Brevet FR2352155A1 — publié le 19771216

L'invention est relative à un dispositif de liaison par serrage, en forme d'étrier, destiné à des cadres de soutènement de galeries constitués de segments de profilés disposés l'un dans l'autre dans le même sens dans la zone où ils se recouvrent et guidés longitudinalement lorsqu'ils cèdent l'un par rapport â l'autre en vainquant la résistance due au frottement, en particulier à de tels segments constitués de profilés en forme de gouttière, de préférence de même section droite, s'sppuyant l'un contre l'autre par leurs bords, lequel dispositif de liaison se compose d'un demi-étrier supérieur recouvrant les deux profilés et drun demi-étrier inférieur-enthurant le. profilé extérieur, ces demi-étriers comportant chacun des rebords allant en s 'écar- tant latéralement vers l'extérieur, les rebords jumelées, à peu près parallèles et situés à une certaine distance en regard l'un de l'autre de chaque cSté du plan de séparation, Ces deux demiétriers étant serrés entre eux, afin d'assurer une résistance prédéterminée au glissement relatif des segments de profilés, ce serrage étant obtenu au moyen de boulons de serrage traversant au moins les rebords du demi-étrier inférieur et d'écrous vissés sur ces boulons a tes dispositifs de liaison par serrage connus de ce type présentent l'inconvénient de n'assurer qu'en partie la transformation des couples exercés au moment du vissage en force longitudinale, s'exerçant suivant la longueur du boulon, qui seule détermine l'effort de serrage appliqué au dispositif de liaison et, par suite, la résistance que peuvent opposer les segments de profilés a' leur glissement relatif sous l'effet de la poussée des terrains agissant de l'extérieur sur le cadre de soutènement. Comme l'accroissement des couples de vissage, que ceux-ci soient exercés à la main ou à l'aide d'un appareil, est limité à une valeur d'environ 500 Nm, les efforts de serrage qui s'exercent å l'intérieur du dispositif de liaison et qui fixent l'importance du frottement entre les segments de profilés, autrement dit l'im- portance de la résistance offerte au glissement relatif de ceuxci, sont soumis à une limite correspondante.En conséquence même des cadres de soutènement constitués de segments de profilés de catégories plus lourdes ne peuvent être utilisés au maximum de leurs possibilités pour accroître, de façon correspondant à leur catégorie de poids, la charge portante des cadres, car ceux-ci, du fait de la limitation de l'effort de serrage à l'intérieur du dispositif de liaison, ce dent fréquemment sous la pression exercée de l'extérieur par les terrains bien avant que ne soit épuisée la charge portante correspondant réellement à la catégorie de poids du profilé utilisé. Suivant les idées qui sont à la base de l'invention, la cause des pertes élevées qui se produisent dans la transformation des couples de vissage en force longitudinale est en premier lieu un accroissement de la pression superficielle sur un seul cté et un accroissement, qui en résulte, de la résistance due au frottement dans la région comprise entre le rebord de l'étrier et l'écrou, lorsque le boulon de serrage se trouve dans une position oblique.Au moment où l'on assemble et où l'on provoque par vissage le serrage des dispositifs de liaison, on ne peut que difficilement éviter que des boulons de serrage aient leur tête inclinée ou leur tige en oblique, en particulier du fait qu'en pratique le nombre des pièces à réunir entre elles en même temps est relativement élevé et que les ouvertures mé- nagées dans les rebords des demi-étriers pour recevoir les vis de serrage doivent présenter un jeu suffisant pour qu on puisse à coup sùr monter le dispositif de liaison et assurer la liaison, et ceci même dans des conditions extrêmes, par exemple dans le cas où les extrémités des profilés sont largement entrebrillées. Mais lorsque les boulons sont disposés avec leur tête inclinée ou avec leur tige en oblique, les écrous au moment de leur vissage forcent d'un seul côté et prématurément dans les faces des rebords des demi-étriers par leurs collets, ou.surfa- ces d'appui, habituellement plans. L'accroissement sur un seul côté de la pression superficielle qui se produit ainsi et la plus forte résistance due au frottement qui en résulte consomment une part exagérée des couples exercés au vissage sur les écrous de sorte que la part des couples de vissage qui peut être transformée directementen force longitudinale se trouve réduite dans la même proportion. Indépendamment du fait que de cette façon une part considérable des couples exercés au vissage, dont la valeur maximale est limitée, se trouve perdue et ne peut être utilisée comme force longitudinale exercée par le boulon à l'intérieur du dispositif de liaison, un autre désavantage réside en ce que, par suite de l'accroissement de la pression superficielle qui appa raRt d'un côté, il se produit aussi, par rapport à la situation prévue, une modification du rayon de frottement entre l'écrou et le rebord d'étrier.Ces inconvénients ont pour conséquence que la force de serrage à l'intérieur du dispositif de liaison ne correspond pas à la situation prévue déterminée p3r le calcul me- me quand on utilise des clefs permettant d'exercer un couple dé terminé et est au contraire dans certains cas notablement infé rieure à celle qui était prévue et que la force de serrage à l'intérieur des différents dispositifs de liaison, qu'ils appar tiennent à des cadres de soutènement différents ou à un seul et même cadre de soutènement, varie d'une façon incontrôlable. Comme des cadres de soutènement de ce type, quelle que soit la catégorie de poids des profilés utilisés pour leurs segments, ne peuvent porter que dans la mesure qui correspond à la résistance quJoppose au glissement relatif leur dispositif de liaison le plus faible, les inconvénients précités des dispositifs de liaison par serrage connus sont d'autant plus graves que les pro filés choisis pour le cas d'emploi envisagé sont d'une catégorie de poids plus lourde. Mais c'est précisément en raison des exi gences toujours plus sévères qui sont imposées à ces cadres, en particulier dans les exploitations minières souterraines, que croît le besoin d'employer pour les segments des profilés de ca tégories plus lourdes. Le but de l'invention est de tenir compte des exigences croissantes posées aux soutènements de galerie en acier grâce à une amélioration du dispositif de liaison par serrage, qui, grâce à un meilleur rapport de la transformation des couples de vissage en force longitudinale, évite les inconvénients précités, sans que l'on ait à rechercher si et dans quelle mesure les bou lons de serrage se trouvent placés à l'intérieur du dispositif de liaison avec leur tige oblique ou leur tête inclinée. Pour résoudre ce problème, l'invention se caractérise en ce que les écrous et les rebords de l'étrier qui sont tournés vers ces écrous sont appuyés l'un contre l'autre avec interposition de surfaces d'appui coopérant entre elles à la façon d'une articu lation sphérique. De cette façon, quelle que soit l'obliquité du boulon de serrage à l'intérieur du dispositif de liaison, on évite, lors de la transformation des couples de vissage en force longitudinale, les pertes à attribuer à cette obliquité. En outre la résistance due au frottement qui apparalt lors du vissage de l'écrou est d'une façon générale réduite et on obtient surtout que le rayon suivant lequel s'effectue le frottement de l'écrou res-te toujours le même, c'est-à-dire qu il devient une donnée de calcul que l'on peut déterminer à l'avance de façon très précise. Il est préférable que les surfaces d'appui annulaires des écrous soient elles-mêmes incurvées en forme de sphère et il est avantageux que, dans ce but, le collet annulaire des écrous présente, sous la forme d'une portion de sphère, bombée vers l'ex- térieur, un appendice. Il est dans ce cas préférable que les surfaces des rebords d'étrier qui sont tournées vers les surfaces d'appui, incurvées en forme de sphère, des écrous soient munies également d'une surface d'appui annulaire incurvée en forme de sphère de façon correspondante, laquelle présente avantageusement la forme d'une partie en creux sphérique. Dans de nombreux cas on peut cependant recommander l'inter- caler, entre l'écrou et la surface du rebord d'étrier tournée vers l'écrou, une bague de pression qui présente au moins d'un csté une surface d'appui incurvée en forme de sphère et qui, en combinaison avec la surface d'appui tournée vers cette bague et de forme correspondante de l'écrou et/ou du rebord d'étrier, forme l'articulation sphérique. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, l'articulation sphérique est formée, d'une part, par un appendice, bombé vers l'extérieur en forme de sphère, porté par l'écrou et, d'autre part, par une partie annulaire en creux, ayant une forme sphérique correspondante dans laquelle vient se loger ledit appendice, ménagée dans le rebord d'étrier ou par une bague de pression dont l'arrière porte à plat sur ledit rebord. Pour réduire encore davantage la résistance due au frottement au moment du vissage du dispositif de fixation, il peut 8tre opportun de recouvrir d'une matière lubrifiante les surfaces d'appui constituant l'articulation sphSérique. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description de deux de ses modes de réalisation, donnés ici uniquement à titre illustratif et sans aucur caractère limitatif ; dans cette description, on se réfère au dessin annexé sur lequel - la figure 1 représente la zone dans laquelle se recouvrent deux profilés de même section, disposés l'un dans l'autre dans le même sens et munis de rebords, ainsi que les dispositifs de liaison par serrage, de constitution différente, prévus à chacune des extrémités, - la figure 2 représente la moitié gauche d'une coupe, suivant la ligne II-II du dispositif de liaison représenté sur la gauche de la figure 1, et - la figure 3 représente la moitié droite dlune coupe suivant la ligne III-III du dispositif de liaison représenté sur la droite de la figure 1. La figure 1 représente une partie, correspondant à la zone dans laquelle ils se recouvrent et sont liés entre eux, de deux segments de profilés i et 2 disposés l'un dans l'autre dans le même sens, par leurs extrémités, et guidés longitudinalement lorsqu'ils cèdent l'un par rapport à l'autre en vainquant la résistance due au frottement, ces segments de profilés faisant partie d'un cadre de soutènement 3, en forme d'arc et constitué de plusieurs éléments, destiné aux galeries de mines.Les segments de profilés 1 et 2 ont même section droite et sont réalisés, d'une manière connue, de telle sorte qu'on puisse, dans la zone de recouvrement, les placer l'un dans l'autre dans le même sens sans coincement important et qu'ils s'appuient l'un sur l'autre au moyen de leurs bords. Les deux segments de profilés 1 et 2 disposés l'un dans l'autre dans le même sens dans la zone de recouvrement subissent un glissement relatif l'un vers l'autre suivant la direction des flèches x et z lorsque le cadre de soutènement est mis en charge par la pression du terrain qui agit sur lui en sorte que le cadre peut "céder" avant d'être déformé plastiquement de façon permanente par pliage sous l'action de sollicitations trop élevées. Pendant que le cadre "cède", les segments de profilés 1 et 2 se guident mutuellement longitudinalement au moyen de leurs bords de sorte que la résistance, qui s'oppose à ce que le cadre "cède't par glissement relatif, est déterminée par la force due au frottement réciproque des profilés dans la zone de leurs bords. Pour que la force de frottement, et par suite la résistance opposée au glissement relatif, soit aussi élevée que possible à l'intérieur des limites de la résistance à la déformation des segments de profilés, il est prévu des dispositifs de liaison par serrage 4 et 5 en forme d'étriers dont la force de serrage fixe la résistance opposée au glissement relatif. Les deux étriers de serrage 4 et 5 sont disposés à une certaine distance l'un de l'autre de telle sorte que l'étrier 4 entoure la face frontale d'extrémité du profilé intérieur 1 tandis que l'étrier 5 est prévu pour être placé dans la zone d'extrémité du profilé extérieur 2 sur la face frontale de celui-ci lorsque la liaison "cède", c'est-à-dire lorsqu'il se produit un glissement relatif des deux segments de profilés 1 et 2 l'un vers l'autre, les étriers de serrage 4 et 5 sont entraînés par les extrémités respectives des profilés 1 et 2 de sorte que leur distance croît. Les deux étriers de serrage 4 et 5 se composent chacun d'un demi-étrier supérieur 4a ou 5a recouvrant les deux profilés 1 et 2 et d'un demi-étrier inférieur 4b ou 5b entourant sur sa face inférieure le profilé extérieur 2.;Les demi-étriers présentent chacun un rebord 4c et 4d ou 5c et 5d allant en s'écartant latéralement vers l'extérieur.Sur les deux demi-étriers, les rebords jumelés respectivement 4c, 4d et 5c, 5d, à peu près parallèles, situés à une certaine distance en face l'un de l'autre de chaque côté du plan de séparation, sont serrés l'un vers l'autre au moyen de boulons de serrage 6, la force exercée par ceuxci dans le sens de leur longueur déterminant la force de serrage fournie par le dispositif de liaison et par suite la résistance qui s'oppose au glissement relatif des segments de profilés. Dans les modes de réalisation représentés, les boulons 6 sont réalisés sous la forme de boulons à crochet dont l'extrémité crochue 6a s'accroche, en passant par une ouverture 7, sur le demi-étrier supérieur derrière son rebord 4c, 5c. Sur l'extrémité filetée 6b, située à l'opposé, de chacune des vis 6 est vissé un écrou 8. Comme on peut le voir sur les figures, l'écrou 8 présente un collet 8a comportant un appendice 8b qui a la forme d'une portinn de sphère, bombée vers l'extérieur. Cette portion de sphère annulaire 8b constitue la surface d'appui de l'écrou au moment du serrage du dispositif de liaison. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 2, la surface d'appui 8b de l'écrou 8, bombée vers l'extérieur en forme de sphère, s'encastre dans une partie en creux 4e annulaire, incurvée en forme de sphère de façon correspondante, prévue sur la face inférieure du rebord 4d du demi-étrier inférieur 4b, de fa çon que l'ensemble constitue une articulation. Différant en cela du mode de réalisation de la figure 2, le mode de réalisation représenté sur la figure 3 prévoit l1in- terposition, entre l'écrou 8 et le rebord 5d du-demi-étrier inférieur 5b, d'une bague de pression 9, qui présente une surface d'appui plane du côté du rebord Sd, tandis que la surface d'ap- pui opposée à celle-ci est munie d'une partie en creux ,a sphérique dans laquelle s'engage, en vue de réaliser une articulation sphérique, l'appendice 8b de l'écrou 8, lequel appendice a une forme sphérique correspondante. Comme on peut le voir sur la figure 3, le fait d'intercaler une bague de pression 9 de diamètre intérieur relativement petit permet de dimensionner plus largement le passage laissé libre par l'ouverture prévue pour le passage du boulon de serrage 6 dans le rebord 5d du demi-étrier inferieur 5b d'autant plus que le fait de réaliser l'appui entre les surfaces d'appui par une articulation sphérique permet aux vis de serrage 6 de prendre une position en oblique sans qu'il en résulte d'inconvénients pour un rapport de transformation optimal entre le couple de vissage et la force longitudinale exercée par le boulon. Entre les surfaces d'appui constituant l'articulation sphérique on peut, Si besion est, interposer une matière lubrifiante afin de maintenir aussi faible que possible la résistance due au frottement lorsqu'on visse les écrous. Pour réduire le frottement à l'intérieur de l'articulation sphérique, il est important d'usiner avec le plus de précision possible les surfaces d'appui en contact ; il est avantageux que la couche superficielle des surfaces d'appui soit à grains fins. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'lnvention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Dispositif de liaison par serrage, en forme d'étrier, destiné à des cadres de soutènement de galeries constitués de segments de profilés disposés l'un dans l'autre dans le même sens dans la zone où ils se recouvrent et guidés longitudinalement lorsqu'ils cèdent l'un par rapport à l'autre en vainquant la résistance due au frottement, en particulier à de tels segments constitués de profilés en forme de gouttière, de préférence de même section droite, s'appuyant l'un contre l'autre par leurs bords, lequel dispositif de liaison se compose d'un demi-étrier supérieur recouvrant les deux profilés et d'un demiétrier inférieur entourant le profilé extérieur, ces demi-étriers comportant chacun des rebords allant en s'écartant latéralement vers l'extérieur, les rebords jumelés à peu près parallèles et situés à une certaine distance en regard l'un de l'autre de chaque côté du plan de séparation, ces deux demi-étriers étant serrés entre eux, afin d'assurer une résistance prédéterminée au glissement relatif des segments de profilés, ce serrage étant obtenu au moyen de boulons de serrage traversant au moins les E rebords du demi-étrier inférieur et d'écrous vissés sur ces boulons, lequel dispositif de liaison est caractérisé en ce que les écrous (8) et les rebords (4d ou 5d) de l'étrier (4 ou 5) qui sont tournés vers ces écrous sont appuyés l'un contre l'autre avec interposition de surfaces d'appui (8b et 4e ou 9a) coopérant entre elles à la façon d'une articulation sphérique. 2.Dispositif de liaison selon la revendication 1, caractérisé en ce que les surfaces d'appui (8b) annulaires des écrous (8) sont elles-mêmes incurvées en forme de sphère. 3. Dispositif de liaison selon la revendication-2, caractérisé en ce que le collet annulaire (8a) des écrous (8) présente, sous la forme d'une portion de sphère, bombée vers l'extérieur, un appendice (8b). 4. Dispositif de liaison selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les surfaces des rebords (4d) d'étrier qui sont tournées vers les surfaces d'appui (8b) incurvées en forme de sphère, des écrous (8) présentent ellesmêmes une surface d'appui (4e) annulaire incurvée en forme de sphère de façon correspondante. 5. Dispositif de liaison selon la revendication 4, carao- térisé en ce que la surface d'appui annulaire du rebord d'étrier (4d) présente la forme d'une partie en creux sphérique. 6. Dispositif de liaison selon la revenication 1, caractérisé en ce qu'entre les écrous (8) et les rebords (5d), tournés vers eux, du demi-étrier (5b) considéré sont intercalées des bagues de pression (9) qui présentent au moins d'un côté une surface d'appui (9a) incurvée en forme de sphère et qui, en combinaison avec les surfaces d'appui (bob), tournées vers ces bagues et de forme correspondante, des éerous (8) et/ou des rebords d'étrier (4d), forment l'articulation sphérique. 7. Dispositif de serrage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'articulation sphérique est formée, d'une part, par un appendice (8b), bombé vers l'ex- térieur en forme de sphère, porté par l'écrou et, d'autre part, par une partie annulaire en creux (4e ou 9a), ayant une forme sphérique correspondante dans laquelle vient se loger ledit appendice, ménagée dans le rebord d'étrier ou par une bague de pression (9) dont l'arrière porte à plat sur ledit rebord.