Brevet FR2020010A1 — publié le 19700710

La présente invention a pour objet un outillage destiné à être monté sur des moyens de transport tels que des véhicules à chenilles ou sur pneumatiques, et effectuant, à sec ou avec emploi de boues, des forages avec extraction de terre. Cet outillage est équipé d'instruments rotatifs et éventuellement compresseurs qui lui permettent d'entre utilisé en particulier pour l'établissement de pieux de grand diametre pour fondations et ouvrages similaires. 'I est bien connu que les outillages ordinairement employés dans les forages de ce genre comportent en général un appareil de rotation appelé communément ensemble 'Rotary", dans lequel, par l'intermédiaire d'organes appropriés de transmission et de réduction, un moteur fait tourner une table de rotation par rapport a laquelle se déplace la tige prismatique porteuse de l'instrument de forage. Habituellement la table agit sur la tige au moyen de quatre rouleaux qui, toutefois, ne réussissent pas à assurer la descente de cette tige suivant un axe orthogonal à la table pour obtenir que le forage soit finalement rectiligne. I1 reste d'ailleurs nécessaire d'appliquer, durant la phase active, i l'instrument d'opérations non seulement un moment de torsion,mais en- core une poussée axiale. Dans les outillages moins complexes, la poussée pesant sur l!instrument est exclusivement celle qui est due au poids propre de la tige, tandis que dans d'autres outillages connus, les constructeurs ont prévu des dispositifs nuidodynamiques qui chargent les tiges en soulevant la machine sur laquelle l'outillage l-ui-même est monté et en transférant à ces tiges une partie du poids de la machine ellemime. Les imperfections subsistant aujourd'hui dans les outillages du genre dêrivent -essentiellement des particularités de construction employées normalement pour~l'accouplement de la table de rotation et des tiges, et pour l'action des dispositifs fluidodynamiques. En effet, les accouplemonts et l'action précités se produisent à t avers des parties qui sont en contact de frottement, de sorte que les dispersions par frottement ont une influence considérable sur les bilans énergétiques. La présente invention se propose donc de remédier aux insuffisances précitées et celles qui se rencontrent en général dans les machines actuellement connues, en- obtenant un outillage pour forage avec extraction de terre, dans lequel la puissance de outil de forage soit augmentée en fonction de la puissance appliquée. On se propose en fait de diminuer les frottements entre lq table de rotation et les tiges ou entre ces dernières et les dispositifs de poussée axiale. 'Un autre but de l'cutillage faisant l'objet de la presente invention consiste à disposer, pour le déplacement des tiges, de moyens de guidage particuliers qui permettent de s' assurer que de déplacement se réalise perpendiculairement à la table de rotation et qui, en même temps, permettent d'effectuer des forages selon l'inclinaison voulue par rapport au terrain. En ce qui concerne la poussée sur les tiges, un objectif ultérieur de la présente invention consiste à doter l'outillage de dispositifs fluidodynamiques conçus et combinés de manière à unir à 1 'efficacité une simpti- cité particulière. Un autre objectif consiste à réaliser un outillage de dimensions et de poids relativement réduits, d'installation facile, meme sur des véhicules de portée limitée et non dotés d'équipement spéciaux, aisément transportables sur route entre chantiers, et présentant des avantages économiques tant pour son acquisition que pour son entretien. Ces buts et d'autres encore qui apparattront mieux par la suite, sont tous atteints par le présent outillage qui comprend un moyen mobile dont le bati est monté orientable sur un véhicule de préférence à chenilles, et pourvu d'un ensemble à grue avec bras en forme de tour et de câbles de montée et de descente.Cet outillage est caractérisé essentiellcsent par le fait qu'il comprend un bras en forme de console, appliqué à ce bati et sur lequel sont disposés les moyens de motorisation de lF table de rotation portée en avancée par ce mame bras, et qu'il comprend en outre au moins une tige munie d'arêtes longitudinales qui, traversant åi- alement cette table, présente à ses extrémités inférieure. et supérieure les attaches pour ces câbles et pour un outil de forage et comprend en outre trois rouleaux tournants supportés par la table et dont les eurfaces de roulement appuient sur ces arêtes durant la phase de forage pour entrainer la rotation de la tige et en même temps pour son mouvement axial. Il estparticulièrement avantageux que cette tige soit tubulaire et parcourue axialement par une autre tige porte-outil suspendue à la grue par des câbles et accouplée prismatiquement avec elle sur une partie importante de sa longueur. Dans ce cas cette tige tubulaire est dotée d'une bride s'appuyant sur un collier avec interposition d'organes amortisseurs à roulements, sur lesquels agissent des moyens d'actionnement de nature à exercer une poussée axiale et constitués par des cylindres aérodynamiques. Cet ensemble de tiges comprend de préférence trois tiges concentriquels et accouplées rotativement entre elles, dont la plus interne constitue la tige porte-outil et est reliée prismatiquement à la tige médiane, taudis que la liaison entre cette dernière tige et la tige la plus ex- terne est réalisée au moyen de nervures longitudinales pratiquées entre elles et permettant un mouvement axial. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront plus clairement de la description d'une forme d'esécution pré férable, mais non exclusive, de l'outillage en question, illustré par les dessins joints à cette description et dans lesquels: - la figure 1 montre, en partie brisée, une vue latérale et schématique de l'outillage de forage conforme à à l'inventions monté sur un moyen de transport. - la figure 2 représente une vue partielle de l'outillage dans le plan, qui met en évidence en coupe, les détails relatifs au guidage des tiges et aux rapports qu'elles ont entre elles et avec la table de rotation; - la figure 3 est sne vue frontale, partiellement en coupe et brisée, du groupe de l'appareillage servant à la transmission du mouvement de rotation et de la poussée axiale des tiges; - la figure 4 enfin, montre une vue latérale, partiellement brisée, de l'outillage, sans le bras en forme de console et les moyens de motorisa- tison. Par référence à ces figures, l'équipement sur lequel est monté l'outil- lage objet de l'invention, comprend (voirfigure 1) la cabine I qui, par l'intermédiaire de la crapaudine 2, repose, de manière à être orientable autour d'un axe vertical, sur le véhicule à chenilles 3.De face et à la base -de la cabine se trouvent les charnières 4, dans lesquelles, selon des axes horizontaux, sont attachés l'extrémité inférieure d'un trellis, constituant le bras en forme de tour 5 précitée, et les sommets inférieurs d'un châssis constituant le bras en forme de console précité également, qui présente un couple de flancs triangulaires et, au-dessus, entre euxt un plateau L'inclinaison de la tour 5 est réglable au moyen de tirants, non représentés sur la figure parce qu'usuels, par exemple des câbles quise déplacent-entre la zone supérieure de la tour et la cabine 1. Pour établir la position angulaire de la console 6, on relie aux deux côtés du plateau supérieur de cette console les extrémités respectives de cylindres oléodynamiques 7, dont les extrémités opposées sont articulées sur la traverse d'une structure réticulaire, formée par les couples de tiges 8a et 8b, fixées à la zone supérieure du toit et à la base antérieure de l-a cabine 1. Le moyen mobile portant, avec la console 6, l'outillage qui fait l'objet de l'invention, est essentiellement une grue, pourvue de treillis placés dans la cabine et actionnant des câbles désignés par 9 pour la partie représentée, lesquels, à travers des renvois appropriés, descen dent du sommet de la tour 5 pour s'ancrer à l'ensemble 10 des tires précitées, comme cela apparaîtra mieux par la suite. En particulier ceFensemble 10 (voir les figures 2, 3 et 4) comporte une tige intérieure 11, d'une grande longueur et de section carrés qui.,- à l'extrémité supérieure, porte l'attache lia pour l'ancrage du câble, tandis qu'à l'extrémité inférieure elle porte une attache pour un inet trument de forage du type vrille ou similaire, appelé "Bucket" désigné par 12 sur les figures 1 et 4.La tige 41 est enfilée dans la seconde tige 13, elle aussi assez longue et tubulaire; à sa partie inférieure, et sur une portion assez longue, la seconde tige est d'une plus grande épaisseur et présente, intérieurement, un trou de section carrée 3a, de façon à réaliser, avec la tige intérieure 11, une liaison pri@@atique plutôt étendue dans le sens longitudinal. Àu contraire à l'extérieur e@ sur toute sa longueur, la tige 13 présente, répartie régulièrement, les nervures 13b.La tige 13 est enfilée à son tour dans la troisième tige 14, plus courte que les autres et également tubulaire: à l'intérieur et sur une grande longueur de sa partie inférieure, la troisième tige est munie de trois couples de nervures 14a et 14bt tandis qu'extérieurement et sur toute sa longueur, elle présente les trois nervures 14c réparties gulièrement sur son périmètre. -Afin de permettre la liaison tangentielle entre les tiges 13 et 14, une nervure 13b de la tige 13 est interposée entre les nervures 14a et 14h de chacun des couples précitée. Dans chaque couple la nervure 14a es-t dune section supérieure à sel- le de la nervure 14b et, comme on le verra par la suite, se trouve en amont par rapport-au sens de rotation indiqué par a flèche A sur la f4- gure 2 et selon lequel -l'outil de forage dans le terrain. Le plateau précité du bras en forme de console 6 (voir figure 1) porte à sa partie arrière le groupe moteur 15 de .l'outillage, objet de l'invention, tandis qu'a sa partie avant se trouve, en avancée, la boite 16 de la table de rotation-. Le moteur 15 actionne une pompe oléodynamique, non représentée, non plus que le réservoir correspondant, sur la figuras ce moteur est également fixé à la console; à travers un systeme de trans- mission approprié, avec convertissour de couple et changement de vitesse, le même moteur transmet le mouvement de rotation au groupe réducteur de la table de rotation.En effet (voir les figures 3 et 4 où cette dernière vue est prise du côté opposé à celui de la figure i), l'arbre 17, à la sortie de ce système de transmissions, se termine par le pignon conique 17a à l'intérieur d'un partie 18a, reliée par un tambour 18 de la boite précitée 16. La base supérieure du tambour est fermée par la plaque an- nulaire 19, fixée au bord en forme de bride correspondant du même tambour. Au centre de la plaque 19 est placé le manchon 19a de ladite botte 16. ha base supérieure du tambour est fermée par la plaque annulaire 19, fixée au bord correspondant à bride du même tambour. Au centre de la plaque 19 est placé le manchon 18b au centre du fond du tambour.Dans les manchons 19a et 18b sont logés les roulements 20, qui supportent la pièce d'écartement ou douille 21 avec la partie centrale de laquelle est solidaire la couronne dentée 22. Les roulements restent compris entre des épaulements prévus à cet effet sur la pièce d'écartement 21 et les anneaux 23 fixés pour la fermeture des manchons. Entre ces anneaux et la pive d'écartement sont interposées des garnitures impéXméables å l' huile.La couronne 22 engrène sur le pignon 24, porté par l'arbre 25 qui, tournant dans la boite à bain d'huile, porte en outre la roue dentée conique 26 engrenant sur le pignon 17.. 8ur la pièce d'écartement 21 -(voir aussi la figure 2) est fixée, au moyen de boulons 27a, la plaque' annulaire 27 qui est traversée par l'ensemble des tiges et qui présente, à son bord interne, le rentrant 27b pour le logement des nervu rea -14o ie la tige extérieure 14.Le flanc situé en amont de chacune de ces nervures rencontre un rouleau supporté par la plaque 27 qui tourne autour d'un axe parallèle à la plaque. Â cet - effet, pour chacun des trois rouleaux il est prévu le couple d'ailettes 29a et 29b, qui supportent le pivot 30, muni d'épaulements appropriés et maintenus par la petits plaque 30a fixée excentriquement sur l'ailette 29. extérieure; on désigne par 31 un roulement qui supporte le rouleau sur le pivot cor rapondant. Par l'intermédiaire de cornieres 32a, le tambour 18 est relié à la charpente de soutien 32 qui l'entoure et qui est montée en avancée sur la console 6. Solidaires aux deux côtés de cette charpente se trouvent deux éléments verticaux en forme d'U, à chacun desquels est fixée ltes- trémité d'un cylindre otéodynamique 34, à la tige 35 duquel, ressortant par le haut, est fixé un appendre radial 36a d'un collier 36 qui ren- ferme 1 l'ensemble des tiges. Â l'intérieur et à sa partie supérieure le coll-ier 36 offre un logement pour le coussinet amortisseur à roulement '37, auquel est superposé la crapaudine 38 et donc l'anneau amortisseur 39 en matière élastique. Sur cet anneau repose la bride 14d prévue à l'extrémité supérieure de la tige externe 14; à cette bride est fixée la crapaudine 40a qui porte un second coussinet amortisseur 41, recouvert par la crapaudine 40b suivante. De chacun des appendices 36a du collier 36 s'élève le support 42 du cylindre correspondant 43, dans lequel glisse-le verrou 44 qui peut se fermer sur la crapaudine 40b. Le verrou 41 est relié à la tige 45 du piston d'un cylindre déodynamique 46, placé à l'extérieur du cylindre 43 et aligné avec ce dernier. Le fonctionnement de 1 'outillage qui fait 1 objet de la présente invention est le suivant: lorsque la grue a fait descendre la tige 11 et par voie de conséquence la tige 13, jusqu'à ce que l'outil de forets soit au contact du terrain, et que ensemble des tiges à été placé èn position de rotation suivant le sens A de la table de rotation à travers l'ensemble des trois rouleaux, la commando est donnée pour la poussée des tiges vers le bas.La pompe précités à travers un coffret distribtiteur approprié, envoi de lthuile sous pression vers le premier dispositif diviseur de flux 47 qui, à travers les conduits 48, au moins en partie souples (comme ceux qui sont indiqués par la suite) est en communication avec les chambres des cylindres oléodynamiques 46. Il se produit ainsi une ouverture complets des verrous 44 qui relient axialement la tige 14 au collier 3, tandis que la tige elle-memo est libre de tourner grise aux cousainets amortisseurs interposés.L'huile qui sort des cylindres 46 passe, à travers le conduit 49, dans la chambre supérieure des cylindres 34 correspondants; lorsque le verrou est parvenu à la fin de sa course de sortie, la soupape 50 de fin de course du piston de la tige 45 s'ouvre et l'huile qui vient du diviseur 47, continue à refluer vers le cylindre 34. On provoque ainsi la rentrée des tiges 35 et la descente du allier 36 et donc de la tige extérieure 14; au cours de cette phase, dont la iigure 3 représente un stade intermédiaire et dans laquelle s'accomplit le travail effectif de l'outil de forage, la liaison prismatique entre les tiges Il et 13 et la liaison tangentielle entre les tiges 13 et 14 em- pêchent les déplacements axiaux entre les-différentes tiges du fait du frottement considéra > estant entre elles sous charges.Les déplacements ne sont pas empêchés au contraire lorsque les tiges ne sont pas sous charge. L'huile qui sort des chambres passes des cylindres 34, retourne au réservoir précité, à travers les conduits 51, le second dispo sitif diviseur 52 et le coffret distributeur relié à ce dernier. Lorsque le collier 36 parvient à la fin de sa course inférieure, l'outil de forage doit être normalement extrait du terrain et déchargé; la rotation de la table de rotation est donc inversée et la plaque 27, qui agit directement sur les nervures 14c met en rotation l'ensemble des tiges. Sont donc mises sous pression les chambres basses des cylindres 34 qui sont en série avec les cylindres 46. Les verrous sont fermés et, par con séquent, les pistons étant en fin de course et l'huile continuant à couler à travers la soupape 50, le collier remonte et entra & e avec lui la tige extérieure 14. Les tiges il et 13 peuvent être extraites au moyen des cibles de la grue, puisque le collier 53 dans la zone basse de la tige 11 offre un appui à la tige 13. À la différence d'autres outillages déjà connus, on a pu constater, qu'avec l'outillage qui fait l'objet de la présente invention, l'alignement des tiges même au nombre de plus de trois et l'orthogonalité de lten- semble de ces mêmes tiges par rapport à la table de rotation sont assurées d'une façon certaine et, en particulier, sous charge, et cela, comme il a été expliqué précédemment, au moyen de liaisons tangentieiles en trois points (voir l'assemblage des trois rouleaux entre la table de rotation externe et l'ensemble triple des nervures de la seconde et/ou des tiges successives). Ce point est de la plus grande importance pour atteindre des profondeurs supérieures à celles que l'on peut obtenir actuellement. La présente invention, telle qu'elle vient d'être décrite, est susceptible de nombreuses modifications et variantes qui rentrent toutes dans le cadre due l'idée inventive; en outre tous les détails peuvent être remplaces par d'autres techniquement équivalents. Dans la réalisation pratique de l'inventionX les matériaux employés, ainsi que les dimensions, pourront être quelconques et s'adapter aux exi gences particulières. -REVENDICATIONS i.- Outillage rotatif pour forage avec extraction de terre et d'eau tres éléments du terrain, comprenant un mobile dont le batl est monté, de façon à être orientable, sur un véhicule, de préf-rer-ce e chenilles, et qui est muni d'un ensemble faisant fonction de grue avec bras en forme de tour, et des câbles de descente et de ::-nnte'c et caractérisé essentiellement en ce qu'il comprend un bras er forr-de console appliqué au bâti précite sur lequel sont disposer es moyens de motorisation dune table de rotation, portée en avancée par ce même bras et au moins une tige munie d'arêtes longittii' na?e--e' qui trayerse axialement cette table et présente à ses extrém-1'és supérieure et inférieure des attaches pour ces câbles et, respective- ment, pour un outil de forage, etc.. ,un ensemble d'au moins trois rouleaux rotatifs supportés par cette même table, dont les surfaces de roulement s'appuient sur des arêtes pendant la phase de perfora- tion pour l'entralnement en rotation de la tige et son déplacement axial simultané. 2.- Outillage conforme à la revendication 1,caractérisé en ev que cette tige est tubulaire et parcourue également par une autre tige Dporte-outil de forage suspendue à la grue par des câbles et accou plée prismatiquement à elle sur une longueur importante et que cette tige tubulaire est munie d'une bride s'appuyant sur un collier par l'interposition d'organes amortisseurs à roulement,sur laquel agissent des moyens d'actionnement de nature à exercer une poussée axia- le et constituée par des cylindres oléodynamiques. 5.- Outillage conforme à la revendication 2, caractérisé en ce qu--'il comprend trois tiges concentriques et accouplées rotativement entre elles, dont la plus interne constitue la tige porte-outil et est reliée prismatiquement à la tige médiane,tandis que la liaison entre cette dernière tige et la tige la plus externe est réalisée au moyen de nervures longitudinales pratiquées entre elles et permettant un mouvement axial. 4.- Outillage conforme à la revendication 2,caractérisé en ce qu'entre la bride de la tige extérieure et un premier coussinet amortisseur prenant appui sur le collier est disposé un anneau amont tisseur, et que la bride porte un second coussinet amortisseur sur lequel,sous la poussée axiale sur la tige extérieure,se forment des éléments oléodynamiques portés par le même collier,ces colliers étant placés en série avec ceux des cylindres pour la poussée axia- le.