RU2160342C2

RU2160342C2 - Impact action gear to drive holes in ground

Info

Publication number: RU2160342C2
Application number: RU99100692/03A
Authority: RU
Inventors: А.Д. Костылев; М.В. Курлен; М.В. Курленя; П.А. Маслаков; ницкий Б.Н. Смол; Б.Н. Смоляницкий
Original assignee: Институт горного дела СО РАН
Priority date: 1999-01-10
Filing date: 1999-01-10
Publication date: 2000-12-10

Abstract

FIELD: mining industry. SUBSTANCE: gear is designed to cut holes of specified trajectory, rectilinear or curvilinear, in ground by way of its compaction. Technical objective of proposal is increased reliability and accuracy in control over motion of impact action gear while driving holes in ground thanks to self-alignment of elements of control independent of angular position of case. Gear has case housing striker, shell hinged to case and forming cavity together with it, pneumatic chambers made of elastic material with individual feed of compressed air located in above-mentioned cavity. Gear is fitted with ring casing mounted on case in above-mentioned cavity for rotation. Pneumatic chambers in this case are linked to casing and center of gravity of casing with chambers is displaced relative to longitudinal axis of gear. EFFECT: increased reliability and accuracy of control. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области строительной техники и предназначено для проходки скважин заданной траектории (прямолинейных и криволинейных) в грунте путем его уплотнения. The invention relates to the field of construction equipment and is intended for drilling wells of a given path (straight and curved) in the soil by compaction.

Известно устройство ударного действия для проходки скважин в грунте (патент Польши N 41749, опубл. в 1961 г.), выполненное в виде пневмопробойника, включающее корпус, размещенный в нем ударник, наносящий под действием сжатого воздуха удары по корпусу и забивающий его в грунт. По мере движения устройства в грунте образуется скважина. Недостатком устройства является невозможность управления направлением движения в грунте. A shock device for drilling wells in the soil is known (Polish patent N 41749, published in 1961), made in the form of a pneumatic punch, including a casing, a striker placed in it, striking the casing under the action of compressed air and driving it into the ground. As the device moves, a well forms in the ground. The disadvantage of this device is the inability to control the direction of movement in the ground.

Известно устройство ударного действия для проходки скважин в грунте (патент PCT N 087/03924, E 21 B 7/06, 47/022, 7/26, опубл. 1985 г.), выполненное в виде пневмопробойника, включающее корпус с размещенным в нем ударником, совершающим под действием сжатого воздуха возвратно-поступательные движения и забивающим корпус в грунт; наконечник, шарнирно закрепленный на передней части корпуса; плунжеры, индивидуально сообщенные с источником текучей среды под давлением, взаимодействующие с наконечником и отклоняющие его относительно продольной оси устройства. Отклонением наконечника от продольной оси устройства с помощью плунжеров достигается изменение направления его движения. Недостатки устройства - сложность конструкции, необходимость использования двух видов энергии (пневматика, гидравлика). A known percussion device for driving wells in the ground (PCT patent N 087/03924, E 21 B 7/06, 47/022, 7/26, publ. 1985), made in the form of a pneumatic punch, including a housing with it a drummer performing reciprocating motion under the action of compressed air and driving the body into the ground; a tip pivotally attached to the front of the housing; plungers individually in communication with a source of fluid under pressure, interacting with the tip and deflecting it relative to the longitudinal axis of the device. By deviating the tip from the longitudinal axis of the device using plungers, a change in the direction of its movement is achieved. The disadvantages of the device are the complexity of the design, the need to use two types of energy (pneumatics, hydraulics).

Известно устройство ударного действия для проходки скважин в грунте (авт.св. СССР N 293957, E 02 F 5/18, E 02 F 5/16, опубл. 26.01.71 г.), включающее направляющую коническую головку (корпус) и рабочий привод ударного действия, выполненный из трех или более независимых ударных механизмов (пневмопробойников) с индивидуальным подводом сжатого воздуха, соединенных с направляющей конической головкой и расположенных симметрично и параллельно ее продольной оси. При одновременной работе ударных механизмов обеспечивается проходка прямолинейной скважины, отключение части механизмов приводит к изменению направления движения устройства. Недостатки устройства - сложность конструкции; значительные габариты по диаметру, т.к. ударные механизмы располагаются внутри головки и, как следствие, низкая удельная энергия удара, приходящаяся на площадь поперечного сечения скважины; неодновременность ударов ударных механизмов по направляющей головке, что снижает эффективность их работы. A shock device for driving holes in the soil (ed. St. USSR N 293957, E 02 F 5/18, E 02 F 5/16, publ. 26.01.71), including a guiding conical head (housing) and working a shock drive made of three or more independent shock mechanisms (pneumatic punches) with an individual supply of compressed air connected to a guiding conical head and located symmetrically and parallel to its longitudinal axis. With the simultaneous operation of the shock mechanisms, a straight-line well is drilled, shutting off part of the mechanisms leads to a change in the direction of movement of the device. The disadvantages of the device is the complexity of the design; significant dimensions in diameter, as percussion mechanisms are located inside the head and, as a result, low specific impact energy per area of the cross section of the well; the non-simultaneous impact of shock mechanisms on the guide head, which reduces the efficiency of their work.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство ударного действия для проходки скважин в грунте (авт.св. СССР N 236349, кл. 84 d, 5/16, E 02 f, опубл. 12.10.68 г.), включающее корпус и расположенный внутри него ударник, оболочку, шарнирно укрепленную на корпусе и объемлющую его, пневматические камеры с индивидуальным подводом сжатого воздуха, размещенные между внутренней поверхностью оболочки и корпусом и изменяющие их взаимное положение. Пневматические камеры неподвижно укреплены на корпусе без возможности относительного вращения. The closest in technical essence and the achieved effect is a percussion device for driving wells in the soil (ed. St. USSR N 236349, class 84 d, 5/16, E 02 f, publ. 12.10.68), including the body and a drummer located inside it, a shell pivotally mounted on the housing and enclosing it, pneumatic chambers with an individual supply of compressed air, placed between the inner surface of the shell and the housing and changing their relative position. Pneumatic chambers are fixedly mounted on the body without the possibility of relative rotation.

При одинаковом давлении воздуха во всех камерах устройство движется прямолинейно. В случае изменения (повышения или снижения) давления воздуха в одной или нескольких камерах изменяется положение оболочки относительно корпуса, нарушается осевая симметрия устройства и оно отклоняется в сторону. Недостаток устройства состоит в том, что вследствие вращения корпуса пневмопробойника в процессе движения его в грунте, обусловленного неоднородностью грунта, вместе с корпусом вращаются и камеры. В результате, в процессе проходки скважин положение камер относительно исходного (при запуске в грунт), когда оно может быть четко зафиксировано (вверху, внизу и т.д.), становится неопределенным. Это исключает возможность управления траекторией движения, так как неизвестно, в какой камере (камерах) следует изменить давление воздуха, чтобы отклонить оболочку в нужную сторону. At the same air pressure in all chambers, the device moves rectilinearly. In the case of a change (increase or decrease) in air pressure in one or more chambers, the position of the shell relative to the housing changes, the axial symmetry of the device is violated and it deviates to the side. The disadvantage of this device is that due to the rotation of the body of the pneumatic punch during its movement in the soil, due to the heterogeneity of the soil, the cameras rotate together with the body. As a result, during the drilling process, the position of the chambers relative to the original (when launched into the ground), when it can be clearly fixed (above, below, etc.), becomes uncertain. This excludes the possibility of controlling the trajectory, since it is not known in which chamber (s) the air pressure should be changed in order to deflect the casing in the right direction.

Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является повышение надежности и точности управления движением ударного устройства при проходке скважин в грунте за счет самоустановки элементов управления независимо от углового положения корпуса. The technical problem solved by the invention is to increase the reliability and accuracy of controlling the movement of the percussion device when driving holes in the ground due to the self-installation of controls regardless of the angular position of the body.

Это достигается тем, что устройство ударного действия для проходки скважин в грунте, включающее корпус с расположенным в нем ударником, оболочку, шарнирно укрепленную на корпусе и образующую с ним полость, пневматические камеры из упругоэластичного материала с индивидуальным подводом сжатого воздуха, размещенные в указанной полости, снабжено согласно изобретению кольцевой обоймой, установленной на корпусе в указанной полости с возможностью вращения, при этом пневматические камеры соединены с обоймой, а центр тяжести обоймы с камерами смещен относительно продольной оси устройства. Такое исполнение устройства позволяет на произвольном участке проходимой скважины установить центр тяжести кольцевой обоймы с камерами в крайнее нижнее положение. Для этого при работающем пневмопробойнике необходимо соединить все камеры с атмосферой; в результате под действием крутящего момента, обусловленного эксцентриситетом центра тяжести, последний окажется внизу. Зная порядок расположения пневматических камер на кольцевой обойме (фиксируется при сборке устройства) и положение центра тяжести, однозначно можно определить ту камеру (камеры), в которой следует изменить давление воздуха при включенных на магистральное давление других камерах для корректировки движения устройства в нужном направлении. This is achieved by the fact that the percussion device for drilling holes in the soil, including a housing with a hammer located in it, a shell pivotally mounted on the housing and forming a cavity with it, pneumatic chambers made of an elastic material with an individual supply of compressed air, placed in the specified cavity, equipped according to the invention with an annular cage mounted on the housing in the specified cavity with the possibility of rotation, while the pneumatic chambers are connected to the cage, and the center of gravity of the cage with the cameras offset relative to the longitudinal axis of the device. This embodiment of the device allows you to set the center of gravity of the annular cage with cameras in the lowest possible position on an arbitrary section of the well to be drilled. To do this, with a working pneumatic punch, it is necessary to connect all the chambers with the atmosphere; as a result, under the action of a torque due to the eccentricity of the center of gravity, the latter will be lower. Knowing the order of arrangement of the pneumatic chambers on the annular holder (fixed during assembly of the device) and the position of the center of gravity, it is unambiguous to determine the chamber (chambers) in which the air pressure should be changed when other chambers are switched on for main pressure to correct the movement of the device in the desired direction.

Сущность предлагаемого изобретения иллюстрируется примером конкретного исполнения и чертежами, где на фиг. 1 показано предлагаемое устройство ударного действия для проходки скважин в грунте в продольном сечении с частичными обрывами, на фиг. 2 - сечение по А-А на фиг. 1. The essence of the invention is illustrated by an example of a specific embodiment and drawings, where in FIG. 1 shows the proposed impact device for driving wells in the soil in a longitudinal section with partial breaks, FIG. 2 is a section along AA in FIG. 1.

Предлагаемое устройство (фиг. 1 и 2) выполнено в виде пневмопробойника, содержит корпус 1, в котором размещен ударник 2, приспособленный под действием текучей среды под давлением (сжатого воздуха) совершать удары по корпусу 1. На задней части корпуса 1 шарнирно закреплена оболочка 3, образующая с корпусом полость, внутри которой расположены равномерно по окружности пневматические камеры 4, соединенные с кольцевой обоймой 5. Центр тяжести кольцевой обоймы 5 и соединенных с ней пневматических камер 4 смещен относительно продольной оси корпуса 1. Это достигается известными приемами, например: выполнением кольцевой обоймы 5 эксцентричной, присоединением к ней груза 6, как показано на фиг. 1 и 2, или утяжелением одной или нескольких пневматических камер 4, расположенных с одной стороны полуокружности кольцевой обоймы 5. Для индивидуального подвода сжатого воздуха в камеры 4 служат шланги 7, а для привода устройства - шланг 8. The proposed device (Fig. 1 and 2) is made in the form of a pneumatic punch, contains a housing 1, in which a drummer 2 is placed, adapted under the influence of a fluid under pressure (compressed air) to hit the housing 1. On the back of the housing 1, the shell 3 is pivotally fixed forming a cavity with the body, inside of which the pneumatic chambers 4 are arranged uniformly around the circumference, connected to the annular casing 5. The center of gravity of the annular cage 5 and the pneumatic chambers 4 connected to it is offset relative to the longitudinal axis of the casing 1. E about achieved by known methods, for example: performing eccentric annular holder 5 connected thereto load 6, as shown in FIG. 1 and 2, or by weighting one or more pneumatic chambers 4 located on one side of the semicircle of the annular ring 5. For individual supply of compressed air to the chambers 4, hoses 7 are used, and for the drive of the device, hose 8.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. The proposed device operates as follows.

Перед запуском в грунт устройство устанавливают в нужном направлении и так, чтобы центр тяжести кольцевой обоймы 5 с камерами 4 находился внизу. Затем подают сжатый воздух от компрессора (на фиг. 1 не показан) по шлангам 7 в пневматические камеры 4 и по магистральному шлангу 8 в пневмопробойник (на фиг. 1 поз. 1 и 2). При этом, находясь под давлением сжатого воздуха, камеры 4 фиксируют оболочку 3 соосно корпусу 1, что стабилизирует направление движения, а ударник 2 совершает возвратно-поступательное движение и наносит удары по передней части корпуса 1, забивая его в грунт. Так образуется скважина. Before starting into the ground, the device is installed in the desired direction and so that the center of gravity of the annular holder 5 with cameras 4 is at the bottom. Then, compressed air is supplied from the compressor (not shown in FIG. 1) through hoses 7 to the pneumatic chambers 4 and through the main hose 8 to the pneumatic punch (in FIG. 1, items 1 and 2). At the same time, under pressure from compressed air, the chambers 4 fix the shell 3 coaxially to the housing 1, which stabilizes the direction of movement, and the hammer 2 makes a reciprocating motion and strikes the front of the housing 1, driving it into the ground. So a well is formed.

При необходимости корректировки направления движения устройства кратковременно сообщают все камеры 4 с атмосферой, продолжая проходку скважины. Это делается для того, чтобы устранить возможное в результате вращение всего устройства в процессе движения в грунте изменение положения центра тяжести обоймы 5 с камерами 4 относительно исходного (в момент запуска в грунт) и вернуть его в крайнее нижнее положение. Сообщение всех камер 4 с атмосферой устраняет их взаимодействие (трение) с оболочкой 3 и корпусом 2 и поэтому благодаря смещенному центру тяжести обойма 5 с камерами 4 свободно поворачивается на корпусе 1, чему способствуют удары ударника. If necessary, adjusting the direction of movement of the device briefly inform all the cameras 4 with the atmosphere, while continuing to drill the well. This is done in order to eliminate the possible rotation of the entire device during movement in the ground, the change in the position of the center of gravity of the holder 5 with the cameras 4 relative to the original (at the time of launching into the ground) and return it to its lowest position. The communication of all chambers 4 with the atmosphere eliminates their interaction (friction) with the shell 3 and the casing 2, and therefore, due to the shifted center of gravity, the cage 5 with the cameras 4 freely rotates on the casing 1, which is facilitated by the impacts of the striker.

При определенном таким образом положении центра тяжести обоймы 5 с камерами 4 и известном расположении камер 4 на обойме 5 находится та камера (камеры), в которой необходимо изменить давление воздуха (повысить или понизить), чтобы отклонить оболочку 3 относительно корпуса 1 для изменения направления движения устройства. При этом, если давление повышается в верхней камере 4, устройство отклоняется вверх и соответственно: в нижней - вниз, в левой - влево, в правой - вправо. В случае понижения давления в камере 4 отклонение, легко видеть, изменяется на противоположное. With the position of the center of gravity of the holder 5 with the cameras 4 determined in this way and the known location of the chambers 4 on the holder 5, there is that chamber (s) in which it is necessary to change the air pressure (increase or decrease) in order to deflect the casing 3 relative to the housing 1 to change the direction of movement devices. Moreover, if the pressure rises in the upper chamber 4, the device deviates upward and, accordingly: in the lower chamber, downward, in the left one, to the left, in the right one to the right. In the case of a decrease in pressure in the chamber 4, the deviation is easily seen to be reversed.

Claims

The impact device for driving wells in the soil, comprising a housing with a drummer located therein, a shell pivotally mounted on the housing and forming a cavity with it, pneumatic chambers made of elastic material with an individual supply of compressed air, located in the specified cavity, characterized in that it is provided with an annular cage mounted on the housing in the specified cavity with the possibility of rotation, while the pneumatic chambers are connected to the annular cage, the center of gravity of which with the cameras is offset from relative to the longitudinal axis of the device.