ШАТАЛИН, Сергей Дмитриевич (ул. Белецкого, 50/3/44 Минск, 7 Minsk, 220117, BY)
ШАТАЛИН, Сергей Дмитриевич (ул. Белецкого, 50/3/44 Минск, 7 Minsk, 220117, BY)
| ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ бестраншейной прокладки коммуникаций в грунте, со- гласно которому в грунтовом массиве перемещают наковальню приложе- нием к ней ударной нагрузки от ударной системы, с помощью наковальни образуют скважину путем ударного уплотнения грунта, о тл и ч а ю - щ и й с я тем, что наковальня является незакрепленной частью ударной системы с возможностью свободного внедрения в грунт при ударе. 2. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с тем, что следом в обра- зованной скважине перемещают прокладываемый корпус коммуникации, к которому прикладывают усилие для его перемещения вслед за рабочим органом 3. Способ по п.2, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что изменение на- правления образования скважины происходит за счет отклонения корпуса ударной системы от оси корпуса коммуникации на угол до 25°. 4. Способ по п. 3, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что отклонение корпуса ударной системы происходит с помощью отклоняющей системы опирающейся на внутреннюю поверхность прокладываемого корпуса коммуникации или наружного корпуса ударной системы. 5. Устройство для бестраншейной прокладки коммуникаций в грун- те. включающее наковальню, полый корпус с задним торцом и размещен- ным в нем бойком, разделяющим полость корпуса на рабочую и разгон- ную камеры, и системой для подачи сжатого воздуха в рабочую камеру, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что в переднем торце корпуса расположена наковальня жестко незакрепленная с корпусом, с возможностью горизон- тального перемещения внедряемой части наковальни вне корпуса, а к зад- нему торцу примыкает захват с устройством взвода бойка в рабочее поло- жение. 6. Устройство по п.5, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что в качестве устройства взвода использована гидравлическая система с системой управ- ления. 7. Устройство по п.5, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что часть кор- пуса ударной системы со стороны заднего торца закрыта наружным кор- пусом ударной системы, причем между задним торцом корпуса и внутрен- ней поверхностью наружного корпуса расположена отклоняющая система. 8. Устройство по п.5, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что противопо- ложный рабочей части торец корпуса коммуникации имеет систему под- жима, а устройство взвода не соединено с бойком к началу рабочего хода. 9. Устройство по п.8, о т л и а ю щ е е с я тем, что часть кор- пуса расположена внутри прокладываемого корпуса коммуникации, при- чем средняя часть корпуса опирается на рабочий торец корпуса коммуни- кации, а между задним торцом корпуса и внутренней поверхностью кор- пуса коммуникации расположена отклоняющая система. 10. Устройство по п. 9, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что отклоне- ние корпуса ударной системы происходит с помощью гидравлической от- клоня ющей системы опирающейся на внутреннюю поверхность прокла- дываемого корпуса коммуникации. 11. Устройство по п.5, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что между ци- линдрическими поверхностями бойка и наковальни, и внутренней поверх- ностью корпуса ударной системы установлены уплотнения, а в корпусе ударной системы со стороны наковальни установлен обратный клапан для удаления воздуха из разгонной камеры. 12. Устройство по п.5, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что воздух в систему подачи сжатого воздуха подается через устройство регулировки давления воздуха в рабочей камере. 13. Устройство по п.5, о т л и ч аю щ е е с я тем, что передний торец корпуса ударной системы и невнедряемый торец наковальни имеют торцевые ограничители, причем диаметр торцевого ограничителя нако- вальни больше диаметра отверстия торцевого ограничителя корпуса удар- ной системы. 14. Устройство по п.5, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что на корпу- се ударной системы установлена система контроля расположения оси кор- пуса коммуникации в пространстве. 15. Устройство по п. 5, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что диаметр наковальни превышает диаметр сечения переднего торца корпуса ударной системы, при этом по краю нерабочей поверхности наковальни выполнен диаметральный выступ, длина которого превышает длину рабочего хода наковальни. |
Изобретение предполагает бурение грунта, в частности, к ударное бурение давлением воздуха, пара или газа и может быть использовано для бестраншейной прокладки ударным способом кожухов из различных ма- териалов. Может быть использовано также для забивания свай и т.п.
Известен способ бестраншейной прокладки подземных коммуника- ций методом прокола при котором происходит забивание стальных труб открытым концом [ 1 ].
Недостатками данного способа являются необходимость удаления грунта из забиваемой трубы, невозможность управления и корректировки направления прокладки подземной коммуникации. Увеличение массы за- битой трубы прямо пропорционально уменьшает эффективность установ- ки и накладывает ограничения по длине прокладываемого трубопровода. Препятствие или неоднородность грунта может привести к повреждению забиваемой трубы или сделать невозможной прокладывание подземной коммуникации в конкретном месте. Невозможно производить корректи- ровку прокладываемой скважины в процессе работы.
Необходимость удаления грунта из забиваемой трубы и высокие требования к прочности трубы удалось устранить в способе бестраншей- ной прокладки в грунте трубопровода включающем перемещение в грун- товом массиве рабочего органа с приложением к нему ударной нагрузки. С помощью рабочего органа образуют скважину радиальным уплотнением грунта. В образованной скважине размещают прокладываемый трубопро- вод, к которому прикладывают осевое усилие для его перемещения по об- разованной скважине вслед за рабочим органом. В процессе образования скважины к рабочему органу прикладывают дополнительное осевое уси- лие для предотвращения его перемещения в направлении, противополож- ном направлению проходки, при этом в процессе образования скважины поддерживают постоянный контакт прокладываемого трубопровода с ра- бочим органом [2].
Последний способ является наиболее близким к заявленному и по- этому принят в качестве прототипа.
Недостатком данного способа является невозможность управления рабочим органом, что не позволяет производить корректировку проклады- ваемой скважины или прокладывать коммуникации по непрямолинейным направлениям. Из-за постоянного контакта прокладываемого трубопрово- да с рабочим органом часть энергии удара наносимого по рабочему органу тратится на продвижение трубы, причем эти затраты возрастают прямо пропорционально объему уже проложенного трубопровода.
Целью изобретения является повышение КПД ударной системы и возможность прокладывания коммуникаций в заданном прямолинейном и/или криволинейном направлении. А также возможность прокладки кор- пусов коммуникаций из различных материалов.
Известно устройство для образования скважины в грунте включаю- щее полый корпус с размещенным в нем ударником с центральным сквоз- ным каналом, разделяющим полость корпуса на камеры рабочего и холо- стого хода, трубку с продольным каналом, взаимодействующую с цен- тральным сквозным каналом ударника, футорку с постоянно открытым каналом впуска и шлангом для подачи сжатого воздуха из сети. Оно снаб- жено крышкой с радиальным каналом перепуска и сквозным центральным отверстием для пропуска трубки, образованной между футоркой и крыш- кой предкамерой сетевого воздуха и хвостовиком, входящим в камеру хо- лостого хода. [3].
Недостатком данного устройства является то, что хвостовик воздей- ствует на грунт через корпус. Это поглощает часть энергии удара на пере- мещение самого корпуса и сопутствующих коммуникаций. Сквозной ка- нал уменьшает площадь воздействия воздуха на ударник, что также при- водит к дополнительной потери мощности. По периферийному каналу часть подаваемого воздуха попадает в камеру холостого хода - что приво- дит к предварительному торможению ударника до контакта с хвостови- ком. Разомкнутый цикл использования сжатого воздуха приводит к значи- тельному расходу воздуха, что ограничивает рабочее давление воздуха мощностью используемого компрессора. Устройство не возможно исполь- зовать для прокладки непрямолинейных скважин.
Криволинейные скважины можно получить с помощью устройства, состоящего из пневмопробойника и наконечника, отклонение наконечника в нужную сторону производится непосредственно в скважине путем крат- ковременного реверсирования хода пневмопробойника с прямого на об- ратный и снова на прямой ход посредством храпового механизма. При по- вороте изменяется точка приложения ударного импульса, передаваемого пневмопробойником наконечнику [4].
Последнее устройство является наиболее близким к заявленному и поэтому принят в качестве прототипа.
Недостатком данного устройства является то, что хвостовик воздей- ствует на грунт через корпус. Это поглощает часть энергии удара на пере- мещение самого корпуса и сопутствующих коммуникаций. Угол поворота наконечника является дискретным и не регулируется, а для регулировки угла наклона наконечника необходимо останавливать бурение скважины, производить замену либо всего устройства, либо его части. Нанесение удара при повороте не по центру наконечника снижает эффективность удара. Невозможно регулировать ударные параметры устройства. Само устройство является сложным, дорогостоящим и трудоемким в изготовле- нии и ремонте. Целью изобретения является повышение эффективности работы, уп- рощение и удешевление конструкции устройства, возможность регулиров- ки ударных параметров и направления прокладки коммуникаций во время работы.
Поставленная задача достигается за счет того, что используется спо- соб бестраншейной прокладки коммуникаций в грунте, согласно которому в грунтовом массиве перемещают наковальню приложением к ней ударной нагрузки от ударной системы, с помощью наковальни образуют скважину путем ударного уплотнения грунта. При этом наковальня является неза- крепленной частью ударной системы с возможностью свободного внедре- ния в грунт при ударе.
Новым в предлагаемом изобретении является то, что наковальня яв- ляется незакрепленной частью ударной системы с возможностью свобод- ного внедрения в грунт при ударе.
Отсутствие жесткой связи между наковальней и корпусом ударной системы позволяет всю кинетическую энергию бойка направить на вне- дрение наковальни в грунт и увеличит КПД всей ударной системы. Соот- ношение масс наковальни и бойка является величиной постоянной и не уменьшается массой проложенного корпуса коммуникации
Возможен вариант изобретения, в котором следом в образованной скважине перемещают прокладываемый корпус коммуникации, к которо- му прикладывают усилие для его перемещения вслед за рабочим органом. Перемещение коммуникаций вслед за ударной системой ускоряет и упро- щает весь процесс прокладки коммуникаций.
Возможен вариант изобретения, в котором изменение направления образования скважины происходит за счет отклонения корпуса ударной системы от оси корпуса коммуникации на угол до 25°. Это позволяет из- менять направление прокладываемого корпуса коммуникации в рабочем режиме, не останавливая ударную систему. При этом отклонение не толь- ко бойка, но и всей ударной системы позволяет исключить потери мощно- сти ударной системы т.к. направление приложения удара совпадает с на- правлением движения бойка.
Так же возможен вариант изобретения, в котором отклонение корпу- са ударной системы происходит с помощью отклоняющей системы опи- рающейся на внутреннюю поверхность прокладываемого корпуса комму- никации. Опора на внутреннюю поверхность прокладываемого корпуса коммуникации обеспечивает достаточное усилие углового отклонения корпуса ударной системы относительно оси корпуса коммуникации.
Возможно устройство для решения поставленной задачи, включаю- щее наковальню, полый корпус с задним торцом и размещенным в нем бойком, разделяющим полость корпуса на рабочую и разгонную камеры, и системой для подачи сжатого воздуха в рабочую камеру. При этом в пе- реднем торце корпуса расположена наковальня жестко незакрепленная с корпусом, с возможностью горизонтального перемещения внедряемой части наковальни вне корпуса, а к заднему торцу примыкает захват с уст- ройством взвода бойка в рабочее положение.
Новым в предлагаемом изобретении является то, что в переднем торце корпуса расположена наковальня жестко незакрепленная с корпу- сом, с возможностью горизонтального перемещения внедряемой части на- ковальни вне корпуса, а к заднему торцу примыкает захват с устройством взвода бойка в рабочее положение.
Отсутствие жесткой связи между наковальней и корпусом ударной системы позволяет увеличить КПД всей ударной системы. Захват с уст- ройством взвода бойка в ударное положение позволяет любым известным способом приводить боек в рабочее положение без потерь сжатого воздуха в рабочей камере, что позволяет использовать воздух, предварительно сжатый до необходимого давления. Возможен вариант изобретения, в котором в качестве устройства взвода установлена гидравлическая система с системой управления. Гид- равлика обеспечивает достаточное усилие и достаточную скорость реаги- рования для приведения бойка в ударное положение при общей компакт- ности гидравлической системы и возможности регулировки системой управления количества ударов бойка в единицу времени.
Возможен вариант изобретения, в котором часть корпуса ударной системы со стороны заднего торца закрыта наружным корпусом, при этом между задним торцом корпуса и внутренней поверхностью наружного корпуса расположена отклоняющая система. Расположение отклоняющей системой между корпусом и внутренней поверхностью наружного корпуса позволяет использовать наружный корпус как опору углового отклонения корпуса ударной системы относительно оси корпуса коммуникации и обеспечивает корректировку движения прокладываемого корпуса комму- никации.
Возможен вариант изобретения, в котором противоположный рабо- чей части торец корпуса коммуникации имеет систему поджима, а устрой- ство взвода не соединено с бойком к началу рабочего хода. Отсутствие жесткой связи между бойком и устройством взвода позволяет использо- вать всю кинетическую энергию бойка без потерь на перемещение устрой- ства взвода. Также предохраняется корпус ударной системы от разруше- ния при прохождении грунтов различной плотности, т.к. при погружении наковальни в грунт больше определенной величины, захват бойка не про- исходит и ударное устройство автоматически переходит в холостой режим до необходимого поджима корпуса ударной системы к наковальне.
Возможен вариант изобретения, в котором часть корпуса располо- жена внутри прокладываемого корпуса коммуникации, при этом средняя часть корпуса опирается на рабочий торец корпуса коммуникации, а меж- ду задним торцом корпуса и внутренней поверхностью корпуса коммуни- кации расположена отклоняющая система. Расположение отклоняющей системой между корпусом и внутренней поверхностью корпуса коммуни- кации обеспечивает достаточную опору для требуемого усилия углового отклонения корпуса ударной системы относительно оси корпуса коммуни- кации и обеспечивает движение прокладываемого корпуса коммуникации в заданном направлении.
Возможен вариант изобретения, в котором отклонение корпуса ударной системы происходит с помощью гидравлической отклоняющей системы опирающейся на внутреннюю поверхность прокладываемого корпуса коммуникации. Гидравлическая отклоняющая система позволяет обеспечить достаточное усилие отклонения при малых габаритах.
Возможен вариант изобретения, в котором между цилиндрическими поверхностями бойка и наковальни, и внутренней поверхностью корпуса ударной системы установлены уплотнения, а в корпусе ударной системы со стороны наковальни установлен обратный клапан для удаления воздуха из разгонной камеры.
Герметичность контакта наковальни и бойка с корпусом ударной по- зволяет в момент взвода бойка образовывать в разгонной камере разряже- ние, что повышает КПД ударной системы в целом и позволяет значитель- но увеличить силу удара. Обратный клапан автоматически выпускает воз- дух из разгонной камеры при рабочем ходе бойка, что позволяет избежать сжатия воздуха в рабочей камере при рабочем ходе и исключает торможе- ние бойка.
Возможен вариант изобретения, в котором воздух в систему подачи сжатого воздуха подается через устройство регулировки давления воздуха в рабочей камере. Описанное позволяет оператору в широких пределах изменять давление воздуха в рабочей камере и этим регулировать энергию удара в зависимости от грунтовых условий. Возможен вариант изобретения, в котором передний торец корпуса ударной системы и невнедряемый торец наковальни имеют торцевые ог- раничители, причем диаметр торцевого ограничителя наковальни больше диаметра отверстия торцевого ограничителя корпуса ударной системы. Это позволяет предотвратить выбивание наковальни из корпуса ударной системы при прохождении грунтов различной плотности.
Возможен вариант изобретения, в котором на корпусе ударной сис- темы установлена система контроля расположения оси корпуса коммуни- кации в пространстве. Указанное позволяет контролировать и /или изме- нять направление прокладываемого корпуса коммуникации в реальном масштабе времени с учетом реального расположения корпуса коммуника- ции в грунте.
Приведенное позволяет многократно увеличить эффективность ударной системы. Упрощена конструкция ударной системы. Регулировка ударных параметров позволяет проходить различные категории грунта. Возможны регулировка направления прокладывания корпуса коммуника- ции во время работы и контроль расположения ударной системы в грунте. Из-за отсутствия воздействия ударных нагрузок на корпус коммуникации возможна прокладка корпусов коммуникаций из различных материалов.
Возможен вариант изобретения, в котором диаметр наковальни пре- вышает диаметр переднего торца корпуса ударной системы, причем по краю нерабочей поверхности наковальни выполнен диаметральный вы- ступ, высота которого превышает длину рабочего хода наковальни. Опи- санное предотвращает забивание грунтом зазора между наковальней и пе- редним торцом корпуса ударной системы.
Изобретение поясняется чертежом.
На фиг. 1 показан схематический продольный разрез устройства при среднем положении бойка в момент движения от устройства взвода к на- ковальне. На фиг.2 показан схематический продольный разрез устройства при среднем положении бойка в момент движения от устройства взвода к наковальне с опорой отклоняющей системы на внутреннюю поверхность корпуса коммуникации.
На фиг.1 приняты следующие обозначения:
1 - корпус коммуникации;
2- ударная система;
3- наковальня;
4- корпус ударной системы;
5- задний торец корпуса ударной системы;
6- боёк;
7- рабочая камера;
8- разгонная камера;
9- система подачи сжатого воздуха;
1 0- захват;
1 1 - устройство взвода;
1 2- системой управления гидравлической системой;
1 3- гидравлическая система;
1 4- система поджима;
1 5- отклоняющая система;
1 6- наружный корпус ударной системы;
1 7- шарнирное соединение;
1 8- рабочий торец корпуса коммуникации; 1 9- торцевой ограничитель корпуса;
20- торцевой ограничитель наковальни;
2 1 - обратный клапан;
22- устройство регулировки давления воздуха в рабочей камере;
23- система контроля оси корпуса коммуникации;
24- ось корпуса коммуникации;
25- ось рабочего органа;
26- уплотнения;
27- передний торец корпуса ударной системы;
28- диаметральный выступ;
Способ бестраншейной прокладки коммуникаций в грунте осущест- вляется следующим образом. По проектному направлению прокладки кор- пуса коммуникации в начале и конце строящегося перехода обустраивают соответственно рабочий и приемный котлованы. Из рабочего котлована по проектному направлению прокладки корпуса коммуникации перемещают ударную систему и с помощью наковальни образуют в грунте скважину путем ударного уплотнения грунта. По мере образования в грунтовом мас- сиве скважины, с помощью расположенного в рабочем котловане системы поджима прокладываемый корпус коммуникации перемещается по обра- зованной скважине вслед за ударной системой. В точке поворота скважи- ны или при необходимости корректировки направления производится от- клонение корпуса ударной системы от оси корпуса коммуникации или на- ружного корпуса ударной системы до тех пор, пока корпус коммуникации не выйдет на заданные отметки. Отклонение происходит за счет усилия прикладываемого отклоняющей системой к внутренней поверхности на- ружному корпусу ударной системы или прокладываемого корпуса комму- никации.
Устройство для бестраншейной прокладки коммуникаций в грунте (фиг. 1 ) содержит корпус коммуникации 1 и ударную систему 2 включаю- щую наковальню 3, полый корпус 4 с задним торцом 5 и размещенным в нем бойком б, разделяющим полость корпуса на рабочую 7 и разгонную 8 камеры и систему для подачи сжатого воздуха 9 в рабочую камеру 7. К заднему торцу 5 корпуса примыкает захват 10 с устройством взвода 1 1 бойка б в ударное положение. Частота перемещений захвата 1 0 (количест- во ударов в единицу времени) регулируется системой управления 12 по- средством гидравлической системы 1 3. В рабочем котловане установлена любая известная система поджима 14 корпуса коммуникации 1 . Гидрав- лическая отклоняющая система 1 5 расположена между корпусом 2 и на- ружным корпусом ударной системы 16 с противоположной от шарнирного соединения 1 7 стороны.
Возможна опора гидравлической отклоняющей системы 15 на внут- реннюю поверхностью корпуса коммуникации 1 , по возможности, ближе к заднему торцу 5 корпуса ударной системы (фиг.2). Это дает максимальное плечо рычага относительно рабочего торца 1 8 корпуса коммуникации 1 .
Со стороны торцевого ограничителя 19 корпуса 4, но вне зоны пере- мещеиия торцевого ограничителя 20 наковальни установлен обратный клапан 21 . Устройство регулировки 22 давления воздуха в рабочей камере 7 расположено в рабочем котловане и соединено с рабочей камерой 7 по- средством системы 9 подачи сжатого воздуха. Система контроля 23 рас- положения оси корпуса коммуникации 24 в пространстве установлена на корпусе 4 ударной системы 2 соосно с осью рабочего органа 25.
Уплотнения 26 расположены на цилиндрических поверхностях бой- ка б и наковальни 3 в месте контакта с поверхностью корпуса ударной системы 4. По диаметру наковальни выполнен диаметральный выступ 28. Пример работы устройства.
Ударная система 2 запускается из рабочего котлована. Возможны варианты использования ударной системы 2 в комплексе с корпусом ком- муникации 1 , либо отдельно для пробивки скважин.
Перед началом работы оператор имеет возможность регулировки длины хода бойка б в зависимости от характера грунта.
Воздух нагнетается в системе подачи сжатого воздуха 9 до давления 1 -200 атм и через устройство регулировки давления воздуха в рабочей ка- мере 22 подается в рабочую камеру 7. В рабочей камере 7 давление сжа- того воздуха воздействует на всю площадь сечения бойка б, разгоняет его и наносит удар по наковальне 3, одновременно вытесняя воздух из разгон- ной камеры 8 через обратный клапан 21 . Захват 10 перемещается устрой- ством взвода 1 1 до контакта и замыкания с бойком 6. Рабочее давление масла может достигать 350 атм. Боёк 6 взводится в ударное положение, причем в разгонной камере 8 создается разряжение воздуха. При контакте бойка б с задним торцом корпуса ударной системы 5 боек 6 отсоединяется и разгоняясь наносит удар по наковальне 3. Цикл повторяется.
Для разрушения камней и т.п. в грунте оператор увеличивает давле- ние в рабочей камере 7 устройством регулировки 22 давления воздуха в рабочей камере. Системой управления гидравлической системой 12 регу- лируется число ударов в единицу времени.
Если после удара боек 6 погрузил наковальнюЗ в грунт на столько, что захват 1 0 с устройством взвода 1 1 не дотягивается до задней стенки бойка б, то захвата бойка 6 не происходит. Ударная система 2 остается в невзведеином положении до тех пор, пока вся ударная система 2 не будет поджата системой поджима 14 к наковальне 3 корпусом коммуникации 1 и этим не допускается разрушения ударной системы от работы в холостом режиме. При изменении направления отклоняющая система 1 5 изменяет угол между осями 24 и 25, что поворачивает ударную систему 2 на шарнире 1 7 и изменяет направление ударов и направление движения корпуса комму- никации 1 .
Оператор контролирует отклонения корпуса коммуникации 1 систе- мой контроля оси корпуса коммуникации 23.
Повышена эффективность всей ударной системы, увеличена ско- рость прокладки корпуса коммуникации. Имеется возможность регули- ровки частоты нанесения ударов, энергии ударов, направления прокладки корпуса коммуникации. Длина прокладываемого корпуса коммуникации ограничивается только мощностью системы поджима и пределом разру- шения материала корпуса коммуникации на сжатие. Испытания опытного образца устройства показали, что скорость прокладки корпуса коммуни- кации ограничена только скоростью работ по наращиванию корпус ком- муникации и пневно/гидро коммуникаций. Что на порядок превышает по- казатели аналогов.
Изобретение может быть выполнено на известном промышленном оборудовании.
Источники информации, принятые во внимание:
1 . патент RU М> 2334058, МКИ E02F5/18. приоритет 01 .08.2006 г., опубл. 20.09.2008.
2. патент RU 2 1 42536, МКИ E02F5/1 8. приоритет 09. 1 2.1 997 г., опубл. 1 0. 1 2. 1 999.— прототип
3. патент RU М> 2334057, МКИ E02F5/18. приоритет 24.07.2006 г., опубл. 27.01 .2008.
4. патент RU « 2084590, МКИ E02F5/1 8. Е21 В7/00 приоритет 1 1 .05.1 994 г., опубл. 20.07. 1 997.— прототип.
Next Patent: AUTO-DISCOVERY OF DIVERSE COMMUNICATIONS DEVICES FOR ALERT BROADCASTING