Vrtná souprava svépomocí: výroba domácího vrtáku pro vrtání studní

Vrtání studny na pozemku – je rozsáhlý úkol. Služby profesionálního týmu nejsou každému majiteli domu po kapse, a najímat “kutilské” skupiny – to je ve většině případů jen vyhazování peněz.

Jednodušší je provést všechny práce svépomocí: pracujete pro sebe svědomitěji a výdaje jsou menší. Navíc, pokud je vrtná souprava vyrobena svépomocí, náklady se budou zdát doslova směšné ve srovnání se skutečnými cenami vrtání.

Řekneme vám, jak vyrobit zařízení pro ruční průchod vodárenského vrtu na pozemku. Námi předložené informace vycházejí z praktických zkušeností samostatných vrtacích pracovníků. Pro úplnost vnímání nelehké tématu je nabízená informace doplněna užitečnými schématy, fotografickými výběry, videi.

Čím a jak nejlépe vrtat studnu?

Začínající vrtací pracovník musí mít trpělivost a připravit se na provedení ne zrovna nejjednodušší práce.

Dále budou potřeba pomocné prostředky a levné materiály pro výrobu soupravy a vrtacího nářadí, stejně jako zdravý rozum a několik přátel na pomoc.

Vrtání studní – je to práce podobná umění, protože výsledek je nepředvídatelný a každá stavba je jedinečná. Úkolem je vytvořit v zemi dlouhý a úzký tunel až ke zvodněné vrstvě a spustit do něj pažnici pro zpevnění stěn výkopu.

Během procesu bude nutné vytěžit mnoho zeminy, přičemž tato zemina může být velmi různorodá: od kusů žuly až po písek smíchaný s vodou.

Mnoho závisí také na hloubce zvodněné vrstvy. Někdy je třeba urazit méně než 10 metrů, jindy zvodněná studna dosahuje několika desítek nebo dokonce stovek metrů. To vše ovlivňuje metody vrtání a jeho časové nároky. Pro zřízení studny existují dva hlavní způsoby: úderně-lanový a rotační, v moderní interpretaci šnekový.

Domácí vrtné soupravy pro ruční vrtání se staví podle jednotného schématu. Vrtnou věž provedou ve formě trojnožky.

V prvním případě se vrtání provádí pomocí úzkého a těžkého nástroje, nazývaného bailer. Ten se zavěšuje na lano nebo lanko, které se přehodí přes kladku upevněnou na trojnožce. Pro vytažení vrtného nástroje ze šachty se používá naviják s motorem, i když v případě potřeby to lze provádět i ručně.

Nástroj se několikrát spouští na dno výkopu z výšky několika metrů. Rozrušuje zeminu, jejíž část se dostává do dutiny baileru. Po prohloubení do zeminy asi o 0,5 m se vrták vytáhne ze šachty. Nástroj se vyčistí a znovu se hodí do šachty. Proces se opakuje, dokud se nedosáhne na vodu.

Úderně-lanová metoda je velmi stará, používá se po staletí, ne-li tisíciletí. Vyrobit bailer je relativně snadné, bude potřeba ocelový plech tloušťky 4-5 mm nebo silnostěnná trubka Ø 110-120 mm, stejně jako dovednosti práce se svářečkou. A s bailerem lze pracovat i samostatně, i když s pomocníkem to půjde mnohem rychleji.

Výhody úderného vrtání nespočívají pouze v jeho dostupnosti. Bailer je spolehlivý, projde prakticky jakoukoli zeminou kromě skalních hornin. Pokud je třeba překonat vrstvu písčité hlíny nebo hlinité zeminy, bailer se nahradí válečkem odpovídající velikosti – úzkým válcem bez ventilu na dně.

Bailer se používá pro vyzvedávání všech druhů nesoudržných zemin: písků, štěrkovitých, oblázkových a kamenitých nánosů. Používá se k čištění dna studny a v období provozu výkopu k odstraňování jílovitých nánosů.

Sklenice účinně ničí jílovité horniny, které se díky své schopnosti zhutňovat a přiléhat ke stěnám udržují v její dutině. Při ručním nárazovém lanovém vrtání se lopata a sklenice střídají podle potřeby.

Jakmile se postup s lopatou výrazně zpomalí, znamená to, že narazila na strop jílu nebo hlinitého písku, proto se vymění za sklenici. Jakmile se v dutině sklenice přestane zadržovat rozrušená zemina z vrtu, vymění se za lopatu.

Během jednoho „sezení“ lze šachtu prohloubit o metr, i když častěji je tento údaj skromnější, zhruba 20–40 cm. V tom spočívá nevýhoda nárazové lanové metody – dlouhá doba práce. Na jílovitých plastických zeminách je efektivnější použít šnek nebo spirálový vrták.

Při ručním vrtání je často nutné kombinovat nárazové lanové metody s rotačními, proto je lepší zásobit se minimální sadou nástrojů, znázorněnou na schématu.

Pracovní nástroj šnekového zařízení představuje kolonu tyčí s vrtákem na spodním konci. Nástroj se doslova zašroubovává do zeminy, která se částečně drží na jeho lopatkách.

Šnek se spolu s uvolněnou zeminou pravidelně vytahuje na denní povrch a dno vrtu se zřícenou výplní se čistí lopatou. Poté se opět vrtá šnekem, pronikajícím stále hlouběji do země s každým otočením.

Tyče se postupně přidávají, jak se šachta prohlubuje. Nejprve se délka vrtné kolony zvětší připevněním jedné tyče. Když se její horní část téměř vyrovná s ústím vrtu, připojí se druhá, poté třetí atd.

Vrták lze otáčet ručně nebo pomocí rotoru elektromotoru. Aby se tyč udržela ve správné svislé poloze, používá se v průmyslových mobilních vrtných soupravách svislý rám upevněný na podstavci. Podle tohoto principu lze vyrobit vlastní stroj.

Na schématu je znázorněna varianta vrtné soupravy vyrobené vlastníma rukama a také výsledek: relativně kompaktní zařízení pro vrtání studní.

Současně s prohlubováním se pažnicí kmen vrtu, tj. do vyvrtaného výkopu se instaluje trubka, jejíž průměr je o 1-2 cm větší než obdobný rozměr nástroje. Články pažnice se spojují do jednoho celku šroubováním nebo svařováním.

Pokud se do paženého vrtu pod tlakem přivede velké množství vody, lze dno vrtu čistit bez použití lopaty. Tuto metodu úspěšně používají profesionální týmy. Voda rozmílá uvolněnou zeminu a vymývá ji na povrch.

Vrtný výplach urychluje práce několikanásobně, ale vše kolem bude zaplaveno vodou smíchanou s blátem. A také kamenité půdy tímto způsobem neprojdete. To vše je třeba zvážit ještě předtím, než se pustíte do výroby vlastní vrtné soupravy. Kromě toho je nutné si ujasnit své cíle a úkoly.

Pokud potřebujete zařízení na vybudování pouze jedné nebo dvou studní, nemusíte se příliš namáhat s precizností provedení. Ale solidní a pevná vrtná souprava se může stát závažným důvodem k zahájení vlastního podnikání v oblasti vrtání studní.

O způsobech vrtání vodárenských studní najdete podrobné informace v jednom z populárních článků našeho webu.

Výroba příklepové vrtné soupravy

Stativ s beranidlem – konstrukce jednoduchá, jako vše geniální. Jeho rozměry lze odhadnout 'od oka', žádné zvlášť přesné inženýrské výpočty zde nejsou potřeba. Například výška stativu, na kterém bude beranidlo upevněno, by měla být asi o metr větší než tento vrták.

Pokud se vrtné práce provádějí ve sklepě domu, budou rozměry konstrukce omezeny výškou stropu.

Rázové-lanové vrtání se provádí pomocí těžkého nářadí – beranidla. To je shozeno z výšky, zemina se rozruší a vyplní dutinu uvnitř beranidla, načež se zařízení vytáhne a vyčistí.

Na otevřeném prostranství lze beranidlo zavěsit i výše, aby se zvýšila síla úderu. Nemělo by se však dělat příliš vysoké, to není efektivní. Samotné beranidlo musí být dostatečně těžké. Pro efektivní kypření zeminy je lepší udělat na jeho patě zuby nebo obrousit ostrou hranu.

Za optimální délku nářadí pro vrtání se považuje 1,8 – 2,2 metru, aby vrták mohl volně dosáhnout na vrchol vrtáku pro uchycení nebo odpojení lana. Při ručním vrtání se však za nejlepší délku beranidla považuje 1,0 – 1,2 m. Tato velikost umožňuje dosáhnout rukou na dno nářadí, pokud se nevyprazdňuje při nalepení jílu například.

Při rázovém-lanovém vrtání se používá beranidlo o délce asi 1,2 – 2,0 metru. Nářadí musí být dostatečně těžké, aby rozbíjelo zeminu a vytahovalo ji na povrch ve velkém množství.

Beranidlo se nejčastěji vyrábí z kusu kovové trubky, žádoucí tloušťka kovu je 4 – 6 mm.

K výrobě takového vrtného zařízení je třeba provést následující operace:

1. Připravit kus trubky vhodné velikosti.
2. Vytvořit ventil ve spodní části nářadí.
3. Navařit nahoře ochrannou síť.
4. Přivařit rukojeť nebo 'ouška' pro upevnění lana.
5. Ostřít spodní část nářadí nebo navařit několik 'zubů' z kusů kovu nebo z kousků tlustého drátu.
6. Vyrobit stativ z kovových trubek.
7. Instalovat kladku, naviják a motor pro zvedání nářadí ze šachty.
8. Přivázat k želonce lano a sestavit konstrukci.

Ventil želonky si zaslouží zvláštní pozornost. U nástrojů malého průměru se používá kulový ventil. Jako náhrada poslouží kovová kulička o průměru o něco větším, než je polovina průměru želonky.

Pokud není k dispozici vhodná kulička, lze ji vyrobit z dostupných materiálů. Například se často používá směs olověných broků a epoxidové pryskyřice; jako odlévací forma slouží nějaký dětský balónek z plastu nebo gumy.

Lamelový ventil želonky se skládá z kruhového kusu kovu, který uzavírá otvor ve spodní části nádoby, a pružiny, která jej drží v uzavřeném stavu.

Zespodu se přivaří podložka s otvorem o průměru menším, než je průměr kuličky, aby nemohla vypadnout. Ze stejného důvodu se nahoře, v určité vzdálenosti od ochranné mřížky, umístí zarážka – kus kovu, který omezuje pohyb kuličky směrem nahoru. Drátěná mřížka zabraňuje vypadávání velkých kusů zeminy z želonky.

Kulička ventilu by neměla klesnout pod úroveň ostrého okraje nebo kovových zubů, jinak bude tlumit sílu úderu. Na druhou stranu by “zuby” neměly být příliš dlouhé, protože by pak neumožnily, aby se část zeminy dostala dovnitř želonky.

V horní třetině těla želonky se vyřízne okénko. Bude potřeba, až bude třeba vyčistit plnou želonku od zeminy, která se do ní nabalila.

Pro výrobu kulového ventilu želonky je potřeba kovová koule o průměru asi 60 mm. Tento prvek lze získat z velkého ložiska.

Další variantou ventilu – lamelový. Vyrábí se z kusu kovu. Lamelový ventil vypadá jako kulatá dvířka upevněná na pružině ve spodní části želonky. Při pohybu nástroje dolů se ventil otevře tlakem zeminy, poté jej pružina zavře a zadrží zeminu uvnitř. Někdy se takový ventil těsní kusem gumy, ale není to nutné.

Pokud se při vrtání svépomocnou želonkou zjistí, že zachycuje příliš málo zeminy, možná je třeba jen mírně upravit konstrukci. Někdy je třeba mírně rozšířit otvor ve spodní části zařízení. Pokud je nástroj příliš lehký, je třeba ho zatížit.

Za tímto účelem se horní část želonky někdy zalije betonem. Lze však také jednoduše připojit dodatečné závaží na pohyblivém spoji.

Trojnožku pro příklepové lanové vrtání lze vyrobit z kovové trubky, ale pro krátkodobé použití postačí i pevné dřevo, například hranol 150-200 mm.

Na viskózních půdách může být účinná varianta žlábku bez ventilu. Hustá půda se nabije dovnitř nářadí a přirozeně se tam udrží. Takové zařízení se čistí úzkým svislým otvorem na boku.

Pokud je to možné a nutné, měli byste vyrobit dva různé žlábky, abyste je mohli použít na různých půdách. Žlábek se také používá k čištění hotového vrtu od písku a nečistot. V této situaci však není nutné vyrábět tak velké nářadí, postačí zařízení o délce asi 0,8–1,0 metru.

Stavba zařízení pro šnekové vrtání

Rám takového zařízení může být proveden jako trojnožka, ale častěji se vyrábí z vertikálních vodítek upevněných na podstavci a nahoře spojených vodorovnou konstrukcí. Rám stroje musí spolehlivě držet pracovní kolonu z vrtacího nářadí a nástavných tyčí při jejich vytahování z vrtu.

Na schématu je názorně znázorněno uspořádání vrtné soupravy na kovovém rámu s otočným křížem, vrtákem, elektrickým navijákem a motorem s reduktorem (+)

Vrták se vyrábí následujícím způsobem:

1. K úseku úzké kovové trubky o délce asi 1,5 metru se přivaří pár závitů z kovového pásu, aby vzniklo něco podobného šroubovitému řezu.
2. K okrajům šneku se připojují nože, jejichž řezné hrany musí být v úhlu k horizontále.
3. Nože se brousí.
4. K hornímu okraji vrtáku se přišroubuje nebo přivaří T-kus s vnitřním závitem.
5. Připraví se úseky kovové trubky stejného průměru, jako má trubka šneku, aby se v budoucnu mohla prodlužovat délka vrtné kolony. Toto jsou tyče.
6. Na těchto kusech trubky se řeže závit, aby je bylo možné spojit, nebo se vyvrtá otvor pro upevnění pojistným kolíkem.

Nicméně pro prodlužování délky vrtné tyče se s úspěchem používá také spojka nebo zámkové spojení. Vrtnou věž lze vyrobit z kovových trubek, profilů nebo ze dřeva. Hlavní je, aby spolehlivě držela vrtnou kolonu.

V horní části rámu se instaluje kladka, která se připojí k navijáku pro zvedání kolony trubek s vrtacím nářadím. Předpokládá se, že věž je potřebná pouze při vrtání vrtů hlubokých více než osm metrů. Malou stavbu lze provrtat i bez ní, ale práce budou přesto ztíženy.

Prodlužování délky vrtné tyče výrazně ztěžuje kolonu, proto se pro její zvedání používá elektromotor s navijákem. Pokud se předpokládá provádění „mokrého“ vrtání, otáčení vrtáku se také provádí pomocí elektromotoru.

Odborníci považují za optimální variantu pro tyto účely typické zařízení o výkonu 2,2 kW při 60–70 otáčkách, které lze napájet z běžné zásuvky 220 V. Vhodné mohou být modely typu 3MP 31,5, 3MP 40 nebo 3MP 50.

Rotační hlavicí se nazývá prvek, pomocí kterého se přenáší točivý moment z elektromotoru na vrtnou tyč. Skrze něj se také přivádí vrtný výplach do šachty. Vrtné tyče se upevňují na pohyblivou část tohoto zařízení. Pro vrtný výplach je určena speciální utěsněná přípojka.

Na schématu je zobrazena konstrukce rotační hlavice pro malorozměrnou vrtnou soupravu. Přes boční přípojku je do šachty přiváděna proplachovací kapalina (+)

Protože se rotační hlavice během vrtání neustále pohybuje, může se při nekvalitním provedení velmi rychle zlomit. Aby k tomu nedošlo, je třeba dodržet dvě pravidla: používat k její výrobě pouze vysoce pevnou ocel a zajistit minimální vůli mezi statickými a pohyblivými prvky zařízení.

Jak již bylo zmíněno, neexistují žádná přísná pravidla pro zařízení domácích vrtných souprav pro studny. Nejčastěji se staví hybridní konstrukce, která umožňuje současně používat jak metodu příklepového lana, tak rotační vrtání.

V takové konstrukci je uspořádán stejný rám, který umožňuje přecházet z jedné metody na druhou bez jakýchkoli konstrukčních změn.

Toto je varianta vrtné soupravy kombinovaného typu, lze ji použít jak pro příklepové lano, tak pro šnekové vrtání.

Pokud máte zájem se profesionálně věnovat vrtání studní, pak je lepší všechny díly zakoupit externě, než je vyrábět sami, nebo si je půjčit. Můžete objednat všechny tyto prvky u zkušeného soustružníka. Bude potřeba koupit spolehlivý elektromotor s převodovkou, motorové čerpadlo, hadici a hadici, pokud se předpokládá provádění prací s využitím hydraulického tlaku.

Rám a vrták je lepší vyrobit až po zakoupení rotační hlavice, elektromotoru a navijáku. To umožní správně a rychle přizpůsobit všechny části soupravy k sobě. Aby bylo možné nasazovat delší tyče na vrták, doporučuje se vyrobit rám s rezervou asi 3,3 m.

Pro výrobu rotační hlavice a zámků je třeba použít kvalitní ocel, protože tyto části konstrukce snášejí nejvyšší zatížení během vrtání.

Rotační hlavici pro doma vyrobenou vrtnou soupravu lze také vyrobit svépomocí, ale jednodušší a spolehlivější bude použít průmyslový model takového zařízení.

Tvrzená ocel není příliš vhodná pro výrobu domácích vrtných souprav, protože po zpracování vyžaduje dodatečné broušení, je lepší použít běžnou ocel. Na tyčích je nejlepší použít lichoběžníkový závit, nikoliv kuželový.

Má dostatečné pevnostní vlastnosti a s provedením takového závitu si poradí každý soustružník. Pro výrobu tyče s kuželovým závitem však bude třeba najít odborníka.

Pro vrtání do hloubky větší než 30 metrů se doporučuje vyrábět tyče z trubek o tloušťce stěny 5–6 mm. Běžné trubky se stěnou 3,5 mm by takové zatížení nemusely vydržet. Pro výrobu vrtáku je lepší použít ne legovanou, ale běžnou ocel, aby nevznikly problémy při svařování.

Pro vrtání tvrdých půd má smysl použít vysoce pevné vrtné dláto průmyslové výroby. Dobrý efekt přináší použití nástroje se třemi lopatkami. Při jejím provozu se používá cyklické otáčení, což umožňuje co nejefektivnější kypření půdy.

Vrtné nástroje pro ruční práce se liší konstrukcí. Rozlišujeme lžícové a spirálové modely a také vrtné dláto. Lžícové vrtáky jsou účinné na plastických půdách: písčitých hlínách, hlinitých půdách, jílech. Řezný nástroj takového vrtáku je obvykle proveden jako lžíce. Takový vrták lze vyrobit vlastnoručně z trubky vhodného průměru.

Na hutných hlínách lze použít také spirálový vrták. Toto zařízení svou konstrukcí připomíná vývrtku a řezný prvek – je rozvětvený, takzvaný vlaštovčí ocas. Jako alternativu ke spirálovému vrtáku lze použít analog ledového vrtáku, ale nemusí být tak účinný.

Na tvrdých horninách se nejlépe osvědčuje vrtné dláto s úhlem ostří 110–130 stupňů. Dláto může mít velmi odlišný tvar, protože je navrženo na drcení skalních hornin různého stupně tvrdosti.

Vrtné dláto je vhodné pro práci na tvrdých i měkkých půdách. Takový vrták lze vyrobit z dostupných materiálů

Pro vrtání složitých geologických profilů je někdy lepší použít vrtání ve dvou fázích dvěma různými vrtáky. Nejprve se provede vrtání úzkým vrtákem o průměru asi 80 mm. Po tomto průzkumném vrtání se práce provádějí vrtákem většího průměru, aby se získal vrt požadované velikosti.

Nosnost navijáku musí být nejméně jedna tuna. Kromě elektrického navijáku někteří řemeslníci hned instalují další, mechanický. Ten si v některých případech poradí efektivněji, například pokud se zasekla pažnice. Pro elektromotor a naviják se doporučuje použít dva různé ovládací panely.

Závěry a užitečné video k tématu

Video #1. Názorný přehled vrtné soupravy vyrobené vlastníma rukama:

Video #2. Varianta vrtné soupravy kombinovaného typu pro úderné lanové a šnekové vrtání:

Video #3. Použití želónky pro úderné lanové vrtání:

Domácí vrtná souprava pro vrtání studní – není příliš složitý agregát, který dává prostor pro práci inženýrské mysli. Je však třeba mít na paměti, že součásti a mechanismy takového zařízení jsou během vrtání vystaveny značnému zatížení. Proto by materiály měly být pevné a práce by měla být provedena co nejlépe.

Chcete se podělit o osobní zkušenosti s montáží a praktickým použitím vrtné soupravy? Máte dotazy k tématu článku, chcete objasnit nejasné body? Pište prosím komentáře do bloku níže.