RU221102U1 - Устройство для уменьшения осевого усилия при глубоком уплотнении грунтов - Google Patents

Abstract

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам для уменьшения осевого усилия при глубоком уплотнении грунтов в естественном залегании и насыпных и может использоваться в дорожном, гидротехническом и промышленно-гражданском строительстве. Устройство для уменьшения осевого усилия при глубоком уплотнении грунтов, содержащее приводной вал, соединенный верхней частью с мотором, жестко закрепленное на приводном валу водило в виде диска, роликоопоры, закрепленные на водиле на равном расстоянии друг от друга по окружности с возможностью вращения, оси вращения роликоопор верхним концом жестко закреплены на водиле, а нижним концом жестко соединены с основанием забурника конусообразной формы, который закреплен на нижнем конце приводного вала вершиной вниз, отличается тем, что на образующей поверхности конусообразного забурника жестко закреплены режущие кромки, выполненные в виде спирали с равномерным шагом витков, при этом угол режущих кромок находится в диапазоне, 5º≤δ≤30º, верхняя поверхность основания забурника выполнена с наклоном вниз от центральной вертикальной оси, причем наклонные стороны основания отклонены на угол 5º≤γ≤10º относительно плоскости, перпендикулярной к центральной вертикальной оси, устройство содержит три роликоопоры, а их оси расположены в подшипниковых опорах и с зазорами между ними, при этом оси роликоопор расположены с наклоном вниз под углом 5º≤β≤10º относительно вертикальной оси, кроме того, роликоопоры выполнены конусообразной формы и ориентированы меньшим основанием вниз, с углом конуса 1º≤e≤10º и фасками с углами наклона τ=30º или τ=45º в верхней и нижней части, забурник содержит одно глухое центральное осевое отверстие для крепления приводного вала и три глухих отверстия для крепления осей роликоопор. Полезная модель решает техническую задачу повышения надежности работы устройства за счет уменьшения осевого усилия, необходимого для внедрения рабочих органов в обрабатываемый грунт. 9 ил.

Description

Полезная модель относится к устройствам для уменьшения осевого усилия при глубоком уплотнении грунтов в естественном залегании и насыпных (далее - устройство), уменьшающим усилия на уплотняемый материал в направлении подачи. Область применения устройства: дорожное, гидротехническое и промышленно-гражданское строительство.

Известна техника уплотнения грунта при строительстве зданий и сооружений, доведенная до промышленного использования, которая представляет собой агрегат для глубокого уплотнения грунта (ООО «Научно-производственная фирма «Гидромеханика» г. Новосибирск, 2009. Технология и оборудование для глубокого трамбования грунта, В.C. Миронов, проф. (НГАСУ), П.Я. Фадеев, В.Я. Фадеев, М.C. Мандрик (ИГиЛ СО РАН). С помощью агрегата можно создавать надежные основания для фундаментов зданий и сооружений. В агрегате применена погружаемая в грунт тонкостенная оболочка с встроенным в нее гидропневматическим молотом, действующим от гидравлической системы экскаватора высокой размерной группы по эксплуатационной массе. Тонкостенная оболочка имеет форму усеченного конуса высотой 3 м с нижним основанием диаметром 0,5 м и верхним основанием диаметром 0,9 м. Ударник молота под действием сжатого газа совершает рабочий ход со скоростью до 10 м/с. В конце рабочего хода ударник наносит удар по нижнему основанию оболочки через специальный буфер. В момент удара на оболочку действует осевое усилие около 5000 кН, под действием которого оболочка перемещается относительно корпуса молота, внедряясь в грунт.

Недостатками являются существенно большое осевое усилие на тонкостенную оболочку, большие динамические нагрузки на рабочий орган, большая масса базовой машины и увеличенная себестоимость производства работ.

Известно устройство для раскатки котлованов (Пат. №161212, опубл. 10.04.2016). Конструкция рабочего органа представляет собой конусную оболочку, связанную с приводным коленчатым валом подшипниковыми опорами. Вал рабочего органа изготовлен с эксцентриситетом, который обеспечивает плавное погружение в грунт рабочего органа, а также легкое вытаскивание его из котлована после завершения одного рабочего цикла. Грунт не выходит на поверхность, а уплотняется в радиальном направлении относительно рабочего органа, тем самым создает прочную оболочку по глубине до нескольких метров от поверхности котлована.

Недостатками применяемой конструкции являются большое осевое усилие внедрения рабочего органа устройства для раскатки котлованов в массив грунта базовой машиной, что вызывает большие динамические нагрузки на коленчатый вал и подшипниковые опоры коленчатого вала, а также большая масса базовой машины.

Известно устройство для глубокого уплотнения грунтов, принятое в качестве прототипа (Пат. №199875, опубл. 24.09.2020). Устройство содержит приводной вал, соединенный верхней частью с мотором, и рабочий орган, выполненный из трех конусов, жестко закрепленных на равном расстоянии друг от друга на водиле и забурнике по окружности. Водило выполнено в виде диска, жестко закрепленного на приводном валу. Конусы закреплены на осях, выполненных в виде валов, расположенных под острым углом к продольной оси приводного вала в подшипниковых опорах с возможностью вращения. Оси конусов верхним концом жестко закреплены на водиле, а нижним - на забурнике, установленном на нижней части приводного вала вершиной вниз.

Недостатками указанной конструкции являются большое осевое усилие на приводной вал при внедрении устройства для глубокого уплотнения грунтов базовой машиной, например экскаватором, в массив грунта и большая масса базовой машины.

Технической задачей предлагаемой полезной модели является повышение надежности работы устройства за счет уменьшения осевого усилия при глубоком уплотнении грунтов рабочим органом.

Технический результат заявляемой полезной модели достигается за счет того, что устройство для уменьшения осевого усилия при глубоком уплотнении грунтов, содержащее, приводной вал, соединенный верхней частью с мотором, жестко закрепленное на приводном валу водило в виде диска, роликоопоры, закрепленные на водиле на равном расстоянии друг от друга по окружности с возможностью вращения, оси вращения роликоопор верхним концом жестко закреплены на водиле, а нижним концом жестко соединены с основанием забурника конусообразной формы, который закреплен на нижнем конце приводного вала вершиной вниз, согласно полезной модели, на боковой поверхности забурника жестко закреплен шнек конусообразной формы с режущими кромками в виде спирали c равномерным шагом витков спирали шнека, определяемым в соответствии с высотой забурника и количеством витков спирали, шнек расположен под углом 30°≤х≤60°, равным углу ϕ образующих поверхностей забурника, а режущие кромки шнека расположены под углом 5°≤δ≤30°; верхняя поверхность основания забурника выполнена с наклоном на угол 5°≤γ≤10° относительно горизонтальной оси; забурник содержит одно глухое центральное осевое отверстие и несколько глухих отверстий, соответствующих количеству роликоопор, верхние основания глухих отверстий расположены с углом наклона к горизонтальной оси, равным углу γ наклона верхней поверхности основания забурника; оси роликоопор расположены под углом 5°≤β≤10° относительно вертикальной оси; роликоопоры выполнены конусообразной формы с углом конуса 1°≤e≤10° и фасками с углами τ=30° или τ=45°.

Сущность предлагаемого устройства состоит в том, что оно включает приводной вал, соединенный верхней частью с мотором, и рабочий орган, состоящий из трех роликоопор, закрепленных на осях в виде валов, установленных в подшипниковых опорах, оси расположены под острым углом к продольной оси приводного вала с возможностью вращения, верхняя часть осей закреплена на водиле, а нижняя на забурнике конусообразной формы, забурник основанием жестко соединен с нижней частью приводного вала и установлен вершиной вниз; верхняя поверхность основания забурника выполнена с наклоном относительно горизонтальной оси под острым углом; на боковой поверхности забурника жестко закреплен шнек конусообразной формы в виде спирали.

Устройство полезной модели поясняется схемами, приведенными на фиг.(1-9)

На фиг.1 изображена объемная модель забурника 1 и шнека 2 в сборе.

На фиг.2 показана схема в изометрии шнека, закрепленного на забурнике.

На фиг.3 изображен продольный разрез А-А для фиг.2 с указанием конструктивных характеристик, отличающих данное устройство от аналогичных конструкций.

На фиг.4 показан разрез В-В для фиг.3 с указанием диаметра d одного из трех глухих одинаковых отверстий забурника 1.

На фиг.5 изображен вид сверху для фиг.2 с указанием трех глухих отверстий для крепления осей роликоопор 3 предлагаемой полезной модели.

На фиг.6 показана роликоопора 3 с обозначением конструктивных характеристик, отличающих рабочий орган от аналогичных конструкций.

На фиг.7 показан вид сверху и продольный разрез предлагаемой полезной модели в массиве обрабатываемого грунта с указанием основных конструктивных элементов.

На фиг.8 изображено продольное сечение объемной модели предлагаемого устройства с указанием основных конструктивных элементов.

На фиг.9 изображено предлагаемое устройство на стреле базовой машины, например экскаватора, расположенное в массиве обрабатываемого грунта.

Предлагаемое устройство (фиг.1-9) включает шнек 2 конусообразной формы в виде спирали, расположенный и жестко закрепленный на образующей поверхности забурника 1 конусообразной формы; три роликоопоры 3 (фиг.6-9), расположенные на равном расстоянии друг от друга по окружности на водиле 8 (фиг.8), выполненном в виде диска, жестко закрепленного на приводном валу 9. Роликоопоры 3 закреплены с возможностью вращения на осях 10, выполненных в виде вала, расположенного в подшипниковых опорах 11 и 12. Оси 10 роликоопор 3 верхним концом жестко закреплены на водиле 8, а нижним концом жестко закреплены на забурнике 1, жестко соединенном с приводным валом 9 и шнеком 2, причем забурник является основанием для приводного вала 9.

Шнек 2 (фиг.3) выполнен конусообразной формы в виде спирали с углом конуса х в пределах 30°≤х≤60°, соответствующей углу ϕ образующих поверхностей забурника 1 в пределах 30°≤ϕ≤60°, установленных экспериментально, и вытянутого на высоту забурника 1 вдоль осевой линии устройства с равномерным шагом n, находящимся по формуле n=H/c, где n - шаг витков спирали шнека; H - высота забурника; c - количество витков спирали шнека. Угол резания грунта δ у режущих кромок шнека 2, выполнен с минимально-возможным сопротивлением при врезании в грунт и находится в пределах угловой величины 5°≤δ≤30°, что установлено экспериментально и обеспечивает возможность требуемой работоспособности шнека в составе предлагаемого устройства во время эксплуатации.

Забурник 1 (фиг.3) выполнен в виде конусообразной формы с одним глухим отверстием, расположенным вдоль центральной оси, для крепления приводного вала 9, а также в зависимости от количества роликоопор 3, например трех, с тремя глухими отверстиями для крепления осей 10 роликоопор 3, установленными под острым углом β в пределах 5°≤β≤10° (фиг.3). Величина угла β относительно вертикальной оси установлена экспериментально; отверстия крепления роликоопор расположены под углом α=360°/К, где К соответствует количеству роликоопор (фиг.5), относительно центра забурника, на равном расстоянии друг от друга по окружности; забурник ориентирован вершиной вниз. Верхняя поверхность основания забурника 1 выполнена с наклоном на угол γ, находящийся в пределах 5°≤γ≤10° (фиг.3), его величина относительно горизонтальной оси установлена экспериментально, для возможности естественного истечения с верхней наклонной поверхности забурника жидкости и грунта во время эксплуатации устройства. Верхние основания глухих отверстий диаметром d (фиг.4) для крепления нижних концов осей 10 роликоопор 3 выполнены с таким же углом наклона γ к горизонтальной оси, как и верхняя поверхность основания забурника, для плотного прилегания плоскостей крепежных элементов осей 10 (фиг.8). Забурник 1 (фиг.3) с углом конуса в пределах 30°≤ϕ≤60°, установленных экспериментально, в составе предлагаемой полезной модели, обеспечивает оптимальные массо-габаритные характеристики, с минимальным осевым усилием на обрабатываемый грунт в направлении подачи.

Роликоопоры 3 (фиг.6-8) выполнены конусообразной формы с углом конуса в пределах 1°≤e≤10° (фиг.6) с фасками под углами τ=30° или τ=45°, установленными экспериментально, для лучшего внедрения в обрабатываемый грунт и беспрепятственного извлечения из полученного котлована 4 (фиг.7) после завершения рабочего цикла.

Забурник 1 и шнек 2 (фиг.3) выполнены с углами конуса в пределах 30°≤ϕ≤60° и 30°≤х≤60°, соответственно, позволяющими осуществить сборку предлагаемого устройства без существенных трудностей при условии равенства указанных углов ϕ и х при изготовлении забурника и шнека, соответственно, для последующего жесткого соединения шнека 2 к забурнику 1.

На устройство действует осевое усилие Q базовой машины, например экскаватора 13 (фиг.9) в направлении подачи, а крутящий момент М_кр передается приводному валу 9 (фиг.7-9) мотор-редуктором 14. Приводной вал 9 является базовым элементом, крепящим основные детали роликоопор 3 и остальные детали предлагаемого устройства.

Данное устройство (фиг.1-9) работает следующим образом: оператор базовой машины, например экскаватора 13 (фиг.9), при помощи стрелы и рукояти опускает устройство, включая забурник 1 (фиг.7) и жестко соединенный с ним шнек 2, в составе предлагаемой полезной модели на обрабатываемый грунт 5 в направлении подачи, приводит во вращение приводной вал 9 с помощью мотор-редуктора 14 и внедряется в обрабатываемый грунт 5 механизмами гидравлической системы экскаватора 13. При вращении приводного вала 9 и дальнейшем внедрении в обрабатываемый грунт 5 устройства происходит зацепление шнека 2 с грунтом и естественное врезание шнека 2 с забурником 1 в массив обрабатываемого грунта 5. При дальнейшем погружении устройства происходит соприкосновение роликоопор 3 со скважиной 4 и синхронное вращение роликоопор относительно своих осей 10, при этом роликоопоры 3 обкатывают боковую поверхность скважины 4 и уплотняют грунт при полном погружении роликоопор в массив обрабатываемого грунта 5. При внедрении предлагаемой полезной модели в массив обрабатываемого грунта 5 в направлении подачи под действием осевой силы Q от воздействия гидравлической системы экскаватора 13 диаметр скважины 4 расширяется от нулевого до максимального размера D (фиг.7), а вытесняемый грунт из скважины 4 перемещается (или вдавливается) во внутрь массива обрабатываемого грунта 5.

Внутри скважины 4 между роликоопорами 3 (фиг.7) образуется свободное пространство 7 за счет обкатки роликоопорами 3 боковой поверхности скважины 4, обеспечивающее благоприятные условия для выхода воздуха из обрабатываемой зоны грунта 5. Устройство обеспечивает с минимальными затратами осевых усилий погружение роликоопор 3 в массив грунта посредством естественного врезания шнека 2, жестко соединенного с забурником 1, в обрабатываемый грунт 5. Роликоопоры 3 во время раскатки постоянно удерживают грунт в напряженном состоянии и обеспечивают высокую эффективность процесса глубокого уплотнения при обеспечении условий для выхода воздуха из массива обрабатываемого грунта 5 и грунта с меньшей степенью обработки 6.

Преимущество данного устройства заключается в использовании принципа естественного внедрения в грунт в направлении подачи за счет самонарезания резьбы шнеком 2 в обрабатываемом грунте 5 с небольшим преобладанием начального осевого усилия в виде массы забурника 1, жестко соединенного со шнеком 2 в составе предлагаемой полезной модели, под действием осевой силы Q от воздействия гидравлической системы экскаватора 13.

Таким образом, полезная модель, благодаря отличительным от прототипа признакам: наличие шнека конусообразной формы в виде спирали, жестко закрепленного на забурнике конусообразной формы, а также выполнению верхней поверхности основания забурника с наклоном от горизонтальной оси под острым углом способствует уменьшению осевого усилия при глубоком уплотнении грунтов в естественном залегании и насыпных при дорожном, гидротехническом и промышленно-гражданском строительстве.

Claims (1)

1. Устройство для уменьшения осевого усилия при глубоком уплотнении грунтов, содержащее приводной вал, соединенный верхней частью с мотором, жестко закрепленное на приводном валу водило в виде диска, роликоопоры, закрепленные на водиле на равном расстоянии друг от друга по окружности с возможностью вращения, оси вращения роликоопор верхним концом жестко закреплены на водиле, а нижним концом жестко соединены с основанием забурника конусообразной формы, который закреплен на нижнем конце приводного вала вершиной вниз, отличающееся тем, что на образующей поверхности конусообразного забурника жестко закреплены режущие кромки, выполненные в виде спирали с равномерным шагом витков, при этом угол режущих кромок находится в диапазоне 5°≤δ≤30°, верхняя поверхность основания забурника выполнена с наклоном вниз от центральной вертикальной оси, причем наклонные стороны основания отклонены на угол 5°≤γ≤10º относительно плоскости, перпендикулярной к центральной вертикальной оси, устройство содержит три роликоопоры, а их оси расположены в подшипниковых опорах и с зазорами между ними, при этом оси роликоопор расположены с наклоном вниз под углом 5°≤β≤10° относительно вертикальной оси, кроме того, роликоопоры выполнены конусообразной формы и ориентированы меньшим основанием вниз, с углом конуса 1°≤e≤10° и фасками с углами наклона τ=30° или τ=45° в верхней и нижней части, забурник содержит одно глухое центральное осевое отверстие для крепления приводного вала и три глухих отверстия для крепления осей роликоопор.