В работе рассматривается новая конструкция грейфера для проходки колодцев, которая позволяет управлять процессом изменения направления оси колодца, в результате чего повышается производительность грейфера и существует возможность выбора рациональных режимов проходки. Рис. 4, Ист. 12

   У роботі розглядається нова конструкція грейфера для проходки колодязів, що дозволяє управляти процесом зміни напрямку осі колодязя, у результаті чого підвищується продуктивність грейфера та існує можливість вибору раціональних режимів проходки. Рис. 4, Дж. 12.

   In work the new design greyfera for digging wells which allows to operate process of change of a direction of an axis of a well therefore productivity greyfera raises is considered and there is an opportunity of a choice of rational modes of digging. Fig. 4, Sources 4.

   При рытье глубоких колодцев в плотных грунтах обычно применяют грейферы. Грейфер внедряется в грунт под действием собственного веса и силы натяжения замыкающего каната. Чем более плотный грунт, тем меньше вертикальная сила, передаваемая весом грейфера на грунт. В результате, зачерпывающая способность грейфера и производительность грейферного крана сравнительно невелика [1]. Для увеличения вертикальной силы передаваемой силой тяжести грейфера на грунт, предлагались конструктивные решения, где основой были упоры, удерживающие грейфер в колодце за счёт сил трения между упорами и грунтом и тем самым увеличивающие давление грейфера на грунт.

   Рассмотрим грейферы, служащие для извлечения валунов из полости свай – оболочек [2-3], один из которых представлен на Pис. 1. Так для увеличения силы охвата валунов в полости свай грейфер снабжён упорами, удерживающими грейфер в свае в период зачерпывания. Грейфер содержит корпус 1 с упорными механизмами снабженными пружинами 2 (Pис. 1), башмаки 3, тяги 4, шарниры 5 со сквозными отверстиями для тяг, гайки 6 и упорные шайбы 7. В корпусе 1 перемещается траверса 8, с тягами 9 шарнирно соединенными с челюстями 10. Челюсти шарнирно соединены между собой секциями 11, которые шарнирно присоединены к траверсе челюстей 13.

   Внутренняя полость сваи сама по себе является направляющей исключающей отклонение грейфера от заданного направления. Это заранее обуславливает невозможность управления его движениями, например, в случае рытья колодца в грунте (вне сваи–оболочки). Если в процессе проходки ось колодца начнет отклоняться от вертикали, то восстановить вертикальное положение при использовании известного грейфера будет невозможно. Помимо этого, пружины создают при сжатии постоянные, изменяющиеся линейно усилия и регулировать величину внедрения челюстей при различных сопротивлениях разных грунтов будет невозможно.

   Авторами статьи поставлена задача разработка конструкция грейфера для использования его для рытья колодцев с возможностью исправления их направления движения. Поставленная задача достигается тем, что в разработанной конструкции грейфера [4], содержащего траверсу, тяги, челюсти, шарнирно соединенные с траверсой, корпус с анкерными механизмами, включающими штоки, пружины, опорные башмаки, штоки анкерного механизма соединены с опорными башмаками посредством гидроцилиндров. Плунжеры гидроцилиндров соединены с верхними концами штоков и снабжены обратными клапанами, позволяющими быстро перетекать жидкости из подплунжерных полостей в надплунжерные, при этом между плунжерами и верхними днищами гидроцилиндров установлены пружины, а подплунжерная и надплунжерная полости соединены трубопроводами снабженными регулируемыми дросселями. Данный грейфер (Pис. 2 а) содержит две челюсти 1, шарнирно связанные с корпусом 2, траверсу 3, шарнирно соединенную посредством тяг 4 с челюстями. Корпус 2 шарнирно связан со штоками 5 и опорными башмаками 6, штоки 5 и опорные башмаки 6 соединены гидроцилиндрами 7. Трособлочная замыкающая система грейфера запасована замыкающим канатом 8, концы которого закреплены на барабане замыкающей лебедки (на схеме не показана), а подъемные канаты 9 огибают отклоняющие блоки 10, жестко соединенные с траверсой 3. Нижние концы подъемных канатов 9 соединены с гидроцилиндрами 7 проушинами 11, верхние концы подъемных канатов закреплены на барабане подъемной лебедки. Гидроцилиндр 7 (рис. 2 б) содержит корпус 12, трубопровод 13, соединяющий надплунжерную и подплунжерную полости и снабженный регулируемым дросселем 14, плунжер 15, оснащенный обратным клапаном 16, пружину 17, упирающуюся верхним концом в днище гидроцилиндра 7, а нижним - в плунжер 15, соединенный с верхним концом штока 5.

Работа грейфера включает следующие этапы:

   Этап первый — рытье (экскавация)колодца грейфером в обычном режиме (без применения анкерного устройства). При этом этапе опорные башмаки 6 не касаются стенок колодца. Усилие внедрения для большинства осадочных грунтов достаточно велико, что не позволяет поворачиваться челюсти по радиусу R при неподвижном корпусе 2. В результате корпус 2 поднимается, а режущие кромки (точка А (рис. 2 а)) незначительно внедряются в грунт, что резко снижает производительность проходки колодца. Этап продолжается до тех пор пока расстояние Y от опорных башмаков до края колодца не станет достаточным, чтобы грунт выдержал напряжения, возникающие от сил упоров опорных башмаков 6.

   Этап второй — экскавация колодца с применением анкерного устройства. Грейфер опускается в колодец раскрытым. После того, как режущие кромки челюстей 1 (точки А) коснутся дна колодца, подъемные канаты 9 ослабляются, и штоки 5, расходясь в стороны, упираются опорными башмаками 6 в стенки колодца. Включается замыкающая лебедка, замыкающие канаты 8 стягивают корпус 2 и траверсу 3, при этом челюсти 1 внедряются в грунт. Штоки 5 передают усилия S на стенки колодца, которые разлагаются на составляющие V и T. Горизонтальные составляющие Т создают нормальные давления на стенки колодца и, в результате, удерживающую силу Р, которая будет препятствовать подъему корпуса 2 и способствовать внедрению челюстей 1 в грунт. Опорные башмаки 6 передают усилия на корпуса гидроцилиндров 12 (Pис. 2 б), при этом рабочая жидкость передает усилие на плунжер 15. Включение дросселей 14, установленных на трубопроводах 13 позволит обеспечить величину подъема корпуса 2 в зависимости от свойств грунта. Для легких грунтов дросселирование можно выполнять небольшим, что будет способствовать зачерпыванию большего объема материала, для грунтов имеющих большее сопротивление копанию (например, глина) дросселирование можно увеличить, в противном случае механизм грейфера, замыкающие канаты 8 и грузоподъемный кран будут испытывать значительные перегрузки.

   Этап третий — изменение направления проходки ствола колодца. Этого можно достичь за счет рассогласования величин дросселирования гидроцилиндров 7. На рис. 3 приведен пример проходки при увеличении дросселирования правого гидроцилиндра. Грейфер в этом случае наклоняется на угол β, являющийся функцией величины рассогласования дросселирования. Если продолжить проходку с такой же величиной рассогласования, то ось колодца начнет изгибаться (или выпрямляться) в зависимости от технологических требований.

   Этап четвертый — подъем загруженного транспортируемым материалом грейфера. После того, как грейфер зачерпнет грунт, включается на подъем подъемная лебедка, подъемные канаты 9 натягиваются, а так как отклоняющие блоки 10 изменяют направление силы их натяжения - подъемные канаты 9 за проушины 11 отводят опорные башмаки 6 от стенок колодца, и груженный грейфер поднимается на всех четырех канатах как показано на Pис. 4. Пружины 17 (Pис. 2 б) возвращают корпуса гидроцилиндров 12 и связанные с ними опорные башмаки 6 в исходные положения, рабочая жидкость при этом перетекает через обратный клапан 16 из подплунжерной полости в надплунжерную.

   Этап пятый — разгрузка грейфера. Осуществляется при натянутых подъемных канатах 9 и ослаблении замыкающих канатов 8 (Pис. 4).

   Таким образом, предложенная конструкция грейфера для копания колодцев позволит за счет анкерного устройства создавать удерживающую силу, которая препятствует подъему корпуса грейфера и способствует более интенсивному внедрению его челюстей в грунт, что в свою очередь повысит его зачерпывающую способность и тем самым повысит производительность грейферного крана. Также данная конструкция грейфера может быть использована при проходке колодцев в осадочных грунтах, при этом, появляется возможность выбора рациональных режимов проходки и управления процессом изменения оси колодца.

      Литература:

1. Таубер Б.А. Грейферные механизмы / Таубер Б.А. – М.: Машиностроение, 1985. - 272 с.

2. А.с. 230397 СССР, МКИ B 66 С. Грейфер для извлечения грунта из свай-оболочек / Я.А. Бараз (СССР). - №1055119/27-11; заявл. 14.11.1966; опубл. 30.10.1968, Бюл. №34.

3. А.с. 268280 СССР, МКИ E 02 С 3/44, B C 6/16. Грейфер для извлечения валунов из свай-оболочек / А.Д. Прохоров, С.Б. Илларионов (СССР).- №1302425/29-14; заявл. 17.01.1969; опубл. 02.04.1970, Бюл. №13.

4. Деклараційний патент на корисну модель. 25910. Україна. МПК В 66 С 3/00. Грейфер / О.В. Карсський, І.В. Карсський (UA) - №u200704400; заявл. 20.04.2007; опубл. 27.08.2007 Бюл. №13.

5. Тяговые возможности электровозов можно улучшить: Локомотив / А.С. Курбасов,
   Б.А. Курбасов. – 2004. - № 5. – С. 24 - 25.

6. Пути решения проблемы повышения тяговых качеств локомотивов: Международный информационный научно-технический журнал «Локомотивинформ» / Н.И. Горбунов, А.Л. Кашура, С.В. Попов, Е.А. Кравченко, А.И. Фесенко. - 2008. - №5 – С. 8 – 11.

7. Оценка тяговых качеств локомотива: Вісник Східноукраїнського Національного Університету імені Володимира Даля / Н.И. Горбунов, Е.А. Кравченко, С.В. Попов, А.И. Фесенко, В.А. Слащев, А.М. Морозов, М.В. Ковтанец, В.П. Гундарь. – №4 (134). Частина 1: Видавництво СНУ ім. В. Даля, 2009. – С. 79 – 86.

8. Горбунов М.І. Теорія та практична реалізація системного підходу при створенні екіпажної частини локомотива : автореф. дис. … док. техн. наук / М.І. Горбунов. - Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля, 2006. – 38 с.

9. Загрязнение поверхностей рельсов и колес подвижного состава: Вестник ВНИИЖТ / Лужнов Ю.М., Русакова Н.В., Черепашенец Р.Г. – 1972. - №4. - С. 38 - 40.

10. Казаринов А.В. Повышение эффективности тормозных средств грузовых поездов при оптимальном использовании сцепления колес с рельсами: автореф. дис. … канд. техн. наук / А.В. Казаринов. Всесоюзный научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта, 2007. – 21 с.

11. Эффективное использование песка для тяги поездов: ВНИИЖТ / Н.Н. Каменев. - Вып. № 366: Изд-во «Транспорт», 1968. – 86 с.

12. Осенин Ю.И. Прогнозирование и управление фрикционными свойствами триботехнической системы «колесо-рельс»: автореф. дис… док. техн. наук / Ю.И. Осенин. Восточноукраинский государственный университет, 1994. – 39 с.