Brevet FR2385889A1 — publié le 19781027

La présente invention a trait à une machine pour le creusement de galeries ou de tunnels dans des roches tendres à très dures au cours de travaux souterrains, du type dont le dispositif d'abbatage se compose d'un tambour ou fraiseuse, dont l'axe de rotation est pratiquement perpendiculaire au plan du front d'abatage, cette fraise étant montee de manière rotative sur un bras pivotant. La machine selon la présente invention présente de nombreux avantages sur les machines connues, dont voici quelques-uns des plus importants: - la machine se prête au creusement de galeries à profil absolument quelconque, telles que des galeries à section parfaitement circulaire ou autre; - les outils de creusement attaquent la roche à tout moment avec une efficacité maximum; - la machine se prête au creusement dans les roches les plus dures, grâce aux fait que les couteaux peuvent être remplacés par des disques ou molettes;; - la machine n'exige pas llapplication de grandes forces exté- rieures parallèles à l'axe de la galerie pendant le creusement, - pendant le creusement aumoyen de disques ou molettes, on profite avec une efficacité maximum de la surface libre du front d'abattage et delta disposition échelonnée des disques; - le creusement s'effectue avec un seul tambour de dimensions relativement réduites par rapport à 11etendue du front, ce qui permet une réduction sensible de la puissance requise et pré- sente en outre l'avantage que l'effort requis à l'avancement de la machine lors du creusement est réduit au minimum;; - grâce à la grande stabilité de la machine, les vibrations, dont lteffet nuis-ible s'exerce surtout au niveau des organes d'abattage, sont très limitées; - - le soutènement de la roche peut se rapprocher jusqu'à proxi- mité immédiate du front; - des galeries de différentes formes et dimensions peuvent être creusées avec la même machine; - le fait que le tambour rabattage se meut dans un seul plan permet la réalisation automatique de la section voulue avec des moyens fort simples, des corrections de direction et de niveau pouvant, le cas échéant, également être faites automatiquement;; - un mode d'exécution particulier de la machine présente en outre les possibilités suivantes - le front d'abattage peut faire un angle différant de zéro avec le plan normal à l'axe longitudinal de la galerie ou du tunnel à creuser; - cet angle entre le front d'abattage et le plan normal à l'axe de la galerie peut être choisi et modifié à tout moment approprié, par exemple en fonction de la dureté de la roche; - on est en mesure d'appliquer un procédé caractéristique suivant lequel le tambour pénètre de manière quasi hélicoîdale dans le front d'abattage, par suite d'une alternance périodique d'augmentations et de diminutions de l'angle d'inclinaison du front par rapport à la position normale de ce dernier;; - la fraiseuse peut être avancée ou reculée assez loin-, sans que les étançons d'ancrage du support ne doivent être libérés; - le mur, le toit et les parois latérales des galeries ou tunnels se laissent réaliser impeccablement, indépendamment de l'angle, nul ou non, que fait le front d'abattage avec le plan normal à l'axe longitudinal de la galerie ou du tunnel; - assurer la stabilité du front, ce qui est surtout important lors du creusement en des roches tendres. Les avantages susmentionnés et autres de la machine selon l'invention pour le creusement de galeries ou de tunnels s'obtiennent grâce au fait que la machine se compose essentiellement d'un tambour ou fraiseuse d'abattage, munie d'outils de creusement (tels que des couteaux, disques ou molettes) tambour ou fraiseuse dont l'axe de rotation est pratiquement perpendiculaire au plan du front d'abattage et qui est fixée à un premier bras pivotant autour d'un axe pratiquement perpendiculaire au front et porté par un deuxième bras, monté à son tour sur un axe, qui lui aussi est pratiquement perpendiculaire au front et est articulé au châssis de la machine, tout cela de sorte que le choix judicieux de la longueur de ces deux bras et des angles de rotation de ces derniers permet d'attaquer et d'abattre toute la surface du front avec un tambour de petit diamètre. I1 est à noter que l'angle de rotation de la fraiseuse n'est pas limité, l'angle de rotation des bras étant limité ou non selon le mode d'exécution de la machine. Suivant un mode d'exécution particulier, l'axe de ladite fraiseuse et les axes desdits bras font un angle invariable ou variable, et réglable avec l'axe géométrique de la galerie ou du tunnel à creuser par la machine. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement-de la description détaillée suivante de quelques exemples d'exécution de la machine selon l'invention, donnée sans intention restrictive aucune et illustrée par les dessins annexés, où la figure 1 représente de manière schématique une vue frontale d'une machine selon l'invention; la figure 2 représente de manière schématique une vue d'en haut de la machine selon la figure 1; la figure 3 illustre de manière schématique, en vue d'en haut, une mise en oeuvre préférée à laquelle se prête la machine selon l'invention; la figure 4 représente une vue selon la flèche F4 de la figure 3; la figure 5 représente une vue latérale d'une variante d'exécution de la machine selon les figures précédentes 1-4; la figure 6 représente une variante du mode d'exécution selon la figure 5;; la figure 7 représente une vue analogue à celle de la figure 6, illustrant une deuxième position caractéristique du châssis de la machine; et la figure 8 représente une vue analogue à celle de la figure 7, illustrant deux positions de la machine perfectionnée selon l'invention pour une mise en oeuvre caractéristique. Les figures 1 et 2 représentent de manière schématique une machine selon l'invention, se composant essentiellement d'un tambour abattage ou fraiseuse 1, montée de manière rotative autour d'un axe 2, porté par un premier bras 3, qui, en l'occurrence, porte également le moteur 4 pour la commande de la fraiseuse 1. Le bras 3 est articulé au moyen d'un axe 5 à un deuxième bras 6, pivotant autour d'un axe 7. Le pivotement du premier bras 3 autour de l'axe 5 par rapport au deuxième bras 6 est, dans le cas ici décrit et illustré, commandé par des cylindres hydrauliques 8, avec limitation de l'angle de pivotement. Il va de soi que ce mouvement peut également être commandé au moyen d'une transmission par engrenages, l'angle de pivotement n'étant pas limité dans ce cas. Le pivotement du deuxième bras 6 autour de l'axe 7, dont l'angle n'est pas limité, est commandé par l'entremise d'un engrenage pla nétaire à très grand moment de rotation et situé dans le châssis 9 de la machine, châssis qui est capable de coulisser vers l'avant ou vers l'arrière sur le support. Dans la partie gauche de la figure I est dessiné un support 10, employé lorsque la galerie a un sol horizontal, tandis que le support 11, représenté dans la partie droite de la machine, s'emploie en cas de creusement d'une galerie de section circulaire. Il va de soi que le support peut être symétrique ou non selon la forme de la galerie. Ces supports 10 et 11 sont poussés vers le front par des cylindres hydrauliques 12 et 13. L'équipement de la machine décrite ci-dessus est complété par des transporteurs 14 ou 15 et, le cas échéant, par des pinces dites d'écrevisse, non dessinées, pour le chargement et l'évacuation des débris de creusement, comme il est d'usage courant dans le creusement mécanique de galeries et de tunnels. La machine est également équipée de dispositifs pour son ancrage vertical et horizontal, tels que par exemple des cylindres hydrauliques 16, ayant pour tâche de neutraliser les hautes forces de réaction exercées par la roche sur la machine. Le procédé de creusement de galeries, tunnels etc. avec la machine décrite ci-dessus dépend dans une large mesure de la dureté de la roche à abattre. En cas de creusement dans une roche tendre, ledit tambour (fraiseuse) peut être équipé de couteaux frontaux et être-pressé, dans les zones les plus tendres du front, par les cylindres 12 ou 13 dans la roche. Le front peut être intégralement abattu, grâce au pivotement du bras 6 autour de l'axe 7 et du bras 3 autour de l'axe 5 par rapport au bras 6. La pénétration frontale du tambour d'abattage dans les roches dures est difficile. En vue du creusement en des roches très dures, le tambour de la machine selon l'invention peut être équipé de disques ou molettes 17, comme le représente schématiquement la figure 2. Dans ce cas, la pénétration du tambour dans la roche peut se faire de manière hélicoïdale. A cet effet, pendant que la fraiseuse tourne, les bras 3 et 6 sont pivotés autour de l'axe 7 et le châssis 9 de la machine est poussé simultanément vers l'avant par rapport au support 10 ou 11 avec des cylindres hydrauliques ou d'autres moyens de oeiflmaffienon représentés. Lorsque le tambour se trouve à une profondeur suffisante dans le front, on abat d'abord toute la surface avant qu'on fait avancer de nouveau le châssis 9. Après quelques pas de ce genre, le support 10 ou 11 doit être avancé à son tour. Une mise en oeuvre plus simple consiste en ce qu'on fait avancer Ie support 10 (ou 11) du côté gauche au moment que le tambour se trouve en sa position extrême au côté droit du front. Le tambour est maintenant pivoté de droite à gauche, par exemple par le bas, par pivotement des brans 3 et 6 autour de l'axe 7. Dès que le tambour ou la fraiseuse se trouve en sa position extrême gauche, le support 10 (ou 11) au côté droit du front s'avance et le tambour pivote de gauche à droite par le haut. La conséquence en est une pénétration quasi hélicoïdale et en zigzag de la fraiseuse dans le front Après une ou plusieurs révolutions, le noyau restant du front est abattu. Le procédé décrit ci-dessus est illustré de manière fort schématique par les figures 3 et 4 dans le cas du creusement d'une galerie de forme circulaire. La mise en oeuvre de ce procédé n'exige pas que le châssis 9 de la machine puisse se déplacer par rapport au support 10 (ou 11), ce qui permet une simplification sensible de la construction de la machine. On obtient ainsi une machine conforme à -la description précédente pour le creusement de galeries, tunnels, etc. en des roches tendres à très dures, qui présènte tous les avantages susmentionnés et d'autres avantages sur toutes les machines de creusement connues jusqu a présent. La machine représentée par la figure 5 se compose, tout comme la machine précédente, des parties 1-7, 9, 10 et 16 et est conçue de manière que les axes susmentionnés -2, 5 et 7 des bras 3 et 6 forment un angle a avec l'axe géométr-iqueA-A de la galerie ou du tunnel 18, tout cela de manière que le front 19,- avec lequel les axes 2, 5 et 7 font un angle-pratiquement droit, fait également un angle a avec le plan perpendiculaire audit axe géométrique A-A. Le tambour 1 se compose, en vue d'une exécution impeccable du mur, du toit et des parois latérales de la galerie 18, de trois parties principales, à savoir d'une partie cylindrique centrale 20 et de deux parties tronconiques, mutuellement symétriques 21 et 22, dont l'angle de conicité est égal à l'angle susmentionné a. Les figures 6-8 ont trait à une variante du mode d'exécution illustré par la figure 5. Le tambour 1 (fraiseuse) pourra être identique à celui représenté aux figures 5 et 7 ou aux figures 6 et 8, ou avoir une autre forme quelconque appropriée, telle que la forme représentée à la figure 2. Le châssis 9 de la machine est, selon ce mode dtexécution, articulé au support 10 par deux paires de tiges 23 et 24, qui sont articulées dtune part au support 10 et d'autre part au châs- sis 9 de la machine de manière à former un quadrilatère ou un parallélogramme, qui se prête à un déplacement parallèle relativement important du châssis 9 vers l'avant ou vers l'arrière par rapport au front 19 sans déplacement du support 10. Cette liaison pourra, suivant un mode d'exécution particulier, être conçue de manière à permettre une translation rectiligne du châssis de la machine par rapport au support. Les déplacements arrière et avant du châssis 9 de la machine par rapport au support 10 s'obtiennent par exemple par commande au moyen d'un cylindre hydraulique 25, disposé entre le châssis 9 et le support 10. Pour permettre la variation de l'angle ss entre l'axe 7 et l'axe géométrique A-A de la galerie, la longueur des tiges formant ledit quadrilatère peut être augmentée ou diminuée ou bien la position des axes d'articulation du quadrilatère peut être modifiée au niveau du support ou du châssis de la machine. La figure 6 représente à titre d'exemple un des nombreux modes d'exécution répondant au but poursuivi par l'invention. La paire de tiges 24 est articulée au châssis 9 par l'entremise d'une paire de leviers 26, capable de pivoter vers le haut ou vers le bas sous la commande des cylindres hydrauliques 27. On voit que la commande des cylindres hydrauliques 27 permet un réglage judicieux de l'angle ss entre l'axe 7 et l'axe géométrique A-A de la galerie. Lorsque l'angle ss reste constant pendant le creusement de la galerie, l'abattage s'effectue à front incliné, comme le représente la figure 5. Si, pendant le creusement de la galerie, le cylindre hydraulique 27 est alternativement mis sous pression de part et d'autre de son piston, chaque fois que le tambour occupe sa position haute ou basse, la mise sous pression simultanée du cylindre 25 permet une pénétration quasi hélicoïdale du tambour dans le front. Ce fonctionnement typique de la machine de creusement à pénétration quasi hélocoidale du tambour d'abattage dans le front présente l'avantage que les couteaux ou les molettes se déplacent constamment dans le même plan pendant l'abattage de chaque moitié du front. En cas de creusement dans une roche-dure, cette pénétration exclusive ment radiale des couteaux ou des molettes présente-de grands avantages au point de vue rendement et usure.S'y ajoute l'avantage que les tambours (fraiseuses) ne doivent pas etre équipés de couteaux frontaux ou-de molettes frontales-pour la pénétration frontale du tambour dans la roche, ce qui supprime les efforts requis à la pénétration frontale des couteaux ou molettes. Afin de limiter davantage les forces à l'aplomb du front, les angles de course libre des molettes et du tambour seront choisis judicieusement. A cet-effet, le tambour 1 et sa commande peuvent être raccordés au bras 3 par un cardan de sorte à ce que l'angle exact de course libre puisse être mis au point pour chaque sens de rotation des bras 3 et 6, par exemple au moyen de cylindres. I1 va sans dire-que l'invention ne se limite pas aux exemples d'exécution décrits ci-dessus et illustrés par les dessins annexés, mais se prête à de nombreuses autres exécutions, très variables en ce qui concerne la forme et les dimensions de la machine de creusement, évidemment à condition que soit respecté son principe fondamental et que ne soit pas dépassé son cadre défini par les revendications formulées ci-après. REVENsICATIONS 1. Machine pour le creusement de galeries ou de tunnels au cours de travaux souterrains, du type dont le dispositif d'abattage comporte un tambour ou fraiseuse d'abattage, dont l'axe de rotation est pratiquement perpendiculaire au plan du front d'abattage, tambour rotatif qui est fixé à un premier bras pivotant autour d'un axe pratiquement perpendiculaire au front dlabattage, caractérisée en ce que ce dernier axe-est articulé-à un deuxième bras luimême articulé sur un axe, qui est également pratiquement perpendicu- laire au front et est articulé au châssis de la machine, la longueur de ces deux bras et leurs angles de pivotement étant choisis de manière que le tambour ou la fraiseuse est en mesure d'abattre tout le front sans que la machine ne doive se déplacer latéralement. 2. Machine de creusement selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'angle de pivotement du premier bras par rapport au deuxième bras est limité, tandis que l'angle de pivotement du deuxième bras par rapport au châssis de la machine n'est pas limité. 3. Machine de creusement selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'angle de pivotement du premier bras par rapport au deuxième bras n'est pas limité, tandis que l'angle de pivotement du deuxième bras par rapport au châssis de la machine est ou non limité. 4. Machine de creusement selon l'une ou l'autre des revendications précédentes 1,2 et 3, caractérisée en ce-que le moteur pour la commande du tambour (fraiseuse) d'abbatage fait partie du premier bras ou est monté sur ou dans ce bras, de manière à participer à ses mouvements. 5. Machine de creusement selon l'une ou l'autre des revendications 1, 2 et 3, caractérisée en ce que les outils d'abattage de la fraiseuse peuvent être des disques ou molettes. 6. Machine de creusement selon la revendication 5,-caractérisée en ce que les moments de rotation très importants agissant sur les bras, nécessaires pour exécuter les efforts de pression requis sur les disques ou molettes, sont transmis par un engrenage planétaire. 7. Machine de creusement selon l'une ou l'autre des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'axe de ladite fraiseuse et les axes de pivotement desdits bras forment un certain angle avec l'axe géométrique de la galerie ou du tunnel à creuser par la machine. 8. Machine de creusement selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'angle entre les axes de la fraiseuse et des bras, d'une part, et l'axe géométrique de la galerie ou du tunnel, d'autre part, peut être réglé à volonté au préalable et modifié à volonté au cours du creusement. 9. Machine de creusement selon la revendication 7 ou 8, ca caractérisée en ce que la surface de révolution du tambour (fraiseuse) d'abattage se compose d'une partie cylindrique médiane à laquelle se raccorde de part et d'autre une partie de forme tronconique, ces deux parties tronconiques étant mutuellement symétriques. 10. Machine de creusement selon la revendication 7 ou 8, caractérisée en ce que l'angle de conicité desdites deux parties tronconiques du tambour (fraiseuse) d'abbatage est égal ou pratiquement égal à l'angle entre l'axe du tambour et l'axe géométrique de la galerie ou du tunnel à creuser par la machine. 11. Machine de creusement selon'une ou l'autre des revendications 7-10, caractér-isée en ce que la liaison entre le châssis de la machine et le support de la machine se compose de deux paires de tiges articulées, qui, avec le chassis et le support de la machine, forment un quadrilatère ou parallélogramme d'articulation. 12. Machine de creusement selon la revendication 11, caractérisée en ce qu'entre le châssis et le support de la machine sont prévus des cylindres hydrauliques pour faire avancer le chassis par rapport au support de la machine. 13. Machine de creusement selon l'une ou l'autre des revendications 7-12, caractérisée en ce que la longueur d'au moins une des tiges dudit quadrilatère d'articulation est variable pour permettre la variation de l'angle entre les axes des bras, du tambour et du châssis de la machine, d'une part, et la direction de la galerie ou du tunnel, d'autre part. 14. Machine de creusement selon l'une ou l'autre des revendications 7-13, caractérisée en ce qu'au moins un des axes de pivotement dudit quadrilatère d'articulation peut être déplacé au niveau du châssis de la machine ou du support de la machine pour permettre la variation de l'ange entre les axes des bras, du tambour et du châssis de la machine, d'une-part, et la direction de la galerie ou du tunnel, d'autre art. 15. Machine de creusement selon l'une ou l'autre des revendications 7-14, caractérisée en ce qu'une desdites paires de tiges est articulée à l'une des extrémités d'un levier, dont l'autre extré mité est articulée au châssis de la machine, des moyens étant prévus pour placer ce levier sous un certain angle par rapport au châssis de la machine. 16. Machine de creusement selon l'une ou l'autre des revendications 7-15, caractérisée en ce que lesdits moyens consistent en un cylindre hydraulique, articulé en un point entre ledit levier et le châssis de la machine.