Brevet FR2463650A1 — publié le 19810227

La présente invention concerne une machine d'insertion de tubes dans des plaques porte-tubes, notam- ment d'échangeurs de chaleur. Dans les réalisations connues, l'insertion de tubes dans des trous ménagés dans les plaques porte-tubes d'extrémité et intermédiaires d'échangeurs de chaleur néces- site l'intervention de main d'oeuvre. L'opération d'inser- tion de tubes est par conséquent longue et d'un mauvais ren- dement et elle exige un travail important, notamment lors- qu'on doit mettre en position des milliers de tubes de plu- sieurs mètres de longueur. Une machine automatique d'insertion de tubes a été décrite par exemple dans le brevet JA 16.582/1977. Du fait que, dans la machine ainsi proposé, les tubes ne sont pas mis en position de pré-insertion aussi longtemps qu'un poussoir n'a pas exécuté un mouvement alternatif complet et comme ce poussoir est entraîné de manière interrompue cette machine présente encore un rendement insatisfaisant, bien qu'elle soit plus rapide que les ouvriers pour insérer les tubes. Cette machine présente un autre inconvénient du fait que les tubes, tout en étant guidés par des rouleaux sur un support, quittent parfois ces rouleaux de guidage par flambage vers le haut, sous l'effet de la force de pous- sée qui s'exerce lorsque l'un des tubes se coince dans un trou d'une plaque porte-tubes, pour une raison quelconque. Un tel inconvénient se traduit par une perte substantielle de rentabilité dans le cas o les tubes sont formés d'acier au titane. = L'invention a en conséquence pour objet une machine d'insertion de tubes qui empêche le flambage des tubes vers le haut en cours de marche et qui permet l'in- sertion des tubes dans des plaques porte-tubes d'échangeurs de chaleur, avec un haut rendement en un temps relativement court, grâce au mouvement alternatifd un poussoir. Suivant la caractéristique fondamentale de la présente invention, la machine d'insertion de tubes com- prend un support, plusieurs guides à dents pivotantes, mon- tés à intervalles prédéterminés sur la partie supérieure d.e recevoir ce support, pour, dans une position de pivotement des dents,/ les tubes qui s'y insérent de bas en haut dans l'autre po- sition de pivotement des dents, guider les tubes par en des- sus pour les empêcher de flamber vers le haut, ainsi qu'un poussoir en forme de tablier, pouvant coulisser sur le sup- port et comportant une multiplicité de cliquets pour faire avancer les tubes sur les guides. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention sont mis en évidence dans la suite de la des- cription, donnée à titre d'exemple non limitatif, en réfé- rence aux dessins annexés dans lesquels: Fig. 1 est une vue perspective d'une machi- ne d'insertion de tubes agencée conformément à un mode pré- féré de réalisation de la présente invention. Fig. 2 est une vue latérale du poussoir en forme de tablier. Fig. 3 est une vue en plan de la partie es- sentielle de ce poussoir. Fig. 4 est une vue en coupe, à plus grande échelle de cliquets du poussoir. Fig. 5 est une vue en plan de l'ensemble de guidage. Fig. 6 est une vue en coupe à plus grande échelle selon la ligne VI-VI de la figure 5. Fig. 7 est une vue en coupe à plus grande échelle selon la ligne VII-VII de la figure 5. plus Fig. 8 est une vue latérale à/grande échelle d'une barre de guidage faisant partie de l'ensemble de la figure 5. Fig. 9 est une vue latérale à plus grande échelle d'une barre de guidage à dents pivotantes représen- tée sur la figure 5. Fig. 10 est une vue en plan de la barre de la figure 9. Fig. 11 est une vue en coupe, à plus grande é- chelle selon la ligne XI-XI de la figure 9. Fig. 12 est une vue en coupe à échelle plus grande selon la ligne XII-XII de la figure 9. Fig. 13 est une vue latérale montrant les fentes de guidage formée entre deux dents de guidage adja- centes. Fig. 14 est une vue en plan montrant une par- tie des bras de transfert. Fig. 15 est une vue en coupe à plus grande échelle selon la ligne XV-XV de la figure 14. Fig. 16 est une vue en plan aveccoupe par- tielle du dispositif représenté par la figure 15. Fig. 17 est une vue en coupe à plus grande échelle selon la ligne XVII-XVII de la figure 17. Fig. 18 est une vue en coupe selon la ligne XVIII-XVIII de la figure 17. Fig. 19 est une vue en coupe à plus grande échelle, du ratelier monté sur chaque bras de transfert. Fig. 20 est une vue latérale du poste d'ali- mentation en tubes représenté sur la figure 1. Fig. 21 est un diagramme permettant de sui- vre le processus et de transport des tubes vers l'ensemble de guidage par les bras de transfert. Telle qu'elle est représentée dans son en- semble par la figure 1, la machine 1 d'insertion de tubes conforme à la présente invention comprend un élévateur 2, un poussoir 3 en forme de tablier et pouvant glisser sur la partie supérieure de l'élévateur 2, un ensemble de gui- dage 20, un ensemble à bras 45 et un poste d'alimentation en tubes 76. En gros, des tubes 83 stockés dans une auge du poste d'alimentation 76 sont distribués un par un à tra- vers un canal de sortie, leurs extrémités étant automatique- ment saisies à l'aide d'un nez de prise (non représenté), puis les tubes sont transportés et alignés sur la tranche supérieure des bras de l'ensemble 45 qui se déplace horizontalement pas à pas. Les tubes 1 ainsi alignés sont descendus avec les bras et ils sont transférés à la partie supérieure de l'ensemble de guidage 20 placé au-dessous. Ils sont ensuite engagés dans les trous percés dans des plaques terminales et des plaques intermédiaires porte-tubes d'échangeurs de chaleur par le poussoir 3, en- trainé par un dispositif approprié. Il est à noter que le transfert des tubes vers l'ensemble à bras 45 est effectué pendant que le poussoir 3 se déplace vers l'avant. Le poussoir 3 comporte, comme le montrent les figures 1 à 4, un chariot 5 muni de galets/roulant sur des rails 4 solidaires de l'élévateur 2 ainsi qu'un ensem- edt ble 7 de têtes de poussée; le poussoir/lié à une chaine d'entraînement 9 agencée pour l'entraluer le long de l'éléva- de la figure l) cette dmroe teur 2,(vers la gauche et vers le droite/ étant elle-même entraînée par dispositif 8 monté sur la face supérieure de l'élévateur 2. Le cas échéant, le dispositif d'entraî- nement 8 peut être agencé pour permettre de sélectionner la vitesse du poussoir 3 entre, par exemple un mouvement rapi- de et un mouvement lent. L'ensemble de têtes de poussée est monté à l'avant du chariot 5 de façon à pouvoir glisser très fa- cilement en direction horizontale, c'est-à-dire transversa- lement à l'élévateur 2, sous l'action d'un vérin 10, son guidage étant assuré par des galets 11. Cet ensemble com- prend un vérin 13 et plusieurs têtes de poussée 12 qui sont chacune munies à leur extrémité inférieure, d'un cli- quet 14, Les têtes de poussée 12 sont montées sur un sup- port 15 de façon à pouvoir être déplacées ensemble vers le haut et vers le bas à l'aide du vérin 13. Les cli- quets 14, qui affectent la forme d'une fourche à trois bran- ches dans l'exemple représenté sur la figure 4 sont espacés du même pas P que les trous ménagés dans les plaques porte- tubes d'échangeur de chaleur, et ils ont une largeur supé- rieure à celle d'ouvertures prévues dans l'ensemble de gui- dage 20. Chaque cliquet 14 est monté pivotant sur un axe 17 disposé à l'extrémité d'une tige de pression 16 qui est montée élastiquement à l'intérieur de la tête de pous- sée 12 correspondante, bien queecela ne sont pas repré- senté sur les figures, de façon à tendre à repousser un galet 16a dans une échancrure 17a ménagée dans l'extrémité supérieure d'un cliquet 14 et à laisser ce dernier pivo- ter (dans le sens des aiguilles d'une montre sur la figure 2), lorsqu'une force supérieure à une valeur déterminée est exercée sur son extrémité inférieure. Ce mouvement de ro- tation du cliquet 14 est détecté à l'aide d'un moyen appro- prié (non représenté) qui assure à son tour le fonctionnement du vérin 13 dans le sens du soulèvement du cliquet 14. Il est en outre prévu un accumulateur d'air 18 servant à l'ac- tionnement des vérins 10 et 13, et des galets 19 de guidage latéral du chariot 5 sur les rails 4. Tel qu'il est représenté sur la figure 5, l'en- semble de guidage 20 reposant sur la face supérieure de l'é- lévateur 2, comprend plusieurs barres de guidage stationnai- res parallèles 22 et plusieurs barres de guidage à dents et parallèles 23, qui sont réparties et intercalées à interval- les déterminés sur la face supérieure d'un châssis rectangu- laire 21, transversalement à ce dernier. Comme le montrent les figures 6 et 7, le châssis 21 peut coulisser sur la fa- ce supérieure de l'élévateur 2 au moyen de galets 24 et sous la commande d'un vérin 25. Un potentiomètre 26 fixé sur le vérin 25 détecte le mouvement du châssis 21 (c'est-à-dire le mouvement du vérin 25). Comme l'indiquent les figures 6 et 8, il est prévu à la partie supérieure de chaque barre de guidage sta- tionnaire 22, une règle de guidage 28, montée de façon amovi- ble sur la barre 22 à l'aide de goujons27 s'engageant dans des échancrures ménagées dans des équerres 27a et compor- tant une multiplicité de rainures qui sont espacées du même pas P que celui des trous ménagés dans les plaques d'extré- mité des échangeurs de chaleur. pivotantes 23 (Fig- D'autre part, chaque barre de guidage à dents/ gures 9 à 13) comprend une règle de guidage amovible 32 qui porte à sa partie supérieure une multiplicité de tiges ou dents pivotantes de guidage 33 réparties au même pas P que que celui des trous des plaques des échangeurs de chaleur les règles 32 étant boulonnées, comme indiqué en 31, sur des équerres 31a fixées sur la face supérieure d'un bâti tubulaire 30 de section droite carrée. Comme le montre la figure 13, les dents de guidage 33 forment entre elles deux à deux, soit une rainure de guidage 34 en forme de "WU, soit après pivotement de 900 des deux tiges une rainure de guidage 35 en forme de "W'. A son extrémité inférieure, cha- que tige de guidage est fixé une broche de commande de pi- votement/qui s'étend horizontalement et qui traverse une rainure 37 ménagée dans l'une des faces latérale de la rè- gle de guidage 32. Comme le montre la figure 12, des axes 39 traversant la partie inférieure de la règle 32, portent, sur la même face de cette dernière, au moyen de roulement d'une 32 38, un galet 40. Sur les galets 40 d'une même règle/repose une barre 41 de section droite carrée qui peut coulisser parallèlement à la règle 32 sous l'action d'un vérin 42. La barre coulissante 41 porte sur sa face supérieure des plots cylindriques 44 maintenus sur cette barre, par des goujons filetés 43, au même pas d'écartement P que celui des dents de guidage 33. Chaque broche de commande de pi- votement 36 portés par une tige de guidage 33 est interpo- sée entre deux plots 44 adjacents. La dent de guidage 33 tourne d'environ 900 quand le vérin 42 est actionné. L'ensemble à bras 45 visible sur les figu- res 14 à 19 comprend une poutrelle horizontale 47 mobile verticalement le long de plusieurs poteaux 46 s'élevant sur l'élévateur 2. Chaque poteau 46 est flanqué d'une part d'un caisson de guidage de bras 48 et d'autre partd'un bloc 49 qui sont tous deux montés sur la poutrelle 47. Des galets de guidage 50 sont montés à rotation à l'intérieur du caisson de guidage 48 et du bloc 49 pour guider le lon- geron 47 sur les poteaux 46. Deux consoles 51 portées par deux faces latérales opposées de la partie supérieure de cha- que poteau 46 portent des poulies de renvoi 52 à- leurs extré- mités libres. Comme l'indiquela figure 14, il est prévu le long des poteaux 46 et parallèlement à la poutrelle 47,un arbre d'entraînement 54 sur lequel sont calés à raison de un par poteau, des tambours rotatifs 53, qui est accouplé à un moteur d'entraînement 58 par l'intermédiaire de pignons 55, 56 et d'une chaîne 57. Sur chaque tambour 53 est fixée l'une des extrémités d'un câble 59, à raison d'un par poteau dont l'autre extrémité est fixée sur une console 60, assujettie sur un côté de la poutrelle 47. Lorsque les tambours respectifs 53 sont entraînés en rotation par le moteur 58, l'ensemble à bras 45 se déplace verticalement le long des poteaux 46, avec le longeron 47, grâce aux câbles 59. Comme l'indiquent les figures 17 et 18, un bras 61 qui traverse chaque caisson de guidage 48 peut avan- cer et reculer horizontalement par engrènement d'une crémail- lère 62, fixée sur un côté du bras 61 à sa partie inférieure avec un pignon 63. Deux paires d'arbres 64 et 65 sont montés à rotation dans le caisson du guidage 48 au moyen de paliers tels que 67, à l'avant et à l'arrière dudit caisson. Ces ar- bres portent des galets d'appui 66 tandis que l'arbre infé- rieur arrière 65 porte un second galet d'appui 68, ainsi que le pignon 63. Les arbres 64 et 65 portent respectivement des galets 66 et 68 qui servent au support et au guidage du bras 61, tandis que l'arbre 65 arrière porte également le pignon 63 qui engrène la crémaillère 62 du bras 61. Les deux extrémités de l'arbre 65 arrière font saillie hors du caisson 48. Elles portent l'une et l'autre un plateau d'accouplement 69 et l'une d'entre elles (située à gauche sur les figures 14 et 18) porte, en outre,_ au moins pour l'un des caissons 48, un pignon à chaîne 70. L'arbre 65 de chaque caisson 48 est relié à celui-ci, ou ceux, du ou des caissons adjacents par un arbre de liaison 71 (figure 14) portant à chaque extrémité des plateaux d'ac- couplement assujettis chacun avec le plateau 69 du caisson correspondant.Le pignon à chaîne 70 est relié par une chaî- ne 72 à un ensemble moteur réducteur 73 porté par la pou- trelle 47 *Dans l'exemple représenté à la figure 14, on n'a montré qu'un seul ensemble 73 mais on conçoit que l'on peut disposer autant de ces ensembles, avec chaîne 72 et pignon 70, qu'il est nécessaire pour assurer la manoeuvre des bras 61 qui est décrite ci-après. Avec un tel agencement, l'ensemble d'entraî- nement 73 fait mouvoir les bras61 horizontalement par l'in- termédiaire du pignon 63 et de la crémaillère 62. Comme le montrent les figures 17 et 20, cha- que bras 61 porte, de façon amovible, un ratelier à tubes 74 qui comportent une série d'échancrures 65 réparties au même pas P que celui des trous ménagés dans les plaques d'ex- trémité, et les plaques intermédiaires des échangeurs de chaleur. Le poste d'alimentation en tubes 76 est placé au-dessus de l'ensemble à bras 45. La figure 20 montre que des chaînes 79 sont tendues entre un châssis 77 et un rou- leau tournant d'alimentation 78, une extrémité des chaînes étant fixée à la partie supérieure du châssis 77 et leur ex- trémité opposée étant fixée sur le rouleau 78, en consti- tuant ainsi l'auge de stockage 80. Un moteur 81 fait tour- ner le rouleau d'alimentation 78 dans la direction de la flèche par l'intermédiaire d'une chaîne d'entraînement 82 et il assure l'enroulement des chaînes 79 pour soulever les tu- bes dans l'auge 80. D'autre part,un autre moteur 85 fait tourner un rouleau d'alignement 84 au-dessus du rouleau d'alimenta- tion 78, dans la direction de la flèche et par l'intermé- diaire d'une chaîne 86, en assurant ainsi l'alignement des tubes relevés et les poussant un par un dans des fentes de guidage 87. Les tubes 83 engagés chacun dans une fente de guidage 87 correspondante sont automatiquement saisis à leurs extrémités par l'embout d'un outil approprié (non représen- té) puis ils sont distribués un par un sur les bras 61à par- tir de l'orifice inférieur de sortie 90, par une barre de par poussée 89 est déplacée horizontalement/un vérin 88. La machine d'insertion de tubes 1 dont la structure a été définie en détail ci-dessus fonctionne de la façon suivante. La figure 1 montre l'état o l'éléva- teur 2 a été élevé à un niveau correspondant à celui des trous placés dans la rangée supérieure des plaques de l'é- changeur de chaleur, à l'aide d'un dispositif d'entraîne- ment d'élévateur 91; le poussoir 3 a été ramené à l'extré- me gauche au moyen de la chaîne 9 qui est entraînée par le mécanisme 8 tandis que la poutrelle 47 de l'ensemble à bras a été amenée au sommet des poteaux 46 par actionnement du moteur d'entraînement 58. Dans ces conditions, après mouvement des bras 61 vers l'arrière sous l'impulsion du dispositif d'en- tra nement 73 monté sur la poutrelle 47, les tubes 83 pro- venant du poste d'alimentation 76 sont transférés un par un sur la partie supérieure des bras 61, commelindique la fi- gure 21 (A) les bras 61 étant déplacés graduellement vers la gauche de façon qu'un nombre désiré de tubes 83 soient alignés dans les échancrures 75, au dessus du poste de gui- dage 20, comme l'indique la figure 21 (B). A cet effet, on peut placer un contacteur de proximité (non représenté) dans l'orifice de sortie 90 du poste d'alimentation en tu- bes 76 de manière à détecter la présence de saillies des échancrures 75, des RATELIERS & tubes 74, et à action- ner le vérin 88 en conséquence. Ensuite, le moteur d'entraînement 58 fait descendre la poutrelle 47 avec les bras 61 à l'aide du câble, comme indiqué sur la figure 21(C) et les tubes 83 sont transférés du bras 61 dans les évidements 29 et les règles de guidage stationnaire 25, et les rainures de gui- dage en U 34 ménagées par les dents pivotantes des règles 22 et rainures 23 de l'ensemble de guidage 20- Le bras 61 est alors déplacé vers la droite à l'aide du dispositif d'entraînement 76, comme l'indique la figure 21 (D), et il est soulevé jusque dans sa position initiale par la pou- trelle 47, à l'aide du moteur d'entraînement 58. Une fois que les tubes 83 ont été transfé- rés sur l'ensemble de guidage 20, le vérin 42 est action- né ce qui fait pivoter les dents 33 et assure ainsi le maintien complet, y compris vers le haut des tubes qui, se trouvent emprisonnés verticalement dans les fentes de guidage 35 en forme de U alors ménagées entre les dents 33 desrègles 32. Pendant que le poussoir 3 avance sous l'action du mécanisme 8, les cliquets 14 des têtes de pous- sée 7 prévues sur le côté avant du poussoir poussent les tubes respectifs 83 vers l'avant et l'ensemble de guidage 20 assure leur guidage jusque dans les trous des plaques d'extrémités et des plaques intermédiaires des échangeurs de chaleur. A la fin de l'opération d'insertion des tubes 83, le poussoir se déplace vers l'arrière jusque dans sa position initiale sous la commande du mécanisme d'entrai- nement 8 etl'élévateur 2 descend jusqu'au second rang de tubes de l'échangeur de chaleur. On conçoit que pendant ce temps, des tubes 83 ont été à nouveau alignés comme indiqué sur la figure sur 21 (B),/la partie supérieure du bras 61 qui a été ramenée dans sa position haute pendant le mouvement d'avancement du poussoir 3. Ces nouveaux tubes 83 sont transférés sur l'ensemble de guidage 20 aussitôt que le poussoir 3 est re- venue à sa position initiale. Par des opérations répétées, les tubes sont automatiquement insérés dans les trous respectifs des pla- ques des échangeurs de chaleur. Comme les trous destinés à recevoir les tubes ont une position prédéterminée, il est possible de programmer les opérations d'entraînement des vérins respectifs,les règles de guidage et rateliers à tubes qui sont interchangeables pouvant être adaptées à l'écarte- ment transversal des trous. Dans le cas o un des tubes 83 se coince dans un trou pendant son insertion, le cliquet correspon- dant 14 pivote et un contacteur-limiteur (non représenté) prévu en fin de course du cliquet détecte cet état inhabi- * à tuel de manière/interrompre l'alimentation de vérin 13, interrompant l'insertion du tube correspondant en même temps que des autres. On empêche ainsi la détérioration des tubes. REVENDICATIONS perforées 1. Machine d'insertion de tubes dans des pla- ques/caractérisée en ce qu'elle comprend un support éléva- teur (2), des guides (23) à dents pivotantes (33) montés à intervalles prédéterminés sur la partie supérieure de ce support pour, dans une position des dents, recevoir les tu- bes (83) qui s'y insérent de bas en haut et, dans l'autre po- sition de pivotement des dents, guider les tubes par en des- sus pour les empêcher de flamber vers le haut, ainsi qu'un poussoir (3) en forme de tablier, pouvant coulisser sur le support (2) et comportant une multiplicité de cliquets (14) pour faire avancer les tubes sur les guides (23). 2. Machine d'insertion de tubes selon la re- vendication 1, caractérisée en ce que les guides (23) sont mobiles transversalement à l'élévateur (2) sous l'action d'uniérin (25). 3. Machine d'insertion de tubes selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que l'élé- vateur (2) est mobile verticalement et porte également des guides stationnaire22servant à guider les tubes (83) un par un à un écartement prédéterminé ainsi que des bras (61) mobile à la fois verticalement et horizontalement de façon à amener les tubes sur les guides stationnaires (20) et à dents pivotantes (23). 5 4. Machine d'insertion de tubes selon la revendication 3, caractérisée en ce que les bras (61) sont entraînés verticalement le long de poteaux (46) fixés sur l'élévateur (2), au moyen d'un câble (59) et horizontale- ment à l'aide d'un mécanisme à crémaillère et pignon (62, 63). 5. Machine d'insertion de tubes selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'un ratelier à tubes (74) est assujetti de façon amovi- ble à la partie supérieure de chaque bras (61). 6. Machine d'insertion de tubes selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les cliquets tournants (14) sont montés à pivotement et sont verrouillés élastiquement de manière à pouvoir pi- voter lorsqu'ils sont soumis à une force d'une grandeur su- périeure à une valeur déterminée. 7. Machine d'insertion de tubes selon la revendication 6, caractériséeen ce que la rotation des cli- quets (14) est détectée à l'aide d'un détecteur approprié qui fournit un signal de sortie servant à actionner un vé- rin (13) agencé pour les relever.