RU2169814C1

RU2169814C1 - Device for driving long-measuring members such as pipes in ground

Info

Publication number: RU2169814C1
Application number: RU2000116257/03A
Authority: RU
Inventors: Х.Б. Ткач; А.Я. Тишков; ницкий Б.Н. Смол; Б.Н. Смоляницкий
Original assignee: Институт горного дела - научно-исследовательское учреждение СО РАН
Priority date: 2000-06-20
Filing date: 2000-06-20
Publication date: 2001-06-27

Abstract

FIELD: mining engineering; underground pipeline driving. SUBSTANCE: device has body made in the form of bracket fastened to pipe being driven and percussion unit made in the form swing mass with link hinged to bracket and swing drive incorporating engine with crank. Length of percussion unit link is greater than distance between axis of its swing and swing mass. Part of link projecting over axis of its swing has stop installed for kinematic engagement with swingdrive crank whose axis is shifted from swing axis of percussion unit link towards driving pipe side. Crank length is shorter than total shift of link stop from its swing axis and than distance between axes of link swing and crank rotation. EFFECT: enhanced efficiency of member driving in ground; elimination of shock pulse transfer to hinged joint. 6 cl, 3 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области горной и строительной техники и предназначено для бестраншейной прокладки подземных коммуникаций. The present invention relates to the field of mining and construction equipment and is intended for trenchless laying of underground utilities.

Известно пневматическое ударное устройство для забивания труб в грунт (см. , например, Х.Б.Ткач, В.А.Григоращенко, В.В.Климашко. Прокладка трубопроводов под дорогами с помощью пневмопробойника. Передовой опыт в строительстве. Издательство Минстрой 1976 г., Серия 1, N 10, стр. 5-6), у которого в корпусе размещен движущийся возвратно-поступательно ударник, наносящий в переднем положении удар по торцу забиваемой трубы (обычно через переходную втулку). Недостатками известного устройства являются использование пневматического привода-компрессора и возвратно-поступательного движения ударника, что приводит к повышенным энергозатратам из-за низкого КПД. Known pneumatic percussion device for driving pipes into the ground (see, for example, H.B.Tkach, V.A. Grigorashchenko, V.V. Klimashko. Laying pipelines under roads using a pneumatic punch. Best practice in construction. Minstroy Publishing House 1976 ., Series 1, N 10, p. 5-6), in which a moving reciprocating impactor is placed in the housing, striking in the forward position at the end of the driven pipe (usually through the adapter sleeve). The disadvantages of the known device are the use of a pneumatic drive-compressor and the reciprocating movement of the striker, which leads to increased energy consumption due to low efficiency.

Известен механический молот (авт. свид. СССР N 1120097, E 21 G 3/12, опубл. в БИ N 39, 1984 г.), содержащий корпус, размещенные в нем привод, кривошипно-рычажный узел взвода ударной массы, состоящий из кривошипа, шатуна и коромысла, ударную массу и инструмент. Молот имеет также толкатель и подпружиненную подвижную опору, шарнирно связанную с концом коромысла, на другом конце которого укреплена ударная масса, причем инструмент выполнен с профилем, подвижная опора кинематически связана с инструментом с помощью толкателя и профиля инструмента, а инструмент подпружинен относительно корпуса. Known mechanical hammer (ed. Certificate of the USSR N 1120097, E 21 G 3/12, published in BI N 39, 1984), comprising a housing, a drive placed therein, a crank and lever assembly of a shock mass cocking, consisting of a crank , connecting rod and rocker arms, impact mass and tool. The hammer also has a pusher and a spring-loaded movable support pivotally connected to the end of the rocker arm, on the other end of which the shock mass is fixed, the tool being made with a profile, the movable support kinematically connected to the tool using the pusher and the tool profile, and the tool is spring-loaded relative to the body.

Недостатками известного механического молота являются: а) невозможность забивания длинномерных элементов в грунт, так как нет средств для смещения шарнира ударной массы в направлении перемещения забиваемой трубы; б) сложность в конструкции из-за наличия подвижных подпружиненных элементов, кулачкового и кривошипного механизмов; в) передача ударного импульса на элементы конструкции. The disadvantages of the known mechanical hammer are: a) the impossibility of driving long elements into the ground, since there is no means to displace the hinge of the shock mass in the direction of movement of the driven pipe; b) the complexity of the design due to the presence of movable spring elements, cam and crank mechanisms; c) the transmission of a shock pulse to structural elements.

Наиболее близким аналогом по технической сущности и достигаемому результату является устройство для забивания длинномерных элементов, например труб, по патенту РФ N 2030516, кл. E 02 F 5/18, опубл. в БИ N 7, 1996 г., содержащее корпус с направляющими, размещенными параллельно забиваемой трубе, ударный узел, закрепленный в корпусе и выполненный в виде маятника, ударная масса которого на подвесе закреплена над забиваемой трубой, и узел подъема ударной массы, причем подвес ударной массы выполнен в виде шарнира, который связан с забиваемой трубой. The closest analogue in technical essence and the achieved result is a device for driving long elements, for example pipes, according to the RF patent N 2030516, class. E 02 F 5/18, publ. in BI N 7, 1996, comprising a housing with guides placed parallel to the driven pipe, an impact assembly fixed in the housing and made in the form of a pendulum, the impact mass of which is suspended above the driveable assembly, and an assembly for lifting the impact mass, the impact suspension the mass is made in the form of a hinge, which is connected with a clogged pipe.

Недостатком известного устройства является сравнительно низкий КПД, связанный с использованием пневматического привода для подъема качающейся ударной массы, а также возможность передачи ударного импульса на шарнирный узел, а следовательно, и на корпус устройства. A disadvantage of the known device is the relatively low efficiency associated with the use of a pneumatic drive for lifting a swinging shock mass, as well as the possibility of transmitting a shock pulse to a hinge assembly, and therefore to the device body.

Технической задачей, решаемой в предлагаемом изобретении, является повышение эффективности процесса забивания в грунт длинномерных элементов за счет возможности регулирования ударного момента (изменения его плеча) и исключения передачи ударного импульса на шарнирное соединение, а следовательно, на корпус устройства при одновременном повышении КПД. The technical problem solved in the present invention is to increase the efficiency of the process of driving long elements into the ground due to the possibility of controlling the shock moment (changing its shoulder) and excluding the transmission of the shock pulse to the swivel, and therefore to the device’s body, while increasing the efficiency.

Эта задача решается за счет того, что в устройстве для забивания в грунт длинномерных элементов, например труб, содержащем корпус, выполненный в виде кронштейна, закрепленного к забиваемой трубе, и ударный узел, выполненный в виде качающейся массы с кулисой, закрепленной шарнирно к кронштейну, и приводом качания, включающем двигатель с кривошипом, согласно изобретению длина кулисы ударного узла превышает расстояние от оси ее качания до качающейся массы, при этом часть кулисы, выступающая над осью ее качания, имеет упор, размещенный с возможностью кинематического взаимодействия с кривошипом привода качания, ось которого смещена от оси качания кулисы ударного узла в сторону от забиваемой трубы, причем длина кривошипа меньше величины смещения упора кулисы от оси ее качания и расстояния между осями качания кулисы и вращения кривошипа. This problem is solved due to the fact that in the device for driving long elements into the ground, for example, pipes, comprising a body made in the form of a bracket fixed to a pipe to be hammered, and an impact assembly made in the form of a swinging mass with a link, pivotally mounted to the bracket, and a swing drive including a crank engine, according to the invention, the length of the side of the shock assembly exceeds the distance from the axis of its swing to the swing mass, while the part of the side protruding above the axis of its swing has a stop placed NOSTA kinematic interaction with the swing crank drive, which is offset from the swing axis scenes impactor assembly axis being driven away from the tube, the length of the crank is less than the offset abutment wings from the axis of oscillation and the distance between the axes of rotation and oscillation of the crank scenes.

Такое конструктивное выполнение устройства позволяет использовать вращающийся привод (гидравлический или электромеханический) для нанесения удара по горизонтально расположенной трубе, забиваемой в грунт при бестраншейной прокладке подземных коммуникаций, и регулировать величину ударного момента за счет изменения расстояния между осью качания кулисы и качающейся массой при исключении передачи ударного импульса на корпус устройства через шарниры, так как ударный импульс проходит через центр тяжести качающейся массы. Such a structural embodiment of the device allows the use of a rotating drive (hydraulic or electromechanical) to strike a horizontally located pipe, driven into the ground during trenchless laying of underground utilities, and adjust the magnitude of the impact moment by changing the distance between the swing axis of the wings and the swinging mass with the exception of the transmission of shock pulse to the device body through the hinges, since the shock pulse passes through the center of gravity of the swinging mass.

Целесообразно при этом ось качания кулисы располагать от оси, по которой наносится удар, на расстоянии
b = I/Ma,
где I - момент инерции, кг•м²;
M - качающаяся масса, кг;
a - расстояние от оси качания кулисы до центра тяжести качающейся массы, см.In this case, it is advisable to locate the swing axis of the wings from the axis along which the strike is applied, at a distance
b = I / Ma,
where I is the moment of inertia, kg • m ² ;
M - swing mass, kg;
a is the distance from the swing axis of the wings to the center of gravity of the swing mass, see

Такое выполнение устройства исключает передачу ударного импульса на шарнирное соединение, а следовательно, и на корпус устройства из-за того, что ударный импульс будет направлен по центру тяжести качающейся массы и его вектор составит прямой угол с осью качания кулисы. This embodiment of the device eliminates the transmission of the shock pulse to the swivel, and therefore to the body of the device due to the fact that the shock pulse will be directed to the center of gravity of the swinging mass and its vector will be a right angle with the swing axis of the wings.

Целесообразно для крепления кулисы ударного узла к кронштейну предусмотреть дополнительные шарниры, при этом кулису снабдить дополнительными упорами. Такое выполнение конструкции позволяет при изменении ударного импульса (в случае забивания труб меньших диаметров или в начале процесса забивания трубы большого диаметра, когда сопротивление со стороны грунта мало) исключить передачу ударного импульса на шарнир и, следовательно, на корпус устройства, так как можно регулировать длину кулисы при изменении места ее подвески. It is advisable to provide additional hinges for attaching the wings of the shock assembly to the bracket, while providing the wings with additional stops. This design allows you to change the shock impulse (in the case of clogging of pipes of smaller diameters or at the beginning of the clogging of pipes of large diameter, when the resistance on the ground side is small) to exclude the transmission of the shock impulse to the hinge and, therefore, to the device’s body, since the length can be adjusted backstage when changing the place of her suspension.

Целесообразно также кулису ударного узла закреплять к кронштейну с возможностью регулирования и фиксации по высоте. Такое выполнение устройства позволяет в большем диапазоне изменять (высоту подвески качающейся массы) ударного узла, исключая передачу удара на шарнирное соединение и изменяя плечо момента, раскачивающего качающуюся массу. It is also advisable to fasten the rocker of the shock assembly to the bracket with the possibility of regulation and fixation in height. This embodiment of the device allows a wider range to change (the height of the suspension of the swinging mass) of the shock node, excluding the transfer of shock to the swivel and changing the arm of the moment swinging the swinging mass.

Целесообразно при этом кулису ударного узла выполнять составной, причем для регулировки по высоте соединять ее части между собой, например, с помощью резьбового соединения. Такое выполнение конструкции повышает диапазон регулирования ударного узла с точки зрения исключения передачи ударного импульса на шарнир. In this case, it is advisable to make the rocker of the shock assembly composite, and to adjust its height to connect its parts to each other, for example, using a threaded connection. This embodiment of the design increases the control range of the shock node in terms of eliminating the transmission of the shock pulse to the hinge.

Целесообразно также кронштейн снабжать шарниром для поворота верхней его части относительно нижней и средством фиксации их взаимного положения. It is also advisable to provide the bracket with a hinge to rotate its upper part relative to the lower and a means of fixing their relative position.

Такое выполнение устройства расширяет возможность регулирования ударного узла с точки зрения исключения передачи ударного импульса на шарнир. This embodiment of the device expands the ability to control the shock node in terms of eliminating the transmission of the shock pulse to the hinge.

Сущность технического решения иллюстрируется примером конкретного исполнения и чертежами, где на фиг. 1 показана схема устройства для забивания в грунт длинномерных элементов, например труб; фиг. 2 - схема устройства с дополнительным шарниром для крепления кулисы к кронштейну; фиг. 3 - схема устройства с шарниром для поворота верхней части кронштейна и составной кулисой, имеющей регулируемую длину. The essence of the technical solution is illustrated by an example of a specific design and drawings, where in FIG. 1 shows a diagram of a device for driving long elements, such as pipes, into the ground; FIG. 2 is a diagram of a device with an additional hinge for attaching the wings to the bracket; FIG. 3 is a diagram of a device with a hinge for rotating the upper part of the bracket and a composite link having an adjustable length.

Устройство для забивания в грунт длинномерных элементов, например труб, содержит ударный узел (позицией не обозначен), выполненный в виде качающейся массы 1 (фиг. 1) и закрепленной на шарнире 2 (размещен в кронштейне 3, который закреплен на трубе 4, забиваемой в грунт 5) кулисы 6. Кронштейн 3 совместно с узлом крепления (на фиг. 1-3 не показан) его к забиваемой трубе 4 образуют корпус устройства. Ось шарнира 2 кулисы 6 расположена в горизонтальной плоскости. Кулиса 6 имеет упор 7, размещенный с возможностью кинематического взаимодействия с кривошипом 8 привода качания, который осуществляет вращательное движение. Ось кривошипа 8 смещена от оси качания кулисы 6 (оси шарнира 2) в сторону от забиваемой трубы 4. Кривошип 8 может быть закреплен на оси (позицией не обозначена) двигателя 9 или, как показано на чертежах, - на оси 10 редуктора 11. Длина кулисы 6 превышает расстояние от оси ее качания до качающейся массы 1, при этом упор 7 кулисы 6 размещен на части кулисы 6, выступающей над осью ее качания. Для крепления кулисы 6 к кронштейну 3 может быть предусмотрено несколько дополнительных шарниров 12 (фиг. 2). При этом кулиса 6 может быть снабжена несколькими упорами 13. Кронштейн 3 может выполняться с шарниром 14 (фиг. 3) и средством фиксации в необходимом положении после разворота верхней части кронштейна 3 относительно нижней (на чертежах не показано). Кулиса 6 может быть выполнена составной и иметь возможность регулировки ее по высоте (фиг. 3), например, с помощью резьбового соединения (гайки 15 и резьб 16, 17 на концах частей кулисы 6). Длина кривошипа 8 меньше суммы величины смещения упора 7 кулисы 6 от оси ее качания и расстояния между осями качания кулисы 6 и вращения кривошипа 8. A device for driving long elements, such as pipes, into the ground contains a shock assembly (not indicated by the position), made in the form of a swinging mass 1 (Fig. 1) and mounted on a hinge 2 (placed in an arm 3, which is mounted on a pipe 4, which is driven into soil 5) backstage 6. Bracket 3 together with the attachment site (not shown in Fig. 1-3) to the clogged pipe 4 form the device body. The axis of the hinge 2 of the wings 6 is located in the horizontal plane. The link 6 has an emphasis 7 placed with the possibility of kinematic interaction with the crank 8 of the swing drive, which carries out rotational movement. The axis of the crank 8 is offset from the swing axis of the link 6 (hinge axis 2) to the side of the clogged pipe 4. The crank 8 can be fixed on the axis (not indicated by the position) of the engine 9 or, as shown in the drawings, on the axis 10 of the gearbox 11. Length the backstage 6 exceeds the distance from the axis of its swing to the swinging mass 1, while the emphasis 7 of the backstage 6 is placed on the part of the backstage 6 protruding above the axis of its swing. For attaching the wings 6 to the bracket 3, several additional hinges 12 can be provided (Fig. 2). In this case, the link 6 can be equipped with several stops 13. The bracket 3 can be performed with a hinge 14 (Fig. 3) and means of fixation in the required position after turning the upper part of the bracket 3 relative to the lower (not shown in the drawings). The link 6 can be made integral and have the ability to adjust it in height (Fig. 3), for example, using a threaded connection (nut 15 and threads 16, 17 at the ends of the wings 6). The length of the crank 8 is less than the sum of the displacement of the stop 7 of the link 6 from the axis of its swing and the distance between the swing axes of the link 6 and the rotation of the crank 8.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Забиваемую в грунт 5 трубу 4 (фиг. 1) устанавливают в приямок (позицией не обозначен) и передней частью направляют на грунтовый забой. К задней части забиваемой трубы 4 закрепляют корпус устройства. Затем приводят в работу двигатель 9. Он через редуктор 11 (возможно и непосредственно) вращает кривошип 8, который кинематически взаимодействует с упором 7 кулисы 6, поднимая последнюю. В силу того что ось 10 вращения кривошипа 8 и ось качания кулисы 6 разнесены в горизонтальной плоскости, упор 7 кулисы 6 смещается вдоль кривошипа 8 по мере его вращения и наступил момент, когда упор 7 выйдет из контакта с кривошипом 8. Качающаяся масса 1 срывается в свободное падение и в нижнем своем положении ударяет по заднему торцу трубы 4, тем самым забивая ее в грунт 5. Кривошип 8, совершив оборот, вновь вступает в контакт с упором 7 кулисы 6. Цикл повторяется. Clogged in the soil 5, the pipe 4 (Fig. 1) is installed in the pit (the position is not indicated) and the front part is sent to the soil face. To the back of the clogged pipe 4, the device body is fixed. Then the engine 9 is brought into operation. It rotates the crank 8 through the gearbox 11 (possibly directly), which kinematically interacts with the stop 7 of the link 6, lifting the latter. Due to the fact that the axis of rotation 10 of the crank 8 and the swing axis of the wings 6 are spaced in the horizontal plane, the emphasis 7 of the wings 6 is displaced along the crank 8 as it rotates and the moment has come when the emphasis 7 will come out of contact with the crank 8. The oscillating mass 1 breaks into free fall and in its lower position hits the rear end of the pipe 4, thereby driving it into the ground 5. The crank 8, having made a revolution, again comes into contact with the emphasis 7 of the link 6. The cycle is repeated.

Чтобы ударный импульс не передавался на ось качания кулисы 6, а следовательно, и на корпус устройства, целесообразно ось качания кулисы 6 размещать от оси, по которой наносится удар, на расстоянии

где I - момент инерции, кг•см²;
M - качающаяся масса, кг;
a - расстояние от оси качания кулисы до центра тяжести качающейся массы.So that the shock pulse is not transmitted to the swing axis of the scenes 6, and therefore to the device body, it is advisable to place the swing axis of the wings 6 from the axis along which the strike is applied, at a distance

where I is the moment of inertia, kg • cm ² ;
M - swing mass, kg;
a is the distance from the swing axis of the wings to the center of gravity of the swinging mass.

При необходимости забивания трубы 4 меньшего диаметра или на небольшую длину в непрочный грунт 5 нужно регулировать высоту подвеса качающейся массы 1. Для этого уменьшают длину кулисы 6 (фиг. 3), например, с помощью резьбового соединения (гайки 15 и резьб 16, 17). Для регулирования момента удара касающейся массы 1 по заднему торцу забиваемой в грунт 5 трубы 4 можно повернуть кронштейн 3 вокруг шарнира 14 вверх или вниз и подвесить кулису 6 на дополнительный шарнир 12. В этом случае с кривошипом 8 будет контактировать упор 13 кулисы 6. При этом (при той же длине кривошипа 8) высота подъема качающейся массы 1 будет изменена, то есть можно регулировать величину удара, подбирая ее оптимальной, в зависимости от производственных условий (длины и размера забиваемой трубы 4, физико-механических свойств грунтов 5 и т.п.). If it is necessary to hammer a pipe 4 of a smaller diameter or a small length into weak soil 5, it is necessary to adjust the height of the suspension of the swinging mass 1. To do this, reduce the length of the link 6 (Fig. 3), for example, using a threaded connection (nuts 15 and threads 16, 17) . To regulate the moment of impact of the tangent mass 1 at the rear end of the pipe 4 driven into the ground 5, it is possible to turn the bracket 3 around the hinge 14 up or down and hang the link 6 on the additional hinge 12. In this case, the support 13 of the link 6 will contact the crank 8. (with the same length of the crank 8) the lift height of the swinging mass 1 will be changed, that is, it is possible to adjust the amount of impact, choosing it optimal, depending on the production conditions (length and size of the pipe to be hammered 4, physical and mechanical properties of soils 5, etc. .) .

Claims

1. A device for driving long elements into the soil, for example pipes, comprising a housing made in the form of a bracket fixed to the pipe to be hammered, and an impact assembly made in the form of a swinging mass with a link, pivotally mounted to the bracket, and a swing drive including a motor with crank, characterized in that the length of the rocker of the shock node exceeds the distance from the axis of its swing to the swinging mass, while the part of the rocker projecting above the axis of its swing has an emphasis placed with the possibility of kinematic interaction Ia with a crank drive swing, which is offset from the swing axis impactor assembly scenes axis away from the tube being driven, the crank length is less than the offset value from the stop wings its axis of oscillation and the distance between the axes of rotation and oscillation of the crank scenes.

2. The device according to claim 1, characterized in that the swing axis of the scenes is located at a distance from the axis along which the blow is applied

where J is the moment of inertia, kg • cm ² ;
M - swing mass, kg;
a is the distance from the swing axis of the wings to the center of gravity of the swing mass, see

3. The device according to claim 1 or 2, characterized in that for mounting the wings of the shock assembly to the bracket, additional hinges are provided, while the wings are provided with additional stops.

4. The device according to claim 1 or 2, characterized in that the rocker of the shock assembly is fixed to the bracket with the possibility of regulation and fixation in height.

5. The device according to claim 4, characterized in that the rocker of the shock assembly is made integral, while for height adjustment, its parts are interconnected, for example, by means of a threaded connection.

6. The device according to claim 4, characterized in that the bracket is provided with a hinge for rotating its upper part relative to the lower and means for fixing their relative position.