устройство для раскатки скважин в грунте

Формула изобретения

1. Устройство для раскатки скважин в грунте, включающее приводную штангу и раскатывающий орган, который содержит приводной вал, соединенный с приводной штангой, ряд эксцентриковых втулок, установленных на приводном валу последовательно друг за другом с возможностью поворота вокруг продольной оси приводного вала на соответствующий угол, ряд конических катков, каждый из которых установлен с эксцентриситетом на соответствующих эксцентриковых втулках указанного ряда, причем все конические катки установлены на эксцентриковых втулках с возможностью вращения относительно этих втулок посредством подшипников качения, при этом каждый конический каток, кроме концевого катка, содержит цилиндрическую втулку и соосно установленные на приводном валу вдоль его продольной оси две распорные втулки с выполненными на их внутренних поверхностях кольцевыми проточками, образующими полость для размещения цилиндрической втулки, соединенной с приводным валом с помощью выполненного на его поверхности выступа, входящего в паз, установленной с возможностью ее поворота вокруг продольной оси приводного вала, причем каждый конический каток снабжен торцевыми уплотнительными элементами и опорными подшипниками качения, размещенными между обращенными друг к другу торцевыми поверхностями соседних катков, отличающееся тем, что приводная штанга, приводной вал и концевой конический каток раскатывающего органа выполнены полыми, при этом на переднем конце приводного вала закреплен породоразрушающий инструмент, максимальный размер которого в плане больше диаметра переднего торца концевого конического катка + 2е, но меньше диаметра заднего его торца + 2е (где е - эксцентриситет), причем передний конец приводного вала выполнен с боковыми отверстиями, перекрытыми подпружиненным поршнем.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что передний торец эксцентриковой втулки концевого конического катка поджат гайкой, навернутой на передний конец приводного вала.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что между торцами породоразрушающего инструмента и гайкой на конце приводного вала установлена втулка с отверстиями, совмещенными с боковыми отверстиями приводного вала, и закреплена на нем с помощью винтов.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в конце приводного вала установлена опора.

5. Устройство по п.1 или 4, отличающееся тем, что между поршнем и опорой установлена пружина.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительной технике, а более точно - к устройствам для образования скважин в грунте методом раскатки. Эти устройства могут найти применение главным образом для усиления фундаментов действующих зданий, и сооружений, образования набивных свай, устройства анкеров, "стены в грунте" и прочее.

Известно устройство для раскатки скважин в грунте [1], включающее приводной вал, расположенные на приводном валу эксцентриковые втулки, размещенные на эксцентриковых втулках подшипники качения, установленные на подшипниках качения с возможностью вращения относительно приводного вала конические катки и расположенные между торцом каждого катка и фланцем соответствующей эксцентриковой втулки уплотнительные элементы, причем устройство снабжено приспособлением для извлечения его из образованной скважины. Каждый уплотнительный элемент выполнен в виде кольца, которое подпружинено относительно соответствующего катка и установлено с возможностью взаимодействия с внутренней торцевой поверхностью фланца соответствующей части эксцентриковой втулки.

В известном устройстве при реверсе приводного вала возникают значительные силы трения скольжения в зоне контакта торцевых поверхностей эксцентриковых втулок смежных катков, в результате чего происходит их износ и тем самым сокращается срок службы устройства.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство для раскатки скважин в грунте [2], включающее приводную штангу и раскатывающий орган, который содержит приводной вал, соединенный с приводной штангой, ряд эксцентриковых втулок, установленных на приводном валу последовательно друг за другом с возможностью поворота вокруг продольной оси приводного вала на соответствующий угол, ряд конических катков, каждый из которых установлен с эксцентриситетом на соответствующих эксцентриковых втулках указанного ряда, причем все конические катки, включая концевой конический каток, установлены на эксцентриковых втулках с возможностью вращения относительно этих втулок посредством подшипников качения, при этом каждый конический каток кроме концевого катка содержит цилиндрическую втулку и соосно установленную на приводном валу вдоль его продольной оси две распорные втулки с выполненными на их внутренней поверхности кольцевыми проточками, образующими полость для размещения цилиндрической втулки, соединенной с приводным валом с помощью выполненного на его поверхности выступа, входящего в паз, установленной с возможностью ее поворота вокруг продольной оси приводного вала, причем каждый конический каток снабжен торцевыми уплотнительными элементами и опорными подшипниками качения, размещенными между обращенными друг к другу торцевыми поверхностями соседних катков.

Такая конструкция устройства позволяет при его реверсе исключить силы трения скольжения в зоне контакта торцевых поверхностей эксцентриковых втулок смежных катков и тем самым исключить их износ и повысить срок службы устройства.

Однако область применения такого устройства ограничена из-за невозможности проходки скважин в грунте с твердыми включениями (валуны, строительный мусор и прочее) и невозможности осуществить заполнение скважины раствором при извлечении устройства.

Целью изобретения является расширение области применения устройства для раскатки скважин.

Эта цель достигается тем, что устройство для раскатки скважин в грунте, включающее приводную штангу и раскатывающий орган, который содержит приводной вал, соединенный с приводной штангой, ряд эксцентриковых втулок, установленных на приводном валу последовательно друг за другом с возможностью поворота вокруг продольной оси приводного вала на соответствующий угол, ряд конических катков, каждый из которых установлен с эксцентриситетом на соответствующих эксцентриковых втулках указанного ряда, причем все конические катки установлены на эксцентриковых втулках с возможностью вращения относительно этих втулок посредством подшипников качения, при этом каждый конический каток кроме концевого катка содержит цилиндрическую втулку и соосно установленные на приводном валу вдоль его продольной оси две распорные втулки с выполненными на их внутренних поверхностях кольцевыми проточками, образующими полость для размещения цилиндрической втулки, соединенной с приводным валом с помощью выполненного на его поверхности выступа, входящего в паз, установленной с возможностью ее поворота вокруг продольной оси приводного вала, причем каждый конический каток снабжен торцевыми уплотнительными элементами и опорными подшипниками качения, размещенными между обращенными друг к другу торцевыми поверхностями соседних катков, отличающееся тем, что приводная штанга, приводной вал и концевой конический каток раскатывающего органа выполнены полыми, при этом на переднем конце приводного вала закреплен породоразрушающий инструмент, максимальный размер которого в плане больше диаметра переднего торца концевого конического катка +2e, но меньше диаметра заднего его торца +2e (где e - эксцентриситет), причем передний конец приводного вала выполнен с боковыми отверстиями, перекрытыми подпружиненным поршнем.

На фиг. 1 изображен общий вид предлагаемого устройства для раскатки скважин в грунте в момент его погружения; на фиг. 2 - общий вид предлагаемого устройства для раскатки скважин в грунте в момент его извлечения из скважины; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 5 - разрез В-В на фиг. 2; на фиг. 6 - разрез Г-Г на фиг. 1; на фиг. 7 - разрез D-D на фиг. 6; на фиг. 8 - разрез E-E на фиг. 6; на фиг. 9 - узел Ж на фиг. 6 (в момент подачи раствора в скважину).

Устройство для раскатки скважин в грунте включает приводную штангу 1 (фиг. 1) и раскатывающий орган 2, который содержит приводной вал 3, соединенный с приводной штангой 1, ряд эксцентриковых втулок 4 (фиг. 3), установленных на приводном валу 3 последовательно друг за другом с возможностью поворота вокруг продольной оси 5 приводного вала 3 на соответствующий угол, ряд конических катков (6₁, 6₂, 6₃, 6₄, 6₄, 6₆), каждый из которых установлен с эксцентриситетом "e" на соответствующих эксцентриковых втулках 4 указанного ряда, причем все конические катки установлены на эксцентриковых втулках 4 с возможностью вращения относительно этих втулок посредством подшипников качения 7. Каждый конический каток кроме концевого катка 6₆ содержит цилиндрическую втулку 8 и соосно установленные на приводном валу 3 вдоль его продольной оси 5 две распорные втулки 9 с выполненными на их внутренних поверхностях кольцевыми проточками 10 (пазами), образующими полость для размещения цилиндрической втулки 8, соединенной с приводным валом 3 с помощью выполненного на его поверхности выступа 11 (шпонка), входящего в паз 10, каждая цилиндрическая втулка 8 установлена с возможностью поворота вокруг продольной оси 5 приводного вала 3. Каждый конический каток снабжен торцевыми уплотнительными элементами 12, 13 и опорными подшипниками качения 14, размещенными между обращенными друг к другу торцевыми поверхностями соседних катков (6₁ и 6₂, 6₂ и 6₃, 6₃ и 6₄, 6₄ и 6₅, 6₅ и 6₆).

Каждый уплотнительный элемент 12, 13 выполнен в виде кольца 15, которое подпружинено с помощью резинового кольца 16 относительно соответствующей эксцентриковой втулки 4, при этом уплотнительный элемент 13 установлен с возможностью взаимодействия с торцевой поверхностью эксцентриковой втулки соседнего катка. Поверхность кольца 15 обращается к поверхности эксцентриковой втулки 4, имеющей покрытие 17 из антифрикционного материала, при этом кольцо 15 и эксцентриковая втулка 4 соседнего катка 6 установлены с возможностью поворота друг относительно друга на соответствующий угол.

В предлагаемом устройстве приводная штанга 1, приводной вал 3 и концевой конический каток 6₆ раскатывающего органа 2 выполнены полыми, при этом на переднем конце приводного вала 3 (со стороны концевого конического катка 6₆) закреплен породоразрушающий инструмент 18 (фиг. 6), максимальный размер которого в плане (d) больше диаметра (d₁ + 2e) переднего торца концевого конического катка 6₆, но меньше диаметра (d₂ + 2e) заднего его торца (где e - эксцентриситет), причем передний конец приводного вала 3 выполнен с боковыми отверстиями 19, перекрытыми подпружиненным поршнем 20. Передний конец эксцентриковой втулки 4₆ концевого конического катка 6₆ поджат гайкой 21, навернутой на передний конец приводного вала 3.

Между торцом породоразрушающего инструмента 18 и гайкой 21 на конце приводного вала 3 установлена втулка 22 с отверстиями 23, совмещенными с боковыми отверстиями 19 приводного вала 3 и закреплена на нем с помощью винтов 24 (фиг. 7). В торце приводного вала 3 установлена опора 25, выполненная в виде направляющей для пружины 26, установленной между опорой и поршнем 20.

Предлагаемое устройство для раскатки скважин в грунте работает следующим образом.

Перед началом работы устройство устанавливается с помощью буровой установки в требуемое положение - вертикальное или наклонное, в том месте, где необходимо произвести образование скважины или набивной сваи. После этого включается привод полой приводной штанги 1. При правом вращении приводного вала 3 (фиг. 1, 4) выступ 11 поворачивается на угол и упирается в правый торец кольцевой проточки 10, при этом все катки 6 устанавливаются в рабочее положение и происходит самозавинчивание устройства в грунт с образованием скважины 27.

При извлечении устройства из скважины, то есть при левом вращении (реверсе) приводного вала 3 (фиг. 2, 5) выступ 11 упирается в левый торец кольцевой проточки 10, при этом все катки 6 устанавливаются (складываются) в одной плоскости, образуя зазор между поверхностью катков (6₁, 6₂, 6₃, 6₄, 6₅, 6₆) и стенкой скважины 27 по всей длине раскатывающего органа 2, и таким образом устройство легко извлекается из скважины 27.

При проходке скважин в грунтах с твердыми включениями (например, валунами), породоразрушающий инструмент 18 разрушает их и разрушенная порода задавливается концевым коническим катком 6₆ в стенки образовываемой скважины.

При устройстве набивных бетонных свай в начале проходят скважину до проектной отметки, затем раскатывающий орган поднимают (реверсированием) и одновременно скважину заполняют раствором.

Раствор, пройдя под давлением через полые штанги 1 и полый приводной вал 3, давит на поршень 20 (фиг. 6) и таким образом сжимает пружину 26 и открывает отверстие 19 (фиг. 9), и далее раствор через отверстие 23 заполняет скважину 27.

Таким образом, с помощью предлагаемого устройства за одну его проходку производят изготовление набивной сваи, вокруг которой образуется уплотненная зона грунта, равная 3 - 4 диаметрам скважины.

Применение предлагаемого устройства позволяет расширить область его применения в строительстве. Оно может найти применение для образования вертикальных и наклонных скважин в любых сжимаемых грунтах, формирования набивной свай, усиления оснований фундаментов действующих зданий и сооружений, глубинного уплотнения грунтов, возведения "стены в грунте", устройства анкеров и многих других видов работ.

Источники информации

1. Патент РФ N 2053332, кл. E 02 F 5/16, 1966.

2. Международная заявка WU N 97/08396, 06.30.97.