Brevet FR2520800A1 — publié le 19830805

La présente invention se rapporte à une tourelle de foration et de boulonnage, constituée par une poutre montée pivotante autour d'un axe à l'extrémité d'un bras- support et comportant des moyens de guidage en coulissement, suivant une direction parallèle à l'axe de pivotement de la poutre, de deux chariots, l'un pour la foration d'un trou et l'autre pour l'introduction d'un boulon dans le trou foré et pour son serrage, ainsi que des moyens de commande des mouvements d'avance et de recul des deux chariots, des moyens tels qu'un vérin étant prévus pour commander le pivotement de la poutre de manière à amener le second chariot dans l'axe du trou foré précédemment par le premier chariot, tandis que d'autres moyens tels qu'un vérin sont prévus pour déplacer en translation l'ensemble de la poutre parallèlement à son axe de piva- tement. Une tourelle de ce genre, qui trouve son application dans le domaine minier, en particulier pour les travaux de soutènement du "toit" et des "parements" d'une galerie de mine, est déjà décrite par exemple par le brevet fran- çais N O 1 359 297 Cette tourelle est équipée pour forer un trou au moyen du premier chariot qui entraîne une mèche de foration, et pour introduire ensuite un boulon dans le trou et le serrer au moyen du second chariot cons- tituant visseuse Un ancrage de l'appareil sur le "toit" ou le "parement" de la galerie est réalisé suivant l'axe de pivotement de la tourelle, pour que l'axe du boulon, avant son opération de pose, corresponde exactement à l'axe du trou foré Une telle tourelle est avantageusement associée à un magasin de boulons, de manière à pouvoir forer une série de trous et à y introduire des boulons pratiquement sans intervention manuelle. Dans la réalisation connue selon le brevet français No 1 359 297, la poutre est solidaire de deux paliers montés coulissants sur un tube, lequel est monté pivotant à l'extrémité du bras support Le vérin de commande du pivotement est articulé à un maneton solidaire du tube, -2- et une liaison en rotation par clavettes permet à la pou- tre de tourner en même temps que le tube, tout en autori- sant le coulissement de la poutre parallèlement à son axe de pivotement L'ancrage suivant cet axe de pivotement est réalisé par une pointe solidaire du tube, et le vérin dit d'escamotage ou d'avance au bloc qui commande le coulissement de la poutre le long de ce tube fait partie intégrante de la structure Tout cet agencement comporte divers inconvénients: En raison de la rotation du tube, l'usure est im- portante et le positionnement manque de précision. La présence des clavettes interdit l'utilisation de joints d'étanchéité. Le pivotement de la pointe d'ancrage, avec l'en- semble de la tourelle, entraîne un délitage du "toit" ou du parement", donc un mauvais ancrage. La course du vérin d' escamotage ou d'avance au bloc est limitée. Par ailleurs, dans la réalisation de tourelle connue à laquelle il est ici fait référence, la poutre possède une section en "H", et les moyens de guidage des deux chariots sont constitués par les deux ailes parallèles de cette poutre Les surfaces de guidage sont relativement faibles et ne peuvent être remplacées en cas d'usure De plus, cette disposition réduit la visibilité depuis le poste de travail de l'opérateur. La présente invention vise à remédier à l'ensemble des inconvénients signalés ci-dessus. A cet effet, elle a essentiellement pour objet une tourelle de foration et de boulonnage, appartenant au genre indiqué en introduction, et comprenant un tube ou une tige cylindrique muni d'une pointe d'ancrage et soli- daire d'un élément tel que caisson porté par le bras- support, tandis que la poutre comportant les moyens de guidage des deux chariots est solidaire de deux paliers montés libres en rotation et en coulissement sur le tube ou la tige précité, ces deux paliers étant reliés entre -3- eux par un second tube ou une seconde tige cylindrique parallèle à la poutre, le vérin de commande du pivotement de ladite poutre étant articulé à une bielle montée tour- nante mais immobilisée en translation sur le tube ou la tige cylindrique solidaire de l'élément tel que caisson, la bielle étant traversée, avec possibilité de coulisse- ment par le tube ou la tige cylindrique solidaire de la poutre. La tourelle selon l'invention se compose donc d'un tube ou d'une tige fixe par rapport à son caisson-support, tube sur lequel est monté, mobile en rotation et en trans- lation, un cadre formé par la poutre, par les deux paliers, et par l'autre tube ou tige On réalise ainsi les guidages pour les mouvements désirés de pivotement et de transla- tion de la poutre, tout en disposant la pointe d' ancrage sur un pièce fixe par rapport au caisson support Le vérin de commande du pivotement intervient par l'intermé- diaire d'une bielle qui tourne autour du tube ou de la tige fixe, et qui en déplaçant l'autre tube ou tige fait pivoter tout le cadre précité autour du premier tube ou de la première tige Quant à la translation de la poutre, celle-ci peut être commandée par un second vérin, dont le corps est logé au moins partiellement dans le tube ou la tige cylindrique fixe, auquel il est lié, et dont la tige a son extrémité extérieure solidaire de la poutre. Par opposition aux inconvénients signalés plus haut, l'agencement de tourelle proposée possède donc les avan- tages suivants, tout en restant simple: Diminution de l'usure et positionnement plus précis, En raison de la suppression des clavettes, possi- bilité d'utiliser des joints d'étanchéité et de raclage. Ancrage par une pointe qui ne pivote pas avec la poutre, puisqu'elle est portée par un élément fixe, donc ancrage plus efficace. Commande de translation de la poutre par un vérin indépendant, avec course plus importante. Suivant une autre caractéristique de l'invention, -4 les moyens de guidage en coulissement des deux chariots sont constitués, pour chaque chariot, par deux guides parallèles comportant chacun trois faces utiles entrant en contact avec des patins de conformation complémentaire portés par le chariot, deux des faces de chaque guide étant parallèles tandis que la troisième leur est perpen- diculaire ou sensiblement perpendiculaire, et chaque patin présentant une rainure en "u apte à être traversée par le guide correspondant. La multiplication du nombre de faces améliore le guidage des chariots et diminue l'usure, la forme parti- culière du patin lui permettant d'avoir toujours au moins trois faces en contact avec le guide correspondant, au lieu d'une seule face dans le cas de la réalisation ancien- ne évoquée plus haut La forme des carrés sur angle permet également de conserver la perforatrice dans le plan mé- dian du guide et donc de permettre l'alignement du bou- lon par rapport au trou préalablement foré Ce dispositif de guidage permet, par la grande surface de contact qu'il procure, d'éviter tout système de rattrapage de jeu fra- gile (nombreuses pièces de réglage), onéreux et qui se dérègle facilement. Avantageusement, les deux guides parallèles prévus pour le coulissement d'un chariot sont constitués par les deux parties latérales d'un même rail monté de façon amovible sur la poutre, les faces utiles de ces guides étant situées dans des plans inclinés à 45 par rapport au plan de l'âme du rail La poutre porte ainsi deux rails amovibles, pouvant être facilement remplacés au moindre coût en cas d'usure. Les âmes respectives des deux rails portés par la poutre sont situées de préférence dans des plans non parallèles, formant par exemple un angle de 60 environ, ce qui a pour résultat d'améliorer la visibilité depuis le poste de travail de l'opérateur vers la ligne de foration. Toujours dans le but d'accroître la visibilité, le - caisson-support, sur lequel est fixé le tube ou la tige cylindrique muni de la pointe d'ancrage, possède avanta- geusement une forme en "col de cygne". De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de cette tourelle de foration et de boulonnage Figure 1 est une vue de face d'une tourelle conforme à la présente invention, représentée avec ses deux cha- riots; Figure 2 est une vue de côté de la tourelle de figure 1, avec indication d'une position reculée de la poutre, les chariots n'étant pas représentés; Figure 3 est une vue en bout de cette tourelle, avec coupes partielles, en position de foration et avec indi- cation sommaire de la position de boulonnage; Figure 4 est une vue de détail, montrant le profil de la poutre et des deux rails de guidage des chariots Figure 5 est une vue en coupe partielle d'un rail, passant par la partie avant d'un patin porté par l'un des chariots; Figure 6 est une vue similaire à figure 5,mais pas- sant par la partie arrière du même patin. Sur les figures 1 à 3 est représentée une tourelle de foration et de boulonnage, désignée dans son ensemble par le repère 1, supposée orientée à l'horizontale Cette tourelle 1 est portée par un caisson-support 2, possédant une forme en "col de cygne", qui est lui-même monté bas- culant autour d'un axe 3 à l'extrémité d'un bras-support 4 porté par un engin minier, le mouvement de basculement autour de l'axe 3 étant commandé par un vérin 5 (voir plus particulièrement la figure 2). A son extrémité éloignée de l'axe de basculement 3, le caisson-support 2 porte un fût cylindrique constitué par un tube 6, ce tube étant solidaire du caisson 2 à la fois en translation et en rotation A une extrémité du tube 6 est fixée une pointe d'ancrage 7. La partie pivotante de l'appareil est constituée par une poutre 8, qui s'étend parallèlement au tube 6 et qui est solidaire de deux paliers 9 et 10 montés libres en rotation et en coulissement, par l'intermédiaire de bagues de guidage respectives 11 et 12, sur le tube 6. Les deux paliers 9 et 10 sont situés de part et d'autre du caissonsupport 2, et sont reliés entre eux par un second tube 13, parallèle au premier tube 6 et à la pou- tre 8 Cette poutre 8 porte deux rails amovibles 14 et , pour le guidage en coulissement de deux chariots 16 et 17 Le premier chariot 16 constitue une perforatrice équipée d'une mèche de foration 18, pouvant traverser un pot de captage des poussières 19 porté par une extré- mité de la poutre 8 Le second chariot 17 constitue une visseuse pour le serrage d'un boulon 20, pouvant être guidé dans une pince rétractable 21 (voir figure 3), montée pivotante sur la poutre 8. L'ensemble en forme de cadre, constitué par la pou- tre 8 et les deux paliers 9 et 10 reliés entre eux par le tube 13, avec les chariots 16 et 17 et les autres dis- positifs accessoires indiqués ci-dessus, peut coulisser le long du tube 6 et tourner autour de l'axe 22 de ce tube 6, guidé dans ces deux mouvements par les bagues respectives 11 et 12 des paliers 9 et 10. Pour commander le pivotement de cet ensemble autour de l'axe 22, il est prévu un vérin 23 dont le corps est articulé sur une chape 24 fixée au caisson 2, et dont la tige est articulée suivant un axe 25 sur une bielle 26, qui est montée tournante sur le premier tube 6, mais immobilisée en translation sur ce dernier par deux col- lerettes 27 et 28 La bielle 26 comporte un alésage 29 traversé par le second tube 13, un coulissement de ce tube 13 relativement à la bielle 26 étant possible Selon que le vérin 23 s'allonge ou se rétracte, la bielle 26 est entraînée en rotation dans un sens ou dans l'autre autour du premier tube 6 Par l'intermédiaire du second 7 - tube 13, cette bielle 26 fait pivoter autour de l'axe 22 tout l'ensemble constitué par la poutre 8, les paliers 9 et 10 et le tube 13, quelle que soit la position longi- tudinale de cet ensemble L'axe de pivotement 22 est maintenu fixe dans l'espace grâce à l'ancrage réalisé par la pointe 7, laquelle reste immobilisée en rotation. Le déplacement en translation, le long du tube 6, de l'ensemble constitué par la poutre 8, les paliers 9 et et le tube 13 est commandé par un vérin 30, dont le corps est logé dans le tube 6 et amarré à ce tube 6 en 31 La tige du vérin 30, dépassant à l'extérieur du tube 6 du côté opposé à la pointe 7, est liée à une pièce d'attache 32 fixée sur la poutre 8 Sur la figure 2 sont indiquées, en traits continus, la position la plus avan- cée de l'ensemble considéré, obtenue lorsque la tige du vérin 30 est rétractée, et en traits mixtes, la position la plus reculée de cet ensemble, obtenue lorsque la tige du vérin 30 est entièrement sortie. Comme le montrent la figure 3 et surtout les figures 4 à 6, les deux rails 14 et 15 portés par la poutre 8 comportent chacun une âme centrale 33 et deux guides latéraux symétriques 34 Chaque guide 34 se compose, lui- même, de deux parties parallèles 35 et 36, reliées entre elles par une partie 37 qui leur est perpendiculaire, les trois parties 35, 36 et 37 étant toutes situées dans des plans inclinés à 45 a par rapport au plan de l'âme 33 du rail 14 ou 15 Comme le montre la figure 4, les âmes 33 des deux rails 14 et 15 sont situées dans des plans qui forment un angle de O G environ. Chacun des chariots 16 et 17 est muni de deux patins de guidage 38 coopérant respectivement avec les deux gui- des 34 du rail correspondant 14 ou 15 Chaque patin 38 présente à cet effet une rainure longitudinale 39 de profil en "U", complémentaire du profil du guide 34 qui traverse ladite rainure 39. En se référant à la figure 1 et en considérant le chariot 16 constituant perforatrice, on note que l'effort F de traction ou de poussée sur ce chariot 16 se traduit par un couple de renversement, égal au produit de cet effort F et de la distance D entre la ligne d'application de cet effort (câble ou chaîne) et la mèche de foration 18 Ce couple a tendance à "cabrer" le chariot 16 sur le rail 14 La forme particulière des guides 34 de ce rail et des patins 38 du chariot permet d'avoir, sous l'effet de ce couple de renversement, toujours trois faces du patin 38 en contact avec le guide 34 Ces trois faces en contact ne sont pas les mêmes dans la partie avant du patin 38 (voir figure 5) et dans sa partie arrière (voir figure 6) Le guidage intérieur sur deux faces en "V", à l'avant du patin 38, procure un effet d'auto-centrage et a aussi pour résultat que le nez de la perforatrice a moins tendance à se soulever. Dans la forme d'exécution ici représentée, l'avance ou le recul des deux chariots 16 et 17, guidés le long des rails respectifs 14 et 15 par les moyens venant d'être décrits, est obtenu de façon connue par un seul organe moteur commun, constitué par un vérin 40 logé entre le tube 6 et la poutre B Le corps du vérin 40 est lié à la-poutre 8, et sa tige déplace une poulie 41 dans une gorge de laquelle passe un câble mouflé 42, qui passe aussi sur deux poulies de renvoi 43 et 44 et dont les extrémités sont attachées respectivement aux deux chariots 16 et 17 Lorsqu'on immobilise un des chariots et que le vérin 40 s'allonge, l'autre chariot est déplacé vers l'avant Le recul de l'un ou l'autre des chariots 16 et 17, commandé par la rétraction du vérin 40, est assuré par l'intermédiaire d'un dispositif inverse, constitué par un autre câble mouflé 45 passant dans une seconde - gorge de la poulie 41 ainsi que sur des poulies de renvoi 46 et 47, ses extrémités étant aussi attachées aux cha- riots 16 et 17. Enfin on rappelle, en se référant principalement à la figure 3, le fonctionnement d'ensemble de la tourelle décrite précédemment: La tourelle est initialement ancrée au rocher par la pointe 7 du tube 6, en utilisant les mouvements du bras-support 4 La poutre 8 est d'abord placée, au moyen du vérin 23 commandant son pivotement autour de l'axe 22, dans sa position de foration représentée en traits conti- nus sur la figure 3, pour laquelle l'axe de la mèche 18 -correspond à celui du trou à forer Par coulissement le long de l'axe 22, commandé par le vérin 30, la poutre 8 est en outre avancée jusqu'à ce que le pot de captage des poussières 19 vienne en contact avec le rocher Le pre- mier chariot 16 est mis en action pour forer le trou à l'aide de la mèche 18 Ensuite, ce chariot 16 est reculé puis la poutre 8 elle-même est reculée, et le vérin 23 commande le pivotement de la poutre 8 autour de l'axe 22, jusqu'à ce que le boulon 20 porté par le second chariot 17, vienne dans l'axe du trou précédemment foré Le second chariot 17 est alors mis en action pour introduire le boulon 20 dans le trou et effectuer son serrage. Après le recul de ce second chariot 17, la poutre 8 peut être ramenée dans sa position angulaire initiale, et un nouveau cycle peut commencer Un magasin à boulons 48 ou 49, porté par le caisson-support, permet d'effectuer plusieurs cycles à la suite sans intervention manuelle sur la tourelle 1. Dans le cas o les boulons sont remplacés par des tiges scellées à la résine, la poutre 8 porte en outre une canule 50 d'injection de résine, disposée entre les deux chariots 16 et 17 sur 'Le même cercle, centré suivant l'axe 22, que la mèche de foration 18; la poutre 8 est arrêtée dans une position angulaire intermédiaire pour réaliser l'injection de résine après que le trou a été foré. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de cette tourelle de foration et de boulonnage qui a été décrite ci-dessus, à titre d'exemple; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application fondées sur - le m me principe Ainsi, on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention en ayant recours a d'autres solu- tions que celle décrite pour la réalisation des moyens d'e commande des mouvements d'avance et de recul des deux chariots 16 et 17. 11 - REVENDICATIONS 1 Tourelle de foration et de boulonn-age, constituée par une poutre ( 8) montée pivotante autour d'un axe ( 22) à l'extrémité d'un bras-support ( 2 à 5) et comportant des moyens ( 14,15) de guidage en coulissement, suivant une direction parallèle à l'axe de pivotement ( 22) de la pou- tre, de deux chariots ( 16,17), l'un pour la foration d'un trou et l'autre pour l'introduction d'un boulon ( 20) dans le trou foré et pour son serrage, ainsi que des moyens de commande ( 40 à 47) des mouvements d'avance et de recul des deux chariots ( 16,17), des moyens tels qu'un vérin ( 23) étant prévus pour commander le pivotement de la pou- tre ( 8) de manière à amener le second chariot ( 16) dans l'axe du trou foré précédemment par le premier chariot ( 15), tandis que d'autres moyens tels qu'un vérin ( 30) sont prévus pour déplacer en translation l'ensemble de la poutre ( 8) parallèlement à son axe de pivotement ( 22), caractérisée en ce qu'elle comprend un tube ou une tige cylindrique ( 6) muni d'une pointe d'ancrage ( 7) et soli- daire d'un élément tel que caisson ( 2) porté par le bras- support, tandis que la poutre ( 8) comportant les moyens de guidage ( 14, 15) des deux chariots ( 16,17) est solidaire de deux paliers ( 9,10) montés libres en rotation et en coulissement sur le tube ou la tige ( 6) précité, ces deux paliers ( 9,10) étant reliés entre eux par un second tube ou une seconde tige cylindrique ( 13) parallèle à la poutre ( 8), le vérin de commande ( 23) du pivotement de ladite poutre ( 8) étant articulé à une bielle ( 26) montée tournante mais immobilisée en translation sur le tube ou la tige cylindrique ( 6) solidaire de l'élément tel que caisson ( 2), la bielle ( 26) étant traversée, avec possi- bilité de coulissement, par le tube ou la tige cylindrique ( 13) solidaire de la poutre ( 8). 2 Tourelle de foration et de boulonnage selon la revendication 1, caractériséeen ce que les deux paliers ( 9, 10) solidaires de la poutre ( 8), sont situés de part et d'autre du caisson-support ( 2). 12- 3 Tourelle de foration et de boulonnage selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la transla- tion de la poutre ( 8) est commandée par un vérin ( 30) dont le corps est logé au moins partiellement dans le tube ou la tige cylindrique fixe ( 6), auquel il est lié (en 31), et dont la tige à son extrémité extérieure solidaire de la poutre ( 8). 4 Tourelle de foration et de boulonnage selon l'une quelconque des revendications I à 3, caractérisée en ce que les moyens de guidage en coulissement des deux chariots ( 16,17) sont constitués, pour chaque chariot, par deux guides parallèles ( 34) comportant chacun trois faces utiles ( 35,36,37) entrant en contact avec des patins ( 38) de con- formation complémentaire portés par le chariot ( 16,17), deux des faces ( 35,36) de chaque guide ( 34) étant paral 11 es tandis qe la t Ioisièîme( 3 ileur est perpendiculaire ou mns-blement perpendiculaire, et chaque patin ( 38) présentant une rainure en "U" ( 39) apte à être traversée par le guide ( 34) correspondant. 5 Tourelle de foration et de boulonnage selon la revendication 4, caractérisée en ce que les deux guides parallèles ( 34) prévus pour le coulissement d'un chariot ( 16,17) sont constitués par les parties latérales d'un même rail ( 14,15) monté de façon amovible sur la poutre ( 8), les faces utiles ( 35,36,37) de ces guides étant situées dans des plans inclinés à 450 par rapport au plan de l'âme ( 33) du rail ( 14,15). 6 Tourelle de foration et de boulonnage selon la revendication 5, caractérisée en ce que les âmes respec- tives ( 33) des deux rails (-14,15) sont situées dans des plans non parallèles. 7 Tourelle de foration et de boulonnage selon la revendication 6, caractérisée en ce que les âmes respec- tives ( 33) des deux rails ( 14,15) sont situées dans des plans qui forment un angle de 60 environ. 8 Tourelle de foration et de boulonnage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée 13. en ce que le caisson-support ( 2), sur lequel est fixé le tube ou la tige cylindrique ( 6) muni de la pointe d'ancra- ge ( 7), possède une forme en "col de cygne".