Brevet FR2478159A3 — publié le 19810918

FR 2478159 A3 19810918 FR 8023933 A 19801107 Engin excavateur continu La présente invention concerne de façon générale des engins d'excavation de puissance et plus particulièrement un engin d'excavation et de transport combiné conçu pour excaver et transporter de grandes quantités de matériaux tels que des minerais dans une mine. Pour de nombreux travaux miniers, il faut que les forces mises en oeuvre pour l'excavation ou le concassage soient de l'ordre de 100 000 kg, et dans le même temps, pour des raisons d'organisation du travail, il faut que les matériaux excavés soient évacués à des vitesses approchant tonnes à l'heure. Les deux exigences pratiques qui viennent d'être mentionnées ne peuvent être obtenues avec les engins actuellement existants. Il est possible par exemple que des dispositifs mécaniques tels que des rétro- caveuses et des chargeurs à benne frontale puissent fournir les forces nécessaires, mais ils n'ont pas la capacité d'évacuer des quantités de matériaux aussi importantes. D'un autre côté, certaines têtes rotatives montées sur flèche peuvent évacuer les matériaux à des vitesses correc- tes, mais elles sont d'une part incapables de fournir les forces nécessaires et elles engendrent d'autre part des composantes de force tendant à déplacer l'ensemble de l'engin latéralement, ce qui ne lui permet pas de fonc- tionner. Ces deux problèmes sont encore aggravés quand on désire effectuer l'excavation et le transport de matériaux dans une galerie minière dont les dimensions latérales ne dépas- sent pas, comme c'est le cas habituellement, une hauteur de 1,8 m environ et une largeur de 1,5 m environ, du fait que les forces de concassage ou d'excavation qui ont été mentionnées sont alors suffisantes pour soulever ou déplacer transversalement le dispositif porteur et mobile de l'engin. Ces problèmes seraient moins graves s'il était possible, comme c'est le cas dans certaines applications de surface, de monter un contrepoids à l'arrière et en ligne avec la flèche ou le bras d'excavation, de manière à pouvoir osciller avec lui. Dans l'espace confiné qui est disponible pour les travaux d'excavation dans une galerie de mine, et que le présent dispositif souhaite pouvoir être capable d'effectuer, une telle solutionest hors de question. La présente invention cherche à surmonter les problèmes qui viennent d'être mentionnés en disposant des contrepoids bien à l'arrière du châssis mobile d'un engin excavateur continu et bien à l'extérieur en direction latérale de ce châssis mobile. Selon l'invention, ce résultat est obtenu en équipant le châssis mobile de lourds éléments allongés reliés rigidement sous forme d'une canalisation allongée, d'une suspension à la Cardan supportée entre les éléments supérieurs et inférieurs du châssis de manière à pouvoir pivoter autour d'un axe sensiblement vertical adjacent à une extrémité du châssis, et d'une flèche d'excavation montée de façon à pouvoir être amenée à la position voulue par pivotement autour d'un axe transversal de ladite suspension à la Cardan. La présente invention concerne également une chaîne de godets sans fin comprenant une série de godets excavateurs, un axe-charnière reliant des godets adjacents l'un à l'autre pour qu'ils puissent pivoter, et au moins deux paires de pignons montés aux extrémités opposées de la dite chaîne. L'engin d'excavation continu a un profil ou contour minimal qui permet de l'utiliser dans une zone confinée telle qu'une galerie de mine, tout en étant capable de fournir les forces nécessaires à l'excavation et au trans- port des matériaux excavés à une vitesse suffisamment élevée et approchant 100 tonnes à l'heure. Les dimensions latérales du lourd châssis allongé sont limitées de manière qu'il puisse passer dans une galerie dont les dimensions ne dépassent pas 1,8 m en hauteur et 1,5 m en largeur, ce châssis étant cependant suffisamment lourd pour supporter les forces auxquelles il est soumis pendant l'excavation et le transport des matériaux. Plus particulièrement, le châssis allongé comprend de lourdes parois latérales, se présentant de préférence sous forme de 2478 '159 quatre plaques ou parois latérales, les éléments de chaque paire étant soudés ou reliés de toute autre façon l'un à l'autre au niveau de leurs arêtes, disposés longitudinale- ment dans une direction généralement horizontale et four- nissant une masse totale approchant 50 tonnes. Comme indiqué ci-dessus, les paires de plaques latérales sont reliées par des plaques d'entretoisement transversales déterminant un élément ayant la configuration d'une canali- sation ou d'un caisson qui, en vue de sa mobilité, est supporté sur des éléments de support mobiles tels que des chenilles sans fin disposées de préférence en dessous du châssis pour réduire sa dimension latérale. De plus, les chenilles sont de préférence supportées de manière à faire saillie vers l'avant à partir de l'extrémité avant du châssis qui, de son côté, se prolonge à l'arrière de l'extrémité arrière des chenilles, à l'endroit o est monté un moteur électrique ou tout autre engin fournissant de la puissance et qui sert non seulement à faire effectuer à l'engin les mouvements nécessaires mais également, en liaison avec les plaques du châssis, de contrepoids s'oppo- sant aux forces d'excavation, ces dernières étant appliquées à une certaine distance à l'avant de l'extrémité avant du châssis par une flèche d'excavation. Comme indiqué également ci-dessus, la flèche d'excava- tion est montée sur une suspension à la Cardan et elle pivote autour d'un axe sensiblement vertical disposé à la partie avant du châssis, permettant un mouvement de pivo- tement latéral au-delà du contour latéral du châssis, et également autour d'un axe transversal qui lui permet de pivoter aussi bien vers le haut que vers le bas au-delà de la dimension verticale du châssis, autorisant ainsi des travaux de creusage de galeries de dimensions latérales suffisantes pour que. la totalité de l'engin puisse s'y déplacer lors de l'excavation et de l'évacuation continue des matériaux. La flèche d'excavation comprend avantageusement des plaques latérales espacées, supportées par la suspension à la Cardan mentionnée et portant à leurs extrémités opposées les pignons mentionnés qui supportent la chaîne sans fin 'de godets qui se déplace sans arrêt sous l'action de moteurs hydrauliques alimentés de leur côté par une pompe hydrau- lique reliée au même moteur électrique. Du fait des forces très importantes qui sont nécessaires à l'excavation, la chaîne hydraulique de godets comprend de préférence des godets pourvus de dents de creusage ou d'excavation susceptibles d'être facilement remplacées, ainsi que des axes communs coopérant avec les-charnières et pourvus d'extrémités élargies qui sont en contact avec les pignons d'entraînement, de sorte que pendant le fonctionne- ment de l'engin les extrémités élargies de l'arbre tournent sur les pignons et amènent la partie centrale de l'arbre à' tourner en contact avec les charnières, répartissant ainsi régulièrement l'usure de l'arbre. Les extrémités excavatrices des godets qui viennent en contact avec les matériaux à extraire ou à excaver se déplacent vers le haut de façon que les forces de creusage *soient contre-balancées par le poids total du châssis et des autres éléments de l'engin tels que le moteur et les chenilles sans fin qui ont été mentionnés. Même lorsque la chaîne de godets est pivotée latéralement et forme un certain angle avec l'axe de l'engin, le poids important des plaques latérales opposées se comporte comme un contrepoids efficace. Les godets sont de préférence disposés de manière à décharger les matériaux excavés sur une extrémité d'un transporteur sans fin disposé avantageusement à l'arrière entre les plaques du châssis déjà mentionnées. A son extrémité éloignée située audelà du châssis, le dispositif transporteur peut de son côté décharger les matériaux dans un camion ou tout autre réceptacle d'évacuation approprié vers un poste de traitement ou un emplacement de stockage. L'invention, telle qu'elle vient d'être brièvement résumée, sera maintenant mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit d'une structure présentée à titre d'exemple et représentée sur les dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue latérale en élévation d'un engin d'excavation continu mettant en oeuvre l'invention, la figure 2 en est une vue en plan de dessus, la figure 3 est une vue en coupe transversale selon la ligne 3- 3 de la figure 1 représentant le montage de la suspension à la Cardan de la flèche excavatrice et des détails de la structure des godets, la figure 4 est une vue en coupe longitudinale fragmen- taire de la flèche excavatrice et représentant des détails additionnels de sa constitution, et la figure 5 est une vue en coupe transversale selon la ligne 5-5 de la figure 4, représentant des détails addi- tionnels de la structure de la flèche d'excavation. Si on se réfère d'abord aux figures 1 et 2, l'engin excavateur continu qui met en oeuvre la présente invention comprend un châssis principal 10 dont la plus grande partie du poids est concentrée dans les parois latérales 12, 14 sensiblement verticales, constituées chacune de préférence par une paire de plaques contiguës soudées ou fixées de toute autre manière par leurs arêtes avant, arrière, supérieures et inférieures. Les plaques du châssis sont reliées par des entretoises transversales 16, 18 de telle sorte que la configuration d'ensemble du châssis se présente sous la forme d'une canalisation creuse ou d'un caisson, à l'intérieur duquel certains éléments additionnels de l'engin peuvent être logés, comme cela sera expliqué plus en détail ci-dessous. Pour donner de la mobilité au lourd châssis principal et allongé 10, une paire de chenilles sans fin et classiques est montée en dessous, de façon habituelle et dans une position telle que les chenilles soient confinées à l'intéri- eur du contour latéral du châssis de manière que sa largeur totale soit inférieure à 1,5 m, les chenilles ayant par ailleurs une hauteur telle que lorsqu'elle est ajoutée à la hauteur des plaques latérales la dimension verticale de l'ensemble de l'engin soit inférieure à 1,5 m. Ainsi, l'ensemble du châssis allongé et des dispositifs mobiles et porteurs qui lui sont associés peuvent passer facilement dans une galerie dont les dimensions latérales ne dépassent pas environ 1,8 m en hauteur et 1,5 m en largeur. La puissance nécessaire aux chenilles et à certains dispositifs additionnels qui seront décrits plus loin est fournie par un moteur électrique 22 de puissance appropriée qui est monté à l'extrémité arrière du châssis principal 10 sur l'une des entretoises transversales mentionnées, la transmission effective qui le relie aux chenilles étant classique et de ce fait non décrite en détail. Dans une zone adjacente à une extrémité avant du châssis principal allongé 10, les entretoises transversales supérieures et inférieures 16 qui ont été mentionnées sont reliées rigidement aux parois latérales 12, 14 pour suppor- ter les axes 24, 26 de la suspension à la Cardan qui supporte en rotation une cage ouverte et rectangulaire qui, comme le montre au mieux la figure 3, peut pivoter autour d'un axe sensiblement vertical lequel, de son côté, supporte de façon pivotante sur un axe transversal 301es plaques latérales parallèles 32, 34 d'une flèche excavatrice indiquée dans son ensemble en 36, permettant son positionne- ment par pivotement autour d'un axe transversal, l'ensemble étant tel que la flèche excavatrice puisse être pivotée aussi bien verticalement que transversalement sur une distance suffisante pour que son extrémité puisse se déplacer au-delà du contour latéral et vertical du châssis de support décrit, comme indiqué par les lignes en pointil- lés des figures 1 et 2, permettant ainsi l'excavation d'une galerie et autorisant ensuite le passage de l'ensemble du châssis. Les plaques latérales 32, 34 de la flèche excavatrice 36 sont associées latéralement l'une à l'autre par de simples entretoises rigides métalliques 38 et leur surface externe supporte des rotules 40, 42 de manière à déterminer des joints universels avec des coussinets sphériques 44, 46 prévus aux extrémités avant de vérins hydrauliques à double effet 48, 50 dont les extrémités opposées sont reliées de façon universelle à un prolongement avant iQa du châssis principal 10 au moyen de joints sphériques à rotule similai- res 52, 54 autorisant le réglage en direction verticale et horizontale de la flèche d'excavation par le mouvement des vérins hydrauliques 48, 50 obtenu par une pompe hydraulique 56 elle-même entraînée par le moteur électrique 22 précédemment décrit. Une soupape (non représentée) est associée de façon classique à chaque vérin hydraulique et est prévue pour fournir la pression hydraulique à l'une ou à l'autre extrémité du vérin qui lui est associé, de manière,et comme on le verra,que si les deux soupapes sont ouvertes dans une direction, les deux vérins hydrauliques sortent ou se rétractent pour soulever ou abaisser la flèche excavatrice, alors que si une soupape est ouverte dans une direction et l'autre dans la direction opposée, la flèche soit-entraînée selon un mouvement latéral, par exemple pour atteindre la position indiquée en pointillés sur la figure 2. Entre les extrémités opposées des plaques latérales 32, 34 de la flèche qui ont été décrites sont montés des pignons de chaîne 58, 60 espacés latéralement et aux extré- mités de tubes 62, 64, clavetés sur des arbres de montage, dont l'un est l'arbre 30 (voir figure 3) précédemment décrit et l'autre est un arbre de renvoi 66 (voir figure 4) supporté de façon rotative entre les plaques latérales 32, 34 à l'extrémité libre et éloignée de la flèche d'excavation 36. Chaque paire de pignons coopère avec les extrémités opposées élargies d'un axe-charnière 68 monté entre les pignons espacés latéralement de façon à les associer l'un à l'autre et traversant de façon rotative une connexion du type d'une charnière à piano se présentant sous forme de charnières 70, 72 à emboîtement mutuel à l'avant et à l'arrière de godets excavateurs adjacents 74, et consti- tuant les éléments d'excavation de matériaux de l'engin. Du fait que des forces considérables sont en jeu lors de l'excavation, les extrémités élargies de l'axe 68 tournent en n'étant soumis qu'à une friction de roulement sur le pignon associé, ceci pour réduire la friction par glissement et allonger considérablement la durée de vie des éléments en cause. En outre, on verra que chaque axe-charnière 68 qui est commun à l'extrémité avant d'un godet et à l'extré- mité arrière du godet adjacent tourne dans les charnières , 72, répartissant ainsi l'usure et maintenant la rondeur de l'axe et des charnières. Pour tenir compte de la très forte usure à laquelle les extrémités excavatrices des godets excavateurs sont soumises, on utilise des dents dures 76 remplaçables, et représentées au mieux sur la figure 5, chaque dent comprenant un conne- xion en queue d'aronde disposée entre elle-même et son élément de support, ce qui facilite son remplacement quand elle est usée à la suite d'une période de travail prolongée. La chaîne de godets montée sur les pignons est prévue pour tourner dans le sens des aiguilles d'une montre, comme indiqué sur la figure 1, et elle est entraînée par une paire de moteurs hydrauliques 80, 82 reliés aux extrémités opposées de l'arbre 30 sur lequel sont montées les pignons à l'extrémité interne de la chaîne de godets au moyen d'engrenages réducteurs appropriés 84, 86, les moteurs hydrauliques étant chacun capables de fournir jusqu'à 150 CV quand ils sont soumis à l'action de la pompe hydraulique 56 entraînée par le moteur électrique 22 précédemment décrit. L'utilisation du mécanisme de manoeuvre hydraulique décrit permet de faire facilement varier la puissance nécessaire en fonction de la résistance des matériaux auxquels s'attaque la chaîne de godets excavateurs. Quand les godets sont en contact avec les matériaux, comme on peut le voir facilement sur la figure 1, ils se déplacent séquentiellement en direction ascendante et ils tendent à faire tourner ou pivoter l'ensemble de l'engin autour d'un axe de pivotement transversal à l'avant des chenilles. Du fait que ce point de pivotement est à l'avant de la plus grande partie du poids du lourd châssis et des éléments montés sur lui, des forces considérables peuvent être engendrées sans déplacer le châssis autour de cet axe transversal, ce qui assure l'application recherchée de la force pendant l'excavation. En outre, si la flèche excava- trice 36 fonctionne après avoir été pivotée latéralement comme indiqué en pointillés sur la figure 2, les composan- tes de la force de réaction qui tendent à faire tourner le châssis principal 10 autour de son axe longitudinal sont contre-balancées par le poids de la paroi latérale opposée. Les matériaux excavés et transportés par les godets excavateurs sont déversés, lorsque ces godets passent successivement sur les pignons arrière 58, sur un trans- porteur sans fin approprié 88 disposé en dessous et monté pour transporter les matériaux déposés sur lui au-delà de l'extrémité arrière du châssis et à une hauteur plus importante de manière que les 'matériaux transportés sur la courroie puissent être déversés dans un camion ou tout autre réceptacle approprié (non représenté) en vue de leur évacuation et de leur traitement ultérieur. Le transporteur 88 est supporté entre les plaques du châssis et est entraî- né par l'intermédiaire d'une connexion appropriée qui le relie au moteur 22. Il est clair que de nombreuses variantes et/ou modifi- cations de la structure qui a été spécifiquement décrite peuvent être apportées sans s'écarter du l'esprit de l'invention, et la description qui vient d'être faite d'un mode de réalisation doit être considéré comme simplement exemplaire et non limitative, le champ d'application effectif dé l'invention n'étant déterminé que par les revendications annexées. REVENDICATIONS 1. Engin excavateur continu, caractérisé en ce qu'il comprend un châssis mobile comportant des organes lourds reliés rigidement de façon à constituer une canalisation allongée, une suspension à la 'Cardan supportée entre les organes supérieurs et inférieurs du châssis de manière à pouvoir pivoter autour d'un axe sensiblement vertical adjacent à une extrémité du châssis, et une flèche d'exca- vation dont la position peut être réglée par pivotement autour d'un axe transversal de ladite suspension à la Cardan. 2. Engin excavateur continu selon la revendication 1, caractérisé en ce que les organes du châssis comprennent quatre lourdes plaques reliées au niveau de leurs arêtes pour constituer une canalisation allongée dont la longueur est sensiblement plus importante que la largeur. 3. Engin excavateur continu selon la revendication 1, caractérisé en ce que les organes du châssis comprennent des parois latérales verticales espacées verticalement et s'étendant sur toute sa longueur. 4. Engin excavateur continu selon la revendication 1, caractérisé en ce que le châssis mobile comprend des dispositifs moteurs mobiles disposés en dessous des organes du châssis à l'intérieur de sa dimension latérale. 5. Engin excavateur continu selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour déplacer suffisamment la flèche autour de son axe de pivotement pour que l'extrémité de la flèche puisse être disposée à l'ex- térieur du contour latéral du châssis. 6. Engin excavateur continu selon là revendication 1, caractérisé en ce que la suspension à la Cardan est suppor- tée à sa partie supérieure et à sa partie inférieure de manière à pouvoir pivoter autour de l'axe vertical. 7. Engin excavateur continu selon la revendication 1, caractérisé en ce que la flèche d'excavation comprend une chaîne de godets excavateurs sans fin destinée à creuser les matériaux qui sont en contact avec son extrémité avant et à décharger ces matériaux à son extrémité arrière entre les organes dudit châssis mobile. 8. Engin excavateur continu selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens transporteurs qui transportent les matériaux provenant de la chaîne de godets à une extrémité du châssis et qui transportent les matériaux reçus à l'extrémité éloignée du châssis. 9. Engin excavateur continu selon la revendication 7, caractérisé en ce que la chaîne de godets sans fin comprend une série de godets excavateurs, les godets adjacents étant reliés de façon. pivotante par un axe charnière commun, et une paire de pignons de chaîne espacés montes de façon rotative à chaque extrémité de la flèche et supportant les extrémités opposées de chacun desdits axes ccumuns 10. Engin excavateur continu selon la revendication 9, caractérisé en ce que chacun des axes comprend des extré- mites élargies prévues pour coopérer avec lesdits pignons de chaîne. 11. Engin excavateur continu selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens transporteurs supportés sur le châssis et disposés pour recevoir les matériaux provenant des godets et transporter ces matériaux. au-delà de l'extrémité opposée du châssis. 12. Chaîne de godets sans fin, caractérisée en ce qu'elle comprend une série de godets excavateurs, un axe charnière reliant l'un à l'autre des godets adjacents pour qu'ils puissent effectuer un mouvement de pivotement, et au moins deux paires de pignons montés pour coopérer avec les extrémités opposées de ladite chaîne. 13. Chaîne de godets sans fin selon la revendication 12, caractérisée en ce que chacun des axes-charnières est élargi à ses extrémités opposées pour coopérer avec lesdits pignons de chaîne. 14. Chaîne de godets sans fin selon la revendication. 12, caractérisée en ce que chacun des godets est pourvu de dents amovibles qui attaquent les matériaux. 15. Chaîne de godets sans fin selon la revendication 12, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens d'entraî- nement hydrauliques destinés auxdits pignons de chaîne.