Brevet FR2262718A1 — publié le 19750926

La présente invention concerne d'une façon générale la réfection ou la consolidation des tunnels, ou autres ouvrages souterrains et elle est plus particulièrement relative à la pose de cintres en tunnels, notamment dans les tunnels de chemins de fer L'essor des chemins de fer et le développement des voies ferrées s'étant produits dans le courant de la seconde moitié du 19ème siècle, il en résulte que de nombreux tunnels, percés à cette époque et toujours en service, nécessitent actuellement des travaux de consolidation, de soutènement et/ou de réfection, car en raison de leur vétusté, ils ne présentent plus les caractéristiques de sécurité nécessaires pour un trafic sans cesse croissant Ces travaux posent actuellement des problèmes technologiques nouveaux en raison du fait que leur nécessité est récente. Ces problèmes sont en outre compliqués par suite de l'électri- fication de la plupart des voies : la présence des catenaires suspendus aux voltes restreignant l'espace disponible pour travailler sur celles-ci tout en présentant des difficultés supplémentaires. En effet, les travaux de réfection qui se sont maintenant révé- lés indispensables impliquent la pose de sections de cintres métalliques pour étayer les voûtes et les parois des tunnels, posés par éléments, d'une façon analogue à la pose des éléments de coffrage dans les galeries de mines. Cependant, les éléments de cintres qui doivent être utilisés sont nécessairement lourds et encombrants et il n'existe actuellement aucune machine adaptéè pour effectuer la mise en place et la pose de ces éléments. L'invention a pour but de résoudre ce problème en-réalisant une machine de manutention et de pose des éléments de cintres pour la réfection des tunnels ferroviaires, simples ou à double voie mobile et capable d'effectuer des mouvements dans une plage universelle, et de maintenir ces éléments en place pendant le temps nécessaire à leur fixation, cette machine étant également adaptée pour répondre aux normes de gabarit et pour etre montée sur un wagon plate-forme, afin de permettre de l'amener facilement à pied d'oea- vre et d'éviter ainsi des interruptions genantes du trafic. L'invention a pour objet à cet effet une machine nouvelle pour la pose de cintres en tunnels, du type des engins de manutention à bras articulé, montée sur une plate-forme roulante, caractérisée en ce qu'elle comprend une potence rotative articulée fixée par son extrémité inférieure sur un ensemble de support et comportant un dispositif de préhension articulé sur son extrémité opposée, les axes d'articulation des éléments de la potence et du dispositif de préhension étant parallèles entre eux et le dispositif de préhension étant monté rotatif sur un axe perpendiculaire à son axe d'articulation et sur lequel il est entrainé en rotation par des moyens moteurs fixés sur lui. Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, les axes d'articulation des éléments de la potence sont reliés à des moyens moteurs portés par l'ensemble de support, celui-ci étant constitué par un plateau rotatif autour d'un axe vertical, monté sur une glissière coulissant horizontalement sur un chariot roulant sur des rails, transversalement au sens de déplacement du chariot, ces rails étant fixés longitudinalement sur la plate-forme d'un wagon. On comprend que, gràce auxdits moyens moteurs portés par l'en- semble de support, les éléments de la potence articulée peuvent être orientés angulairement dans un plan dans toutes positions désirées les uns par rapport aux autres, cependant que le dispositif de préhension peut tourner autour de son axe pour saisir et mettre en place un élément de cintre, la combinaison de la potence et du dispositif de préhension rotatif avec l'ensemble de support mobile suivant trois axes orthogoneaux, lemme connu en soi, permettant de saisir un élément de cintre en un point quelconque pour l'amener et le présenter dans n'importe quelle position en un point quelconque de la voûte d'un tunnel, grâce aux cinq possibilités de mouvement de la machine. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparat- tront au cours de la description qui va suivre, faite en se référant aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemples et dans lesquels - la Fig. 1 est une vue schématique de la machine suivant l'invention, montrant deux positions différentes de la potence articulée et rotative, dans un tunnel - la Fig. 2 est une vue également schématique montrant l'agen- cement des différents éléments de la potence et leurs moyens de transmission et d'entraînement ;; - la Fig. 3 est une vue partielle montrant l'agencement de l'élément inférieur de la potence sur son ensemble de support, ainsi que ses moyens moteurs - la Fig 4 est une vue d'ensemble avec arrachements partiels de la machine en position de travail dans un tunnel simple - la Fig. 5 est une vue partielle en coupe longitudinale de l'ensemble de support la la Fig. 6 en est une vue en plan et en coupe suivant la li- gne 6-6 de la Fig. 5 - la Fig. 7 est une vue d'ensemble de la potence et du dispositif de préhension rotatif monté à son extrémité - la Fig. 8 est une vue de détail schématique en coupe du montage du plateau rotatif-de l'ensemble de support. En se référant au dessin, la machine suivant l'invention com- prend un ensemble 1 de potence articulée, monté sur un ensemble de support 2, lui même monté mobile sur un wagon 3 du type plate-forme, et comportant un dispositif de préhension 4 articulé et rotatif sur l'extrémité de la potence. L'ensemble 1 de la potence articulée comprend un élément inférieur 5, ayant une extrémité solidaire de l'axe 6 d'un ensemble moteur-réducteur électrique 7 fixé sur l'ensemble de support 2, un second élémant 8, solidaire par une extrémité d'un axe 9 monté fou à l'autre extrémité de l'élément 5, et le dispositif de préhension 4 solidaire d'un axe 11 monté fou sur l'extrémité opposée de ltélé- ment 8. Un second ensemble moteur-réducteur électrique 12, fixé sur ensemble de support 2, comporte sur son arbre de sortie un pignon à chaîne 13 relié par une chaîne 14 à un pignon à chatoie 15 solidaire de l'axe 9. Cet axe 9 fait saillie sur l'ensemble de potence, du côté opposé au pignon 15, et porte un pignon double 16 monté fou sur son extrémité. L'une des dentures du pignon 16 est reliée par une channe 17 à un pignon 18 solidaire de l'arbre de sortie 19 d'un troisième ensemble moteur-réducteur électrique 20, également monté sur l'ensemble de support 2, tandis que sa seconde denture est reliée par une chaîne 21 à un pignon 22 solidaire de l'axe Il monté fou dans l'est trémité de l'élément 8 de la potence, tout autre agencement des transmissions pouvant également être utilisé, par exemple celui représenté à la Fig. 3. Cet agencement des deux premiers éléments de la potence est bien connu, et l'on sait qu'en actionnant l'ensemble moteur-réducteur 7 on peut amener 11 élément 5 de la potence dans n'importe quelle position angulaire autour de son axe d'articulation 6, tandis qu'en actionnant l'ensemble moteur-réducteur 12, on peut amener le second élément 8 de la potence dans n'importe quelle position angulaire autour de son axe d'articulation 9 sur l1extrémité de l'élément 5, par rapport à ce dernier, ces mouvements se produisant dans un même plan. Cet agencement est utilisé sur de nombreux engins de manuten tion. L'ensemble de potence de la machine suivant l'invention comprend enfin le dispositif de préhension 4-, articulé sur l'extrémité de l'élément 8 par l'axe 11, dont il est solidaire. Ainsi, en actionnant l'ensemble moteur-réducteur 20, on peut déplacer le dispositif de préhension 4 angulairement, autour de l'axe 11, par rapport aux éléments 5 et 8, dans le. même plan. Le dispositif de préhension 4, qui peut être d'un type connu en 80i w comprend un corps 23, qui est monté rotatif sur 3600 autour d'un axe 50 schématisE à la Fig0 4, qui est perpendiculaire à l'axe 11 et, par suite aux axes 9 et 6, et sur lequel il peut autre entrat- né en rotation sur 3600, au moyen d'un ensemble moteur-réducteur électrique 24 fixé sur le corps 23, dans un plan perpendiculaire au premier. Ce dispositif de préhension comporte des paires de mors, ou de mâchoires 25 montés coulissants dans des glissières dans lesquelles ils peuvent ee déplacer ou se rapprocher, et sont actionnés de façon classique à partir d'une prise de force prévue sur l'ensemble moteur réducteur 24, ou autre dispositif analogue. Tous ces ensembles moteurs-réducteurs peuvent être par exemple du type à vis sans fin et à pignon qui permet, de façon connue, une position invariable des organes qu'ils entraînent, lorsqu'vils sont à l'arr8tO On comprend que grâce à cet agencement, le dispositif de préhension peut être utilisé pour saisir un objet, par exemple un élément 26 d'une section de cintre, comme représenté à la Fig. 4, en un point quelconque de sa longueur, pour l'amener en un point quelconque situé dans le plan dans lequel peuvent se déplacer les éléments 5 et 8 de la potence, et le faire tourner pour le présenter dans une position quelconque, dans un second plan, perpendiculaire à celui dans lequel se déplacent les éléments de la potence. L'agencement de la transmission du mouvement aux différents éléments 5 et 8 de la potence et au dispositif de préhension 4 à partir d'ensembles moteurs et réducteurs fixes portés par l'ensem- ble de support 2 permet, de façon connue par exemple, de conserver l'angle initial d'inclinaison dans l'espace de l'axe de rotation du dispositif 4, et de l'élément 8, lorsque lson modifie la position angulaire de l'élément 5 de la potence, suivant un principe mécanique connu, du fait de l'immobilisation d'un pignon et de l'enroule- ment consécutif de la chaine associée sur eelui-eitå la suite du déplacement angulaire de l'élément le long duquel s' étend la chaînez autour de l'axe dudit pignon. Cette propriété, en combinaison avec le mouvement de rotation possible sur 3600 du dispositif 4 sur lui-mame autour d'un axe perpendiculaire aux axes d'articulation des éléments de la potence permet de présenter un élément de cintre dans une position, de le retirer et de l'amener en un autre point, tout en lui conservant la même position dans l'espace, par exemple dans le cas d'une opération de rectification devant etre effectuée sur le cintre avant sa mise en place définitive. D'une façon commode, l'alimentation de l'ensemble moteur-réducteur électrique 24 est assurée au moyen de conducteurs souples (non représentés) qui s'étendent le long des éléments de la potence jusqu'en un point quelconque de la machine, par exemple jusqu'à l'ensemble de support 2. Comme on l'a indiqué ci-dessus, le dispositif de préhension 4 peut ainsi etre amené dans n'importe quelle position dans un premier plan vertical, positions dans lesquelles il peut tourner sur luimême dans un second plan perpendiculaire au premier. Ce premier plan étant déterminé par l'orientation de l'axe de sortie de l'ensemble moteur-réducteur 7 fixé sur l'ensemble de support 2 de la machine, ce dernier est lui-mdme mobile. Dans ce but, il comprend un plateau horizontal 27 monté rotatif autour d'un axe vertical, permettant ainsi d'orienter l'axe de sortie 6 de l'ensemble moteur-réducteur, angulairement, dans toute position désirée, avec la potence qu'il porte. Pour donner à la machine des possibilités illimitées de déplacement du dispositif de préhension 4, le plateau rotatif 27 est luimême monté de façon que son axe de rotation vertical puisse être déplacé horizontalement suivant deux axes perpendiculaires x-x et y-y (Fig.6 > Le plateau 27 présente dans son ensemble une forme de cuvette, et son fond 28 comporte un rebord vertical annulaire 29 s'étendant vers le bas (Fig 5 et 8). Ce rebord 29 entoure un autre rebord annulaire 30 s'étendant vers le haut et comportant une denture interne 31, et le diamètre externe du rebord 30 est à peu près égal au diamètre interne du rebord 29. Le rebord 30 est solidaire d'une plate-forme 32 qui est fixée sur deux glissières mâles 33 en queue d'aronde montées coulissantes dans deux éléments femelles 34 de forme complémentaire, solidaires d'un chariot 35. Le plateau 27 est monté rotatif sur la plate-forme 32 au moyen d'un dispositif de roulement 36 du type à rouleaux obliques entrecroisés, comme représenté schématiquement à la Fig. 8, adapté pour supporter des charges élevées tout en empêchant le plateau de basculer par rapport à la plate-forme. Le plateau 27 est entraîné en rotation sur la plate-forme 32, par rapport à celle-ci et au chariot 35 au moyen d'un ensemble moteur-réducteur 37 fixé dans la partie creuse du plateau 27 et qui comporte un axe, traversant le fond 28, qui porte un pignon 38 disposé au-dessous de ce fond et qui engrène avec la denture interne 31 du rebord vertical 30. Les éléments mâles 33 de la glissière en queue d'aronde sont fixés sur des rebords 39 de la plate forme 32, qui comportent chacun sur leur bord inférieur une denture 40 et forment ainsi chacun une crémaillère avec lesquelles engrènent des pignons 4î clavetés sur des arbres de sortie 42 d'ensembles moteurs-réducteurs 43 fixés sur le chariot 35 pour déplacer la plate-forme 32 suivant l'axe y-y, avec le plateau rotatif 27 portant l'ensemble de la potence articulé lée et le dispositif de préhension 4. Le déplacement de l'axe de rotation vertical du plateau 27 suivant l1axe x-x est assuré par le chariot 35, qui comporte quatre roues 44, par exemple montées sur des bras oscillants et dont au moins deux sont entraînées par un moteur 45 à réducteur, les roues 44 roulant sur des rails 46 fixés sur le plancher du wagon 3, longitudinalement. La stabilité du chariot 35 est assurée au moyen de deux paires de galets d'appui horizontaux 47 disposés par paires de part et d'autre d'un rail central 48 avec lequel ils sont en contact de roulement. L'alimentation des ensembles moteurs-réducteurs 7,- 12 et 20 De façon commode, les organes de commande des différents moteurs et des ensembles moteurs-réducteurs peuvent être groupés sur un tableau disposé dans une cabine, sur une console fixée latéralement sur le plateau rotatif 27, ou encore sur le chariot 35. Les déplacements ainsi rendus possibles de l'ensemble de potence 1 sont pratiquement illimités et universels en raison d'une part du fait que le dispositif de préhension 4 est rotatif sur l'extrémité de la potence, elle-même orientable non seulement angulairement dans un plan vertical, mais aussi dans un plan horizontal et d'autre part en raison du fait que l'axe vertical de rotation du plateau portant la potence peut lui-même être déplacé, horizontalement, suivant deux axes perpendiculaire s. Le dispositif 4 de préhension peut ainsi être amené en n'importe te quel point de la paroi d'un tunnel dans lequel se trouve le wagon portant la machine, les éléments de la potence ayant, bien entendu, des longueurs appropriées pour que le dispositif de préhension puisse atteindre le point le plus élevé de la vouge, à partir de l'une ou l'autre des deux voies d'un tunnel à deux voies ferrées. Compte-tenu des impératifs de gabarit, la potence peut être repliée sans difficulté en laissant le dispositif 4 reposer sur le wagon, en choisissant la position voulue du chariot 35 sur le longueur de celui-ci. On remarquera en outre que les éléments de cintres utilisés pour là réparation des tunnels peuvent être emmagasinés dans un second wagon attele à celui portant la machine. On peut ainsi saisir un élément de cintre sur ce wagon et l'amener en place en n'importe quel point de la voûte du tunnel, malgré l'obstacle constitué par les caténaires des voies électrififées. En effet, le dispositif 4 de préhension peut saisir ltélément de cintre par une extrémité pour l'amener au dessous des conducteurs et le faire tourner pour l'amener parallèlement à ceux-ci, le faire passer entre eux et le faire de nouveau tourner pour le poser transversalement. Un tel mouvement universel ne pouvait pas être effectuE , jusqu' à présent au moyen des appareils de manutention connus à bras mobile, et à trois degrés de liberté, le & propriétés de la machine suivant l'invention résultant des combinaisons de mouvements rendues possibles par l'utilisation d'un dispositif de préhension monté rotatif autour dlun axe qui est perpendiculaire aux axes d'articulation des éléments de la potence, et de celle-ci sur son support mo bile, qui sont parallèles entre eux, et cette potence étant ellemême mobile sur trois axes orthogonaux, réalisant ainsi une machine à cinq mouvements combinés. On remarquera également le très important débattement angulaire possible des éléments de la potence et de l'axe de rotation du dispositif 4, les uns par rapport aux autres. En effet, au moyen d'une construction appropriée des éléments de la potence, les angles morts peuvent être réduits au minimum et ces débattements atteignent respectivement 2000 environ pour l'élément 5 autour de son axe 6, et 2900 environ pour l'élément 8 autour de l'axe 9 et pour l'axe 50 autour de l'axe 11. - REVENDICATIONS 1 - Machine à mouvement universel, en particulier pour manipuler et poser des éléments de cintres en tunnel ferroviaires, simples ou à double voie, du type des engins de manutention à bras articulé monté sur une plate-forme roulante, caractérisée en ce qu'elle comprend une potence à éléments articulés et articulée par son extrémité inférieure sur un ensemble de support mobile et comportant un dispositif de préhension articulé sur son extrémité opposée, les axes d'articulation des éléments de la potence et du dispositif de préhension étant parallèles entre eux et le dispositif de préhension étant monté rotatif sur un axe perpendiculaire auxdits axes d'articulation et sur lequel il est entraîné en rotation par des moyens moteurs indépendants 2 - Machine suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les axes d'articulation de la potence sont reliés à des moyens moteurs portés par l'ensemble de support, celui-ci comprenant un plateau rotatif autour d'un axe vertical, une glissière portant ledit plateau et coulissant horizontalement sur un chariot roulant sur des rails perpendiculairement au sens de coulissement de la glissière, ces rails étant montés sur la plate-forme d'un wagon. 3 - Machine à mouvement universel, en particulier pour manipuler et poser des éléments de cintres en tunnel ferroviaires simples ou à double voie, du type des engins de manutention à bras articulé monté sur une plate-forme mobile, à trois degrés de liberté, et pouvant effectuer quatre mouvements, caractérisée en ce que le bras est une potence à plusieurs éléments articulés orientables les uns par rapport aux autres dans un seul plan et comportant à son extrémité un dispositif de préhension rotatif autour d'un axe contenu dans ce plan, la rotation de ce dispositif s'effectuant dans un plan perpendiculaire à celui dans lequel se déplacent les éléments articulés de la potence, permettant à la machine d'effectuer un cinquième mouvement. 4 - Machine suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le dispositif de préhension comprend un corps portant plusieurs paires de mâchoires de serrage et un ensemble moteur et réducteur adapté pour faire tourner le corps autour de son axe et pour actionner lesdites paires de machoires, indépendamment. 5 - Machine à mouvement universel, en particulier pour manipuler et poser des éléments de cintres en tunnels ferroviaires, sim ples ou à double voie, du type des engins de manutention à bras articulé monté sur une plate-forme roulante, à trois degrés de liberté et pouvant effectuer quatre mouvements, caractérisée en ce qu'elle comprend un chariot roulant sur des rails, une glissière montée coulissante sur le chariot, transversalement auxdits rails et portant un plateau horizontal rotatif autour d'un axe vertical, une potence articulée sur ledit plateau et comportant au moins deux éléments articulés, orientables les uns par rapport aux autres dans un plan, sur des axes d'articulation parallèles entre eux, et un dispositif de préhension à mâchoires, articulé sur l'extrémité de la potence sur un axe parallèle à ceux de cette dernière, et pouvant tourner sur 3600 autour d'un axe perpendiculaire à ceux articulant lesdits éléments, dans un plan perpendiculaire à celui dans lequel se déplacent les éléments de la potence, lesdits rails sur lesquels se déplace le chariot étant fixés longitudinalement sur le plateau d'un wagon plate-forme. 6 - Machine suivant 1 'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend des ensembles moteurs et réducteurs montés sur ledit plateau rotatif pour déplacer angulairement les éléments de la potence et le dispositif de préhension et faire tourner le plateau, un ensemble moteur porté par le dispositif de préhension pour actionner celui-ci, et des moteurs portés par le chariot pour entraîner ses roues et faire coulisser la glissière, les organes de commande de ces moteurs étant groupés sur un tableau central porté par le chariot ou le plateau rotatif. 7 - Machine suivant la revendication 6, caractérisée en ce qu' elle comprend en combinaison un premier ensemble moteur et réducteur sur l'arbre de sortie duquel est fixe une extrémité du premier élément de la potence, un second ensemble moteur relié par une transmission à pignon et à chaîne à un pignon ciaveté sur un premier axe monté fou dans l'extrémité opposée du premier élément et qui est solidaire d'une extrémité du second élément de la potence, et un troisième ensemble moteur entraînant au moyen d'une transmission à chaîne un pignon claveté sur un second axe monté fou dans l'extrémité opposée du second élément, par l'intermédiaire d'un renvoi monté fou sur ledit premier axe et un dispositif de préhension solidaire dudit second axe, ce dispositif comportant un ensemble moteur indépendant adapté pour l'entraîner en rotation sur 3600 autour d'un troisième axe perpendiculaire au second, de telle sorte que ledit dispositif peut conserver le même angle d'inclinaison dans l'espace lorsque le premier élément est déplacé angulairement par rapport au second.