Brevet FR2534310A1 — publié le 19840413

i' 2534310, La présente invention a pour objet un dispositifro- tatif pour boulon d'ancrage pour un appareillage de boulon- nage de roche, ce dispositif comportant une barre d'avance, un mécanisme rotatif monté sur la barre d'avan- ce pour un boulon d'ancrage de roche O un dispositif d'avance pour dép Lacer le mécanis- me rotatif dans La direction longitudinale de la barre d'a- vance, un outil de mandrinage muni d'une tête de pré- hension pour la tête du boulon d'ancrage, parallèle à la tige d'ancrage et est mû en rotation par le mécanisme rotatif afin de faire tourner le boulon O et un équipage mobile pour le déplacement axial de l'outil de mandrinageo Un appareillage de boulonnage de roche de ce type est utilisé pour l'installation et le fixation de boulons d'- ancrage dans des trous forés dans une roche pour le boulon= nage par soudure et Le boulonnage par ancrage de façon à meé langer le m Iatériau de soudure et de m ettre le boulon sous tension afin de-renforcer la roche dans les mines et dans des espaces formés par explosion dans la roche. Dans la technique antérieure O on connait des appa- reillages de boulonnage de roche similaires O dans lesquels le dispositif rotatif à bouton d'ancrage est pourvu d'un ouï til de mandrinage de longueur constante O monté sur le mécas nisme rotatif à rotation mais ne pouvant se déplacer axiale- ment L'outil de mandrinage est conçu pour maintenir la tâ= te du boulon d'ancrage, de sorte que cet outil de mandrinas ge entraîné en rotation par le mécanisme rotatif fait tour- ner le boulon autour de son axe en même temps que le dispo- sitif d'avance déplace le mécanisme rotatif et l'outil de mandrinage le long de la barre d'avance vers la roche afin de pousser le boulon dans le trou foré dans la roches. Lorsque la surface de la roche est inclinée ou cassée, la barre d'avancene s'étend pas toujours au droit de la surface de la roche à boulonnera C'est pourquoi dans les appareillages de boutonnage de roche de la technique antérieure, l'outil de mandrinage a été conçu suf- fisamment long de sorte qu'il atteint environ 100 à 150 mm au-delà de l'extrémité frontale de la barre d'avance, dirigée vers le roc, lorsque le dispositif d'avance est placé sur le mécanisme de rotation vers l'extrémité frontale de la barre d'avance. Toutefois, ce long outil de mandrinage du mécanis- me rotatif accroît la longueur hors tout du mécanisme rota- tif et du boulon d'ancrage Dans les tunnels de faible hau- teur,ilestdecefait nécessaire d'utiliser des boulons d'an- crage courts et, puisque la longueur de boulons nécessaire pour la consolidation du roc est en proportion de la lar- geur du tunnel, dans les tunnelsde faible hauteur, les bou- lons d'ancrage restent de ce fait trop courts. La présente invention a pour objet de fournir un dispositif rotatif pour boulon d'ancrage pour appareillage de boulonnage de roche, dispositif qui pallie aux inconvénients ci-dessus et permet un raccourcissement de la longueur du mécanisme rotatif sans perte de t L'avantage fournit par un long outil de mandrinageo Ce but est atteint au moyen d'un dispositif rotatif pour boulon d'ancrage selon l'invention, ce dispositif étant caractérisé en ce que: la tête de préhension de l'outil de mandrinage est déplaçable par rapport au mécanisme rotatif dans la di- rection longitudinale de la barre d'avance et le mécanisme rotatif est pourvu de ce disposi- tif de déplacement pour déplacer la tête de préhension de l'outil de mandrinage. L'invention est basée sur l'idée que l'outil de mandrinage est conçu de longueur réglable, ce qui fait que la longueur de l'outil de mandrinage peut être alternative- ment raccourcie et prolongée de sorte que, lorsque le méca- nisme de rotation est dans sa position de retrait, dans la- quelle le boulon d'ancrage est inséré dans le dispositif de rotation, l'outil de mandrinage présente sa longueur mini- male, et, lorsque le mécanisme de rotation est en position d'avancée, dans laquelle le boulon'd'ancrage vient s'appuyer contre La surface de la roche, l'outil de mandrinage présen- te sa longueur maximale O Du fait que, lorsque le boulon d'an- crage doit venir s'insérer dans le dispositif de rotation, l'outil de mandrinage a été réglé à sa longueur minimale, il est possible d'utiliser des boulons d'ancrage plus longs que ce qui serait possible dans un dispositif derotation pour bou- lon d'ancrage, qui serait pourvu d'un outil de mandrinage de longueur constante et dans lequel la longueur hors tout du mécanisme de rotation et du boulon d'ancrage, lorsque ce der- nier est inséré dans le dispositif de rotation, est éga Le Ce- ci est important en particulier dans les tunnels de faible hauteur Lorsque l'outil de mandrinage a été réglé b sa lon- gueur maximaleil se prolonge au-delà de la barre d'avance, de la même manière qu'un outil de longueur constante. On peut déplacer l'outil de mandrinage simplement par des éléments actionnés mécaniquement ou fonctionnant au moyen de fluide sous pression. L'invention sera décrite plus en détail ci-dessous en référence aux dessins annexés, dans lesquels: Fig 1 et 2 illustrent un appareillage de forage de roche, pourvu d'un système de boulonnage de roche à par- tir de deux directions différentes. Fig 3, 4 et 5 sont des vues schématiques du prin- cipe de fonctionnement du dispositif rotatif de boulonnage selon l'invention dans trois positions de fonctionnement différentes. Fig 6 et 7 sont des vues en coupe axiale partie L' le agrandies du mécanisme de rotation avec l'outil de man- drinage en deux positions différentes. Fig 8 est une vue frontale du mécanisme de rota- tion, et Fig 9 est une vue schématique du circuit hydrauli- que du dispositif rotatif de boulonnage. Les figures 1 et 2 illustrent une combinaison d'un appareillage de forage de roche et d'un système de boulonnage de roche L'appareillage de boulonnage de roche A comporte u- ne machine à forer rotative 1 et une barre d'avance 2 Le système de boutonnage de roche B comporte un dispositif ro- tatif de boutonnage 3, un magasin de boulons d'ancrage 4 et un dispositif chargeur 5 Ces appareillages sont supportés par un système de brasnon représentés au dessin,monté sur un trolley ou un véhicule. En tant qu'éléments principaux, le dispositif rota- tif à boulons d'ancrage 3 comporte une barre d'avance 6, un t, mécanisme rotatif 7, un dispositif d'avance 8 et un outil de mandrinage 9 Le mécanisme rotatif 7 est monté sur une mas- sette 10 et porté par la barre d'avance La massette est fi- xée à une chaîne d'avance actionnée par un moteur à fluide sous pression 11, cette chaîne déplaçant le mécanisme rota- tif le long de la barre d'avance à partir de la position en retrait représentée sur la figure 3 à la position frontale, représentée sur la figure 5 et vice-versa Le mécanisme rotatif 7 comporte un bâti 12, auquel un moteur à fluide sous pression 13 est fixé L'arbre du mo- teur entraîne une roue dentée 15 montée dans le bâti au moyen de paliers 14 Cette roue dentéeest en prise avec une couron- ne dentée 17 prévue sur un arbre rotatif en forme de man- chon 16 L'arbre rotatif est monté au moyen de patiers 18 sur le bâti de façon à être positionné dans l'axe central pa- ralllète à l'axe longitudinal de la barre d'avance A l'in- térieur de l'arbre rotatif, un arbre creux 19 faisant par- tie de l'outil de mandrinage 9 est disposé de sorte que cet arbre soit capable de glisser axialement par rapport à l'ar- bre rotatif mais soitverrouillé de façon à pivoter conjoin- tement avec l'arbre rotatif L'extrémité externe de l'arbre creux forme une tête de préhension 20, qui est pourvue d'un trou central 21 pour la tête du boulon L'arbre de l'outil de mandrinage est relié au moyen d'un boulon 22 et d'une bu- tée 25 au piston 24 d'un cylindre à fluide sous pression 23 fixé au bâti Entre l'arbre creux et le piston est prévu un léger jeu axial de sorte que cet arbre est susceptible de tourner par rapport au piston tout en se déplaçant axialement le long du piston Les liaisons de fluide sous pression du 2534310 cylindre sont désignées par les références 26 et 27 Les liai- sons de fluide sous pression du moteur 13 sont désignées par les références numériques 28 et 290 Les figures 3 à 5 illustrent le fonctionnement du dispositif rotatif de boutonnage selon l'invention, lorsque des cartouches de matériaux de fixation sont utilisées pour fixer les boulonso La figure 3 représente une situation dans laquelt le un trou 31 a été foré dans la roche pour le bouton d'an- crage et les cartouches 32 du matériau de fixation ont été poussées jusqu'au fond du trou au moyen du dispositif de chargement 5 Le boulon d'ancrage 33 a été inséré dans un dispositif rotatif pour boulons 3 de sorte que sa tête soit positionnée dans le trou 21 de la clé de mandrinage 9 p après quoi le dispositif a été disposé en alignement avec l e trou dans la roche L'outil de mandrinage a été ensuite poussé au moyen du piston 23 en une position rétractée à l'intérieur de l'arbre rotatif 16, position dans laquelle la dimension axiale B du mécanisme rotatif 7 est à son minimumo La figure 4 représente une situation dans laque L= le la massette 10 du mécanisme rotatif est déplacée le long de la barre d'avance 6 au moyen du dispositif d'avance 8, tandis que le moteur 13 du mécanisme rotatif fait tourner l'outil de mandrinage 9 au moyen de l'arbre rotatif 16 De ce faite, le boulon est poussé en rotation dans le trou de la roche, ce qui fait que Le boulon rotatif broie et mélange les cartouches du matériau de fixation 32. La figure 5 représente une situation dans laquel- le le dispositif d'avance 8 est déplacé par le mécanisme rotatif 7 jusqu'à l'extrémité frontale de la barre d'avance, tandis que le piston du cylindre 23 a poussé l'arbre de la clé dumandrinage 9 hors de l'arbre rotatif 16 La clé de mandrinage s'étend au-delà de l'extrémité frontale de la bar- re d'avance et a poussé le verrou et sa tête ou -rondelle ter- minale contre la surface de la roche Dans cette position, la dimension axiale D du mécanisme de rotation 7 est a un maximum. Afin de commander Le mécanisme rotatif selon l'in- vention, il est possible d'utiliser, par exemple, un systê- me hydraulique selon la figure 9 La direction de rotation du dispositif d'alimentation peut être commandée au moyen d'une vanne 38 Lorsque la vanne est dans la position repré- sentée sur la figure, le moteur de déplacement 11 déplace le mécanisme de rotation dans la direction d'avance Le fluide sous pression entre par L'intermédiaire de la vanne 38 et passe également à travers une contre-vanne contrôlée par pres- sion 36 à une contre-vanne 35 de commutation et en outre au cylindre de déplacement 23 de l'outil de mandrinage. De façon correspondante, la direction de rotation du moteur 13 du mécanisme rotatif de boulonnage est commandéeau moyen d'une vanne 39, ce qui fait que, lorsque la vanne est dans la position illustrée par la figure, le mécanisme de rotation fait tourner le boulon de sorte qu'il est maintenu fermement en position Le fluide sous pression entrant par la vanne 39 passe également à travers une contreovanne résistante 37 à la contre-vanne contrôlée par pression 36 et en outre au cy- lindre 23 de l'outil de mandrinage du boulon Au commence- ment de l'avance, la pression monte dans La conduite alimen- tée par l'intermédiaire de la vanne 38 plus tôt que dans la conduite alimentée par la vanne 39, ce qui fait que la contre- vanne contrôlée par pression 36 n'admet que la pression passant de la vanne 38 au cylindre 23 de l'outil de mandrinage, cet- te pression maintenant l'outil de mandrinage à sa longueur la plus faible Avant que le mécanismerotatif 7 atteigne l'extré- mité frontale de la barre d'avar ce, il vient en contact avec un cylindre d'impulsion 34 à l'extrémité de la barre d'avan- ce et au moyen du piston du cylindre pousse le liquide sous pression du cylindre hors de ce dernier Le fluide sous pres- sion est évacué dans le même canal de fluide sous pression que le fluide sous pression passant par la vanne 39, ce qui fait que la pression devient plus élevée que la pression du fluide sous pression passant à travers la vanne 38 De ce fait, la pression ouvre l'unedes voies de la vanne 36, ce qui fait que l'autre voie est ferméeet que le fluide sous pression essaie de pénétrer dans le cylindre 23 Lorsque le fluide sous pression provenant du cylindre 23 ne peut s'é- chapper par aucun autre trajet son seul chemin de sortie est le même que le canal de fluide sous pression le long du- quel le fluide sous pression provenant du cylindre d'im- pulsion 34 essaie de pénétrero Le cylindre fonctionne donc comme uncylindre différentiel dans lequel la surface d'alimen- tation efficace est la différence entre les surfaces du pistone et elle est la même que la surface transversale de la tige de piston En conséquence, lorsque le mécanisme rotatif est entraîné vers l'extrémité frontale de la barre d'avance, L'outil de mandrinage se déplace hors de l'arbre rotatif 16 o Lorsque le mécanisme rotatif a atteint L'extrémité frontale de la barre d'avance, l'outil de mandrinage a poussé Le bou- Lon d'ancrage et sa rondelle contre la surface de la roche. Lorsque le boulon est fixé, la vanne d'impulsion ne peut plus être déplacée, ce qui fait qu'une partie du fluide sous pres- sion passant à travers la vanne 39 vers le moteur rotatif 13 du mécanisme rotatifdeboutonnage s'écoule à travers la contre- vanne résistante 37 vers le cylindre 23 et pousse l'outil de mandrinage conjointement avec l'extrémité ou tête du boulon d'ancrage qui doit être fixée. Les dessins et la description correspondants ne sont donnés que pour illustrer l'idée de l'invention Dans ces détails, le dispositif rotatif de boulonnage selon l'in- vention peut être modifié en fonction de l'étendue des reven- dications Au lieu d'un système cylindre-piston de déplace- ment séparé, l'arbre de l'outil de mandrinage peut lui- même fonctionner comme piston s'il est conformé de façon appropriée L'allongement de l'outil de mandrinage peut être réalisé au moyen d'un fluide sous pression, et le raccourcis- sement, au moyen d'un ressort ou équivalent Le dispositif pour déplacer l'outil de mandrinage peut être également mé- canique De la même façon, la commande du mouvement de l'ou- tit de mandrinage peut être réalisée de n'importe quelle fa- çon pourvu qu'elle soit appropriée L'outil de mandrinage selon L'invention peut également être utilisé dans un appa- 8 2534310 reillage de fixation de bou Lon d'ancrage du même type, dans laquelle la rotation n'est pas nécessaire pendant La pose. La dimension axiale D du mécanisme rotatif de bou- Lonnage peut être réglée au moyen d'un fluide sous pression ou mécaniquement, et elle peut être remise à sa longueur mi- nimale, par exemple, au moyen d'un ressort ou équivalent. L'accouplement par fluide sous pression ou accouplement mé- canique peut être agencé de sorte qu'il soit approprié pour le fonctionnement dans chaque cas particulier. REVENDICATIONS 1 Dispositif rotatif de boulonnage pour une insu ta L Lation de boulonnage de roches ce dispositif comportant: une barre d'avance ( 6), un mécanisme rotatif ( 7) monté sur la barre d'a- vance, pour un boulon d'ancrage ( 33), un dispositif d'avance ( 8) pour le déplacement du mécanisme rotatif dans la direction longitudinale de La barre d'avance, un outil de mandrinage ( 9) pourvu d'une tête de préhension ( 20) pour la tête du boulon d'ancrage, parai- Lêle à la barre d'avance et m O en rotation par le mécanis- me rotatif, afin d'entraîner le boulon en rotation, et un dispositif de déplacement ( 23) pour le dépla- cement axial de L Uoutil de mandrinage, caractérisé en ce que la tête de préhension ( 20) de L'outi l de mandri- nage ( 9) est déplaçable par rapport au mécanisme rotatif ( 7) dans la directionlongitudinale de la barre d'avance ( 6) et le mécanisme rotatif ( 7) est pourvu du dispo- sitif de déplacement ( 23) pour déplacer la tête de préhen- sion ( 20) de l'outil demandrinage ( 9) 2 Dispositif selon la revendication 10 dans le- quel Le mécanisme rotatif ( 7) est pourvu d'un arbre rota- tif conformé en manchon ( 16) qui est en prise rotative avec un moteur rotatif ( 13, caractérisé en ce que l'outil de man- drinage ( 9) est pourvu d'un arbre ou broche ( 19) qui forme La tête de préhension ( 20) et qui est monté à l'intérieur de l'arbre rotatif ( 16) et déplaçable axialement mais non en rotation en prise avec l'arbre rotatif. 3 Dispositif selon la revendication 2, caractéri- sé en ce que L'arbre ( 19) de l'outil de mandrinage ( 9) est relié en rotation mais axialement fixe par rapport au piston ( 24) du cylindre de fluide sous pression ( 23), ce cylindre étant monté fixe dans le mécanisme rotatif ( 7). 2534310 4 Dispositif set-on la revendication 2, caracté- risé en ce que l'arbre ( 19) de l'outil de mandrinage ( 9) fonctionne comme piston d'un cylindre de fluide sous pres- sion monté fixe dans te mécanisme rotatif ( 7) ou comme ar- bre d'un écrou de guidage mécanique. Dispositif selon la revendication 2, caracté- risé en ce que l'arbre ( 19) de l'outil de mandrinage ( 9) est relié en rotation mais axialement fixe à un mécanisme-de déplacement mécanique accouplé au mécanisme rotatif ( 7).