Brevet FR2555655A1 — publié le 19850531

1.- "Machine abatteuse-chargeuse pour le creusement de tunnels, comportant un support d'outils, équipé d'outils de coupe et déplaçable par entraînement." La présente invention concerne une abatteuse-char- geuse pour le creusement de tunnels, comportant un support d'outils équipé d'outils de coupe et déplaçable par un en- traînement. Il est connu, pour le creusement de galeries souter- raines, d'utiliser des machines dites à découpage total. Celles- ci présentent une tête de coupe rotative autour d'un axe hori- zontal, qui est équipée avec des ciseaux rotatifs ou outils de coupe analogues. Des machines de ce genre ne peuvent produire que des galeries à section transversale circulaire, et le diamètre de cercle pouvant être produit par une machine déter- minée ne peut pas, normalement, être modifié. Il est également connu de réaliser des galeries sou- terraines à l'aide de machines dites à découpage partiel. De telles machines comportent un bras mobile à l'extrémité du- quel est prévu un outil de fraisage. Par une commande appro- priée des mouvements du support d'outils, il est possible de réaliser des sections transversales de types différents. La précision de section transversale de la galerie en question dépend cependant largement de l'adresse du conducteur de la machine, et la machine ne peut, qu"avec une dépense importante être commandée suivant un programme spécial. Le débit des machines de ce genre est cependant relativement faible parce 2.qu'une petite partie du front de taille peut seulement être traitée par l'outil. La présente invention a pour but de proposer une machine qui, d'une part, peut réaliser, avec une grande préci- sion, des galeries avec des formes de section transversale de types différents, et qui, d'autre part, peut être consti- tuée avec des moyens de construction extrêmement simples. Ce problème est résolu, conformément à l'invention, par une machine caractérisée en ce que le support d'outil est constitué par au moins un bras qui est monté pivotant autour d'un axe vertical, sur lequel les outils d'entaillage sont disposés le long d'une ligne qui correspond à une moitié laté- rale du profil de la galerie à réaliser, ce support d'outil étant relié à un entraînement qui lui communique des déplace- ments de va et vient. Grâce à cette disposition, la machine de creusement conforme à l'invention, produit dans le front de taille un espace creux dont la courbe enveloppe correspond à la section transversale de galerie désirée, la paroi frontale ayant en plan une forme concave en demi-cercle. - Avantageusement, la machine conforme à l'invention, est équipée d'un support d'outils à deux bras, qui enferment entre eux, un angle d'environ 90 degrés, et qui sont dépla- çables en va et vient d'environ 90 degrés. Par rapport à une construction avec un seul support d'outils déplaçable en va et vient sur un angle de 180 degrés, la machine de ce dernier type fournit un débit plus élevé dans une roche appropriée. En même temps, l'entraînement en pivotement pour le support d'outils se trouve simplifié, parce que, dans le cas d'un dis- positif pivotable sur 180 degrés, il est nécessaire de pré- voir comme entraînement en va et vient, un dispositif consis- tant en un cylindre à fluide hydraulique et crémaillère. Une disposition particulièrement judicieuse conforme à l'invention, consiste en ce que les deux bras sont montés pivotants sur des excentriques décalés entre eux de 180 degrés 3.- et, étant par eux-mêmes pivotables de 180 degrés sur ces ex- centriques. De cette manière, il est possible de faire pivo- ter chaque fois, l'un des bras du support d'outils autour d'un centre de rotation placé plus en avant et d'amener ainsi ce bras à agir avec ses outils de coupe sur la paroi du tunnel, tandis que l'autre bras du support d'outils se déplace autour du centre de rotation placé davantage en arrière, sans atta- quer la paroi du tunnel. Par une manoeuvre cadencée de rota- tion des arbres excentriques, chacun des deux bras peut être amené en action sur la profondeur d'entaillage désirée avec ses outils de coupe pendant que ceux-ci balaient la moitié du front de taille. D'autres particularités avantageuses de l'invention résultent de la description ci-après avec référence aux des- sins annexés dans lesquels: - les figures 1 A-B-C, montrent trois exemples de section transversale de galerie qui peuvent être réalisés avec la machine conforme à l'invention, - la figure 2 est une vue en plan schématique d'un exemple de réalisation de la machine conforme à l'invention. - la figure 3 est une vue en plan schématique d'un autre exemple de réalisation, - la figure 4 est une vue en coupe horizontale de l'arbre excentrique, - les figures 5a à 5e montrent le déroulement des phases de travail avec la machine des figures 3 et 4. - la figure 6 est une vue en élévation latérale de la machine, - les figures 7a à 7b montrent un autre exemple de réalisation de la machine dans deux positions différentes de travail, - les figures 8a à 8b concernent un autre exemple de réalisation également dans deux positions de travail diffé- rentes. Dans la figure 1 sont représentées trois formes de 4- section transversale comme exemples d'un tunnel à réaliser avec la machine conforme à l'invention. Dans la figure A, il s'agit d'un profil en forme d'arc de type courant. Dans la figure B, est reproduite une section transversale de gale- rie qui correspond à la moitié inférieure du profil de A et possède, en conséquence, une forme de trapèze. La figure C représente une galerie souterraine à section transversale rec- tarngulaire. Pour réaliser le profil de la figure 1A, on utilise un support d'outils 6a qui présente, comme le montre la figu- re 2, deux bras (dont seul le bras 7a est visible). Il s'agit là d'une sorte de cadre, dont le pourtour extérieur correspond au demi-profil de la galerie à réaliser. Sur le bord extérieur de ce bras 7a se trouvent un certain nombre d'outils de coupe i 5 9, par exemple des ciseaux à disques, lesquels, lors du pivo- tement en va et vient du bras 7a, entaillent dans la roche, le profil désiré autour de l'axe médian vertical (figure 2). Le profil de galerie suivant la figure 1B, résulte en correspondance de l'action d'un bras de forme modifiée 7b, qui est équipé, sur son pourtour extérieur, qui suit le pro- fil de la galerie, avec des outils de coupe 9. Le mode de travail, avec cette constitution du bras, est identique à ce- lui prévu pour la figure 1A. Il en est ainsi également dans le cas du profil de galerie rectangulaire représenté dans la figure 1C, avec le bras 7c équipé avec des outils de coupe. Dans tous ces exem- ples de réalisation, il est à souligner que, par une disposi- tion appropriée des outils de coupe 9, on réussit à réaliser des angles nets et propres dans le profil de la galerie. Il est également possible de réaliser directement des galeries avec profil dissymétrique, par exemple en combinant un bras 7b avec un bras 7c. On obtient alors un profil qui correspond, dans une moitié, à la forme B et dans l'autre moitié, à la forme C. Dans la figure 2 est représenté un exemple de réali- sation d'une machine de creusement progressif de tunnel conforme 5.- à l'invention, vue en plan, schématique. La machine se compose d'un châassis 1 qui s'appuie con- tre la paroi du tunnel à l'aide de griffes rétractables et expansibles 2, actionnées par des cylindres de vérins hydrau- liques 3. Sur le châssis 1 est disposé un vérin d'avancement 4 fixé dans l'axe longitudinal de la machine, sur l'extrémité antérieure duquel est disposé un axe 5 s'étendant verticale- ment. Autour de cet axe 5 est fixé un support d'outils 6 pour pivoter en direction horizontale, et qui comporte deux bras 7 et 8, décalés l'un par rapport à l'autre de 90 degrés. Aux extrémités des bras 7 et 8 sont disposés des galets de coupe dans des paliers appropriés. Le déplacement de va et vient des bras 7 et 8 est produit par deux cylindres hydrauliques à double effet, qui sont fixés par leurs extrémités postérieures 11 à pivotement sur le châssis 1, et qui sont fixés, avec leurs tiges de pis- ton, à l'extrémité antérieure en 12, pour pivoter chacun, sur des consoles respectives 13. Ces consoles 13 sont elles-mêmes reliées aux bras 7 et 8. Lors de la rétraction de la tige de piston du cylin- dre de droite 10 dans la figure, et de l'extension simultanée de la tige de piston du cylindre de gauche, les bras 7 et 8 exécutent un mouvement de pivotement d'au moins 90 degrés vers la droite. Dans ce mouvement, les galets coupants 9 dé- tachent, sur leur parcours en forme de quart de cercle, de la roche du front de taille 14 demi-concave. Le cylindre 4 a pour rôle d'appliquer une pression de coupe déterminée des outils 9, par le fait que le fluide hydraulique est introduit dans la chambre de cylindre qui est située devant le piston 4a en direction de l'avancement. Dès que la course d'avancement du cylindre 4 est terminée, les griffes 2 sont libérées et le châssis de machine 1, par introduction de fluide hydrauli- que dans la chambre située derrière le piston 4b du cylindre 4 est retiré en arrière. Après un nouveau serrage des griffes 2, 6.- la machine est à nouveau prête pour le travail. Dans la représentation de la figure 2, ne sont indi- qués schématiquement que les éléments essentiels. Evidemment, la machine est complétée par des installations pour l'évacua- tion de la roche abattue. Dans le cas de roche dure, il est conseillé de ne mettre qu'un seul bras en prise avec le front de taille. La figure 3 représente une installation qui rend possible, d'une manière simple, d'amener en position de travail, alternative- ment les bras 7 et 8. L'installation réside en principe en ce que les bras sont déplaçables sur deux axes de rotation qui sontdisposés cependant l'un derrière l'autre en suivant l'axe longitudinal de la machine et ces deux axes de rotation peuvent être échangés dans leur position l'un par rapport à l'autre. Dans la figure 3, le bras 7 peut tourner sur l'axe et le bras 8 sur l'axe 16. Comme on le voit également dans la figure 3, le bras 7 qui se trouve en position de travail, balaie un autre quart de cercle se trouvant en avant de celui balayé par le bras 8 dans cette position. En conséquence, con- formément à la figure 3, lors du déplacement du bras 7 dans le sens des aiguilles d'une montre, seule la roche dans la moitié de gauche du tunnel est abattue. Le bras 8 tourne éga- lement dans le sens des aiguilles d'une montre, mais ses ou- tils n'attaquent pas la roche dans sa position terminale de droite. Une installation très simple pour des déplacements d'avancement pas à pas des outils par échange des centres de rotation 15 et 16, est alors obtenue lorsque les axes de rota- tion 15 et 16 sont des arbres d'excentriques 17 rotatifs sur un de leur côté. Si, par exemple, à partir de sa position re- présentée dans la figure 4, l'arbre d'excentrique 17 est ame- né à tourner dans le sens inverse de celui des aiguilles d'une - montre, l'excentrique 16, sur lequel le bras 8 est monté à ro- tation, se déplace vers l'avant devant l'excentrique 15, au- quel cas, cet excentrique exécute une course qui correspond 215 - r 7.- au double de l'excentricité E. Naturellement, le vérin d'avan- cement 4 est déplacé également vers l'avant de la même quan- tité, afin de maintenir l'engagement des outils avec la roche à abattre. La figure 5 représente un cycle de travail dans le- quel le bras droit et le bras gauche viennent alternativement en prise avec la roche. Le bras 7 se déplace en "a", à partir de sa position extrême de gauche, dans le sens des aiguilles d'une montre, autour du centre de rotation 15. Il abat ainsi la roche sur le quart de cercle représenté dans la mcié gau- che de la figure. Simultanément, l'autre bras 8 passe, égale- ment dans le sens des aiguilles d'une montre, par pivotement autour du centre de rotation 16 situé en arrière, dans une marche à vide, dans sa position extrême. En "b" les deux bras 7 et 8 atteignent leur position finale. Maintenant, les centres de pivotement 15 et 16 sont échangés entre eux dans leur position, c'est-à-dire que le point 16 est, par rotation, en serns inverse de celui des ai- guilles d'une montre autour de 15, déplacé vers l'avant. Il en résulte que le bras 8 prend la position représentée en "c". Le centre de pivotement prévu maintenant pour le bras 8 ne coïncide plus avec le point central de la portion de paroi en forme de quart de cercle qui a été précédemment abattue. En conséquence, les outils montés sur le bras 8, lors du dépla- cement de celui-ci en sens inverse de celui des aiguilles d'une montre, suivant "d" détachent une portion de profondeur accrue de la roche. Cela contribue à une amélioration de la puissance d'entraînement nécessaire pour la machine, parce que sa charge, directement après le démarrage dans la nouvelle direction de pivotement est relativement faible et n'atteint son maximum qu'à la fin de la course de pivotement, c'est-à- dire lors de la pleine profondeur de coupe. La position de fin de course en question est représentée en "e". Le cycle de travail recommence alors comme plus haut, à partir de la posi- tion représentée en "a". Les outils de coupe attaquent, en 8. - conséquence, les portions de paroi qui limitent ultérieure- ment la galerie réalisée, avec une très faible profondeur d'engagement, de telle sorte que les parois du tunnel terminé ont une forme extrêmement précise. La figure 6 montre un exemple de réalisation, dans une vue en élévation latérale, d'une machine pouvant exécuter les phases de travail suivant les figures 3 à 5. La représen- tation correspond à celle de la figure 5b, c'est-à-dire que le bras 7 se trouve dans sa position extrême se trouvant sur l'axe médian de la galerie, après qu'il ait exécuté son pivo- tement vers l'intérieur autour de l'excentrique 15. l'excentri- que 15 sur l'arbre d'excentrique 17 est alors, comme le mon- tre la figure 4, tourné vers l'avant. Les consoles de palier reliées au bras 7, sont désignées par la référence 7a. Les consoles correspondantes du bras 8 sont représentées en 8a. En raison de la position de l'arbre excentrique, elles se trou- vent plus loin vers l'arrière. Le bras 8 n'est pas visible dans cette figure. En vue d'obtenir un déplacement de va et vient coor- donné des bras 7 et 8 non reliés entre eux, les cylindres hy- drauliques 10 sont reliés à une installation de commande qui assure un déplacement essentiellement synchronisé des bras. Comme on le voit d'après ce qui précède, la machine conforme à l'invention, peut être utilisée de multiples façons. Si, par exemple, elle est équipée avec un seul bras, auquel cas l'entra nement consiste par exemple en un cylindre hydrau- lique et un mécanisme à crémaillère, le bras est prévu d'une longueur supérieure à la moitié de la largeur du châssis de machine, il est possible de réaliser différentes largeurs de galeries, en supposant que le châssis puisse être monté dans des galeries plus larges. La largeur de la galerie dépend alors uniquement de l'angle suivant lequel le bras peut être pivoté, autour de sa position médiane dirigée vers l'avant, vers les c8tés. Dans le cas d'emploi de deux bras, ceux-ci, comme 9. - représenté dans la figure 2, peuvent, par exemple, être re- liés entre eux rigidement en formant un angle de 90 degrés. Les deux ensembles d'outils 9 sont alors en prise en permanen- ce avec le front de taille du tunnel. Dans le cas o, par contre, la nature de la roche exige un schéma de coupe, comme représenté dans la figure 5, les deux bras du support d'ou- tils sont montés, indépendamment l'un de l'autre, sur les ex- centriques de position réglable. Le mode de réalisation de machine représenté dans les figures 7a et 7b permet également de rendre efficaces, alternativement sur le front de taille, les groupes d'outils 9a et 9b, disposés décalés entre eux de 90 degrés. Dans ce but, comme le montre la figure 7a, chaque ciseau à disque 9a et 9b est disposé à l'extrémité d'une tige de piston 18a et 18b dont les pistons 19a et 19b sont coulissants dans des cy- lindres hydrauliques prévus dans le support d'outils 6o Avant ou lors du début du mouvement de pivotement du support d'ou- tils 6, hors de la position de la figure 7a, vers la position de la figure 7b, le piston 19b est chargé avec le fluide hy- draulique, de telle sorte que les ciseaux à disques 19b sont pressés contre la roche à abattre. Simultanément, l'outil 9a est reculé hors de sa position de travail par une charge cor- respondante opposée au piston 19a. Lorsque le support d'outils 6 a atteint la position conforme à la figure 7b, l'outil 9a est déplacé et amené en position de travail, et l'outil 9b est reculé hors de sa posi- tion de travail. Cela est produit par une charge appropriée des pistons 19a et 19b avec le fluide hydraulique. Avantageu- sement, cette action de fluide hydraulique permet un réglage et une limitation précises de la pression de coupe. Le cas échéant, les deux groupes d'outils peuvent être amenés simulta- nément en position de travail lorsque la roche le permet. Une solution analogue pour un dispositif destiné à une application alternée des groupes d'outils, est représen- tée dans les figures 8a et 8b. Cependant, avec cette solution, 2e55c55 10. - 1 O. _ un travail simultané avec les deux groupes d'outil n'est pas possible. Conformément à la figure 8a, les ciseaux à disques 9 sont disposés sur chacune des extrémités latérales d'un fléau oscillant 21, lequel est fixé sur le support d'outil 6, pour pivoter autour de l'axe d'articulation 22. Entre le fléau 21 et le support d'outil 6, sont montés des cylindres hydrauliques de positionnement qui sont articulés en 26 sur le support d'outil 6. Les tiges de piston, dirigées vers l'extérieur, des pistons 23a et 24a guidés dans les cylindres, sont arti- culées en 25 sur le fléau oscillant 21. Au début de la cadence de travail suivant la figure 8a, le piston 23b est chargé avec le fluide hydraulique, tan- dis que le piston 23a est déchargé. L'outil qui se trouve à droite dans la figure attaque par conséquent la roche, lors- que le support d'outil 6 est pivoté avec le fléau 21 dans le sens opposé à celui des aiguilles d'une montre, dans la posi- tion représentée dans la figure 8b. Le piston 23a est alors chargé par le fluide hydraulique et le piston 23b est déchar- gé. Ainsi, par un petit pivotement du fléau 21 par rapport au support d'outil 6, l'outil 9 qui se trouve à gauche est amené en position de travail, tandis que l'outil qui se trou- ve à droite est en position de repos. 2t5_55S 1 1. - R E V E N D I C A T I ONS 1.- Machine abatteuse-chargeuse pour le creusement progressif de tunnels avec un support d'outils équipé avec des outils de coupe et déplacé par un entratnement, machine caractérisée en ce que le support d'outils (6) consiste en au moins un bras (7) supporté pour pivoter sur un axe verti- cal (5), sur lequel les outils de coupe (9) sont disposés le long d'une ligne qui correspond à une moitié latérale du pro- fil de la galerie à réaliser, le support d'outils (6) étant relié à un entraînement qui lui communique un mouvement de pivotement en va et vient. 2.- Machine suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le support d'outils peut pivoter en va et vient sur un angle d'environ 180 degrés. 3.- Machine suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le support d'outils (6) se compose de deux bras (7, 8) équipés avec des outils (9), qui enferment entre eux un angle d'environ 90 degrés et qui sont déplaçables en va et vient sur un angle d'environ 90 degrés, à l'aide de l'entralne- ment en pivotement (10). 4.- Machine suivant la revendication 3, caractérisée en ce que les deux bras (7, 8) sont supportés à pivotement sur des excentriques (15, 16) décalés entre eux de 180 degrés d'un arbre d'excentrique (17) qui est rotatif lui-même sur 180 de- grés. 5.- Machine suivant la revendication 4, caractérisée en ce que la somme des excentricités (E) des deux excentri- ques (15, 16) correspond à la profondeur d'entaillage des ou- tils (9) dans la roche. 6.- Machine suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5, caractérisée en ce que l'entraînement pour les bras supports d'outils (7, 8) est constitué par des cylindres hydrauliques à double effet (10). 7- Machine suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisée en ce que les outils (9, 9a, 9b) sont 12.disposés sur le support d'outils (6), de manière à pouvoir être amenés en position ou hors position de travail. 8.- Machine suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisée en ce que des dispositifs, piston- cylindre, actionnés par fluide hydraulique, sont prévus pour positionner les outils (9, 9a, 9b). 9.- Machine suivant la revendication 8, caractérisée en ce que les outils (9a, 9b) sont fixés sur des tiges de piston (18a, 18b) de pistons (19a, 19b) actionnés en expansion ou rétraction par fluide hydraulique. 10.- Machine suivant la revendication 8, caractérisée en ce que -les outils (9) sont disposés sur un fléau oscillant (21) et pour le positionnement angulaire de ce fléau par rap- port au porte-outils (6), sont prévues, entre porte-outils (6) et fléau (21), des unités piston-cylindre (23a, 23b) articulées à chacune de leurs extrémités.