Brevet FR2677703A1 — publié le 19921218

"Tourelle de foration et de boulonnage, avec magasin de boulons associé" La présente invention concerne une tourelle de foration et de boulonnage, constituée par une poutre montée pivotante autour d'un axe sur un support, apte à être lui-même monté à l'extrémité d'un bras-support, la poutre comportant des moyens de guidage en coulissement, suivant une direction parallèle à son axe de pivotement, d'un chariot portant une perforatrice pour la foration d'un trou et d'un chariot portant une unité de boulonnage pour la mise en place d'un boulon dans le trou foré, ainsi que des moyens de commande des mouvements d'avance et de recul des deux chariots, d'autres moyens de commande étant prévus pour le pivotement de la poutre de manière à amener l'unité de boulonnage portée par le second chariot dans l'axe d'un trou foré précédemment par la perforatrice du premier chariot, cette tourelle étant associée à un magasin de boulons porté par le même support, des moyens étant prévus pour le transfert successif des boulons entre le magasin et la unité de boulonnage. 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 les brevets français N" 1 359 297, N" 2 520 800 et NO 2 526 479. Une telle tourelle est conçue pour forer un trou au moyen du premier chariot qui porte et déplace la perforatrice, et pour introduire ensuite un boulon d'ancrage dans le trou et le fixer au moyen du second chariot, lequel porte et déplace l'unité de boulonnage pourvue d'un embout recevant le boulon.Le dispositif se trouve ancré sur le "toit" ou contre un "parement" de la galerie suivant l'axe de pivotement de la poutre, pour que l'axe de l'unité de boulonnage corresponde exactement à l'axe du trou foré, après une rotation de la poutre selon un angle prédéterminé autour de son axe de pivotement. Ainsi, la tourelle possède au moins deux positions angulaires, correspondant respectivement à la foration du trou et à la pose du boulon. Pour l'application des techniques modernes de soutènement, on prévoit souvent une troisième position de la tourelle, pour l'introduction de cartouches de résine dans le trou foré, avant la mise en place du boulon. Lorsqu'une telle tourelle est associée à un magasin de boulons, monté sur le même support, il est possible de forer successivement une série de trous et d'y introduire des boulons au fur et à mesure, ceci pratiquement sans intervention manuelle. Des moyens mécaniques sont prévus pour prélever les boulons un à un dans le magasin, pour les amener dans l'axe du trou foré, et pour les maintenir jusqu'à ce qu'ils soient repris par l'unité de boulonnage. Ces moyens de préhension et de transfert des boulons se présentent habituellement comme des pinces, qui décrivent un mouvement de pivotement sous l'action d'organes de commande tels que des vérins, ces pinces étant pourvues de mâchoires aptes à saisir un boulon. Deux pinces espacés sont généralement prévues, pour maintenir correctement le boulon selon une direction définie. Dans l'utilisation de ce genre de tourelle, on doit souvent poser des boulons possédant la longueur la plus grande possible, dans des galeries dont la hauteur est limitée. Un obstacle à la pose de boulons relativement longs est l'unité de boulonnage elle-même, qui possède nécessairement une certaine longueur, déjà pour satisfaire des impératifs purement mécaniques et aussi du fait que, le "toit" d'une galerie n'étant pas une surface très régulière, l'unité de boulonnage doit être capable de s'introduire dans les zones en creux de ce "toit". Pour que le boulon puisse être repris par l'unité de boulonnage, il est actuellement obligatoire que l'extrémité inférieure de ce boulon, une fois amené dans l'axe du trou foré, se situe au-dessus de l'embout de l'unité de boulonnage. Ainsi, en pratique, la longueur maximale des boulons pouvant être posés n'est pas égale à la hauteur libre de la galerie, mais est égale à la hauteur libre de la galerie diminuée de la longueur de l'unité de boulonnage. La présente invention vise à éviter cet inconvénient, en fournissant une tourelle perfectionnée qui permet la pose de boulons de longueur pratiquement égale à la hauteur libre de la galerie. A cet effet, I'invention a pour objet une tourelle de foration et de boulonnage, avec magasin de boulons associé, du genre précisé ci-dessus, dans laquelle les moyens prévus pour le transfert des boulons entre le magasin et l'unité de boulonnage sont aptes à faire décrire, à un boulon prélevé dans le magasin, non seulement un mouvement perpendiculaire à l'axe du trou foré, mais encore un déplacement parallèle à cet axe, de manière à introduire le boulon dans le trou sur une longueur partielle de ce trou, avant la reprise du boulon par l'unité de boulonnage pour son introduction complète dans le trou. Ainsi, pour un boulon de longueur importante, les moyens de transfert depuis le magasin assurent successivement l'amenée du boulon dans l'axe du trou précédemment foré, puis une translation du boulon vers le haut ou dans une autre direction, commençant à l'introduire dans le trou et amenant I'extrémité postérieure du boulon au-delà de l'embout de l'unité de boulonnage. Lors de cette opération, la tourelle occupe une position angulaire intermédiaire, le premier chariot qui porte la perforatrice étant écarté de l'axe du trou foré, tandis que le second chariot portant l'unité de boulonnage n'est pas encore amené dans l'axe de ce trou.Une fois le boulon enfoncé dans le trou sur une certaine profondeur, la tourelle pivote pour amener l'unité de boulonnage en regard de ce boulon et le reprendre en charge, tandis que les moyens de transfert peuvent être écartés et rapprochés du magasin de boulons, en vue d'un nouveau cycle de fonctionnement similaire au précédent. Dans le cas où les moyens de préhension et de transfert des boulons sont constitués, de façon connue en soi, par des pinces décrivant un mouvement de pivotement autour d'un axe parallèle à l'axe de pivotement de la poutre de la tourelle, I'invention prévoit que les pinces sont portées par un support intermédiaire commun monté mobile en translation, selon une course déterminée, parallèlement à l'axe de pivotement desdites pinces, des moyens de commande étant prévus pour le déplacement en translation dudit support intermédiaire. En pratique, ceci conduit à ajouter un dispositif à glissière pour le guidage en translation de l'ensemble des pinces parallèlement à l'axe de pivotement de la poutre, et un vérin additionnel qui déplace cet ensemble de pinces en translation sur une course donnée. Ainsi, en résumé, I'idée inventive consiste à utiliser lesdites pinces non seulement pour amener le boulon dans l'axe du trou foré après son prélèvement dans le magasin, ce qui est leur fonction habituelle, mais encore pour déplacer le boulon parallèlement à cet axe en vue de son introduction partielle dans le trou ce qui constitue une fonction supplémentaire. Une conséquence avantageuse de l'invention réside dans le fait que le début d'introduction du boulon dans le trou, assuré par les pinces, permet après l'escamotage des pinces de maintenir le boulon par ce trou lui-même et par l'embout de l'unité de boulonnage, sans nécessité d'autres moyens de retenue. La présente invention offrant la possibilité de poser des boulons de plus grande longueur que ne le permettent les tourelles traditionnelles, il convient naturellement que la tourelle soit apte à forer des trous de longueur correspondante. A cet effet, selon un aspect complémentaire de l'invention, le premier chariot qui porte la perforatrice est un chariot télescopique, permettant d'allonger la course de la perforatrice sans modifier la longueur de la poutre sur laquelle est guidé ce chariot. 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, avec magasin de boulons associé: Figure 1 est une vue de côté simplifiée d'une tourelle conforme à la présente invention, en position de foration Figure 2 est une vue en plan par dessus de la tourelle, correspondant à la position de figure 1 ;; Figure 3 est une vue de côté simplifiée de cette tourelle, en position d'amenée d'un boulon Figure 4 en est une vue en plan par dessus, correspondant à la position de figure 3 Figure 5 est une vue de côté simplifiée de la même tourelle, en position de boulonnage Figure 6 en est une vue en plan par dessus, correspondant à la position de figure 5 Figure 7 est une vue de côté, à plus grande échelle, montrant les moyens de support, de guidage et de commande des pinces dans la tourelle selon les figures précédentes Figure 8 est une vue en bout de l'ensemble des pinces, avec leurs moyens de support, de guidage et de commande. Sur les figures 1 à 6 est représentée une tourelle de foration et de boulonnage, désignée dans son ensemble par le repère 1, et supposée orientée verticalement. La tourelle 1 est portée par un caisson-support 2, possédant une forme en "col de cygne", qui est lui-même monté à l'extrémité d'un bras-support 3 porté par un engin minier non représenté. La tourelle 1 proprement dite comprend une poutre 4, qui est montée pivotante sur le caisson-support 2 autour d'un axe 5, parallèle à la direction longitudinale de cette poutre 4 (donc vertical dans les positions illustrées par le dessin). La poutre 4 porte deux rails 6 et 7, parallèles à son axe de pivotement 5, pour le guidage en translation de deux chariots, respectivement 8 et 9. Le premier chariot 8 porte une perforatrice 10. Le second chariot 9 porte une unité de boulonnage 11, pourvue d'un embout 12 apte à recevoir un boulon d'ancrage 13 prélevé dans un magasin de boulons 14 porté par le caisson-support 2. Des moyens de commande non représentés, de structure connue, sont prévus pour commander le pivotement de la poutre 4 autour de l'axe 5 afin de l'amener successivement dans des positions angulaires prédéterminées, pour déplacer en translation le premier chariot 8 le long du rail 6 dans les deux sens d'avance et de recul, et pour déplacer en translation le second chariot 9 le long du rail 7 dans les deux sens d'avance et de recul. Le magasin de boulons 14 est du type rotatif, permettant de stocker une série de boulons 13 dans une disposition circulaire, d'autres moyens de commande non représentés étant prévus pour entraîner en rotation sur une fraction de tour le magasin 14 de manière à présenter successivement les boulons 13 dans une position prédéterminée d'extraction.Des moyens de préhension et de transfert, désignés globalement par le repère 15, prélèvent les boulons 13 un à un et les déplacent, depuis le magasin 14, jusqu'à une position dans laquelle ils peuvent être repris dans l'embout 12 de l'unité de boulonnage 11. D'une manière connue, la tourelle 1 comporte encore un dispositif d'ancrage 16, disposé sur l'axe de pivotement 5 de la poutre 4 et permettant, par son application contre le "toit" 17 d'une galerie de mine, d'immobiliser ledit axe de pivotement 5. La distance entre cet axe 5 et l'axe de travail de la perforatrice 10 est égale à la distance entre le même axe 5 et l'axe de travail de l'unité de boulonnage 11. Ainsi, après foration d'un trou dans le "toit" 17, une rotation appropriée de la tourelle 1 permet d'amener l'axe de travail de l'unité de boulonnage 11 exactement en alignement avec le trou foré.Dans le cas de boulons devant être scellés à l'aide de résine, la tourelle 1 comprend encore, comme montré en haut de la figure 1, une tête 19 d'injection de cartouches de résine, la tête 19 étant positionnée de manière à se trouver elle aussi en regard du trou foré, pour une position angulaire déterminée de la tourelle 1. L'invention s'intéresse plus particulièrement à la structure des moyens 15 de préhension des boulons 13 et de transfert de ces derniers entre le magasin 14 et l'unité de boulonnage 11, moyens qui sont représentés plus en détail aux figures 7 et 8. Ces moyens 15 comprennent deux pinces mobiles 20 et 21, espacées l'une de l'autre, qui sont portées par un même axe rotatif 22 orienté parallèlement à I1 axe de pivotement 5 de la poutre 4. L'axe 22 est monté tournant dans au moins un palier 23 porté par une glissière profilée 24, et il est accouplé à un vérin rotatif 25 également monté sur la glissière 24. L'ensemble des deux pinces 20 et 21 est ainsi rendu mobile entre deux positions angulaires extrêmes.Comme le montre la figure 8, chaque pince 20 ou 21 porte elle-même un vérin rotatif 26, qui déplace une mâchoire mobile 27 en la rapprochant ou l'éloignant d'une mâchoire fixe 28, un boulon 13 pouvant ainsi être maintenu entre la mâchoire fixe 28 et la mâchoire mobile 27. La glissière 24 est montée mobile en translation suivant sa direction longitudinale, donc parallèlement à l'axe de pivotement 5 de la poutre 4, en étant guidée latéralement par des patins 29 et 30 de forme enveloppante, solidaires du caisson-support 2. Un vérin 31 à mouvement linéaire est prévu pour déplacer la glissière 24 en translation, selon une course déterminée, le vérin 31 est monté entre le caisson-support 2 d'une part et la glissière 24 d'autre part. Ainsi, l'ensemble des deux pinces 20 et 21 est déplaçable dans une direction parallèle à l'axe de pivotement 5 de la poutre 4 (soit une direction verticale en se référant aux figures 1 à 6, bien que la figure 7 montre la glissière 24 disposée horizontalement). En début de cycle de pose d'un boulon, comme illustré aux figures 1 et 2, la tourelle 1 occupe une position angulaire telle que l'axe de la perforatrice 10 soit aligné avec la position dans laquelle un trou doit être foré dans le "toit" 17 de la galerie, la hauteur libre de cette galerie étant désignée par H. Le premier chariot 8 est alors déplacé le long du rail 6, dans le sens de l'avance, de manière à déplacer vers le "toit" 17 la perforatrice 10 équipée d'un outil de foration approprié (non représenté). Ce premier chariot 8 est un chariot télescopique, c'est-à-dire qu'il comprend un chariot primaire 32 qui coulisse directement sur le rail 6, et un chariot secondaire 33 qui est porté par le chariot primaire 32, le chariot secondaire 33 étant déplaçable sur une course limitée par rapport au chariot primaire 32, et ce chariot secondaire 33 supportant la perforatrice 10. Comme le montrent les figures 3 et 4, après la foration d'un trou 34, la tourelle 1 décrit un premier pivotement autour de l'axe 5, pour éloigner le premier chariot 8 de l'axe 35 du trou foré 34, tout en maintenant encore le second chariot 9 éloigné de cet axe 35. Entre temps, le premier chariot 8 a été ramené en arrière, et il a été éventuellement procédé à l'injection de cartouches de résine dans le trou 34. Ensuite, le magasin de boulons 14 effectue une rotation d'une fraction de tour pour présenter un nouveau boulon 13 dans la position d'extraction. Les pinces 20 et 21, amenées dans cette position, viennent y saisir le boulon 13. Puis, actionné par le vérin rotatif 25, L'ensemble des pinces 20 et 21 est pivoté comme indiqué par une flèche 36, de manière à amener le boulon prélevé 13 jusque dans l'axe 35 du trou foré 34. Jusque là, le boulon 13 décrit un mouvement perpendiculaire à l'axe 35 du trou 34, la plaque 37 habituelle située à la base de ce boulon 13 pouvant se situer plus bas que l'extrémité de l'embout 12 de l'unité de boulonnage 11, celle-ci occupant sa position la plus reculée. Dans la phase suivante, toujours illustrée par les figures 3 et 4, le vérin 31 est actionné de manière à déplacer l'ensemble des pinces 20 et 21, avec le boulon 13 saisi par ces pièces, selon un mouvement de translation parallèle à l'axe 35 du trou 34, et dirigé vers ce trou. Ainsi, le boulon 13 se trouve introduitsurunecertaine longueur dans le trou 34, la profondeur d'introduction du boulon 13 étant dépendante de la course d'avance C1 de l'ensemble des pinces 20 et 21. Cette introduction partielle du boulon 13 dans le trou 34 amène la plaque inférieure 37 de ce boulon 13 au-dessus de l'extrémité de l'embout 12 de l'unité de boulonnage 11. Dans la phase suivante, illustrée par les figures 5 et 6, la tourelle 1 est pivotée autour de l'axe 5 de manière à amener l'unité de boulonnage 1 1 dans l'axe 35 du trou foré 34. Le second chariot 9 est alors avancé le long du rail 7, de manière à prendre en charge le boulon 13 par l'embout 12. Les pinces 20 et 21 sont ouvertes, et l'ensemble des pinces 20 et 21 est reculé et ramené vers le magasin de boulons 14, par des mouvements successifs de translation et de pivotement, inverses de ceux précédemment décrits. Le second chariot 9 poursuivant son avance le long du rail 7, L'unité de boulonnage 11 assure l'enfoncement complet et le serrage du boulon 13 dans le trou 34, la course totale décrite par l'unité de boulonnage 11 étant indiquée en C2. On comprend que, grâce au mode d'introduction décrit ci-dessus, la longueur L du boulon 13 posé peut être supérieure à la course C2 de l'unité de boulonnage 11, et se rapprocher de la hauteur libre H de la galerie. Ainsi, la longueur du boulon 13 n'est pas limitée par la hauteur h de l'unité de boulonnage 11 avec son embout 12. Bien entendu, le trou foré 34 doit être suffisamment long pour recevoir le boulon 13. Grâce au premier chariot 8 télescopique, la course totale C3 de la perforatrice 10 peut être importante, cette course étant égale à la course du chariot primaire 32 augmentée de la course du chariot secondaire 33. Comme il va de soi, I'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 respectant le même principe. C'est ainsi, notamment, que l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention:: - par des modifications de détail concernant la structure de l'ensemble dg pinces et de ses moyens de commande, du moment que l'on conserve le principe cinématique de la combinaison d'un mouvement perpendiculaire à l'axe du trou foré et d'un déplacement parallèle à cet axe, avec mouvements correspondants du boulon saisi - en associant à la tourelle un magasin de boulons d'un autre type que celui décrit et représenté - en utilisant cette tourelle dans une autre position, horizontale ou inclinée, non seulement pour le soutènement du "toit" mais encore pour le soutènement des "parements" d'une galerie de mine - en appliquant la même tourelle à la pose de boulons de tous types, l'expression "unité de boulonnage" ici utilisée désignwt tout dispositif prévu pour la mise en place d'un boulon dans un trou foré, ce dispositif pouvant être une visseuse pour des boulons mécaniques à expansion, ou une unité rotative pour le malaxage de résine par le boulon lors de son introduction dans le trou, ou un poussoir pour des boulons scellés au ciment, ou une unité de percussion pour introduire des boulons élastiques, ou encore une unité d'injection de liquide sous haute pression pour des boulons déformables. REVENDICATIONS 1. Tourelle de foration et de boulonnage, constituée par une poutre (4) montée pivotante autour d'un axe (5) sur un support (2), apte à être lui-même monté à l'extrémité d'un bras-support (3), la poutre (4) comportant des moyens (6,7) de guidage en coulissement, suivant une direction parallèle à son axe de pivotement (5), d'un chariot (8) portant une perforatrice (10) pour la foration d'un trou (34) et d'un chariot (9) portant une unité de boulonnage (11) pour la mise en place d'un boulon (13) dans le trou foré (34), ainsi que des moyens de commande des mouvements d'avance et de recul des deux chariots (8,9), d'autres moyens de commande étant prévus pour le pivotement de la poutre (4) de manière à amener l'unité de boulonnage (11) portée par le second chariot (9) dans l'axe (35) d'un trou (34) foré précédemment par la perforatrice (10) du premier chariot (8), cette tourelle (1) étant associée à un magasin de boulons (14) porté par le même support (2), des moyens (15) étant prévus pour le transfert successif des boulons (13) entre le magasin (14) et la unité de boulonnage (11), caractérisée en ce que les moyens (15) prévus pour le transfert des boulons (13) entre le magasin (14) et l'unité de boulonnage (11) sont aptes à faire décrire, à un boulon (13) prélevé dans le magasin (14), non seulement un mouvement perpendiculaire à l'axe (35) du trou foré (34), mais encore un déplacement parallèle à cet axe (35), de manière à introduire le boulon (13) dans le trou (34) sur une longueur partielle de ce trou, avant la reprise du boulon (13) par l'unité de boulonnage (11) pour son introduction complète dans le trou (34). 2. Tourelle de foration et de boulonnage, avec magasin de boulons associé, selon la revendication 1, dans laquelle les moyens (15) de préhension et de transfert des boulons (13) entre le magasin (14) et l'unité de boulonnage (11) sont constitués par des pinces (20,21) décrivant un mouvement de pivotement (flèche 36) autour d'un axe (22) parallèle à l'axe de pivotement (5) de la poutre (4) de la tourelle (1), caractérisée en ce que les pinces (20,21) sont portées par un support intermédiaire commun (24) monté mobile en translation, selon une course déterminée (C1), parallèlement à l'axe de pivotement (22) desdites pinces (20,21), des moyens de commande (31) étant prévus pour le déplacement en translation dudit support intermédiaire (24). 3. Tourelle de foration et de boulonnage, avec magasin de boulons associé, selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'ensemble des pinces (20,21) est porté par un même axe rotatif (22), monté tournant sur une glissière (24) elle-même montée mobile en translation parallèlement à l'axe de pivotement (5) de la poutre (4), en étant guidée latéralement par des patins (29,30) solidaires du support (2) de la tourelle (1), un vérin (31) étant prévu pour déplacer la glissière (24) en translation. 4. Tourelle de foration et de boulonnage, avec magasin de boulons associé, selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le premier chariot (8) qui porte la perforatrice (10) est un chariot télescopique (32,33) permettant d'allonger la course (C3) de la perforatrice (10).