EP0273974B1 - Vorrichtung zum bohren von löchern in den boden - Google Patents

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EP0273974B1
EP0273974B1 EP86904469A EP86904469A EP0273974B1 EP 0273974 B1 EP0273974 B1 EP 0273974B1 EP 86904469 A EP86904469 A EP 86904469A EP 86904469 A EP86904469 A EP 86904469A EP 0273974 B1 EP0273974 B1 EP 0273974B1
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EP
European Patent Office
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threaded bushing
grooves
housing
striking element
ground
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EP86904469A
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English (en)
French (fr)
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EP0273974A1 (de
EP0273974A4 (de
Inventor
Alexandr Dmitrievich Kostylev
Alexei Danilovich Terskov
Konstantin Borisovich Skachkov
Vladimir Dmitrievich Plavskikh
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Institut Gornogo dela Sibirskogo Otdelenia Akademii Nauk SSSR
Original Assignee
Institut Gornogo dela Sibirskogo Otdelenia Akademii Nauk SSSR
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B4/00—Drives for drilling, used in the borehole
    • E21B4/06—Down-hole impacting means, e.g. hammers
    • E21B4/14—Fluid operated hammers
    • E21B4/145—Fluid operated hammers of the self propelled-type, e.g. with a reverse mode to retract the device from the hole

Definitions

  • the present invention relates to compressed air actuated devices with impact effect used in construction, in particular to devices for driving holes in the ground.
  • this invention can be applied to devices designed to drill holes in soils to be compacted when trenchlessly laying underground utility lines under roads, fillings, and other structures.
  • the working element of a pneumatic drive-through is a cylindrical housing with an internal cavity, in which a striking element and an air distribution nozzle are accommodated.
  • the air distribution connection is connected to the housing by means of a threaded bush.
  • the striking element When the machine is running, the striking element performs a reciprocating movement in the axial direction under the action of the compressed air that enters the working chambers via the air distribution nozzle and strikes the front part of the housing with each working cycle, which in this way results in the soil is driven in, forming a hole with compacted walls.
  • the diameter of the bore is practically the same as the diameter of the housing of the pneumatic drive-through. During the operation of this pneumatic through drive, it is necessary to determine the threaded connection between the housing and the threaded bushing.
  • a device with an impact effect for driving boreholes in the ground is known (see “Pnevmoproboiniki i mashiny dlya zabivania v grunt legkikh stroitelnikh elementov” / Pneumatic punches and machines for driving light components into the ground, by AD Kostylev, KS Gurkov, BN Smolyanitsky , Novosibirsk, 1980, publisher «Nauka», p. 9), which contains a housing, a striking element and an air distribution nozzle.
  • the air distribution connector is connected to the housing by means of a threaded bush with a locking washer.
  • the invention is based on a further known device with impact action for driving boreholes in the ground (see “Pnevmoproboiniki i mashiny dlya zabivania v grunt legkikh stroitelnykh elementov” by AD Kostylev, KS Gurkov, BN Smolyanitsky, Novosibirsk, 1980, publisher “Nauka”, P. 10), which contains a housing, a striking element and an air distribution nozzle.
  • the air distribution connector is connected to the housing using a threaded bush.
  • the threaded connection between the housing and the threaded bushing is secured by the tapered surfaces of the same.
  • the device is characterized by a relatively low operational reliability because, due to the unscrewing of the threaded sleeve in the running device, the air distribution nozzle is displaced along the axis, which leads to a disturbance of the working cycle.
  • the axial rearward displacement of the air distribution nozzle results in the compressed air being released prematurely into the front chamber of the device and braking the striking element before the impact, which reduces the impact energy and consequently the work performance.
  • the front chamber of the device remains exposed to the pressure longer (the front edge of the air distribution nozzle has meanwhile been moved backwards).
  • the striking organ receives a greater kinetic energy, and after the later exhaust of the compressed air from the front chamber (the rear edge of the air distribution nozzle is also moved backwards), the striking organ travels a longer distance (the braking distance of the striking organ increases) and can take blows exert the front face of the threaded bush.
  • the striking member strikes both the front and the rear of the device due to the loosening of the threaded sleeve. This interferes with the working conditions of the device, which can lead to a reduction in the rate of advance until the device is completely stopped.
  • the invention has for its object to provide a device for advancing holes in the ground, in which the structural design of the threaded bushing can ensure the stabilization of the edges of the air distribution nozzle during operation of the device in the ground.
  • the essence of the invention is that in the device for advancing bores in the floor with a housing a reciprocating beating member is arranged, which forms a front chamber in the housing, which via openings in the beating member in its front position with a rear Connected chamber, which is formed by the cavity of the striker and an air distribution that is connected via an elastic element with a threaded bush mounted in the rear end of the housing and wherein the front chamber in the rear position of the striker with a room vented via at least one exhaust duct.
  • At least two grooves are machined on the outer surface of the threaded bushing, which are diametrically opposed to one another and run at an angle to the device axis, the direction of inclination of the grooves coinciding with the direction of the thread of the threaded bushing.
  • the design of the grooves at an angle to the axis of the device favors the generation (generation) of a circumferential force which fixes the threaded bushing in relation to the housing.
  • Such an embodiment of the device is extremely simple and suitable for production.
  • the grooves be at an angle between 30 to 60 degrees with the axis of the device.
  • the threaded bushing is reliably fixed with respect to the housing. It must be noted that the circumferential force can be adjusted by changing the angle of inclination of the grooves to the device axis.
  • the device for advancing bores in the ground has a hollow housing 1 (FIG. 1) with a striking member 2 arranged to be reciprocable therein.
  • the outer surface of the striking member 2 forms a front working chamber 3 with the housing 1
  • Rear working chamber 4 is provided, which is connected to the front working chamber 3 via openings 5 made in the wall of the striking element 2.
  • an air distribution nozzle 6 is accommodated, which is connected by means of an elastic element 7 to a threaded bushing 8 mounted in the housing 1 by means of a thread.
  • the rear working chamber 4 is formed by the cavity of the impact member 2 and the air distribution nozzle 6. Grooves 9 are incorporated on the outer surface of the threaded bushing 8 (FIG.
  • each of the grooves 9 is between 2 and 5% of the diameter of the threaded bushing 8.
  • the direction of inclination of the grooves 9 coincides with the threading direction of the threaded bushing 8.
  • Exhaust ducts 10 are provided in the elastic element 7. The compressed air is fed to the device via a hose 11.
  • the device for drilling holes in the ground works as follows.
  • the compressed air is supplied from the source of a pressurized gaseous medium (not shown) to the device via the hose 11 attached to the air distribution nozzle 6.
  • the compressed air Via the central channel of the air distribution nozzle 6, the compressed air enters the rear chamber 4 and flows through the openings 5 of the striking element 2 into the front chamber 3.
  • the compressed air is exhausted from the front chamber via the openings 5 of the impact member 2 and the channels 10 in the elastic element 7 into the atmosphere.
  • the striking member 2 comes to a standstill without causing a blow to the front end face of the threaded bushing 8 and begins to move forward (to the left in the drawing) until the openings 5 of the Impact member 2 have passed the front edge of the air distribution nozzle 6. As soon as the openings 5 are free, the striking element 2 strikes the front end face of the housing 1 and knocks it into the ground. Under the impact of the blows, the device moves in the ground and leaves a hole behind. Soil flows into the grooves 9 from the bore walls, which touch the outer surface of the threaded bushing 8.
  • the earth acts on the rear wall of the grooves 9 and generates a circumferential force which acts on the threaded bushing 8 and is directed towards the threading of the threaded bushing 8. Under the effect of this circumferential force, the threaded bushing 8 is always screwed into the housing 1. This ensures that the connection of the housing 1 and the threaded bushing 8 is undetachable.
  • the proposed invention relates to the field of construction technology and is intended for devices with impact action, which are used to advance holes in the ground for different purposes.
  • the application of the invention makes it possible to increase the operational safety of the device and to increase the reliability and service life of the construction thereof.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf im Bauwesen eingesetzte druckluftbetätigte Vorrichtungen mit Schlagwirkung, insbesondere auf Vorrichtungen zum Vortreiben von Bohrungen im Boden.
  • Am effektivsten kann diese Erfindung in Vorrichtungen angewendet werden, die zum Vortreiben von Bohrungen in zu verdichtenden Böden beim grabenlosen Verlegen unterirdischer Versorgungsleitungen unter Strassen, Aufschüttungen und sonstigen Bauwerken bestimmt sind.
  • Zum Vortreiben von Bohrungen in zu verdichtenden Böden werden selbstfahrende druckluftbetätigte Maschinen mit Schlagwirkung - pneumatische Durchtreiber - weitgehend verwendet. Das Arbeitsorgan eines pneumatischen Durchtreibers ist ein zylindrisches Gehäuse mit innerem Hohlraum, in welchem ein Schlagorgan und ein Luftverteilungsstutzen untergebracht sind. Bei diesem Typ des pneumatischen Durchtreibers ist der Luftverteilungsstutzen an das Gehäuse mittels einer Gewindebüchse angeschlossen.
  • Beim Laufen der Maschine vollführt das Schlagorgan unter der Wirkung der Druckluft, die in die Arbeitskammern über den Luftverteilungsstutzen eintritt, eine hin- und hergehende Bewegung in axialer Richtung und übt bei jedem Arbeitszyklus einen Schlag auf das Vorderteil des Gehäuses aus, welches auf diese Weise in den Boden eingetrieben wird, wodurch eine Bohrung mit verdichteten Wänden gebildet wird. Der Durchmesser der Bohrung ist praktisch dem Durchmesser des Gehäuses des pneumatischen Durchtreibers gleich. Während des Betriebs dieses pneumatischen Durchtreibers ist es erforderlich, die Gewindeverbindung Gehäuse - Gewindebüchse festzustellen.
  • Es ist eine Vorrichtung mit Schlagwirkung zum Vortreiben von Bohrungen im Boden bekannt (siehe «Pnevmoproboiniki i mashiny dlya zabivania v grunt legkikh stroitelnikh elementov»/ Pneumatische Durchtreiber und Maschinen zum Einschlagen von leichten Bauelementen in den Boden, von A.D. Kostylev, K.S. Gurkov, B.N. Smolyanitsky, Novosibirsk, 1980, Verlag «Nauka», S. 9), die ein Gehäuse, ein Schlagorgan und einen Luftverteilungsstutzen enthält. Der Luftverteilungsstutzen ist an das Gehäuse mittels einer Gewindebüchse mit einer Sicherungsscheibe angeschlossen. Beim Betrieb der Vorrichtung entsteht die Notwendigkeit, die Gewindeverbindung Gehäuse - Gewindebüchse zwecks Wartung, Reparatur u. dgl. zu zerlegen, wobei die Sicherungsscheibe nach zwei bis drei Zerlegungen zerstört wird.
  • Die Erfindung geht aus von einer weiteren bekannten Vorrichtung mit Schlagwirkung zum Vortreiben von Bohrungen im Boden (siehe «Pnevmoproboiniki i mashiny dlya zabivania v grunt legkikh stroitelnykh elementov» von A.D. Kostylev, K.S. Gurkov, B.N. Smolyanitsky, Novosibirsk, 1980, Verlag « Nauka», S. 10), die ein Gehäuse, ein Schlagorgan und einen Luftverteilungsstutzen enthält. Der Luftverteilungsstutzen ist an das Gehäuse mit Hilfe einer Gewindebüchse angeschlossen. Die Gewindeverbindung Gehäuse - Gewindebüchse wird durch gekoppelte Kegelflächen derselben gesichert.
  • Wegen Vibrationen und Stössen, welchen die Vorrichtung beim Betrieb ausgesetzt wird, findet eine Abschwächung der sichernden Reibungskräfte statt; demzufolge funktioniert die Gewindeverbindung eine Weile im nichtgesicherten Zustand, was zum Ausfall des Gewindes führt.
  • Ausserdem treten an der kegeligen Seite des Gehäuses grosse Radialkräfte auf, welche die Zerstörung des Gehäuses zur Folge haben.
  • Darüber hinaus kennzeichnet sich die Vorrichtung durch eine verhältnismässig niedrige Betriebszuverlässigkeit, weil wegen des Losdrehens der Gewindebüchse in der laufenden Vorrichtung der Luftverteilungsstutzen längs der Achse verschoben wird, was eine Störung des Arbeitszyklus herbeiführt. Die axiale rückwärtige Verschiebung des Luftverteilungsstutzens führt dazu, dass die Druckluft vorzeitig in die vordere Kammer der Vorrichtung ausgelassen wird und das Schlagorgan vor dem Stoss abbremst, was die Schlagenergie und folglich die Arbeitsleistung herabsetzt. Bei der rückläufigen Bewegung des Schlagorgans bleibt die vordere Kammer der Vorrichtung dem Druck länger ausgesetzt (die vordere Kante des Luftverteilungsstutzens ist inzwischen nach rückwärts verschoben). Deshalb erhält das Schlagorgan eine grössere Bewegungsenergie, und nach dem späteren Auspuff der Druckluft aus der vorderen Kammer (die hintere Kante des Luftverteilungsstutzens ist ebenfalls nach rückwärts verschoben) legt das Schlagorgan eine grössere Strecke (der Bremsweg des Schlagorgans nimmt zu) zurück und kann Schläge auf die vordere Stirnseite der Gewindebüchse ausüben. Somit versetzt das Schlagorgan wegen des Losdrehens der Gewindebüchse Schläge sowohl auf das Vorder- als auch auf das Hinterteil der Vorrichtung. Dadurch werden die Arbeitsbedingungen der Vorrichtung gestört, was zur Verminderung der Vortriebsgeschwindigkeit bis zur vollständigen Stillsetzung der Vorrichtung führen kann.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Vortreiben von Bohrungen im Boden zu schaffen, bei welcher die konstruktive Ausführung der Gewindebüchse die Stabilisierung der Kanten des Luftverteilungsstutzens beim Betrieb der Vorrichtung im Boden sicherstellen kann.
  • Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass in der Vorrichtung zum Vortreiben von Bohrungen im Boden mit einem Gehäuse ein darin hin- und herbewegbares Schlagorgan angeordnet ist, das im Gehäuse eine vordere Kammer bildet, welche über Öffnungen im Schlagorgan in dessen vorderer Stellung mit einer hinteren Kammer in Verbindung steht, die durch den Hohlraum des Schlagorgans und einen Luftverteilungsstutzen gebildet ist, der über ein elastisches Element mit einer im rückwärtigen Ende des Gehäuses montierten Gewindebüchse verbunden ist und wobei die vordere Kammer in der hinteren Stellung des Schlagorgans mit einem über wenigstens einen Auspuffkanal entlüfteten Raum in Verbindung kommt. Erfindungsgemäss sind an der Aussenfläche der Gewindebüchse mindestens zwei Rillen eingearbeitet, welche zueinander diametral entgegengesetzt und unter einem Winkel zur Vorrichtungsachse verlaufen, wobei die Neigungsrichtung der Rillen mit der Richtung des Gewindeganges der Gewindebüchse zusammenfällt. Die Ausführung der Rillen unter einem Winkel zur Achse der Vorrichtung begünstigt die Erzeugung (Entstehung) einer Umfangskraft, die die Gewindebüchse in bezug auf das Gehäuse fixiert.
  • Es ist zweckmässig, die Rillen an der Aussenfläche der Gewindebüchse längs einer Schraubenlinie auszuführen.
  • Eine solche Ausführung der Vorrichtung istäusserst einfach und fertigungsgerecht.
  • Es ist wünschenswert, dass die Rillen mit der Achse der Vorrichtung einen Winkel zwischen 30 bis 60° aufweisen.
  • Bei einer derartigen Ausführung der Rillen ist die Gewindebüchse in bezug auf das Gehäuse zuverlässig fixiert. Es muss bemerkt werden, dass durch Änderung des Neigungswinkels der Rillen zur Vorrichtungsachse die Umfangskraft eingestellt werden kann.
  • Es ist wünschenswert, die Rillen solcherweise auszubilden, dass ihre Tiefe zwischen 2 und 5% vom Durchmesser der Gewindebüchse beträgt.
  • Dadurch entsteht eine Umfangskraft, die die Gewindebüchse bezüglich des Gehäuses zuverlässig fixieren kann.
  • Im folgenden wird die Erfindung durch eingehende Beschreibung eines konkreten Ausführungsbeispiels derselben und an Hand der Zeichnungen erläutert; es zeigen:
    • Fig. 1 einen Längsschnitt der Vorrichtung;
    • Fig. 2 den Schnitt nach Linie 11-11 in Fig. 1.
  • Die Vorrichtung zum Vortreiben von Bohrungen im Boden besitzt ein hohles Gehäuse 1 (Fig. 1) mit einem in diesem hin- und herbewegbar angeordneten Schlagorgan 2. Die Aussenfläche des Schlagorgans 2 bildet mit dem Gehäuse 1 eine vordere Arbeitskammer 3. Im Schlagorgan 2 ist eine hintere Arbeitskammer 4 vorgesehen, die mit der vorderen Arbeitskammer 3 über in der Wand des Schlagorgans 2 ausgeführte Öffnungen 5 verbunden ist. In der hinteren Arbeitskammer 4 ist ein Luftverteilungsstutzen 6 untergebracht, der mittels eines elastischen Elementes 7 mit einer im Gehäuse 1 mit Hilfe eines Gewindes montierten Gewindebüchse 8 verbunden ist. Die hintere Arbeitskammer 4 ist durch den Hohlraum des Schlagorgans 2 und den Luftverteilungsstutzen 6 gebildet. An der Aussenfläche der Gewindebüchse 8 (Fig. 2) sind Rillen 9 eingearbeitet, die unter einem Winkel von 30 bis 60° zur Vorrichtungsachse verlaufen. Die Tiefe jeder der Rillen 9 beträgt zwischen 2 und 5% vom Durchmesser der Gewindebüchse 8. Die Neigungsrichtung der Rillen 9 fällt mit der Gewindegangrichtung der Gewindebüchse 8 zusammen. Im elastischen Element 7 sind Auspuffkanäle 10 vorgesehen. Die Druckluft wird der Vorrichtung über einen Schlauch 11 zugeführt.
  • Die Vorrichtung zum Vortreiben von Bohrungen im Boden funktioniert folgendermassen.
  • Die Druckluft wird von der Quelle eines unter Druck stehenden gasförmigen Mediums (nicht gezeigt) zu der Vorrichtung über den am Luftverteilungsstutzen 6 befestigten Schlauch 11 zugeführt. Über den zentralen Kanal des Luftverteilungsstutzens 6 gelangt die Druckluft in die hintere Kammer 4 und strömt durch die Öffnungen 5 des Schlagorgans 2 in die vordere Kammer 3. Infolge der Flächendifferenz des Schlagorgans 2 auf der Seite der vorderen Kammer 3 und der hinteren Kammer 4 wird das Schlagorgan zurückgeschoben (in der Zeichnung nach rechts). Nachdem die Öffnungen 5 des Schlagorgans 2 die hintere Kante des Luftverteilungsstutzens 6 passiert haben, erfolgt der Auspuff der Druckluft aus der vorderen Kammer über die Öffnungen 5 des Schlagorgans 2 und die Kanäle 10 im elastischen Element 7 in die Atmosphäre. Unter dem in der hinteren Kammer 4 wirkenden Luftdruck kommt das Schlagorgan 2 zum Stillstand, ohne einen Schlag auf die vordere Stirnfläche der Gewindebüchse 8 zu versetzen, und beginnt sich vorwärts (in der Zeichnung nach links) so lange zu verschieben, bis die Öffnungen 5 des Schlagorgans 2 die vordere Kante des Luftverteilungsstutzens 6 passiert haben. Sobald die Öffnungen 5 frei sind, übt das Schlagorgan 2 einen Schlag auf die vordere Stirnfläche des Gehäuses 1 aus und schlägt dieses in den Boden ein. Unter der Wirkung der Schläge verschiebt sich die Vorrichtung im Boden und lässt eine Bohrung hinter sich zurück. Aus den Bohrungswänden, die sich mit der Aussenfläche der Gewindebüchse 8 berühren, fliesst Erdreich in die Rillen 9 hinein. Da die Rillen 9 unter einem Winkel zur Vorrichtungsachse (und zur Bohrungsachse) verlaufen, wirkt die Erde auf die Hinterwand der Rillen 9 ein und erzeugt eine Umfangskraft, die an der Gewindebüchse 8 angreift und nach dem Gewindegang der Gewindebüchse 8 gerichtet ist. Unter der Wirkung dieser Umfangskraft wird die Gewindebüchse 8 stets ins Gehäuse 1 eingedreht. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Verbindung des Gehäuses 1 und der Gewindebüchse 8 unlösbar ist.
  • Die vorgeschlagene Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Bautechnik und ist für Vorrichtungen mit Schlagwirkung bestimmt, die zum Vortreiben von Bohrungen unterschiedlicher Zweckbestimmung im Boden eingesetzt werden. Die Anwendung der Erfindung gestattet es, die Betriebssicherheit der Vorrichtung zu steigern sowie die Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Konstruktion derselben zu erhöhen.

Claims (4)

1. Vorrichtung zum Vortreiben von Bohrungen im Boden mit einem Gehäuse (1 ), in dem hin- und herbewegbar ein Schlagorgan (2) angeordnet ist, das im Gehäuse eine vordere Kammer (3) bildet, welche über Öffnungen (5) des Schlagorgans (2) in dessen vorderer Stellung mit einer hinteren Kammer (4) in Verbindung steht, die durch den Hohlraum des Schlagorgans (2) und einen Luftverteilungsstutzen (6) gebildet ist, der über ein elastisches Element (7) mit einer im rückwärtigen Ende des Gehäuses (1) montierten Gewindebüchse (8) verbunden ist,
und wobei die vordere Kammer (3) in der hinteren Stellung des Schlagorgans (2) mit einem über wenigstens einen Auspuffkanal (10) entlüfteten Raum in Verbindung kommt,
dadurch gekennzeichnet, dass an der Aussenfläche der Gewindebüchse (8) mindestens zwei Rillen (9) eingearbeitet sind, welche zueinander diametral entgegengesetzt sind und unter einem Winkel zur Vorrichtungsachse verlaufen, wobei die Neigungsrichtung der Rillen mit der Richtung des Gewindeganges der Gewindebüchse (8) zusammenfällt.
2. Vorrichtung zum Vortreiben von Bohrungen im Boden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen (9) an der Aussenfläche der Gewindebüchse (8) längs Schraubenlinien verlaufen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel der Rillen (9) an der Aussenfläche der Gewindebüchse (8) in bezug auf die Vorrichtungsachse zwischen 30 bis 60° liegt.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe jeder der Rillen (9) an der Aussenfläche der Gewindebüchse (8) zwischen 2 und 5% des Durchmessers der Gewindebüchse (8) beträgt.
EP86904469A 1986-04-30 1986-04-30 Vorrichtung zum bohren von löchern in den boden Expired EP0273974B1 (de)

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PCT/SU1986/000043 WO1987006638A1 (fr) 1986-04-30 1986-04-30 Dispositif pour percer des trous dans le sol

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Publication Number Publication Date
EP0273974A1 EP0273974A1 (de) 1988-07-13
EP0273974A4 EP0273974A4 (de) 1988-07-14
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EP (1) EP0273974B1 (de)
JP (1) JPS63503155A (de)
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