Brevet FR2640314A1 — publié le 19900615

La présente invention concerne un ensemble à bobines de câble et de canalisation souple destiné à un appareil de forage de roches, comprenant au moins deux bobines montées dans l'appareil de forage afin qu'elles tournent par rap- port à un châssis de cet appareil et l'une par rapport à l'autre, une bobine étant destinée à chaque canalisation souple et/ou à chaque câble, et un dispositif d'entraine- ment en rotation de chaque bobine par rapport au chassis. Le fonctionnement d'un appareil de forage de roches nécessite la transmission d'énergie électrique par un câble électrique et la transmission d'air ou d'eau de nettoyage par une canalisation souple d'air ou d'eau. Le câble élec- trique est habituellement enroulé sur un rouleau séparé monté sur l'appareil. Au contraire, dans le cas de la cana- lisation souple d'eau, une bobine n'est pas obligatoirement utilisée, car la canalisation peur être regroupée et mise en place manuellement ou à l'aide d'une bobine commandée manuellement. Il est aussi possible d'utiliser une bobine combinée pour câble et canalisation souple sur laquelle des espaces séparés sont prévus pour le câble et pour la cana- lisation souple, la bobine étant un ensemble fixe monté dans des paliers sur un châssis séparé fixé au support de l'appareil. On connait aussi l'utilisation de deux bobines séparées montées parallèlement l'une à l'autre et pouvant tourner autour d'un axe horizontal. Dans ce cas, les deux bobines ont une structure formant un châssis séparé, fixé au support de l'appareil de forage, et, de manière corres- pondante, une machine séparée d'entraînement en-rotation. Un inconvénient de la technique antérieure est que, lorsqu'une bobine est utilisée pour le câble électrique seulement, la manutention de la canalisation souple est lourde, difficile et longue, et affecte le programme de forage et perd du temps. Lors de l'utilisation de deux bobines séparées, deux structures séparées formant chassis sont nécessaires si bien que le coût est accru et la construction est compli- quée. L'enroulement manuel de la canalisation souple nécessite beaucoup d'efforts et prend du temps. En outre, lorsqu'une une seule bobine doit être utilisée, la struc- ture du châssis de l'appareil de forage doit être conçue et modifiée pour la coopération avec une seule bobine, si bien qu'il est nécessaire de fabriquer un seul et même appareil de forage avec deux structures différentes de châssis. Dans le cas de deux bobines séparées, les structures de châssis occupent beaucoup d'espace si bien que les dimensions glo- bales de l'appareil de forage sont accrues et ses possibi- lités de déplacement dans les tunnels sont réduites. Un inconvénient d'une structure à une seule bobine double pour deux canalisations souples est que les alimen- tations en électricité et en eau sont habituellement à des emplacements différents dans les tunnels. Le câble. et la canalisation souple doivent donc être déroulés de la lon- gueur correspondant à la plus grande distance alors que le tronçon en excès de câble ou de canalisation souple rac- cordé à la plus courte distance doit être étalé sur le sol du tunnel, sur une distance correspondant à celle du câble ou de la canalisation souple devant couvrir la plus grande distance. Si la canalisation souple et le câble sont dérou- lés de manière que la canalisation souple, placée sur la plus grande distance, soit fixée à son emplacement de fixa- tion, la canalisation souple ou le câble nécessitant la plus courte distance a tendance à s'emmêler sur le rouleau et à s'emmêler dans les diverses structures, si bien qu'un travail supplémentaire est nécessaire et des problèmes peuvent se poser, en plus de la perte de temps. Le brevet canadien n 1 213 870 décrit une solution dans laquelle le câble est enroulé autour d'une base en forme de plaque tournée autour d'un axe vertical et placée au-dessus de l'appareil. Un inconvénient de cette solution est que l'espace occupé par cet ensemble au-dessus de l'ap- pareil ne peut pas être utilisé dans un autre but et le câble ou la canalisation souple peut être détérioré par les chutes de déchets, de poussières minérales et de pierres. L'invention a pour objet la réalisation d'un ensemble d'enroulement d'un câble ou d'une canalisation souple sur une bobine de manière que le problème précité ne se pose pas et que la canalisation souple et le câble puissent être enroulés indépendamment l'un de l'autre. L'invention concerne aussi un ensemble de montage de bobine qui permet le montage d'une ou de deux bobines dans une seule et même structure de châssis de l'appareil, et dans lequel la canalisation souple et/ou le câble sont protégés contre les détériorations, bien que l'espace nécessaire dans le châssis de l'appareil soit réduit. Ces caractéris- tiques sont obtenues selon l'invention par montage des bobines afin qu'elles soient coaxiales, et placées l'une sur l'autre au-dessous du châssis de l'appareil de forage de manière qu'elles tournent autour d'un axe vertical. Selon une caractéristique fondamentale de l'inven- tion, une bobine destinée à porter le câble et/ou la cana- lisation souple est montée sous le châssis de l'appareil de forage afin qu'elle puisse tourner autour d'un axe verti- cal, coaxialement à une autre bobine mais indépendamment de celle-ci, si bien que chaque bobine peut être entrainée en rotation par un moteur séparé indépendamment de l'autre bobine. Un avantage de la solution selon l'invention est que les bobines sont protégées contre la poussière, la saleté et les chutes de pierres, car elles sont placées sous l'appareil de forage. Un autre avantage de l'invention est que les bobines nécessitent moins d'espace en-dehors de l'appareil de forage, si bien que les dimensions externes de l'appareil sont réduites et l'appareil peut avoir une configuration de dimensions diminuant convenablement vers l'arrière afin qu'il puisse se déplacer facilement dans les tunnels. Un autre avantage de l'invention est que les bobines peuvent avoir une construction telle qu'une ou deux bobines peuvent être montées sous le support, suivant les critères fixés par chaque cas particulier, sans qu'il soit nécessaire de modifier la structure du châssis. En outre, cette solution est moins coûteuse que les solutions de la technique antérieure car la même structure de châssis peut être utilisée indépendamment du fait que le nombre de bobines est égal à un ou deux. L'invention permet aussi le maintien du câble et de la canalisation souple à la valeur voulue de serrage indépendamment de l'emplacement du point de fixation de la canalisation souple ou du câble dans le tunnel puisque les deux organes peuvent être déroulés et enroulés indépendamment. D'autres machines et appareils nécessaires dans l'apparcil de forage peuvent être placés sur le châssis de cet appareil au-dessus des bobines afin que l'espace disponible puisse être utilisé efficacement dans l'appareil. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence au dessin annexé sur lequel: la figure 1 est une vue schématique illustrant l'ap- plication de l'invention à un appareil de forage; la figure 2 est une vue en élévation latérale en coupe partielle et plus détaillée d'un ensemble selon l'in- vention; et la figure 3 est un schéma d'un circuit de raccorde- ment hydraulique permettant l'entrainement des moteurs de l'ensemble selon l'invention, d'une manière telle qu'une même force de serrage pratiquement agit sur le câble et la canalisation souple. Sur la figure 1, la référence 1 désigne un appareil de forage comportant une ou plusieurs flèches 2 de forage de type connu. Une bobine 3 de câble et une bobine 4 de canalisation souple sont montées à l'extrémité arrière de l'appareil de forage, au-dessous de celui-ci. La figure 2 est une vue plus détaillée du montage de la bobine 3 de câble et de la bobine 4 de canalisation souple afin qu'elles puissent tourner autour d'un axe ver- tical 5 dans un châssis 6 de l'appareil de forage. Dans le présent mémoire, le terme "vertical" désigne la direction verticale ou une direction qui s'en écarte légèrement. Un boîtier 7 à bagues collectrices est placé au-dessus du châssis 6, et des bagues collectrices montées coaxialement Z640314 à la bobine 3 de cable sont placées dans le boîtier 7. Les bagues collectrices sont connectées à un câble 8, le cou- rant provenant du cable 8 étant transmis à l'appareil 1 de forage par les bagues collectrices. Cette structure et son fonctionnement sont très utilisés de manière connue si bien qu'il n'est pas nécessaire de les décrire en détail. La bobine 3 de câble placée sous le châssis 6 est fixée à cclui-ci par un roulement 9. Ce roulement 9, qui est de type circonférentiel, comporte une bague interne et une bague externe 10 et 11 et des organes de roulement 12 placés entre elles. Les deux bagues 10 et 11 ont un flasque, les flasques étant places de part et d'autre par rapport à un plan contenant les organes 12 de roulement. Le flasque de la bague interne 10 est fixé au chassis 6 alors que le flasque de la bague externe 11 est fixé au chassis 3 de manière connue, par des boulons ou d'autres dispositifs convenables (non représentés). Une couronne dentée 13 est placée autour du roulement 9. La couronne dentée 13 est aussi fixée à la bobine 3, de préférence par les boulons qui fixent la bague externe 11 du roulement 9. En outre, un moteur 14 d'entraînement en rotation, auquel est fixé un pignon 15, est monté sur le châssis 6 afin qu'il coopère avec le rouleau 3 de cable. Le pignon 15 dépasse sous le châssis 6 afin qu'il se trouve au niveau de la couronne dentée 13, et une chaîne 16 passe autour du pignon 15 et de la couronne 13 afin qu'elle fasse tourner la bobine 3 pen- dant la rotation du moteur 14. La bobine 4 de la canalisation souple est montée de manière analogue sur la bobine 3 de cable, un roulement 17 étant placé entre les deux bobines. La bague interne 18 du roulement 17 est fixée à la bobine 3 et la bague externe 19 est fixée de manière correspondante à la bobine 4 par des boulons ou analogues (non représentés). Une couronne dentée 21 est fixée à la bobine 4 de canalisation souple afin qu'elle se trouve pratiquement au niveau des organes de roulement 20, et un moteur 22 comprenant un pignon 23 et une chaîne 24 passant autour du pignon 24 et de la couronne 2640 14 dentée 21 est monté dans le châssis afin qu'il fasse tourner la couronne dentée 21. Lorsque l'un ou l'autre des moteurs 14 et 22 tourne, il entraîne la chaîne 16 ou 24 respectivement et fait ainsi tourner la bobine 3 de câble ou la bobine 4 de canalisation souple. Lorsque seul le câble 8 est déroulé, la bobine 4 ne tourne pas car le moteur hydraulique 22 empêche sa rotation. De manière cor- respondante, après que le câble 8 et la canalisation souple ont été déroulés, l'un ou l'autre peut être enroulé sans enroulement de l'autre. La figure 3 est un schéma d'un circuit de raccorde- ment hydraulique qui assure l'application de couples égaux aux deux bobines 3 et 4 indépendamment du nombre de spires 8 du câble ou de spires 25 de la canalisation souple-sur la bobine 3 ou 4 respectivement. Ce circuit de raccordement représente schématiquement les moteurs 14 et 22 qui sont montés hydrauliquement en parallèle l'un avec l'autre. Le fluide sous pression est transmis aux deux moteurs 14 et 22 simultanément par une pompe 26. Une soupape 27 de régula- tion de pression est montée dans le conduit de circulation de fluide sous pression afin qu'elle maintienne la pression de la pompe 26 à la valeur voulue et qu'elle maintienne en conséquence le couple des moteurs à la valeur voulue. Comme les moteurs 14 et 22 sont montés en parallèle l'un avec l'autre, un même couple agit sur les deux moteurs si bien que la canalisation souple ou le câble qui présente la moindre résistance s'enroule plus facilement, jusqu'à ce que la même force agisse sur les deux bobines. Dans la solution selon l'invention, les bobines sont logées dans un espace réduit à l'intérieur de l'appareil de forage, avec une construction simple, et les bobines sont bien protégées contre les détériorations. Grâce à cette construction, l'appareil de forage peut comporter une ou plusieurs bobines sans que la structure de son châssis nécessite une modification. En outre, les roulements des bobines sont analogues si bien qu'on peut déterminer, dans chaque cas particulier, si une seule bobine ou deux bobines sont nécessaires, et une bobine peut être ajoutée ou retirée simplement par desserrage de quelques boulons. En outre, lorsque les bobines de câbles sont placées au-dessus des bobines de canalisations souples, une détérioration possible d'une canalisation souple d'eau ne détériore pas les câbles électriques et les éléments associés. La description qui précède et les dessins corres- pondent à un mode de réalisation préféré de l'ensemble selon l'invention mais l'invention n'est pas limitée à celui-ci. La disposition des roulements n'est pas obliga- toirement réalisée de la manière représentée. A la place du support des bobines par des bagues de roulement, chaque bobine peut être montée sur un arbre séparé, par mise en oeuvre de constructions connues. Il n'est pas nécessaire que la bobine inférieure soit fixée à la bobine supé- rieure; au contraire, elle peut être directement connectée à l'arbre précité, de la même manière que la bobine supé- rieure. Le nombre de bobines peut être supérieur à deux, et les bobines peuvent être montées de manière analogue, si bien qu'elles peuvent être disposées sur un arbre séparé ou d'une manière telle que la bobine supérieure est montée sur le châssis et chaque bobine inférieure est montée sur la bobine qui se trouve au-dessus d'elle. Bien qu'un câble ou une canalisation souple seulement soit monté sur chaque bobine dans le mode de réalisation décrit, il est possible de placer un groupe de canalisations ou de câbles sur une seule bobine ou une combinaison d'une canalisation souple et d'un câble de commande ou analogue formant un tout afin que la canalisation souple et le câble soient toujours combinés. Lorsqu'aucun câble électrique n'est utilisé, les bobines nécessaires aux canalisations souples peuvent être montées de manière analogue. REVENDiCATIONS 1. Ensemble à bobines de canalisation souple et de câble, destiné à un appareil (1) de forage de roches et comprenant au moins deux bobines (3, 4) montées dans l'ap- pareil de forage afin qu'elles tournent par rapport à un châssis (6) de l'appareil et l'une par rapport à l'autre, une bobine étant associée à chaque canalisation souple (25) et a chaque câble (8); et un dispositif d'entLainement en rotation (13-lb, 21-14) associé à chaque bobine (3, 4) afin que celle-ci soit entraînée en rotation par rapport au châssis (6), caractérisé en ce que les bobines (3, 4) sont montées coaxialement l'une à l'autre sous le châssis (6) de l'appareil (1) de forage, l'une au- dessus de l'autre, afin qu'elles tournent autour d'un axe vertical (5). 2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bobine supérieure (3) est montée afin qu'elle puisse tourner sur le châssis (6) de l'appareil (1), et chacune des bobines inférieures (4) est montée afin qu'elle puisse tourner par rapport à la bobine (3) placée au-dessus d'elle. 3. Ensemble selon la revendication 1 ou 2, caracté- risé en ce que chaque bobine (3) de câble est montée au- dessus des bobines (4) de canalisation souple. 4. Ensemble selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que chaque bobine (3, 4) est montée sur le châssis (6) de l'appareil (1) ou sur la bobine (3) placée audessus d'elle respectivement, par l'intermédiaire d'une bague (11, 17) de roulement placée au-dessus d'elle, la bague de roulement (11, 17) étant fixée à la fois à la bobine (3, 4) et au châssis (6) ou à la bobine (3) placée au-dessus d'elle respectivement. 5. Ensemble selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que le dispositif d'entraînement en rotation (13-16, 21-14) de chaque bobine (3, 4) comporte une couronne dentée (13, 21) montée au- dessus de la bobine (3, 4), en ce qu'un moteur (14-22) est associé à chaque bobine (3, 4) placée dans le châssis (6) 2640o14 de l'appareil (1), et un pignon (15, 23) est monté sur l'arbre de chaque moteur (14, 22) afin qu'il se trouve pratiquement au niveau de la couronne dentée (13, 21) de la bobine respective (3, 4), et en ce qu'une chaine (16, 24) passe autour de chaque pignon (15, 23) et de la couronne dentée (13, 21) afin que la bobine (3, 4) soit entrainée en rotation.