Устройство для бестраншейной прокладки подземных коммуникаций

1 Изобретение относится к области бурения,в частности к передвижным буровым установкам с собственным приводом для бурения под землей. Устройства такого типа применяются для выполнения горизонтальных подземных скважин, для прокладки подземных коммуникаций. Основные технические требования, которые должны решать устройства такого типа - это достаточная длина рабочего инструмента, высокая мощность приводного механизм для подачи рабочего инструмента и прочность рабочего инструмента, т.к. в процессе выполнения подземной скважины на рабочий инструмент действуют упругие силы, вызванные сопротивлением грунта. Известно устройство для бурения грунта и прокладки труб [1], содержащее приводной механизм, оснащенный рабочим инструментом. Рабочий инструмент, подаваемый в грунт вращательным движением, представляет собой бурильную головку формы усеченного конуса,больший диаметр которого соответствует диаметру выполняемой скважины. Для обеспечения необходимой длины бурового инструмента используются трубы, которые соединяются между. Если при выполнении скважины необходимо оставить под землей трубопровод, полученный соединением труб, трубы соединяются между собой сваркой. Если в скважину необходимо протянуть полиэтиленовую трубу, трубы соединяются между собой посредством разъемных средств типа втулки и шплинта. Соединения обоих типов ненадежны, а монтаж и демонтаж разъемных соединений трудоемок. Прокладка металлического трубопровода таким способом неэффективна, к тому же невозможно проконтролировать состояние сварочных швов. Достаточно большой диаметр бурового инструмента служит причиной большого сопротивления и,соответственно, требуется приводной механизм большой мощности для продвижения инструмента под землей. Прототипом изобретения является устройство для выполнения подземных скважин [2],включающее гидроцилиндр, устанавливаемый в рабочей раме и оснащенный рабочим инструментом в виде прокольной головки небольшого диаметра. Прокольная головка вдавливается в грунт с одновременным поворотом вокруг оси прокола. Для обеспечения необходимой длины рабочего инструмента используются штанги,имеющие с одного конца внутреннюю, с другого конца наружную коническую резьбу. Монтаж и демонтаж штанг трудоемок, т.к. производится вручную. Прокольная головка навинчивается на наружную резьбу штанги. Рабочий инструмент такого типа встречает меньшее сопротивление грунта, а резьбовое соединение достаточно надежно. Однако при существующих параметрах конической резьбы штанг возможно заклинивание соединения, что усложняет демонтаж 2 штанг. Существующее устройство используется только для выполнения скважин. Для прокладки подземных коммуникаций требуются дополнительные устройства, что усложняет процесс и увеличивает расходы. Еще одним недостатком существующих устройств для бурения подземных скважин является обратное перемещение рабочего инструмента в результате действия сил упругой деформации грунта в момент демонтажа удлиняющих элементов, когда рабочий инструмент практически отсоединяется от приводного механизма. Задачей настоящего изобретения является устранение недостатков существующих устройств для подземного бурения, расширение возможностей использования устройства для бестраншейной прокладки подземных коммуникаций, а также упрощение и повышение надежности эксплуатации такого устройства. Задача решается тем, что устройство для бестраншейной прокладки подземных коммуникаций, включающее рабочий гидроцилиндр,закрепленный на раме в силовом кронштейне,рабочий инструмент, по крайней мере одну штангу для передачи усилия рабочего гидроцилиндра на рабочий инструмент и механизм передачи усилия гидроцилиндра на штангу, содержит стопорный механизм и набор рабочих инструментов, включающий прокольную головку или цангу для крепления трубы, причем цанга соединена со штангой при помощи сцепного механизма. В одном из вариантов набор рабочих инструментов дополнительно содержит головку продольной резки. В другом варианте набор рабочих инструментов содержит расширитель скважины. В предпочтительном варианте устройство для бестраншейной прокладки подземных коммуникаций включает средство демонтажа штанг, состоящее из зажимной и поворотной струбцин. В одном из вариантов механизм передачи усилия гидроцилиндра на штангу представляет собой набор упорных втулок и упора, причем упор установлен на конце штанги. Размер упорной втулки при этом равен ходу гидроцилиндра,а количество упорных втулок таково, что длина набора упорных втулок равна длине штанги. В еще одном варианте механизм передачи усилия гидроцилиндра на штангу представляет собой систему шарнирных вилок, при этом устройство может содержать поворотную тягу,один конец которой закреплен на одной из вилок, другой конец закреплен на силовом кронштейне крепления гидроцилиндра. В одном из вариантов рама, на которой закреплен гидроцилиндр устройства, представляет собой систему упоров и распорных балок для установки устройства в существующий колодец. 3 Гидроцилиндр устройства при этом крепится кронштейном к распорной балке. Более наглядно устройство для бестраншейной прокладки подземных коммуникаций представлено на чертежах. Фиг. 1 - вид устройства сверху при выполнении скважины; фиг. 2 - вид устройства сверху при обратном ходе и протяжке трубопровода; фиг. 3 - зажимная струбцина; фиг. 4 - поворотная струбцина; фиг. 5 - разрез стопорного механизма; фиг. 6 - разрез А-А штанги и упорной втулки; фиг. 7 - разрез Б-Б штанги и упора; фиг. 8 - система шарнирных вилок при выполнении скважины; фиг. 9 - разрез головки продольной резки; фиг. 10 - вид устройства сверху при установке в существующем колодце. Устройство для бестраншейной прокладки подземных коммуникаций состоит, как показано на фиг. 1, 2, из рабочего цилиндра 1, закрепленного на раме 2 посредством силового кронштейна 3, набора рабочих инструментов, содержащего прокольную головку 4, головку продольной резки 5 или цангу 6 и расширитель скважины 7, которые приводятся в действие гидроцилиндром 1 через штангу 8, и стопорного механизма 9. Стопорный механизм 9 крепится к раме 2 посредством кронштейна 10. Прокольная головка 4 (фиг. 1) состоит из корпуса 4 а и съемного наконечника 4 б. Внутри корпуса установлен автономный датчик, который контролирует положение головки под землей и передает данную информацию на поверхность. Резьбовой частью прокольная головка соединяется со штангой 8. Расширитель скважины 7 (фиг. 2) предназначен для увеличения диаметра скважины при обратном ходе гидроцилиндра. В зависимости от диаметра расширители могут быть цельнометаллическими или сварными. Цанга 6 предназначена для закрепления полиэтиленовой трубы 11 при ее протяжке под землей. Конструкция цанги известна из уровня техники. Штанга 8 представляет собой цельнометаллический прут круглого сечения. Один конец штанги имеет внутреннюю коническую резьбу,другой - наружную коническую резьбу, что позволяет производить соединение штанг между собой, а также позволяет закреплять на ней рабочий инструмент. Головка продольной резки 5 предназначена для резки и разрушения уложенной под землей стальной трубы с условным диаметром 100 мм и более. Головка состоит из корпуса сварной конструкции 5 а, опорных 5 б и режущих 5 в роликов, а также расширителя 5 г, который формирует необходимый диаметр скважины. Головка 4 5 частью с наружной резьбой соединяется с внутренней резьбой штанги 8. Сцепной механизм 12, конструкция которого известна из уровня техники, предназначен для соединения между собой цанги 6 и штанги 8 при протяжке вновь укладываемых полиэтиленовый труб. Шток гидроцилиндра 1 имеет сквозное отверстие для прохода штанги. При выполнении прокола на резьбовой части штока, как показано на фиг. 8, закреплена насадка 13 с двумя шарнирными вилками 14, 15. Вилки соединены между собой тягой 16. На верхней вилке закреплен палец, на который устанавливают поворотную тягу 17 (фиг. 1). Другой конец поворотной тяги устанавливают на палец, который закреплен на кронштейне 3. При работе гидроцилиндра установленная таким образом тяга обеспечивает поворот штока гидроцилиндра и тем самым штанги с прокольной головкой, что способствует уменьшению сопротивления при выполнении прокола. При выполнении прокола внутрь полого отверстия штока гидроцилиндра 1 вставляют прокольную головку 4. На резьбовой конец прокольной головки 4 навинчивают штангу 8. Поворотную тягу 17 закрепляют на пальцах. Прокольную головку 4 вручную подают до упора в грунт. Далее наклоняют шарнирные вилки 14,15 штока гидроцилиндра до защемления штанги 8 и включают гидроцилиндр на подачу "вперед". Происходит вдавливание прокольной головки 4 в грунт с одновременным поворотом против часовой стрелки. После перемещения штока гидроцилиндра на ход не менее 250 мм шарнирные вилки 14, 15 с помощью тяги 16 возвращают в нейтральное положение и включают гидроцилиндр 1 на обратный ход. Происходит возврат штока гидроцилиндра 1 в исходное положение, при этом шарнирные вилки 14,15 не должны защемлять штангу 8. Далее цикл повторяется. По мере углубления прокольной головки в грунт производят наращивание вручную дополнительных штанг 8. После завершения прокола прокольную головку 4 и поворотную тягу 17 демонтируют. Вместо прокольной головки устанавливают расширитель скважины 7. За расширителем скважины 7 устанавливают сцепное устройство 12, цангу 6 с полиэтиленовой трубой 11. Внутри рамы 2 устанавливают демонтажное устройство 18, как показано на фиг. 2. Демонтажное устройство состоит из силовой рамы 18 а, струбцины зажимной 18 б (фиг. 3) и струбцины поворотной 18 в (фиг. 4). На штангу 8 надевают втулку упорную 19 и навинчивают на резьбовую часть штока гидроцилиндра, а на конце штанги 8 закрепляют упор 20 (фиг. 6, 7). Гидроцилиндр включается на ход "назад". После перемещения гидроцилиндра на ход не менее 250 мм его включают на обратный ход. На штангу 8 надевают еще одну упорную втулку 5 19, и цикл повторяется. По мере вытягивания штанг 8 производят их демонтаж. Аналогичен порядок работы при использовании головки продольной резки 5. Вместо расширителя 7 устанавливают головку продольной резки 5. Для того, чтобы препятствовать возвратному движению штанг 8, вызываемому силами упругой деформации грунта при выполнении прокола или при увеличении диаметра скважины с помощью расширителя 7 при обратном ходе, используют стопорный механизм 9 (фиг. 5). Стопорный механизм 9 состоит из корпуса 21 и поворотной гайки 24. Между корпусом 21 и гайкой 24 устанавливают конус 22, втулку 23,как минимум четыре пружины длинноходовые 25, как минимум четыре короткоходовые пружины 26 и как минимум четыре шарика 27. Стопорный механизм 9 имеет два положения включенное и выключенное. При включенном положении стопорный механизм 9 работает следующим образом. При повороте оси гайки 24 по часовой стрелке втулка 23 и пружины короткоходовые 26 подают шарики 27 вперед до контакта с поверхностью конуса 22 и штанги 8, при этом пружины длинноходовые 25 сжимаются. При движении штанги 8 по стрелке на фиг. 5 происходит заклинивание шариков 27, и штанга стопорится. При движении штанги 8 против стрелки шарики 27 перекатываются, отжимая пружины короткоходовые 24. Между шариками 27 и штангой 8 появляется радиальный зазор, и штанга освобождается. При выключенном положении стопорный механизм 9 работает следующим образом. При повороте гайки 24 против часовой стрелки втулка 23,пружины короткоходовые 26, шарики 27 отводятся назад, а пружины длинноходовые 25 удерживают шарики 27 в данном положении. Между шариками 27, конусом 22 и штангой 8 появляется гарантированный зазор. Штанга 8 свободно проходит через стопорный механизм 9. Стопорный механизм 9 устанавливают таким образом, чтобы не препятствовать рабочему ходу штанги 8. При выполнении прокола стопорный механизм 9 устанавливают, как показано на фиг. 1, перед системой шарнирных вилок 14, 15 гайкой 24 в сторону вилок. Когда гидроцилиндр вилками 14 и 15 подает штангу 8 вперед, штанга 8 свободно проходит через механизм стопорный 9. При обратном ходе гидроцилиндра, когда вилки 14, 15 не подают штангу 8,штанга 8 удерживается в стопорном механизме 9. Перемещение штанги 8 под действием упругих сил грунта вызывает заклинивание шариков 27 стопорного механизма 9. При ходе назад стопорный механизм 9 устанавливают, как показано на фиг. 2, за гидроцилиндром 1, гайкой 24 в сторону гидроцилиндра 1. 6 Устройство по изобретению можно использовать как при выполнении новых скважин,когда устройство устанавливается в вырываемый для этого небольшой котлован, так и при замене старых коммуникаций, когда устройство может быть установлено, как показано на фиг. 10, в существующий колодец. В этом случае гидроцилиндр 1 закрепляют в силовом кронштейне 3, который крепится к распорным балкам 28. Распорные балки фиксируются в колодце посредством упоров 29. Использование демонтажного устройства штанг по изобретению упрощает процесс демонтажа. При этом параметры конусной резьбы на штангах по изобретению таковы, что исключается заклинивание соединения. Использование системы упорных втулок и упора при ходе назад устройства, когда нагрузки значительно больше, чем при проколе,исключает деформацию штанг. Устройство по изобретению может быть использовано не только для выполнения скважин, но также для прокладки новых и для замены старых коммуникаций. Источники информации 1. US 4,542,796 2. Каталог фирмы DITCH WITCH. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство для бестраншейной прокладки подземных коммуникаций, включающее рабочий гидроцилиндр, закрепленный на раме в силовом кронштейне, рабочий инструмент, по крайней мере одну штангу для передачи усилия рабочего гидроцилиндра на рабочий инструмент и механизм передачи усилия гидроцилиндра на штангу, отличающееся тем, что устройство содержит стопорный механизм и набор сменных рабочих инструментов, включающий прокольную головку и расширитель скважины. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем,что набор рабочих инструментов содержит головку продольной резки. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем,что в дополнение к расширителю рабочий инструмент содержит цангу для крепления трубы,причем цанга соединена со штангой при помощи сцепного механизма. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем,что включает средство демонтажа штанг, состоящее из зажимной и поворотной струбцин. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем,что механизм передачи усилия гидроцилиндра на штангу представляет собой набор упорных втулок и упора, причем упор установлен на конце штанги, при этом размер упорной втулки равен ходу гидроцилиндра, а количество упорных втулок таково, что длина набора упорных втулок равна длине штанги. 6. Устройство по п.1, отличающееся тем,что механизм передачи усилия гидроцилиндра на штангу представляет собой систему шарнирных вилок. 7. Устройство по п.6, отличающееся тем,что содержит поворотную тягу, один конец которой закреплен на одной из вилок, другой конец закреплен на силовом кронштейне крепления гидроцилиндра. 8. Устройство по п.1, отличающееся тем,что рама, на которой закреплен гидроцилиндр, 8 представляет собой систему по меньшей мере из восьми упоров и двух распорных балок по меньшей мере с четырьмя упорами на каждую для установки устройства в существующий колодец, при этом гидроцилиндр крепится кронштейном к распорным балкам.