EA029087B1 - Усовершенствованный бур для изготовления щебеночных свай - Google Patents

Abstract

Бур для изготовления щебеночных свай, включающий первый бур, второй бур и устройство смещения, в котором первый бур включает трубу, внутри которой, по меньшей мере, частично соосно размещен второй бур; второй бур включает шнековую секцию бура и первый конец; устройство смещения включает блок смещения и по меньшей мере одно направляющее устройство; блок смещения включает направляющий канал и наружную стенку, при этом направляющий канал проходит внутрь наружной стенки; наружная стенка расположена приблизительно параллельно оси второго бура и по меньшей мере одно направляющее устройство расположено внутри направляющего канала; при этом направляющий канал представляет собой непрерывный кольцевой канал, идущий по волнообразной траектории, и либо по меньшей мере одно направляющее устройство, либо блок смещения разъемно соединены или постоянно соединены со вторым буром.

Description

изобретение относится к усовершенствованию бура, используемого для формирования заглубленных в грунт свай для возведения на них зданий и других сооружений.

Предпосылки к созданию изобретения

Любое обсуждение предшествующего уровня техники по всему описанию изобретения не является допущением того, что такой предшествующий уровень техники широко известен или является частью общеизвестных знаний в данной области техники.

Формирование заглубленных в грунт щебеночных свай может быть осуществлено с помощью ряда средств, при этом при применении одного средства предусматривается использование бура, включающее шнековый бур внутри пустотелой трубы. При достижении буром требуемой глубины в центр пустотелой трубы подают наполнитель, и шнек приводится во вращательное движение для формирования щебеночной сваи. Ввиду того, что наполнитель представляет собой гранулированный материал, он может закупоривать и частично или полностью блокировать поток наполнителя, подаваемого для формирования щебеночной сваи. Для устранения указанного закупоривания можно вручную удалить закупоривание, но этот процесс может быть трудоемким, а также снизить уровень качества сформированной щебеночной сваи.

Для сведения до минимума закупоривания и обеспечения более легкого извлечения бура из грунта после формирования щебеночной сваи шнек может быть приведен во вращение в направлении, противоположном направлению вращения пустотелой трубы. Один из предложенных способов для осуществления этого процесса предусматривает использование эпициклической передачи, при этом шнек постоянно соединен с центральным зубчатым колесом и ведомым кольцевым зубчатым колесом (зубчатое колесо с внутренним зацеплением). В ряде вариантов с целью предотвращения постоянного вращения шнека центральное зубчатое колесо выводится из зацепления с планетарными шестернями. Если центральное зубчатое колесо выводится из зацепления на начальной стадии бурения, необходимо, чтобы оно было должным образом совмещено, а затем введено в зацеплении с планетарными шестернями прежде, чем будет сформирована щебеночная свая. Этот процесс может быть трудоемким, и при отсутствии совмещения и при подаче электропитания могут быть повреждены или сломаны зубья или зубчатые колеса. Следует отметить, что, если при вращении шнека в противоположном направлении, тем не менее, происходит закупоривание пустотелой трубы, прежде, чем продолжить работу, необходимо устранить закупоривание.

Кроме проблем закупоривания, которые могут привести к увеличению сроков формирования щебеночной сваи, также необходимо уплотнять наполнитель в процессе формирования щебеночной сваи. Скорость подачи наполнителя, скорость вращения буров и извлечения бура из грунта могут быть изменены, но даже при этом могут возникнуть сложности с достижением требуемой степени уплотнения. Для повышения качества уплотнения можно производить механическую вибрацию выполненной щебеночной сваи, однако выполнение такой работы является дополнительным этапом в процессе формирования сваи.

В некоторых грунтах с определенными характеристиками бур может "заклинить" в процессе его извлечения, что приведет к увеличению сроков, необходимых для формирования каждой щебеночной сваи, либо в ряде случаев потребуются дополнительные механизмы для очистки.

Целью настоящего изобретения является устранение или минимизация одного или нескольких недостатков, о которых речь шла выше, и/или, по меньшей мере, предоставление потребителю подходящего выбора.

Раскрытие сущности изобретения

Настоящее изобретение предусматривает создание бура для изготовления щебеночных свай, включающего первый бур, второй бур и устройство смещения, в котором

первый бур включает трубу внутри которой, по меньшей мере, частично соосно размещен второй

^бур;

второй бур включает шнековую секцию бура и первый конец;

устройство смещения включает блок смещения и по меньшей мере одно направляющее устройство; блок смещения включает направляющий канал и наружную стенку, при этом направляющий канал

проходит через наружную стенку;

наружная стенка расположена приблизительно параллельно оси второго бура и

по меньшей мере одно направляющее устройство расположено внутри направляющего канала;

таким образом, чтобы направляющий канал представлял собой непрерывный кольцевой канал,

идущий по волнообразной траектории, и чтобы либо по меньшей мере одно направляющее устройство, либо блок смещения были разъемно соединены или постоянно соединены со вторым буром.

Предпочтительно, чтобы направляющий канал проходил по плавной волнообразной траектории. В наиболее предпочтительной форме направляющий канал имеет приблизительно синусоидальную форму.

Предпочтительно, чтобы направляющий канал имел синусоидальную волновую форму с числом длин волн от 1 до 100. Предпочтительно, чтобы число длин волн находилось в диапазоне от 1 до 10.

В альтернативном предпочтительном варианте направляющий канал выполнен из нескольких частичных волн или наложением волновых форм. Предпочтительно, чтобы направляющий канал был вы- 1 029087

полнен с учетом одной или нескольких следующих особенностей: различные длины волны, различные волновые формы, волны с различным расстоянием от высшей точки до низшей точки, несинусоидальные волновые формы, синусоидальные волновые формы, длины волн с разрывом и без разрыва.

В дополнительном варианте направляющий канал представляет собой наложение двух или нескольких отдельных вспомогательных волновых форм, при этом каждая вспомогательная волновая форма имеет различную частоту или расстояние от высшей до низшей точки.

Предпочтительно, чтобы расстояние от высшей до низшей точки направляющего канала находилось в пределах от 1 до 400 мм. В наиболее предпочтительном варианте расстояние от высшей до низшей точки составляет от 25 до 100 мм. В еще более предпочтительном варианте расстояние от высшей до низшей точки составляет 50 мм.

Предпочтительно, чтобы бур для изготовления щебеночных свай включал редуктор, который присоединен к первому буру или предназначен для приведения в действие первого бура, при этом второй бур включает узел привода и редуктор включает узел сцепления, в котором узел привода и узел сцепления предназначены для взаимодействия для передачи вращательного движения от первого бура на второй бур, или от привода-вращателя на первый и(или) второй бур.

Предпочтительно, чтобы узел привода включал пару параллельных противолежащих первых сторон, второй бур включает вал, и узел сцепления включал по меньшей мере одну пару первых контактных устройств, таким образом, чтобы расстояние между первыми сторонами равнялось диаметру вала, и расстояние между первыми контактными устройствами также равнялось диаметру вала. Предпочтительно, чтобы узел сцепления включал параллельную пару вторых контактных устройств, и узел привода включал пару параллельных противолежащих вторых сторон. Предпочтительно, чтобы вторые стороны и вторые контактные устройства имели размеры, аналогичные размерам первых сторон и первых контактных устройств соответственно.

Предпочтительно, чтобы контактное устройство было выбрано из поверхности, удлиненного, способного вращаться элемента или из их сочетания. В наиболее предпочтительном варианте каждое контактное устройство представляет собой цилиндрический ролик или колесо. В альтернативном предпочтительном варианте контактные устройства представляют собой поверхности или полосы из одного или нескольких материалов, выбранных из бронзы, материала с низким коэффициентом трения, полимера с низким коэффициентом трения и керамики с низким коэффициентом трения; при этом следует отметить, что низкие фрикционные характеристики могут быть обусловлены смазывающим веществом или являться внутренним свойством используемого материала. В предпочтительном варианте поперечное сечение узла сцепления представляет собой многоугольник с контактным устройством, образующим стороны многоугольника.

В альтернативном варианте узел привода в основном имеет прямоугольную форму или предпочтительно в основном имеет квадратную форму в поперечном сечении и включает по меньшей мере один приводной механизм, отходящий от каждой торцевой поверхности узла привода.

Предпочтительно, чтобы узел сцепления включал первое отверстие, имеющее поперечное сечение, представляющее собой сочетание креста, все плечи которого равны по длине, и круга, при этом крест и круг концентричны. Предпочтительно, чтобы плечи креста образовывали четыре канала привода, которым приданы размеры для установки в них по меньшей мере одного приводного механизма.

Предпочтительно, чтобы каждый приводной механизм мог свободно вращаться вокруг оси, которая приблизительно перпендикулярна поверхности, от которой она отходит.

Предпочтительно, чтобы узел сцепления являлся муфтой для узла привода. Предпочтительно, чтобы каждый приводной механизм был выбран из поверхности, удлиненного, способного вращаться элемента или из их сочетания. В наиболее предпочтительном варианте каждый приводной механизм представляет собой цилиндрический ролик или колесо. В альтернативном предпочтительном варианте один или несколько приводных механизмов представляют собой поверхность или полосу из одного или нескольких материалов, выбранных из бронзы, материала с низким коэффициентом трения, полимера с низким коэффициентом трения и керамики с низким коэффициентом трения; при этом следует отметить, что низкие фрикционные характеристики могут быть обусловлены смазывающим веществом или являться внутренним свойством используемого материала.

Настоящее изобретение также включает предпочтительный способ формирования щебеночной сваи, включающий нижеприведенные этапы в следующем порядке:

первый этап, или этап погружения, на котором бур для изготовления щебеночных свай внедряют в грунт;

второй этап, на котором узел сцепления и узел привода входят в зацепление и редуктор приводит в действие второй бур;

третий, или формирующий этап, на котором устройство смещения входит в зацепление.

Предпочтительно, чтобы редуктор включал комплект эпициклических шестерен и узел сцепления образовывал часть центрального зубчатого колеса.

Предпочтительно, чтобы узел привода являлся четырехугольником в поперечном сечении. Предпочтительно, чтобы четырехугольник являлся квадратом. В альтернативном варианте поперечное сече- 2 029087

ние узла привода является правильным прямоугольником.

Краткое описание чертежей

Исключительно для примера предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения подробно описан ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых

фиг. 1 - наглядное изображение узла бура в сборе для формирования заглубленных в грунт щебеночных свай, присоединенного к буровому станку;

фиг. 2 - вид сбоку в поперечном сечении узла бура в сборе и опорной рамы;

фиг. 2а - увеличенный участок на фиг. 2, на котором более детально проиллюстрирован альтернативный вариант блока смещения;

фиг. 2Ь - увеличенный участок на фиг. 2, на котором более детально проиллюстрирована эпициклическая шестерня и альтернативный вариант узла привода;

фиг. 3 - вид сбоку блока смещения;

фиг. 4 - вид в плане эпициклической шестерни;

фиг. 5 - вид сбоку части второго бура, который включает узел привода;

фиг. 5а - вид в поперечном сечении по линии А-А через вал второго бура;

фиг. 5Ь - вид в поперечном сечении по линии В-В через узел привода второго бура;

фиг. 6 - вид в плане центрального зубчатого колеса с узлом сцепления;

фиг. 6а - вид в поперечном сечении по линии С-С через центральное зубчатое колесо с торцевой головкой;

фиг. 7 - вид сбоку части второго бура и центрального зубчатого колеса с узлом привода, выведенного из зацепления с узлом сцепления;

фиг. 7а - вид в поперечном сечении по линии И-И через вал второго бура с узлом привода, выведенного из зацепления с узлом сцепления;

фиг. 8 - вид сбоку части второго бура и центрального зубчатого колеса с узлом привода и узлом сцепления, находящимся в зацеплении;

фиг. 8а - вид в поперечном сечении по линии Е-Е через узел сцепления с узлом привода и узлом сцепления, находящимся в зацеплении;

фиг. 9 - вид сбоку второго примера осуществления колонны в сборе без бункера или кранаэкскаватора;

фиг. 9а - увеличенный вид первого варианта блока смещения второго примера осуществления изобретения;

фиг. 9Ь - увеличенный вид второго варианта блока смещения второго примера осуществления изобретения;

фиг. 10 - вид в плане центрального зубчатого колеса второго примера осуществления изобретения; фиг. 11 - частичный вид сбоку вторичной секции второго бура, включающий альтернативный вариант узла привода второго примера осуществления изобретения;

фиг. 12 - вид в плане в поперечном сечении по линии 0-0 вторичной секции второго примера осуществления изобретения;

фиг. 13 - вид в поперечном сечении центрального зубчатого колеса второго примера осуществления изобретения с альтернативным вариантом узла привода, находящегося в зацеплении;

фиг. 14 - частичный вид в поперечном сечении второго примера осуществления изобретения колонны в сборе без бункера или крана-экскаватора в первом (вставленном) положении;

фиг. 15 - частичный вид в поперечном сечении второго примера осуществления колонны в сборе без бункера или крана-экскаватора во втором положении;

фиг. 16 - частичный вид в поперечном сечении второго примера осуществления колонны в сборе без бункера или крана-экскаватора в третьем положении (формирования).

Определения

Наполнитель: в данном контексте размер строительного наполнителя превышает приблизительно 0,1 мм (включая песок, камень, щебень, бетон, шлак и т.д.).

Шнек: в данном контексте включает шнековую секцию без центрального вала, аналогичную бураву.

Шнековая секция: в данном контексте слой материала, перемещающегося по винтовой траектории, подобной винтовой лестнице.

Труба: в данном контексте под трубой понимается длинный полый элемент, наружный профиль поперечного сечения которого может быть круглой или любой другой формы (треугольной, квадратной, шестиугольной, эллиптической и т.д.) и внутренняя полость которого является круглой (или приблизительно круглой/эллиптической) в поперечном сечении.

Следует отметить, что рисунки являются исключительно репрезентативными, и относительные размеры могут быть увеличены для большей для наглядности.

Первый пример осуществления настоящего изобретения

На фиг. 1 проиллюстрирован первый пример осуществления колонны в сборе (1), включающей узел бура (2), бункер (3) и опору (4). Используемая колонна в сборе (1) присоединена к крану или экскаватору

- 3 029087

(5). Кран/экскаватор (5) представляет собой кран/экскаватор известного типа, используемый в промышленности, и он обеспечивает опору и эксплуатацию колонны в сборе (1).

Бурильная колонна (2) включает первый бур (10) и второй бур (11) и используется для формирования заглубленных в грунт щебеночных свай.

На фиг. 2 колонна в сборе (1) показана в поперечном сечении. Первый бур (10) представляет собой, по существу, пустотелую трубу, при этом в ней соосно размещен второй бур (11), и, по меньшей мере, частично внутри упомянутого первого бура (10).

Второй бур (11) включает первичную секцию (12) и вторичную секцию (13), в которых один конец первичной секции (12) примыкает к первому концу (14) второго бура (11) и один конец вторичной секции (13) примыкает ко второму концу (15) второго бура (11). Первый конец (14) и второй конец (15) являются противоположными концами второго бура (11). Первичная секция (12) является концом второго бура (11) и располагается вплотную к первому торцу (15а) первого бура (10), при этом первый торец (15а) является открытым концом первого бура (10), который первым входит в грунт.

Бункер (3) представляет собой контейнер для наполнителя, используемого для формирования щебеночной сваи. В этом случае контейнер представляет собой в основном усеченный конус с цилиндрической секцией, выступающей из основания конуса, при этом усеченный конец образует основание бункера (3).

Колонна в сборе (1) также включает устройство перемещения (16) и редуктор (17), при этом устройство перемещения (16) присоединено к опоре (4) и не напрямую к вторичной секции (13), и/или ко второму концу (15), и при включении редуктор (17) предназначен для приведения в действие либо одного либо обоих буров (10,11).

Устройство перемещения (16), скорее всего, является пневматическим или гидравлическим цилиндром известного типа, но этим устройством может быть любое устройство, обеспечивающее перемещение второго бура (11) продольно внутри первого бура (10).

Первичная секция (12) представляет собой шнековый бур, включающий шнековую секцию (18), один конец которой примыкает к первому концу (14). Шнековая секция (18) бура может располагаться вдоль части или по всей длине первичной секции (12).

Для наглядности две увеличенные секции показаны на фиг. 2а и 2Ь, на фиг. 2а второй бур (11) включает блок смещения (20) или присоединен к нему, и на фиг. 2Ь вторичная секция (13) второго бура (11) включает узел привода (21). Второй бур (11) может включать либо один блок смещения (20), либо один узел привода (21), либо как блок смещения (20), так и узел привода (21).

На фиг. 2а и 3 показана часть вторичной секции (13) второго бура (11), при этом проиллюстрирован один вариант блока смещения (20). В этом варианте блок смещения (20) жестко соединен с вторичной секцией (13) второго бура (11) или выполнен как часть вторичной секции (13) второго бура (11). Блок смещения (20) может быть постоянно соединен (например, приварен ко второму буру (11)), выполнен как часть второго бура (11) или разъемно соединен (например, зафиксирован шпонкой и/или болтом со вторым буром (11)).

На фиг. 2а и 3 блок смещения (20) показан как цилиндр, соосно совмещенный со вторым буром (11), включающий направляющий канал (22). Направляющий канал (22) является непрерывным кольцевым каналом, выполненным на поверхности блока смещения (20), который проходит по плавной волнообразной траектории. Волновая форма направляющего канала (22) является приблизительно синусоидальной (или представляет собой наложение нескольких приблизительно синусоидальных форм волн), и расстояние от верхней точки до нижней точки составляет от 1 до 400 мм, хотя предпочтительно, чтобы расстояние составляло от 20 до 100 мм. На чертежах показан направляющий канал (22), длину которого составляют две длины волны, но это, скорее всего, будет зависеть от скорости вращения второго бура (11), размера наполнителя и расстояния от верхней точки до нижней точки направляющего канала (22). Длина направляющего канала (22) будет, по меньшей мере, составлять одну длину волны и предпочтительно будет находиться в пределах от 1 до 10 длин волны для большинства случаев применения. Очевидно, что волновая форма будет состоять из целого числа волн одинаковой волновой формы и частоты, однако в некоторых случаях применения целесообразно использовать изменяющуюся волновую форму, состоящую из ряда частичных или целых длин волн одинаковых или различных волновых форм и/или частот. Преимуществом направляющего канала (22) также может являться его разрывность. Следует отметить, что волновая форма может представлять собой наложение различных волновых форм, при этом указанные наложенные волновые формы имеют различные частоты и/или расстояние от верхней точки до нижней точки. Например волна с периодичностью, составляющей 1, при расстоянии 25 мм от верхней точки до нижней точки, могла бы быть совмещена с волной с периодичностью, составляющей 5, и расстоянием в 1 мм от верхней точки до нижней точки, в результате чего блок смещения сообщает медленное перемещение на большое расстояние при одновременном более быстром смещении на короткое расстояние.

Направляющий канал (22) включает стенки каналов (23, 24), которые являются боковыми стенками направляющего канала (22).

Опора (4) включает удерживающую конструкцию (25) и направляющее устройство (26), при этом

- 4 029087

удерживающая конструкция (25) является каркасом, предназначенным для удержания направляющего устройства (26) внутри направляющего канала (22). В этом случае направляющее устройство (26) представляет собой свободно вращающиеся ролики или колеса известного типа, которым приданы размеры, обеспечивающие их размещение и установку между стенками каналов (23, 24) направляющего канала (22). Следует отметить, что направляющим устройством (26) может быть любое устройство, которое может свободно перемещаться вдоль направляющего канала (22) между стенками каналов (23, 24), например колеса, ролики, блочные элементы материала, конструктивные элементы с одной или несколькими поверхностями с низким трением, конструктивные элементы с шариками или роликами, контактирующими с одной или несколькими стенками каналов (23, 24) и т.д. Одно направляющее устройство (26) в данном случае показано как колесо, расположенное внутри направляющего канала (22) на двух диаметрально противоположных сторонах блока смещения (20).

При использовании направляющее устройство (26) взаимодействует с направляющим каналом (22) для перемещения блока смещения (20) и второго бура (11) соосно по отношению к первому буру (10). Было обнаружено, что это перемещение минимизирует или устраняет закупоривание наполнителя, когда колонна в сборе (1) используется в соответствии со способом, аналогичным способу, описание которого приведено в заявке РСТ/1В 2012/051585 для формирования щебеночной сваи.

Другими словами, при использовании блока смещения (20) второй бур (11) вращается с блоком смещения (20), но направляющее устройство (2) остается в зафиксированном положении, при котором оно присоединено к удерживающей конструкции (25). Это означает, что при вращении второго бура (11) каждое направляющее устройство (26) перемещается по направляющему каналу (22) параллельно одной или обеим стенкам канала (23, 24). При перемещении направляющего устройства (26) по длине направляющего канала (20) второй бур (11) соосно смещается по отношению к первому буру (10).

Скорость и величина соосного смещения первого и второго буров (10, 11) по отношению друг к другу определяется волновой формой направляющего канала (20), и указанная волновая форма может быть оптимизирована для конкретного применения.

Следует отметить, что направляющее устройство (26) может быть монолитным и выполненным из материала с низким коэффициентом трения (бронзы, политетрафторэтилена, полимеров, керамики и т.д.) или может представлять собой устройство, содержащее один или несколько вращающихся элементов, которые контактируют с одной или обеими стенками (23, 24) канала. Направляющему устройству (26) приданы размеры, и оно сконструировано, чтобы взаимодействовать с направляющим каналом (22) для перемещения блока смещения (20) и второго бура (11), с которым они соединены или выполнены как часть первого бура (10) соосно по отношению к нему.

Как показано на фиг. 3, второй бур (11) может выступать за блок смещения (20) таким образом, чтобы второй конец (15) необязательно примыкал к блоку смещения (20).

Как показано на фиг. 2 и 2а, устройство перемещения (16) не связано непосредственно со вторым буром (11) с помощью направляющего устройства (26), поскольку они входят в зацепление с блоком смещения (20), но не соединены непосредственно с ним. Кроме того, устройство перемещения (16) может включать разъединитель (27), чтобы соосно и вращательно изолировать устройство перемещения (16) от первого бура (10) или второго бура (11), при этом таким разъединителем (27) может быть подшипник (роликовый/шариковый подшипник), втулки или любое аналогичное устройство.

На фиг. 4 показана стандартная эпициклическая шестерня (30), при этом эпициклическая шестерня

(30) включает кольцевое зубчатое колесо или эпициклическое зубчатое колесо (31), планетарные шестерни (32) и центральное зубчатое колесо (33). Центральное зубчатое колесо (33) расположено в центре, в этом случае три планетарные шестерни (32) равномерно распределены вокруг и входят в зацепление с центральным зубчатым колесом (33). Кольцевое зубчатое колесо или эпициклическое зубчатое колесо

(31) представляет собой эпициклическое зубчатое колесо с зубьями на внутренней поверхности, при этом кольцевое зубчатое колесо или эпициклическое зубчатое колесо (31) входит в зацепление со всеми планетарными шестернями (32).

Редуктор (17), проиллюстрированный на фиг. 2Ь, включает комплект эпициклических шестерен (30) с кольцевым зубчатым колесом, или эпициклическим зубчатым колесом (31), несколько планетарных шестерен (32) и центральное зубчатое колесо (33).

На фиг. 5 более детально показана секция второго бура (11), который включает узел привода (21). В этом случае узел привода (21) расположен между первичной секцией (12) и вторичной секцией (13) второго бура (11).

Как показано на фиг. 5, 5а и 5Ь, из которых на фиг. 5а представлено поперечное сечение узла привода (21) в направлении стрелок А-А на фиг. 5, и на фиг. 5Ь представлен вид в поперечном сечении первичной секции (12) второго бура (11) в направлении стрелок В-В на фиг. 5. В этом случае поперечное сечение первичной секции (12) имеет круглую форму, так же как и поперечное сечение вторичной секции (13). Поперечное сечение по линии А-А узла привода (21) имеет квадратную форму, при этом расстояние между противоположными поверхностями равно диаметру круглого поперечного сечения по линии В-В первичной секции (12).

Как показано на фиг. 6, центральное зубчатое колесо (33) включает узел сцепления (39). Узел сцеп- 5 029087

ления (39) включает пару первого контактного устройства (40) и пару второго контактного устройства (41) и показан в плане с центральным зубчатым колесом (33), расположенным на плоскости х-у. Каждое контактное устройство (40) является цилиндрическим роликом на соосном валу.

На этом изображении первое контактное устройство (40) является параллельным, и второе контактное устройство (41) является параллельным, но первое контактное устройство (40) расположено перпендикулярно по отношению ко второму контактному устройству (41). Расстояние между парой первого контактного устройства (40) равно диаметру первичной секции (12), при этом каждое первое контактное устройство (40) находится на равном расстоянии от центра центрального зубчатого колеса (33). Аналогично расстояние между парой второго контактного устройства (40) равно диаметру первичной секции (12), при этом каждое второе контактное устройство (40) находится на равном расстоянии от центра центрального зубчатого колеса (33). Следует отметить, что если поперечное сечение по линии А-А не является квадратным, то в этом случае расстояние между соответствующими парами контактных устройств (40, 41) будет зависеть от поверхностей узла привода (21), с которыми каждая пара контактных устройств (40, 41) предназначена входить в зацепление.

На фиг. 6а представлен вид в поперечном сечении в направлении стрелок С-С через центральное зубчатое колесо (33). На фиг. 6а представлен вид в поперечном сечении центрального зубчатого колеса (33), если смотреть на него в плоскости χ-ζ.

На фиг. 6а первые контактные устройства (40) параллельны друг другу и оси центрального зубчатого колеса (33). На фиг. 6а вторые контактные устройства (41) приблизительно перпендикулярны друг другу и оси центрального зубчатого колеса (33). Когда контактные устройства (40, 41) включают удлиненный способный вращаться элемент (в данном случае цилиндрический ролик) для снижения трения, указанный способный вращаться элемент должен быть либо параллелен оси центрального зубчатого колеса (33), либо располагаться под углом по отношению к нему с целью снижения до минимума его изнашивания. Оптимальный угол контактного устройства (40, 41) по отношению к оси центрального зубчатого колеса (33) будет зависеть от диаметра контактных устройств (40, 41) и диаметра первичной секции (12).

Одно предпочтительное устройство использования узла привода (21) показано на фиг. 7, 7а, 8 и 8а; при этом на фиг. 7а и 8а приведен вид в поперечном сечении в направлении стрелок Ό-Ό и Е-Е соответственно.

Как показано на фиг. 7 и 7а, узел привода (21) не находится в зацеплении с узлом сцепления (39) и при этом центральное зубчатое колесо (33) может свободно вращаться по отношению ко второму буру (11).

На фиг. 8 и 8а устройство перемещения (16) переместило узел привода (21) по отношению к центральному зубчатому колесу (33). Узел привода (21) и узел сцепления (39) теперь взаимодействуют для передачи вращения центрального зубчатого колеса (33) второму буру (11) или наоборот, в зависимости от того, какой бур приводится во вращение.

При формировании щебеночной сваи бурильная колонна (2) вращается и погружается в грунт, при этом во время погружения было бы предпочтительным, чтобы первый и второй буры (10,11) вращались в одном направлении. При достижении бурильной колонной (2) требуемой глубины необходимо подавать наполнитель, образующий щебеночные сваи до основания бурильной колонны по мере подъема бурильной колонны (2). В этом случае было бы предпочтительным вращать первый и второй буры (10, 11) в противоположных направлениях. Если второй бур (11) включает узел привода (21) и используется центральное зубчатое колесо (33) с узлом сцепления (39), то может быть легко обеспечено это вращение в противоположном направлении. При отсутствии узла сцепления (39) и узла привода (21) вероятно потребуются два отдельных приводных устройства, по одному для каждого бура (10, 11).

В дополнительных примерах осуществления настоящего изобретения редуктор может не представлять собой планетарный редуктор, но узел сцепления (39) может все же присутствовать в одной из зубчатых передач.

В альтернативных примерах осуществления настоящего изобретения (не показаны) поперечное сечение по линии А-А не обязательно должно быть квадратным, оно может быть любым многоугольником, в котором расстояние между по меньшей мере одной пары противолежащих параллельных поверхностей равно диаметру первичной секция (12), например поперечное сечение по линии А-А могло бы быть правильным шестиугольником, прямоугольником или иметь любую иную приемлемую форму.

В дополнительных примерах осуществления настоящего изобретения (не показаны), в которых имеются контактные устройства (40), контактные устройства (40) могли бы представлять собой внутренние стенки муфты, внутренней части которой приданы размеры для вхождения в зацепление с узлом привода (21). В этом случае контактные устройства (40) могут быть выполнены из бронзы или самосмазывающегося материала, и/или твердого материала (например, металла, полимера или керамики) с низким коэффициентом трения.

В дополнительных примерах осуществления настоящего изобретения (не показаны), в которых имеются контактные устройства (40), контактные устройства (40) могли бы представлять собой просто блоки или полоски приемлемого материала, и в этом случае они предпочтительно могли бы являться

- 6 029087

самосмазывающимся материалом или материалом с низким коэффициентом трения, таким как бронза, полимер или керамика. Как вариант, каждое контактное устройство (40) может просто включать один или несколько вращающихся элементов, контактирующих с поверхностью первичной секции (12) или узла привода (21).

В дополнительных примерах осуществления настоящего изобретения (не показаны), в которых имеется блок смещения (20), направляющий канал (22) мог бы быть сформирован в виде кольца материала, соединенного с удерживающей конструкцией (25) и направляющему устройству (26), соединенному со вторым буром (11). Направляющее устройство (26) по-прежнему перемещалось бы по направляющему каналу (22), однако они вращались бы со вторым буром (11) в тех случаях, когда бур приводился бы в действие, а не оставались бы неподвижными по отношению к колонне в сборе (2).

Наилучшее техническое выполнение настоящего изобретения

Как показано на фиг. 9, второй пример осуществления колонны в сборе (1) проиллюстрирован с бункером (3), и кран-экскаватор (5) исключен из рисунка для наглядности. В этом случае показан привод-вращатель (50) известного типа, при этом указанный привод-вращатель (50) предназначен для вращения первого бура (10).

В указанном втором примере осуществления настоящего изобретения первый бур (10) включает расширенную секцию (51), расположенную вблизи первого торца (15а). Расширенная секция (51) в сущности представляет собой два усеченных конуса, разделенных цилиндрической частью, при этом основания конусов примыкают к торцам цилиндра.

На фиг. 9 проиллюстрированы опциальные первые альфа- и бета шнековые секции (52, 53), которые являются шнековыми секциями на внешней стороне первого бура (10). Первые альфа- и бета шнековые секции (52, 53) могут иметь одну и ту же или противоположную направленность, и обе секции могут иметь одинаковую направленность со шнековой секцией бура (18).

На фиг. 9 показан блок смещения (20) внутри устройства смещения (55), при этом два выступа зацепления (56, 57) отходят от внешнего кожуха (60), при этом внешний кожух (60) охватывает, по меньшей мере, частично движущиеся детали устройства смещения (55).

На фиг. 9а и 9Ь представлен увеличенный вид двух вариантов устройства смещения (55), при этом для наглядности раскрыто их внутреннее устройство или они показаны в поперечном сечении. Устройство смещения (55) включает блок смещения (20) и направляющее устройство (26), расположенное внутри внешнего кожуха (60). В обоих вариантах устройство перемещения (16) присоединено к внешнему кожуху (60) с помощью разъединителя (27). Разъединитель (27) вращательно разъединяет (соосно) устройство перемещения (16) и внешний кожух (60), и это означает, что нет необходимости обеспечивать для этого электрические, гидравлические или пневматические соединения с устройством перемещения (16). Как указано в первом примере осуществления настоящего изобретения, предпочтительно, чтобы разъединитель (27) являлся роликовым подшипником, шариковым подшипником, втулкой или аналогичным устройством, которое соосно, вращательно отделяет устройство перемещения (16) от буров (10, 11) и которое может быть использовано непосредственно или косвенно.

Первый вариант устройства смещения (55) показан на фиг. 9а, и в этом варианте блок смещения (20) по сущности аналогичен блоку смещения в соответствии с описанием для первого примера осуществления изобретения, при этом направляющий канал (22) врезан по окружности во внешнюю поверхность цилиндра, соединенного со вторым буром (11) или выполненного в качестве его части, при этом направляющее устройство (26) выступает от внутренней стенки внешнего кожуха (60). Следует отметить, что направляющее устройство (26) может быть соединено с внешним кожухом (60) устройства смещения (20) непосредственно или не напрямую.

На фиг. 9Ь показан второй вариант устройства смещения (55) в поперечном сечении, в этом втором варианте направляющее устройство (26) соединено с поверхностью второго бура (11) и блок смещения (20) соединен с внешним кожухом (60) или выполнен как его часть. В этом втором варианте блок смещения (20) представляет собой кольцо с направляющим каналом (22), врезанным по окружности во внутреннюю стенку (61).

Между вторым концом (15) второго бура (11) и внешним кожухом (60) имеется пространство смещения (62), представляющее собой пустое пространство, обеспечивающее смещение второго бура (11) относительно устройства смещения (55) при его использовании. Размеры пространства смещения (62) подобраны таким образом, чтобы при использовании второго бура (11) исключался контакт с внешним кожухом (60).

На фиг. 10 представлено центральное зубчатое колесо (33) в плане с узлом сцепления (39), имеющим первое отверстие (65). В указанном втором примере осуществления настоящего изобретения первое отверстие (65) проходит по всей толщине центрального зубчатого колеса (33). На этом изображении первое отверстие (65) представляет собой сочетание креста со всеми равными по длине плечами и круга, при этом центры креста, круга и центрального зубчатого колеса (33) совпадают. Плечи креста образуют четыре приводных канала (66), проходящих через центральное зубчатое колесо (33). Диаметр круга составляет 61.

На фиг. 11 и 12 показаны часть вторичной секции (13) и вид в поперечном сечении узла привода

- 7 029087

(21) соответственно. В указанном втором примере осуществления настоящего изобретения вал второго бура (11) в узле привода (21) в основном имеет форму квадрата в поперечном сечении с максимальным размером по диагонали, составляющим 62, где 62 меньше или самое большее равен 61.

Узел привода (13) также включает 4 пары приводных механизмов (67), при этом один приводной механизм (67) каждой пары расположен на поверхностях вала второго бура (11), диаметрально противоположных поверхностям второго бура. Каждый приводной механизм (67) представляет собой колесо или ролик, предназначенный для вращения на приводном валу (68), к которому он присоединен. Каждый приводной вал (68) представляет собой вал, проходящий приблизительно перпендикулярно от поверхности (69) узла привода (21). В некоторых случаях приводной вал (68) проходит через вал второго бура (11), соединяя вместе пары приводных механизмов.

Как показано, имеются два приводных механизма (67), расположенных на каждой поверхности узла привода (21), указанные приводные механизмы расположены на расстоянии друг от друга по длине узла привода (21). Ось каждого приводного вала (68) расположена перпендикулярна оси второго бура (11) и проходит через нее.

На фиг. 13 проиллюстрирован вид в поперечном сечении центрального зубчатого колеса (33) и узел привода (21) второго примера осуществления настоящего изобретения, находящийся в зацеплении в положении для передачи движения. В положении для передачи движения центральное зубчатое колесо (33) может приводить второй бур (11) во вращательное движение.

В положении для передачи движения приводные механизмы (67) задвигаются вовнутрь дополнительного приводного канала (66), при этом каждому такому приводному механизму (67) приданы размеры для установки внутри соответствующего приводного канала (66).

Один предпочтительный способ использования второго примера осуществления настоящего изобретения описан ниже со ссылкой на фиг. 14, 15 и 16, на которых колонна в сборе (1) показана с бункером (3) и краном-экскаватором (5), удаленном из рисунка для наглядности.

Как показано на фиг. 14, колонна в сборе (1) находится в первом положении или в положении погружения в грунт, при котором устройство смещения (55) не находится в зацеплении, и второй бур (11) не приводится в действие редуктором (17). В этом положении бурильная колонна (2) погружается в грунт для начала формирования щебеночной сваи, первый бур (10) приводится во вращение с помощью привода-вращателя (50), и бур вдавливается в грунт. Второй бур (11) может быть неподвижным или вращаться во время указанного этапа (например, вместе с первым буром (10)).

Устройство блокировки (70) размещено и присоединено к одной стороне редуктора (17), т.е. к стороне, расположенной максимально близко к устройству перемещения (16). Устройство блокировки (70) представляет собой толстостенную трубу, расположенную соосно со вторым буром (11), включающим отверстия зацепления (71). Каждое отверстие зацепления (71) представляет собой паз, идущий внутрь устройства блокировки (70), которому приданы размеры и который предназначен для размещения в нем выступа зацепления (56, 57).

Когда бурильная колонна (2) находится на требуемой глубине и щебеночная свая должна быть сформирована, устройство перемещения (16) воздействует на второй бур (11) и перемещает его относительно первого бура (10). Затем устройство перемещения (16) отводит первый конец (14) от первого торца (15а).

Устройство перемещения (16) продолжает перемещать второй бур (11) через первый бур (10) до тех пор, пока, как показано на фиг. 15, приводные механизмы (67) не войдут в зацепление с приводными каналами (66), и в этом втором положении редуктор (17) может приводить в движение второй бур (11) для подачи любого наполнителя внутри первого бура (10) и его вытеснения из первого торца (15а) для формирования щебеночной сваи, когда бурильная колонна (2) извлекается из грунта.

Как показано на фиг. 16, устройство перемещения (16) продвинуло второй бур (11) в третье положение (положение формирования), в этом положении каждый выступ зацепления (56, 57) был продвинут в полное зацепление с дополнительным отверстием зацепления (71). Второй бур (11) также продвинут далее через первый бур (10), при этом происходит выдвижение первого концы (14) на большее расстояние из бурильной колонны (2).

Устройство смещения (55) может теперь смещать первый и второй буры (10, 11) относительно друг друга по мере извлечения бурильной колонны из грунта. Дифференциальное перемещение второго бура (11) относительно первого бура (10) в продольном направлении сводит до минимума возможность закупоривания наполнителем, обеспечивая при этом формирование щебеночной сваи однородного качества. Также считается, что устройство смещения (55) способствует уплотнению материала щебеночной сваи.

Несмотря на то, что предпочтительным является включение в устройство выступов зацепления (56, 57) на устройстве смещения (55), они являются необязательными и может быть использован альтернативный способ зацепления устройства смещения (55).

В некоторых примерах осуществления настоящего изобретения (не показаны) приводные каналы (66) могут иметь различное поперечное сечение, например поперечное сечение может иметь полукруглую форму. В этом случае приводные механизмы (67) имеют дополняющую форму.

В некоторых примерах осуществления настоящего изобретения приводные механизмы (67) посто- 8 029087

янно соединены с соответствующим приводным валом (68) и предназначены для придания вращательного движения. В других примерах осуществления настоящего изобретения приводные механизмы (67) не предназначены для придания вращения, они выступают в качестве шпонки.

Несмотря на то, что редуктор (17) описан как планетарный редуктор, он может иметь любую приемлемую форму (17), которая позволяет приводу-вращателю (50) непосредственно приводить в движение первый бур (10) и не напрямую, через редуктор (17), приводить в движение второй бур (11).

Предпочтительно, чтобы имелось два направляющих устройства (26), но в некоторых случаях имеется одно устройство или более двух.

При использовании направляющее устройство (26) взаимодействует с направляющим каналом (22) для перемещения блока смещения (20) или направляющего устройства (26) и второго бура (11) соосно по отношению к первому буру (10).

Позиции:

1 - Колонна в сборе;

2 - Бурильная колонна;

3 - Бункер;

4 - Опора;

5 - Кран-экскаватор;

10 - Первый бур;

11 - Второй бур;

12 - Первичная секция (второго бура);

13 - Вторичная секция (второго бура)

14 - Первый конец;

15 - Второй конец;

15а - Первый торец (первого бура);

16 - Устройство перемещения;

17 - Редуктор;

18 - Шнековая секция бура;

20 - Блок смещения;

21 - Узел привода (второго бура);

22 - Направляющий канал;

23 - Стенка канала (боковая стенка направляющего канала);

24 - Стенка канала (боковая стенка направляющего канала);

25 - Удерживающая конструкция;

26 - Направляющее устройство;

27 - Разъединитель (вращательно разъединяет устройство перемещения и устройство смещения);

30 - Комплект эпициклических шестерен;

31 - Кольцевое зубчатое колесо, или эпициклическое зубчатое колесо;

32 - Планетарная шестерня;

33 - Центральное зубчатое колесо;

39 - Узел сцепления;

40 - Первое контактное устройство;

41 - Второе контактное устройство;

50 - Привод-вращатель;

51 - Расширенная секция (первого бура);

52 - Первый альфа-винт шнека;

53 - Первый бета-винт шнека;

55 - Устройство смещения;

56 - Выступ зацепления (на закрытом корпусом устройстве смещения);

57 - Выступ зацепления (на закрытом корпусом устройстве смещения);

60 - Внешний кожух (закрытого корпусом устройства смещения)

61 - Внутренняя стенка (блока смещения, когда он представляет собой кольцо);

65 - Первое отверстие (отверстие крестообразной формы, проходящее через центральное зубчатое колесо);

66 - Приводные каналы (проходящие через центральное зубчатое колесо, второй пример осуществления настоящего изобретения);

67 - Приводные механизмы (второй пример осуществления настоящего изобретения);

68 - Приводной вал (второй пример осуществления настоящего изобретения, при котором обеспечивается соединение пары приводных механизмов);

70 - Устройство блокировки (для зацепления с устройством смещения);

71 - Отверстие зацепления.

- 9 029087

Claims (10)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Буровая система для изготовления щебеночных свай, включающая первый бур, второй бур и устройство смещения первого и второго бура относительно друг друга в продольном направлении, в которой

   первый бур включает трубу, внутри которой, по меньшей мере, частично соосно размещен второй бур;

   второй бур включает шнековую секцию бура и первый конец;

   устройство смещения включает блок смещения и по меньшей мере одно направляющее устройство; блок смещения включает направляющий канал и

   направляющее устройство расположено внутри направляющего канала, причем направляющее устройство обеспечивает смещение первого и второго бура относительно друг друга в продольном направлении при перемещении по направляющему каналу;

   при этом направляющий канал представляет собой непрерывный кольцевой канал, имеющий волнообразную форму, и по меньшей мере либо одно направляющее устройство, либо блок смещения разъемно соединены или постоянно соединены со вторым буром.
2. 2. Буровая система по п.1, в которой направляющий канал имеет синусоидальную форму.
3. 3. Буровая система по п.1 или 2, в которой число длин волн направляющего канала составляет по меньшей мере от 1 до 100.
4. 4. Буровая система по любому из пп.1-3, в которой число длин волн в направляющем канале составляет по меньшей мере 1 и может достигать 10.
5. 5. Буровая система по п.1 или 2, в которой направляющий канал выполнен из нескольких частичных волн или наложения волновых форм.
6. 6. Буровая система по п.5, в которой направляющий канал является наложением двух или более отдельных волновых форм, при этом каждая волновая форма имеет различную длину волны и/или различное расстояние от верхней точки до нижней точки.
7. 7. Буровая система по любому из предшествующих пунктов, в которой расстояние направляющего канала от верхней точки до нижней точки составляет от 1 до 400 мм.
8. 8. Буровая система по п.8, в которой расстояние от верхней точки до нижней точки составляет от 25 до 100 мм.
9. 9. Буровая система по п.8, в которой расстояние от верхней точки до нижней точки составляет 50

   мм.
10. 10. Способ использования буровой системы для изготовления щебеночных свай по любому из предшествующих пунктов, включающий следующие этапы в нижеприведенном порядке:

    первый этап, или этап погружения, при котором буровую систему для изготовления щебеночных свай, включающую первый и второй бур, внедряют в грунт;

    формирующий этап, при котором устройство смещения входит в зацепление со вторым буром для перемещения первого и второго бура относительно друг друга в продольном направлении.

    - 10 029087