Винтовой рабочий орган для разработки мерзлого грунта

Винтовой рабочий орган для разработки мерзлого грунта

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ВИНТОВОЙ РАБОЧИЙ ОРГАН ДЛЯ РАЗРАБОТКИ МЕРЗЛОГО ГРУНТА, включающий приводную штангу с ви1:толопастным наконечником и oxiij Tb r.;i:o:ui ii штангу скалываюш,ий инструмент, от.тчающийся тем, что, с целью снижения энерюемкости процесса разработки и упрощения конструкции, скалывающий инструмент выполнен в виде шнековой лопасти, которая закреплена внутренней кромкой на щтанге, сопряжена с винтовой лопастью наконечника и имеет переменный шаг, увеличивающийся в сторону от наконечника.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(50 Е 02 F 5/30

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ "., „:-.,:,1>

CO

Ю

К. АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3467825/29-03 (22) 09.07.82 (46) 07.03.84. Бюл. № 9 (72) Г. Е. Макашев, П. Г. Ташлыков и А. Б. Солодовников (71) Хабаровский институт инженеров железнодорожного транспорта (53) 624.139.5 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 604925, кл. Е 02 F 5/30, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР № 238425, кл. Е 02 F 5/30, 1968 (прототип).

„„SU„„1078004 A (54) (57) ВИНТОВОИ" РАБОЧИЙ ОР1 А11

ДЛЯ РАЗРАБОТКИ МЕРЗЛОГО ГРУНТА, включающий приводну;о штангу BHI олопастным наконечником и о.;н", ...ыгз о цпй штангу скалывающий инструмент, отличаюи ийся тем, что, с целью снижения энсj гоемкости процесса разработки и упр0щсния конструкции, скалывающий инструмс!iT выполнен в виде шнековой лопасти, которая закреплена внутренней кромкой на штанге, сопряжена с винтовой лопастью наконечника и имеет переменный шаг, увеличивающийся в сторону от наконечника.

1078004

10

Изобретение относится к строительству и предназначено для производства земляных работ в зимний период времени в гражданском, промышленном и мелиоративном строи тельстве.

Известен рабочий орган, который состоит из забиваемого клина, установленного в направляющей, и поворотного элемента, выполненного в виде двух параллельно соединенных между собой зубьев Z-образной формы. Одни крайние участки зубьев свободно установлены в контуре клина, а другие— с возможностью поворота закреплены на направляющей, которая шарнирно соединена через силовой цилиндр со средними участками зубьев (1).

Недостатком указанного устройства, воздействующего на мерзлый грунт усилиями сжатия, является большая энергоемкость процесса разработки мерзлого грунта.

Кроме того, это устройство имеет сложную конструкцию, вследствие чего сокращается его эксплуатационная надежность.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является винтовой рабочий орган для разработки мерзлого грунта, который включает приводную штангу с наконечником, имеющим винтовую лопасть, и клин, свободно насаженный на штангу и связанный с ней через упорный механизм. Разработка грунта осуществляется клином, внедренным в мерзлый грунт с помощью винтового наконечника. Клин, внедряясь, сжимает мерзлый грунт до образования в нем вертикальной трещины, и затем, расширяя трещину, откалывает от массива глыбу мерзлого грунта (2).

Недостатками известного рабочего органа являются значительная энергоемкость процесса разработки мерзлого грунта, обусловленная воздействием на мерзлый грунт усилиями сжатия, малая производительность обусловленная тем, что он является устройством циклического действия, а также сложность его конструкции, обусловленная взаиморасположением клина и приводной штанги и наличием упорного механизма.

Целью изобретения является снижение энергоемкости процесса разработки мерзлого грунта и упрощение конструкции рабочего органа.

Указанная цель достигается тем, что в винтовом рабочем органе для разработки мерзлого грунта, включающем приводную штангу с винтолопастным наконечником и охватывающий штангу скалывающий инструмент, последний выполнен в виде шнековой лопасти, которая закреплена внутренней кромкой на штанге, сопряжена с винтовой лопастью наконечника и имеет переменный шаг, увеличивающийся в сторону от наконечника. l5

На фиг. 1 изображен винтовой рабочий орган; на фиг. 2 — схема разработки мерзлого грунта винтовым рабочим органом.

Приводная штанга 1 имеет наконечник 2, оборудованный винтовой лопастью 3. Шнековая лопасть 4 сопряжена с винтовой лопастью 3 наконечника 2 и является ее продолжением. Шаг лопасти 4 плавно увеличивается в сторону от наконечника 2 и от величины, равной шагу лопасти 3 наконечника 2. Внутренней кромкой 5 шнековая лопасть 4 прикреплена к приводной штанге 1.

Винтовой рабочий орган работает следующим образом.

При вращении приводной штанги 1 и наличии давления на забой наконечник 2 с помощью винтовой лопасти 3 внедряется в мерзлый грунт. Внедрение наконечника осуществляется следующим образом. Наконечник выполнен в форме конуса с малым углом (=15 ) при вершине, а на боковой поверхности конуса жестко закреплена винтовая лопасть 3, имеющая плавно уменьшающийся от вершины конуса к ее основанию шаг, причем соотношение шага начала и конца лопасти =2,5:1. При соприкосновении вершины конуса с поверхнОстью мерзлого грунта и наличии давления на забой контактные напряжения достигают величины, превышающей величину напряжений разрушения грунта, и наконечник 2 вдавливается в мерзлый грунт. Так как наконечник 2 вращается с помощью приводной штанги 1 при вдавливании конуса и одновременном внедрении в грунт винтовой лопасти 3, последняя начинает разрыхлять грунт в местах контакта с грунтом. За счет сил трения вершина конуса нагревается, лед содержащийся в мерзлом грунте, тает, и окружающий конус мерзлый грунт переходит в талое состояние. Это позволяет уплотнять грунт и постепенно заглублять в него конус. По мере заглубления конуса увеличивается объем мерзлого грунта, взаимодействующего с винтовой лопастью 3. Поэтому усилия, необходимые для рыхления этого объема мерзлого грунта, увеличиваются пропорционально величине заглубления конуса. Как только величина усилия, передающегося грунту от винтовой лопасти 3, будет недостаточна для разрушения объема мерзлого грунта наконечник 2 начнет ввинчиваться в мерзлый грунт. Величина осевого перемещения наконечника 2 в мерзлом грунте за один его оборот равна шагу винтовой лопасти 3 у основания конуса. Вращение приводной штанги 1 и ввинчивание в грунт наконечника 2 создают значительные осевые усилия, используемые для внедрения в мерзлый грунт рабочего органа.

Наконечник 2, внедрившись в мерзлый грунт, нарезает в массиве грунта винтовую полость, имеющую форму поперечного сече1078004 ния винтовой лопасти 3 наконечника и шаг, равный минимальному (вблизи основания конуса) шагу 1„(фиг. 2) на винтовой лопасти 3 наконечника 2. Внедрение в мерзлый грунт наконечника 2 аналогично внедрению метчика при нарезании резьбы в гайке. Следом за винтовой лопастью 3 наконечника 2 в образованную им полость внедряется шнековая лопасть 4, являющаяся продолжением лопасти 3 наконечника 2. Так как шаг шнековой лопасти 4 постепенно уве- 1О личивается на величину л (фиг. 2) на плоскостях шнековой лопасти 4, обращенных к устью скважины, возникают усилия, направленные в сторону привода. В результате схема приложения нагрузки в мерзлому 5 грунту равнозначна схеме нагрузок при внедрении клина в свободную полость, так как приводная штанга вращается с постоянной скоростью, а увеличение шага шнековой лопасти 4 постоянно на первых четырех-пяти витках. Развертка шнековой лопасти 4 на 20 плоскость имеет вид прямой, наклоненной к горизонту под углом, определяемым из зависимости у, Ш где 4.111 -диаметр шнека;

tkkJ — шаг первого витка шнека.

Так как лобовое сопротивление грунта отсутствует, а на грунт воздействует вертикальная составляющая равнодействующей силы на наклонной плоскости, под действием этой силы происходит крупный скол грунта, заключенного между рядом расположенными витками шнековой полости 4, стволом шнека и стенками образующейся скважины.

Увеличение шага первых четырех-пяти витков лопасти 4 (Л) определяется в зависимости от механических характеристик мерзлого грунта и составляет величину от

0,03 до 0,05 диаметра лопасти, что обеспечивает увеличение угла подъема винтовой линии на 1 — 1,5 за один оборот. Так, наприMep, eCJlH LLldk лопасти 3 у OCHOBdkiHH h0H)са равен 100 мм, третьего витка лопасти 4 увеличен до 120 мм, при внедрении в мерзлый грунт третьего витка лопасти 4 происходит следующее. Так как осевое перемещение приводной штанги 1 за один ее оборот равно шагу винтового наконечника 2 (в рассматриваемом примере равно 100 мм), то при внедрении в грунт третьего витка лопасти 4 объем грунта, ограниченный стенками образующейся скважины (равной диаметру лопасти 4), приводной штангой 1 и рядом расположенными витками лопасти 4 должен переместиться в направлении забоя на 120 мм. В связи с тем, что осевое перемещение приводной штанги 1 в сторону забоя зависит от шага винтовой лопасти 3 наконечника, перемещение лопасти 4 в районе третьего витка составляет также

100 мм, а разница в шаге начала лопасти 4 и ее третьего витка создает на витках лопасти 4 осевое усилие, направленное в сторону, противоположную забою. Так как 10пасти 3 и 4 жестко связаны между собой и лопасть 3 постепенно переходит в лопасть 4, объем мерзлого грунта, заключенный между двумя рядом расположенными витками лопастей, приводной штангой 1 и стенками образующейся скважины, воспринимает осевые усилия, возника1ощие на лопастях 4 H счет разницы в шаге. Так как шаг лопасти 4 увеличивается плавно, и усилия, воспринимаемые мерзлым грунтом, увеличиваются постепенно. С увеличением усилий растут напряжения в мерзлом грунте. При достижении напряжениями в грунте величины, равной критическим напряжениям на срез данного грунта, происходит срез объема грунта, и срезанный грунт перемещается лопастью 4 в сторону, противоположную забою

Винтовой рабочий орган позволит минимум на 20О/р сократить энергоемкость процесса разработки мерзлого грунта за счет изменения схемы приложения нагрузки.

1078004

Редактор О. Черниченко

Заказ 884/2 !

Составитель H. Лихоперский

Техред И. Верес Корректор М. Шароши

Тираж 644 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий ! !3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4