наконечника и имеет переменный шаг, увеличивающиеся в сторону от наконечника.
Известен винтовой анкер (А.С. №1216285, МПК: E02D 5/56, опубликовано: 07.03.1986 г.), включающий цилиндрический ствол с коническим наконечником и прикрепленную к стволу винтовую лопасть, нижняя часть которой размещена на наконечнике, также на наконечнике размещена часть лопасти в пределах 2/3-3/4 ее витка.
Недостатками вышеуказанных изобретений являются значительное разрушение грунта при использовании конусного профиля рабочего органа, что приводит к низкой эффективности при работе на непрочных грунтах, а при использовании на более прочных грунтах к повышению энергоемкости процесса завинчивания винтового рабочего органа.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является винтовой анкер (А.С. №12419, МПК: E02F 5/30, E02D 5/56, опубликовано: 10.01.2000 г.), включающий цилиндрическую штангу, наконечник и винтовую лопасть, выполненную с диаметром, увеличивающимся снизу вверх, а наконечник и винтовая лопасть выполнены с тороидальным или параболическим профилем, соотношение максимального диаметра винтовой лопасти и диаметра штанги составляет от 1,5 до 2,5.
Недостатком данного устройства является нарушение целостности грунта в контактном объеме, что в свою очередь ведет к снижению несущей способности, и увеличению энергоемкости процесса внедрения винтового рабочего органа.
Задача настоящего изобретения заключается в повышении несущей способности, и снижении энергоемкости процесса внедрения винтового рабочего органа.
Техническим результатом является повышение прочности грунта благодаря равномерному распределению и уплотнению грунта в стенки скважины и вдоль винтового рабочего органа.
Поставленная задача достигается тем, что в винтовом рабочем органе, включающим в себя цилиндрическую штангу с наконечником и винтовую лопасть с диаметром, увеличивающимся снизу вверх и размещенную на штанге и наконечнике, а винтовая лопасть и наконечник выполнены с тороидальным профилем, согласно заявляемому техническому решению, радиус тороидальной поверхности наконечника и диаметр штанги выбраны из соотношения R/D=5, а соотношение длины тороидального наконечника и диаметра штанги составляет h/D=1,85,
где: R - радиус тороидальной поверхности наконечника,
D - диаметр штанги,
h - длина тороидального наконечника.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежом: фиг.1 - винтовой рабочий орган, где позициями обозначены: 1 - цилиндрическая штанга, 2 - винтовая лопасть тороидального профиля, 3 - тороидальный наконечьник.
Винтовой рабочий орган включает в себя цилиндрическую штангу 1, с тороидальным наконечником 3, на котором расположена винтовая лопасть с тороидальным профилем 2, которая расположена как на тороидальном наконечнике 3 так и на цилиндрической штанге 1. Винтовой рабочий орган (фиг.1) выполнен в определенных соотношениях радиуса тороидальной поверхности наконечника (R) 3 и диаметра штанги (D) 1 которое составляет R/D=5, а также длины тороидального наконечника (h) и диаметра штанги (D)1 которое составляет h/D=1,85. Например, при диаметре штанги 1 равной D=40 мм радиус тороидальной поверхности наконечника 3 будет равен R=200 мм, а длина тороидального наконечника 3 равна h=74 мм.
Работа устройства осуществляется следующим образом. Под действием крутящего момента и приложенного усилия винтовой рабочий орган (фиг.1), имеющий тороидальный наконечник 3, с помощью винтовой лопасти тороидального профиля 2 завинчивается в грунт. При этом благодаря обтекаемым формам наконечника 3 и профиля винтовой лопасти 2, а также экспериментально полученным соотношениям: радиуса тороидальной поверхности наконечника и диаметра штанги, длины тороидального наконечника и диаметра штанги, предоставленные в таблице 1, грунт наиболее равномерно распределяется и уплотняется в стенки скважины и вдоль тела рабочего органа.
Таблица 1.
Соотношение
Рзадавл(Н)
R/D; h/D
3.12; 1,85
192.78
R/D; h/D
3.75; 1,85
106.19
R/D; h/D
5; 1,85
81.88
R/D; h/D
7.5; 1,85
91.35
R/D; h/D
12.5; 1,85
87.54
Из таблицы 1. следует, что наиболее рациональным соотношением является R/D=5; h/D=1,85, так как при нем усилие на задавливание наименьшее.
Таким образом, за счет сохранения целостности грунта в зоне контакта и равномерном его уплотнении увеличивается несущая способность винтового рабочего органа и происходит снижение энергоемкости процесса внедрения винтового рабочего органа.