Brevet FR2012572A1 — publié le 19700320

la présente invention concerne un engin excavateur et évacuateur de déblais, en particulier pour le fonçage de tuyaux et le creusement de galeries. Dans les engins connus pour le creusement du terrain et 5 l'évacuation des déblais dans le fonçage souterrain de tuyaux et de cuvelage, les outils d'abattage exécutent le plus souvent un mouvement rotatif de fraisage. Ces outils n'assurent toutefois tin travail correct que dans des terrains de structure fine exempts de grosses pierres. Si l'on travai.Ile avec de tels 10 engins dans des terrains rocheux, hétérogènes et humides, le rendement diminue r apidement et il devient plus avantageux d'effectuer ce travail manuellement. Le problème posé par l'invention est d'effectuer rationnellement le creusement, l'avance et le déblaiement dans quelque 15 nature de terrain que ce soit. Dans l'engin suivant l'invention, ce résultat est obtenu en ce que le manche d'une pelle piocheuse est monté pivotant et longituoinalement coulissant dans un bras suspendu à la façon d'un cardan et orientable en tous sens au moyen de servo-moteurs. 20 En outre, et conformément à l'invention, le manche de pelle piocheuse coopère pour son avance avec un servo-moteur et, pour faire pivoter ou basculer la pelle piocheuse'autour d'un axe perpendiculaire à la direction de l'avance, avec un autre servomoteur, un mécanisme commandé par un moteur étant installé 25 entre le bras et le manche de la pelle piocheuse, mécanisme permettant de faire pivoter autour de l'axe de ce manche la pelle piocheuse et son manche. le bras de 1'engin excavateur est avantageusement installé sur un bâti roulant qui est équipé d'un convoyeur à bande pour 30 l'évacuation des déblais de terrain, une goulotte étant installée à l'extrémité antérieure de ce convoyeur. Pour le fonçage de tuyaux et le creusement de galeries, cet engin excavateur est normalement utilisé derrière un bouclier cylindrique avec un avant-bec coupant, le bâti roulant de cette 35 sorte de tarière étant avantageusement équipé de galets de roulement à 3a bœe et au sommet, ainsi que d'éléments d'ancrage au moyen desquels l'engin peut être bloqué dans le tronçon de tuyau en béton poussé à la suite du bouclier. Deux formes deréalisation de l'objet de l'invention sont 69 23201 2012572 représentées, à titre d'exemples non limitatifs, aux dessins an-r nexés. les fig. 1 et 1a représentent en vue latérale 1*engin excavateur suivant le premier exemple de réalisation, différentes 5 parties en étant montées en coupe axiale. Les fig. 2 et 2a représentant, également en vue latérale, la partie arrière de l'engin ne figurant pas sur la fig. 1. La fig. 3 représente cet engin en coupe transversale. Les fig. 4 et 4a montrent en perspective l'engin excavateur 10 correspondant à la seconde forme de réalisation de l'invention. La fig. 5 représente, selon le sens de la flèche A telle qu'indiquée à la fig. 4, une vue de l'engin dont différentes parties sont montrées en coupe transversale suivant la ligne V-V de la fig. 4. 15 La fig.-6 représente différentes positions de la pelle pio- ■*- cheuse observée à partir du front de taille, dans le sens de la flèche B de la fig. 4. Dans l'exemple correspondant aux fig. 1 à 3, le bâti roulant 1 de l'engin est muni de galets porteurs 2 disposés en 20 biais. Sur ce bâti 1 sont montées deux paires de colonnes-supports 3 et 4 de hauteur réglable, les deux colonnes antérieures 3 étant reliées entre elles, comme représenté à la fig. 3, par un portique constitué par ,un axe fixe 5 autour duquel peuvent tourner deux roues 6. L'axe 5 sert en même 25. temps de support à un palier orientable 7 dans lequel une fourche 8 peut pivoter sur un axe vertical 9^ Un bras tubu-laire 10 est monté, au moyen de tourillons 11 logés dans les jambes de la fourche 8, de manière à pouvoir basculer autour de l'axe horizontal 12. En combinaison avec les touril-30 Ions horizontaux 11, le palier orientable vertical 7 forme une suspension à la façon d'un cardan pour le bras 10. Des vérins hydrauliques 13, disposés dans le plan médian horizontal du bras 10 et des deux côtés de celui-ci, sont articulés, d'une part, sur ce bras 10 et, d'autre part, sur 35 les colonnes-supports 3 au moyen de tourillons 14 et, respectivement, 15. Un autre vérin hydraulique 16, disposé au-dessus du bras 10, est articulé en tous sens en 17 sur le bras 10 et' au moyen d'une articulation à la façon d'un cardan 18, sur le palier orientable 7. Deux tubes à quatre pans 20 69 23201 3 2012572 et 21 coulissant l'un dans l'autre par emboîtage tëlescopique sont montés de manière à pouvoir tourner dans les segments 19 et 19' du bras 10. Ces deux tubes télescopiques forment ensemble le manche d'une pelle piocheuse 23 pouvant basculer 5 autour d'un axetransversal 22 à l'extrémité antérieure du tube 21. Dans l'espace libre compris à l'intérieur du tube 21 est logé un vérin hydraulique 24 destiné à pousser vers l'avant la pelle piocheuse 23. La tige de piston 25 du vérin hydraulique 24 appuie contre une butée 26 fixée au tube inté-10 rieur 21 et sur l'affût 27 de laquelle est articulé un autre vérin hydraulique 28 pour le mouvement de basculement de la pelle piocheuse 23. Un mécanisme, relié par exemple à un moteur électrique au moyen duquel le manche de pelle formé par les tubes 20 et 21 peut être déplacé en rotation autour 15 de son axe longitudinal, est logé dans le bras 10 à 1' extrémité opposée à celle portant la pelle piocheuse 23 . Les deuxpaires de colonnes-supports 3 et 4 agencées pour être ^glables en hauteur sont reliées entre elles par une éclis-se 30. Dans ces colonnes-supports 3 et 4 sont logés des 20 vérins hydrauliques 31 dont les extrémités des tiges de piston faisant saillie vers le haut se terminent par des pointes 32. Ces dernières servent d'éléments d'ancrage de l'engin excavateur • à l'intérieur du tronçon de galerie déjà creusé. D'autres éléments d'ancrage 33 sont montés sur les longerons du bâti 25 roulant. Du poste 34, 35 du conducteur d'engin, on peut commander aussi bien le déplacement du bâti roulant que l'avance et tous les mouvements de bascule de la pelle piocheuse 23. Tant à l'avant 36 qu'à l'arrière 37 du bâti roulant 1 sont articulés des éléments de convoyeur à bande 38 et 39 dans 30 lesquels peuvent tourner des rouleaux-guides 40 sur lesquels circule la bande transporteuse 41. Des rouleaux de renvoi 42 et 43 sont installés aux extrémités libres des éléments 38, 39 du convoyeur à bande, le rouleau arrière 43 étant agencé en rouleau tendeur. Des rouleaux 44 pour l'appui de la bande 35 transporteuse 41 sont montés sur les éléments 38 et 39 du convoyeur à bande. Sur l'extrémité antérieure de l'élément 38 formant l'avant du convoyeur à bande et au-dessuus de la pelle piocheuse 23 est montée une goiiotte 45, des flasques de protection 46, en tôle, étant montés sur les bords longitudinaux 69 23201 4 2012572 de l'élément antérieur 38 du convoyeur à bande. L'élément arrière 39 du convoyeur est mont é sur un ensemble hydraulique 47 qui sert en même temps de bâti roulant et qui est équipé de deux roues 48 et d'un moteur électrique 49 pour la pompe 5 hydraulique. L'engin excavateur décrit ci-dessus est construit à la manière de ce qu'on appelle une tarière sb, à cet effet, il est utilisé avec un' bouclier 50 en acier à bord antérieur coupant,accessoire de type connu et facilitant l'avance. Du fait de la mobilité en tous sens de la pelle piocheuse 10 onest à même d'amener celle-ci en tout emplacement d ésiré sur tous le diamètre de la galerie circulaire, que ce soit de haut en bas ou de gauche à droite ou vice versa. Au moyen du-vérin 24 d'avance et de recul, »les déblais du terrain peuvent être amenés, par la pelle piocheuse basculée vers le bas, sur la bande trans-15 porteuse qui, pour sa part, entraîne ces déblais dans des wagonnets non représentés. L'invention crée ainsi un engin pernEbtant de creuser dans toute espèce de terrain. La tarière ci-dessus décrite, utilisable suivant ses dimensions au percement de trous ou de galeries 20 mesurant par exemple 1 à 1,5 m, 1,8 à 2,5m ou 2,5 à 4 m de diamètre permet, avec peu de main- d'oeuvre, d'améliorer considérablement le rythme de l'avance. Ellerend possible une construction robuste et pratiquement sans entretien. On peut aussi construire la pelle piocheuse de manière à 25 ce qu'elle soit amovible et puisse être échangés contre une tête fraiseuse ou un outil de forage. On peut aussi adapter avantageusement à l'engin un treuil de halage pour le transport en va-et-vient de wagonnets, ou un appareil de mise en place des tronçons d'un cuvelage. On peut en outre concevoir l'emploi de 30 l'engin, équipé de la pelle piocheuse orientable en tous sens, en combinaison avec d'autres supports et aussi sans convoyeur à bande. Il est également possible, comme le montrent les fig. 4 à 6, d'employer ma tel engin excavateur sans bâti roulant et sans 35 système d'ancrage. Dans l'exemple correspondant à cette seconde forme de réalisation de l'invention, on a toujours le bras tubu-laire 10, les deux tubes à quatre pans 20 et 21 coulissant l'un dans l'autre par emboîtage télescopique et pouvant tourner dans le bras 10 autour de leur axe longitudinal, ces tubes 69 23201 5 2012572 formant le manche de la pelle piocheuse 23 orientable, à l'extrémité antérieure du tube 21, autour de l'axe transversal 22. Un vérin hydraulique 28 assure le mouvement de bascule de la pelle 23 et une goulotte 45 est disposée au-dessous de 5 celle-ci, le bouclier en acier étant désigné par 50. Contrairement au premier exemple décrit et représenté aux fig. 1 à 3, le bras 10, dans ce deuxième exemple de réalisation représenté aux fig. 4 à 6, est suspendu à un affût de butée 51 et peut pivoter autour d'un axe horizontal 52 et 10 d'un axe vertical 53. Cet affût 51 est directement ancré dans la zone faîtière 54 de la gaine cylindrique de blindage 55 qui l'entoure. Deux vérins hydrauliques 56, articulés à la cardan par une de leurs extrémités, sur le bras 10, partent en biais vers les côtés, vers l'arrière et vers le bas. 15 Par leur autre extrémité, ces vérins hydrauliques prennent appui par un montage à la cardan sur des supports cylindriques 57. Ces supports 57 sont directement ancrés dans la gaine de blindage 55. Cet ancrage, tant des supports cylindriques 57 que de l'affût de butée 51, s'effectue au moyen de bou-20 Ions 58 (fig. 5) qui se vissent dans des douilles taraudées 59. lors de la fabrication de la gaine cylindrique de blindage 55, ces douilles 59 sont soudées à la cage de ferraillage de ladite gaine avant la coulée du béton. Pour des gaines de diamètre relativement important, la différence des rayons entre 25 la gaine de béton armé et l'affût de butée 51, ou entre cette gaine et les supports cylindriques, est compensée par. des garnitures, par exemple par des segments en bois dur ou en bois densifié. le bras 10 portant le manche formé par les tubes 20 et 30 21 ainsi que par la pelle piocheuse 23 peut aussi bien être soulevé qu'abaissé, ou être dirigé d'un côté ou de l'autre, au moyen de deux vérins hydrauliques 56. les tiges de piston 60 des vérins hydrauliques 56 sont symétriquement sorties pour le levage du bras 10 et rentrées pour l'abaissement de c elui-35 ci. le pivotement du bras 10 vers l'un ou l'autre des côtés s'effectue par la sortie de la tige de piston de l'un des vérins hydrauliques et la rentrée simultanée de la tige de piston de l'autre vérin. On peut bien entendu combiner tousces mouvements, que ce soit entre eux ou également avec le mouvement de bascule 69 23201 e 2012572 de la pelle piocheuse 23. L'engin excavateur construit suivant cette deuxième forme de réalisation a pour avantage que l'on peut tirer parti d e la gaine de béton comme élément de machine alors qu'elle n'est normalement pas destinée à cet usage, ce qui 5 assure l'exploitation optimale de l'espace disponible. Un couloir de visée 61, tel que représenté à la fig. 5, est prévu pour l'exécution des relevés topographiques. Pour soulever, abaisser ou orienter latéralement le bras 10, il est également possible d'utiliser au moins trois,de préférence 10 quatre, organes de traction flexibles, par exemple des chaînes ou des câbles métalliques, de façon à amarrer ceux-ci suivant une direction au moins approximativement perpendiculaire à celle de la poussée dudit bças 10 et de les faire passer sur des poulies de renvoi orientables,ancrées dans la gaine de blindage 15 55, et de les fixer aux tiges de piston de ces vérins. 69 23201 7 2012572 E £ Y jj K J I C A î I 0 I S 1 - Engin excavateur et évacuateur de tablais, en particulier pour le fonçage de tuyaux et le c reusement de galeries, caractérisé en ce qxe le manche 20, 21 d'une pelle piocheuse 23 5 est monté pivotant et longitudinalement coulissant dans un bras 10 suspendu à la façon d'un cardan et orientable en tous sens au moyen de servo-moteurs 13, 16, ledit manche 20, 21 de pelle piocheuse coopérant pour son avance avec un servo-moteur 24 et, pour faire pivoter la pelle piocheuse autour d'un axe 10 22 perpendiculaire à la direction de 1*avance,avec un autre servo-moteur 28, un mécanisme 29 commandé par un moteur étant installé entre le bras 10 et le manche 20, 21 de la pelle piocheuse, mécanisme permettant de faire pivoter autour de l'axe de ce manche la pelle piocheuse 23 et le manche 15 20, 21. 2 - Engin suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est construit pour le fonçage de tuyaux. 3 - Engin suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les servo-moteurs 13, 16, 24, 28, sont formés de vérins 2 0 hydrauli que s. 4 - Engin suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la pelle piocheuse 23 est amovible et peut être échangée contre une tête fraiseuse. 5 - Engin suivant la revendication 1, caractérisé en ce que 25 la pelle piocheuse 23 est amovible et peut être échangée contre une perceuse. 6 - Engin suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lui est adjoint un treuil pour le transport en va-et-vient de wagonnets. 30 7 - Engin suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lui est adjoint un dispositif pour la mise en place d'un blindage par tronçons successifs. 8 - Engin suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le manche 20, 21 est monté extensible par emboîtage télescopi- 35 que. 9 - Engin suivant les revendications 3 et 8, caractérisé en ce que le manche de la pelle piocheuse est formé de tubes à quatre pans 20, 21 dans l'espace intérieur desquels sont logés les vérins hydrauliques 24, 28 pour faire avancer ou pivoter 69 23201 8 2012572 la pelle piocheuse 23. 10 - Engin suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le bras 10 est suspendu à la façon d'un cardan à un affût 51 et que celui-ci est agencé pour être ancré au tuyau de 5 blindage 55 daa s la partie faîtière 54 deœlui-ci. 11 - Engin suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, pour soulever, abaisser ou orienter latéralement le bras 10, on utilise deux vérins hydrauliques 56, dirigés en biais vers les côtés, vers l'arrière et vers le bas, articulés à la 10 façon d'un cardan par une de leurs extrémités ai bras 10 et prenant appui par leur autre extrémité , articulée elle aussi à la cardan, sur des supports cylindriques 57 Gtestinés à être agencés pour être ancrés directement dans l'élément de tuyau de blindage 55• 15 12 - Engin suivant les revendications 10 et 11, caracté risé en ce que des boulons 58 sont prévus pour l'ancrage de l'affût 51 et des supports cylindriques 57 et que des douilles taraudées 59, fixées par,soudage à la cage de ferraillage de l'élément de tuyau de blindage 55 en béton armé, sont des- 20 tinées à recevoir lesdits boulons 58. 13 - Engin suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, pour "soulever, abaisser ou orienter différemment le bras 10, on utilise des organes de traction flexibles qui viennent en prise avec le bras 10 dans un3 direction au moins approxi- 25 mativement perpendiculaire à celle de sa poussée et qui, par des poulies de renvoi orientables et attachées au tronçon de tuyau de blindage 55, conduisent à des vérins hydrauliques, aux tiges de piston desquels ils sont attachés. 14 _ Engin suivant la revendication 13, caractérisé en ce 30 que ces organes de traction sont constitués par des chaînes. 15 - Engin suivant la revendication 13, caractérisé en ce que sont toujours prévus au moins trois, mais de préférence quatre,poulies de renvoi, chaînes et vérins hydrauliques.