Brevet FR2296084A1 — publié le 19760723

L'invention concerne un procédé pour placer manuellement un appareil de forage allongé dans une direction désirée, suivant lequel L'appareil est porté de façon pivotante par un affût qui lui-même est monté sur un support de façon rotative et/ou pivotante. L'invention vise en outre un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé. Pendant un forage, il est important que l'appareil de forage puisse être placé de façon correcte et simple dans des positions désirées. I1 est aussi de grande importance, dans le cas de percement de tunnels de même que dans le cas d'un pétardement en gradins, que des trous percés côte à côte soient parallèles les uns aux autres. On connaît des dispositifs pour amener automatiquement une perforatrice dans différentes positions de forage ainsi que pour la déplacer d'une position à une autre. te brevet des Etats-Unis N0 3 896 885 décrit des moyens pour placer automatiquement et/ou pour déplacer parallèlement à lui-même un appareil de forage.Dans ce brevet, des moyens sont prévus pour placer automatiquement la perforatrice dans une orientation donnée et sous un angle donné par rapport à la verticale. te brevet des Stats-Unis NO 3 481 409 décrit an afftt de perforatrice ayant un servo-mécanisme électro-hydraulique de positionnement angu laire à auto-correction pour déplacer parallèlement à elle-même la perforatrice entre différentes positions de forage. On connait également des affdts de perforatrice n' ayant que des dispositifs hydrauliques ou que des dispositifs mécaniques pour réaliser un déplacement parallèle. Un objet de L'invention est de réaliser un système simplifié pour indiquer les angles d'un afftt et d'un appareil de forage allongé porté par cet affflt. P-ar exemple, quand on change un fleuret, seul L'appareil de forage doit pivoter et, après l'échange, il doit Castre possible de ramener l'appareil exactement à sa position précédente. Lors du forage de trous parallèles, il doit être possible de déplacer l'appareil hors de sa position parallèle, par exemple lorsque l'on perce des trous de contour, et de ramener ensuite L'appareil dans la direction des trous parallèles. Un autre objet de L'invention est d'utiliser le système précité comme complément pour des affssts munis de dispositifs classiques pour un mouvement parallèle mais dans lesquels il existe des défauts géométriques et/ou hydrauliques. L'in- vention permet d'obtenir une plus grande précision quand on déplace I'affdt. Dans le cas d'un mouvement parallèle hydraulique, il arrive souvent que l'opérateur déplace involontaire- ment l'appareil de forage hors de sa position correcte. Pour ramener l'appareil à sa position convenable, on doit dépenser un temps relativement considérable.En utilisant le système suivant L'invention comme complément au système hydraulique produisant le mouvement parallèle, une telle déviation involontaire par rapport à la direction correcte ne pose aucun pro blème. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description ci-après, faite avec référence aux dessins annexés, de deux exemples de modes de réalisation. Il doit être bien entendu que ces exemples ne sont pas limitatifs. La figure 1 est une vue latérale d'un affdt de perforatrice suivant l'invention. La figure 2 est une coupe à plus grande échelle d'un dispositif de détection des angles de pivotement de l'aftdt autour d'axes de pivotement verticaux. La figure 3 montre le montage d'un dispositif pour régler les valeurs fixées des angles latéraux. La figure 4 montre schématiquement le système pour indiquer les angles latéraux et l'angle vertical de l'affdt de perforatrice. La figure 5 est une vue par-dessus d'un autre mode de réalisation dlun affût de perforatrice suivant L'invention. L'affQt de perforatrice 10 de la figure 1 comprend un bras 11 pivoté à ses extrémités à des pièces intermédiaires 14 et 15 autour de pivots horizontaux 12 et 13. La pièce 14 fait partie d'un support d'affdt 17. La pièce 15 opposée porte une barre d'avance classique 20. Sur la barre 20 est guidée et peut coulisser une perforatrice 22 qui est déplace mécaniquement par exemple au moyen d'une vis d'avance actionnée par un moteur 23. Dans ce qui suit et notamment dans les revendications, l'ensemble de la barre d'avance 20 et de la perforatrice 22 sera désigné par : "appareil de forage allongé". Au pivot horizontal 12 du support 17 est relié de fa- çon pivotante un vérin hydraulique 24 d'angle de soulèvement qui s'étend entre une partie intermédiaire du bras Il et l'ex- trémité inférieure de la pièce 14. L'angle de soulèvement du bras Il autour du pivot 12 peut Stre réglé par rapport au support 17 par le déploiement ou l'escamotage du vérin 24. Un vérin hydraulique 25 d'angle de soulèvement peut également pivoter autour du pivot horizontal 13 de la barre d'avance 20 et stétend entre une partie intermédiaire du bras 11 et la pièce 15.L'angle de soulèvement de la pièce 15 et donc ds la barre d'avance 20 peut etre réglé par rapport au bras Il autour du pivot 13 par le déploiement ou l'escamotage du vérin 25. Du c8té du bras 11 opposé au vérin 24 est relié de manière pivotante un vérin hydraulique pilote 28 allant d'une partie intermédiaire du bras Il à l'extrémité supérieure de la pièce 14. Les dimensions du vérin 28 sont les armes que celles du vérin 25, et les rapports géoiétrique s entre ses points de pivotement et le pivot 12 sont les mêmes que la dispositiox correspondante des points de pivotement du vérin 25 par rapport au pivot 13. Le vérin 25 est assuJetti au vérin 28 par pn circuit hydraulique de réglage vertical.Ce circuit comprend des passages pour liquide qui relient les chambres opposées du vérin 28 aux chambres de volume correspondantes du vérin 25. Aur con nexions du vérin 25, des obturateurs hydrauliques classiques du type clapet de retenue sont insérés dans les passages préCités. ha pièce 14 est pivotée au support 17 par un pivot vertical 16. Un bras latéral relie de façon pivotante la pièce 14 à un vérin hydraulique d' angle latéral 27 fixé par un pivot sur le support 17. Le déploiement ou l'escamotage du vérin 27 produit un pivotement latéral du bras 11 et un réglage de son angle latéral par rapport au pivot 16. La pièce 15 située à l' extrémité extérieure du bras Il est pivotée à un support 19 par un pivot vertical 18, et le support 19 forme un guidage pour le réglage longitudinal de la barre d'avance 20 à l'aide d'un vérin hydraulique d'avance 21. Au pivot vertical 18 est relié de fa çon pivotante un vérin hydraulique d'angle latéral 26 entre la pièce 15 et le support 19. Le déploiement ou l'escamotage du vérin 26 permet de régler 1' angle latéral de la barre d'avance 20 par rapport au pivot 18. Le vérin 26 est assujetti à un vérin hydraulique pilote 29 de dimensions identiques. Le vérin 29 est pivoté au pivot 16 entre le support 17 et un bras latéral ds La pièce 14 opposée au vérin 27. Une description détaillée de 1' affût de perforatrice et de son positionnement dans diverses positions de forage peut être trouvée dans le brevet canadien de la même société N 886 975. La figure 2 montre en coupe le montage d'un dispositif pour détecter L'angle latéral du bras 11 par rapport au support 17. La pièce 14 est fixée au pivot 16 qui est tubulaire. La pièce 14 et le pivot 16 peuvent tourner dans le support 17 grâce à des manchons 30 et 31. Une plaque d'extrémité 32 fixée au support 17 porte une coupelle 33 dans laquelle se trouve un détecteur 39 d'angle inductif protégé par un couvercle 35. Un autre support 36 en forme de coupelle est fixé au pivot 16. L' arbre du détecteur 39 est relié au fond du support 36 par un soufflet métallique flexible 37. Le détecteur 39, qui est constitu par un selsyn dans le mode de réalisation représenté à titre d'exemple, transmet de façon connue un signal dont l'amplitude et le signe représentent la rotation de l'arbre du selsyn et donc la rotation du bras Il par rapport au support 17. De même, un selsyn 40 (figure 4) est relié au pivot 18 pour déterminer la rotation du support t9 par rapport au bras 11. Un détecteur 38 d'angle vertical (figure 4) est fixé au support 19. Le détecteur 38 peut être de n'importe quel type approprié. Un exemple d'un tel détecteur est décrit dans le brevet des Etats-Unis J1 3 113 283. Toutefois, suivant l'invention, le détecteur d'angle vertical est constitué par un selsyn du menue type que les détecteurs d'angles latéraux, et sur l'arbre duquel est monté un pendule. Le système pour indiquer les angles latéraux et l'angle vertical (figures 3 et 4) comprend les selsyns 39, 40 et un selsyn 41 pour régler la valeur fixée de l'angle latéral d'une direction désirée de forage par rapport à une direction de réfé- rence. Il existe aussi une centrale électronique qui comprend un oscillateur 42 pour fournir aux selsyns une tension d'alimentation appropriée, d'environ 6 volts et d'une fréquence de 700 Hz. L'oscillateur 42 est alimenté en courant continu à 24 volts depuis un accumulateur. Un détecteur de phase 43 est prévu pour détecter la phase du signal d'addition fourni par les selsyns 39 à 41. L'entrée de référence du détecteur 43 est alimentée par la tension de sortie de l'oscillateur 42. Le signal d'addition provenant des selsyns 39 à 41 détecteurs d'angles latéraux est transmis, depuis l'enroulement du rotor du selsyn 40, à l'entrée de signaux du détecteur 43. La sortie du détecteur 43 fournit une tension continue filtrée qui représente L'amplitude et le signe de la divergence par rapport à un angle total de 00. La divergence angulaire est envoyée à un indicateur 45 qui montre linéairement la divergence, par exemple entre plus ou moins 100. La valeur fixée de l'angle vertical de la direction de forage désirée est réglée au moyen d'un selsyn 47. Le signal d'addition provenant du selsyn 47 et du détecteur 38 est envoyé à l'entréeZsignauJr d'un détecteur de phase 44. La sortie du détecteur 44 fournit une tension continue filtrée qui représente l'amplitude et le signe de la divergence par rapport à un angle total de 00. La divergence angulaire est transmise à un indicateur 46 qui la représente sous forme linéaire. Dans un mode de réalisation préféré de L'invention, la direction de référence dans le plan horizontal est la direction du percement. L'angle de cofrection entre la direction du bâti qui porte le support 17 et la direction de référence est réglé au moyen d'un bouton de commande 48 (figure 3) qui est relié au selsyn 41 par une channe non représentée. L'angle de forage désiré par rapport à la direction de percement du tunnel est réglé par un bouton de commande 49 monté sur l'arbre du selsyn 4t. L'angle de rotation du bouton 48 peut être lu sur une échelle 51. L'angle de rotation du bouton 49 et de L'arbre diLaetayn 41 par rapport à ce selsyn peut être lu sur une échelle 50. Sur La figure 5, on a représenté un autre exemple de réalisation d'un affût de perforatrice suivant L'invention. Pour plus de simplicité, les pièces communes aux deux modes de réalisation portent les mêmes références. Au moyen d'un dispositif de rotation représenté de façon schématique en 52, le support 17 peut tourner de 3600 autour d'un axe polaire géométrique 53 qui passe par la ligne médiane d1un arbre 54 faisant partie du dispositif 52. Des détecteurs d'angles 39, 40 sont reliés aux pivots 16, 18. Un détecteur 38 d'angle vertical est relié à l'arbre 54 et indique la rotation de cet arbre autour de l'axe 53. La barre d'avance 20 peut pivoter dans un plan qui passe par l'axe 53. Deux détecteurs d'angles 39 et 40 fournissent un signal qui représente la position de La barre 2C dans ce plan. Le détecteur 38 indique la rotation de ce plan autour de l'axe 53. Les valeurs fixées respectives de la position de la barre d'avance dans ce plan et de l'angle de rotation de ce plan sont réglées respectivement par des selsyns 41 et 47. Les détecteurs d'angle pour Les valeurs réelles et les valeurs fixées son-t reliés comme le montre la figure 4, et la différence entre les valeurs réelles et fixées correspondantes est indiquée par des indicateurs 45 et 46. L'invention peut, bien entendu, 8tre appliquée à d' autres types d'affdts de perforatrices, par exemple comprenant plusieurs organes pivotés les uns aux autres. REVENDIOAgIOWS 1 - Procédé pour placer un appareil de forage allongé (20,22) dans une direction de forage désirée, suivant lequel on fait pivoter l'appareil (20,22), par rapport à un affQt (11) qui le supporte, à l'aide d'une commande (25), en faisant tourner ou pivoter L'affAt (il) par rapport à un support au moyen de dispositifs (52; 24, 27), le support précité portant l'affdt (il), la direction de forage étant définie par l'angle de rotation de L'appareil autour de deux axes (16, 18; 53, t8) perpendiculaires l'un à l'autre, et caractérisé en ce bouton règle au moyen de dispositifs d'actionnement (41, 47) des valeurs fixées de l'angle de rotation de l'appareil de forage autour de chacun des axes perpendiculaires précités, qu'on détecte à l'aide de détecteurs (39, 40; 47) in valeurs réelles de l'angle de rotation de l'appareil autour de chacun des axes perpendiculaires précités, qu'on produit des signaux d'erreur à partir des différences entre les valeurs réelles détectées des angles de rotation et les valeurs fixées respectives, qu'on visualise ces signaux d'erreur, et qu'on fait pivoter ou tourner manuellement l'appareil e forage et/ou l'affQt précité jusqu'a ce que les valeurs réelles détectent des angles de rotation coïncident avec les valeurs fixées respectives. 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on indique l'amplitude et le signe des signaux d'erreur au moyen d'instruments de pointage (45, 46) ayant un point zéro central. 3 - Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on règLe au moyen d'un premier dispositif d'actionnement (41) la valeur fixée de 1' angle latéral de la direction de forage désirée par rapport à une direction de référence qui est de préférence la direction du percement, qu'on règle au moyen d'un second dispositif d'actionnement (47) la valeur fixée de l'angle vertical de la direction de forage désirée, qu' on détecte à l'aide de détecteurs (39, 40) la valeur réelle de l'angle latéral du plan vertical passant par l'appareil de forage (20, 22) par rapport à la direction de référence, qu'on produit un premier signal d'erreur à partir de la différence entre la valeur réelle détectée et La valeur fixée de cet angle, qu' on visualise ce premier signal d'erreur, qu'on détecte au moyen d'un détecteur d'angle vertical (38) la valeur réelle de l'angle vertical de l'appareil dans le plan vertical précité, qu'on produit un second signal d'erreur à partir de la différence entre la valeur réelle détectée et la valeur fixée de l'angle vertical précité, qu'on visualise ce second signal d'erreur, et qu'on fait pivoter ou tourner manuellement l'appareil de forage allongé et/ou l'affAt précité jusqu'à ce que les valeurs rdelles détectées des angles précités coincidentbavec les valeurs fixées respectives. 4 - Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'on mesure la direction du support par rapport à la direction de référence, quon règle au moyen d'un premier dispositif de commande (48) l; direction mesurée du support, bouton règle au moyen d'un second dispositif de commande (49) la direction de forage désirée par rapport à la direction te réfé- rence, qu'on additionne tes angles fixés au moyen du premier et du second dispositifs de commande précités pour obtenir la valeur fixée de l'angle latéral de la direction de forage par rapport au support, qu'on détecte au moyen de détecteurs (39, 40) les angles latéraux entre l'appareil (20, 22) et L'affQt (11) et entre l'affat et le support, les détecteurs (39, 40) précités étant reliés à des pivots verticaux (16, 18) entre 1' appareil de forage précité et l'affflt et entre l'affat et le support, bouton additionne: les valeurs réelles détectées par les détecteurs précités pour obtenir la valeur réelle de l'angle latéral de la direction de forage par rapport au support, et qu' on fait pivoter l'appareil de forage allongé et/ou l'affdt jus- qu'à ce que la valeur réelle coïncide avec la valeur fixée. 5 - Procédé suivant la revendication 1, suivant lequel L'appareil de forage allongé (20, 22) peut pivoter autour d'un angle (53) parallèle au plan de pivotement de cet appareil, et la direction de forage désirée est définie d'une part par l'angle de rotation de l'appareil de forage et donc aussi l'angle de rotation du plan de pivotement autour de l'axe parallèle (53) précité, et d'autre part par l'angle de rotation de l'appareil de forage dans le plan de pivotement, et caractérisé en ce qu' on règle au moyen de dispositifs d'actionnement (41, 47) les valeurs fixées des angles de rotation de l'appareil de forage autour de l'axe (53) et autour de L'axe (18) qui lui est perpendiculaire, bouton détecte les valeurs réelles des angles de rotation de l'appareil de forage autour des axes (53, 18) perpendi culaires l'un à l'autre, qu'on produit des signaux d'erreur à partir des différences entre les valeurs réelles détectées des angles de rotation et les valeurs fixées respectives, qu'on visualise ces signaux, et qu'on fait pivoter ou tourner manuellement L'appareil de forage et/ou L'affût précité jusqu'à ce que les valeurs réelles détectées des angles de rotation coincident avec les vaLeurs fixées respectives. 6 - Système d'affect pour placer un appareil de forage allongé (20, 22) dans une direction de forage désirée, dans lequel un affsst de perforatrice (io) est pivoté par un dispositif mécanique à un support (17) et à L'appareil (20, 22) par des pivots (16, 18), et caractérisé par des moyens (41, 47) pour régler des valeurs fixées des angles de rotation de l'appareil de forage autour de deux axes (16, 18; 53, 18) perpendiculaires l'un à l'autre, des détecteurs (39, 40; 38) pour détecter les valeurs réelles des angles de rotation de l'appareil de forage autour des axes perpendiculaires (16, 18; 53, 18) précités, des moyens associés aux dispositifs de réglagel (41, 47) précités et aux détecteurs {39, 40; 38) précités pour fournir des signaux d' erreur à partir des différences entre les valeurs réelles détectées des angles de rotation et les valeurs fixées respectives, et des moyens (45, 46) pour visualiser les signaux d'erreur précités. 7 - Système d'affQt suivant la revendication 6, dans lequel les axes de pivotement comprennent des axes verticaux et horizontaux, et caractérisé par des moyens (41) pour régler la valeur fixée de l'angle latéral de la direction de forage désirée par rapport à une direction de référence, des détecteurs d' angle (39f 40) reliés à chacun des pivots verticaux ( 16"8) et des moyens (45) pour visualiser Le signal d'erreur produit à partir de la différence entre la valeur fixée de I'angle latéral et la somme des angles détectés au moyen de chacun des détecteurs précités. 8 - Système d'affAt suivant la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens (41) pour régler la valeur fixée de -- l'angle latéral comprennent des moyens (48) pour régler l'angle latéral du support par rapport à la direction de référence, et des moyens (49) pour régler l'angle latéral de la direction de forage désirée par rapport à la direction de référence, 9 - Système d'affflt suivant l'une des revendications 7 et 8, caractérisé par des moyens (47) pour régler la valeur fixée de l'angle vertical de la direction de forage désirée, un détecteur (38) pour détecter la valeur réelle de l'angle vertical de l'appareil de forage (20, 22), et des moyens (46) pour visualiser le signal d'erreur obtenu à partir de la différence entre la valeur fixée et la valeur réelle détectée de l'angle vertical. 10- Système d'affût suivant la revendication 6, dans lequel l'appareil de forage allongé (20, 22) peut tourner autour d'un axe (53) parallèle au plan de pivotement de L'appareil de forage et la direction de forage désirée est définie d'une part par l'angle de rotation de l'appareil de forage et donc aussi 1' angle de rotation du plan de pivotement autour de L'axe paral lèle (53) et d'autre part par l'angle de rotation de l'appareil de forage dans le plan de pivotement précité, et caractérisé par des moyens (41, 47) pour réglér des valeurs fixées des angles de rotation de L'appareil de forage autour de l'axe (53) et de l' axe (18) qui lui est perpendiculaire, et des détecteurs (39,40;; 38) pour détecter les valeurs réelles des angles de rotation de l'appareil de forage autour des axes (18, 53) perpendiculaires l'un à l'autre. Il - Système d'affdt suivant l'une des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que les moyens (45, 46) de visualisation comprennent des instruments de pointage ayant un point zéro central. 12 - Système d'affût suivant l'une des revendications 6 à 11, caractérisé d'une part en ce qu'il possède des dispositifs d'actionnement parallèles (28, 25) pour déplacer automatiquement l'appareil de forage allongé (20, 22) entre des positions réciproques sensiblement parallèles pendant le pivotement de I' affût, et caractérisé d'autre part en ce que l'affdt possède en outre des dispositifs de positionnement manuel supérieurs aux dispositifs de mouvements parallèles précités et qui permettent le positionnement manuel de l'appareil de forage allongé de fa çon que les valeurs fixées coincident avec les valeurs réelles respectives pour corriger les déviations par rapport à un parallélisme exact causées par des ddfauttgéomtriques et/ou hydrauliques du dispositif de mouvements parallèles lorsque l'affût pivote d'une première position à une seconde position.