Brevet FR2726018A1 — publié le 19960426

FRAISE AVEC PALIER A ROULEMENT ADAPTEE POUR L'EXECUTION D'EXCAVATIONS. L'objet de la présente invention concerne une fraise avec palier à roulement adaptée pour l 'execution d'excavations. La fraise objet de la prêsenre invention est uti!isée pour la réalisation de diaphragmes Dour obtenir des parois et des fondations. Ce type de fraise est adapté pour opérer sur des terrains rocheux ou non jusqu'à des profondeurs de 100 mètres et plus et elle peur être utilisée en combinaison avec des engins de manutention et de déplacement tels que par exemple des engins à grue. Dans l'état actuel de la technique, on connaît les machines excavatrices utilisées pour creuser le sol et effectuer des excavations pour la mise en place de parois et de fondations. Ces machines excavatrices utilisent généralement des demi-tambours rotatifs, de type à fraise, disposés deux par deux de manière coaxiale, et il existe généralement deux couples tournant dans le sens contraire l'un car rapport à l'autre, avec des axes parallèles. Les demi-tambours rotatifs sont dotés à leur périphérie d'outils d'excavation et sont supportés de manière coaxiale par un noyau central. Il peut exister une chaine fraisante discosee essentiellement au centre des deux demi-tambours. Les demi-tambours désagrègent le terrain qui est ensuite aspiré par l'intermédiaire d'une pompe. Sur la base du type de terrain, le type d'outil désagrégateur est modifié. Les demi-tambours sont entraînés en rotation par l'arbre d'au moins un moteur, qui peut être de type électrique ou, de préférence, de type hydraulique, étant donné la grande fiabilité désormais atteinte par ce type de moteurs. Les utilisateurs de ces machines demandent de plus en plus une fraise qui soit la plus compacte possible et de largeur réduite, et ce pour limiter l'épaisseur de l'excavation afin de réduire les coûts d'excavation et de remplissage successif. Dans ce but, on sait, en technique, mettre le ou les moteurs d'actionnement à l'intérieur du couple de demi- tambours coaxiaux. Un des problèmes que ces machines doivent résoudre est celui consistant à réaliser un noyau central entre les fraises définissant les deux couples de fraises coaxiales. L'épaisseur de ce noyau doit être la plus petite possible, pour éviter qu'il ne reste une bande de terrain compact, ou de roche non travaillée par les fraises. Si une telle bande de roche se forme, la fraise ne réussit plus à avancer puisque la partie non fraisante (le noyau central c'est-à-dire le palier à plaque verticale) s'appuie sur un élément solide non fraisé qui s'oppose à l'avancement. Un autre problème que les machines connues doivent résoudre est celui relatif au fait que les demi-tambours sont soumis pendant l'excavation à des charges très élevées et à des vibrations importantes, de sorte que les moteurs sont soumis à des contraintes qui en réduisent la durée de vie. Le document US-A-3,894-587 prévoit un noyau central à plaque verticale, sur lequel est solidement fixé le moteur d'actionnement qui fait tourner les deux demi-tambours qui constituent le couple. Cette solution permet de décharger toutes les contraintes des demi-tambours, à travers les moteurs, directement sur le noyau central qui constitue un corps unique avec ces moteurs et absorbe les charges et les vibrations déterminées par ces demi-tambours en phase de travail. Avec cette solution, cependant, il n'est pas totalement possible de limiter, en phase de travail, les charges importantes exercées sur les arbres des moteurs, puisque ces moteurs sont également fortement sollicités, en particulier dans des conditions de travail difficiles, puisqu'ils sont soumis à des charges en porte-à-faux. Ceci s'applique dans la mesure o les demi-tambours sont montés directement sur l'arbre d'actionnement desdits moteurs. Afin de prolonger la vie de ces moteurs, le brevet EP-B-0.262.050 prévoit de décharger les forces qui s'exercent sur les demi-tambours directement sur le noyau central. Ce document prévoit que le noyau central à plaque verticale est traversé par une douille tubulaire (on prévoit une douille pour chaque couple de demi-tambours) à l'intérieur de laquelle se trouve le moteur d'actionnement des demi-tambours. Ce moteur d'actionnement est coaxial avec les demi- tambours et le carter du moteur est fixé sur cette douille. La douille présente à ses extrémités une bride adaptée pour supporter les roulements des demi-tambours correspondants. Ce document prévoit que le moteur d'actionnement puisse être aussi bien un moteur hydraulique qu'un moteur électrique. Ce document antérieur prévoit le blocage du carter du moteur par rapport à la douille, de sorte que ce moteur est rendu solidaire de cette douille et non du noyau central à plaque verticale, ce qui fait que le moteur et la douille constituent un corps unique. Cette invention permet donc de décharger les contraintes des demitambours sur le noyau central également à travers la douille et non seulement par l'intermédiaire des moteurs. Cependant, il est évident que les demi-tambours, étant supportés par les brides respectives fixées à la douille, génèrent sur la douille une poussée assimilable à une poutre en porte-à-faux, avec une charge située au delà du moteur. Cela provoque une transmission des contraintes et charges dynamiques auxdits moteurs, qui bien que n'étant pas directement associés aux demitambours, le sont de fait par l'intermédiaire de la douille. On ne voit pas clairement comment ce document permet de réduire l'épaisseur du noyau central à plaque verticale puisque rien n'est dit à ce sujet et puisque la solution de réalisation semble être analogue à celle présente dans le document US-A-3.894.587. Dans la solution selon le brevet EP-B-0.262.050, les brides doivent être montées à l'aide de vis ou autre sur les douilles respectives, ce qui crée d'autres problèmes, aussi bien de résistance mécanique que de montage et d'entretien. En outre, le roulement portant le demi-tambour se trouve situé au delà du moteur de sorte que le demi-tambour est sollicité en porte-à-faux, comme par US-A-3.894.587. En outre, le fait que le roulement se trouve au delà du moteur, ainsi que les exigences de petite épaisseur du câble, impliquent que le roulement doit être, de fait, de dimensions très réduites et par conséquent, qu'il sera faible en soi, et qu'il doit être disposé essentiellement de manière asymétrique. Les systèmes d'étanchéité hydraulique doivent également être nécessairement réduits, ce qui implique une réduction d'efficacité, et ce qui a une incidence sur la durée de vie des roulements et des moteurs. Il faut donc noter que le montage des moteurs, qui exige une grande précision pour le positionnement et l'alignement du trou de montage de la douille avec celui de la bride, implique des temps d'exécution très longs, des difficultés d'entretien et d'intervention, des coûts supplémentaires et d'autres inconvénients. En outre, dans la solution, selon le brevet EP-B-0.262. 050, dans laquelle les roulements sont uniquement en combinaison avec la bride, les forces qui agissent sur le demi-tambour à proximité du noyau central créent une contrainte de torsion qui s'ajoute aux contraintes propres à l'excavation et qui se traduit par un effort anormal sur la bride et sur le roulement. Le document US-A-4,098.539 ne prévoit pas que le moteur soit intérieur entre les deux demi-tambours; cependant il prévoit également un noyau central avec une douille passante qui soutient les deux demi-tambours au moyen de roulements. Il existe en outre au moins une bride annulaire reliée aux extrémités de la douille, qui soutient les roulements. Ce document présente donc les mêmes problèmes que ceux mentionnés relativement au brevet EP-B-0.262.050. De façon substantiellement analogue, le document US-A-4,785,559 prévoit un noyau central à plaque verticale traversé par une douille tubulaire creuse à axe horizontal et coaxial avec les demi-tambours, qui possède à l'intérieur des éléments à moteur pour l'actionnement des demi-tambours. La douille tubulaire creuse soutient les demi-tambours, au moyen des roulements, en intercalant des moyeux rendus solidaires des demi- tambours et associés à un arbre commun coaxial aux demi-tambours. Les moyeux, associés aux demi-tambours respectifs, sont montés à l'aide de cannelures sur l'arbre commun, ce qui permet de transférer le mouvement d'un demi-tambour à l'autre par la rotation simultanée et coordonnée de ceux-ci. Les documents FR-A-1.545.629 et FR-A-2.221.027 prévoient également un noyau central qui supporte les deux demi- tambours rotatifs. Tous les documents cités ne résolvent pas de manière efficace le problème de l'absorption des charges, sous forme de sollicitations et de vibrations, qui se transmettent des demi-tambours rotatifs en phase d'excavation à la structure de soutien des moteurs. En outre, la configuration de support des demi-tambours est souvent faible, et ne suffit pas à garantir la rigidité nécessaire des demi-tambours, particulièrement dans des conditions de travail difficiles telles que par exemple celles caractérisées par les terrains rocheux ou par la présence d'obstacles dans la zone d'excavation. Pour résoudre ces inconvénients, ainsi que pour obtenir d'autres avantages ultérieurs, la demanderesse a étudié, expérimenté et réalisé la présente invention. Il est proposé selon la présente invention une fraise avec palier à roulement, adaptée pour l'exécution d'excavations pour la réalisation de diaphragmes, de parois et fondations, présentant au moins un couple de demi- tambours coaxiaux, comprenant au moins des éléments à bride et, sur la périphérie, des outils de fraisage, ces demi- tambours étant associés à un arbre moteur actionné par des moteurs, ces moteurs étant positionnés à l'intérieur du couple de demi-tambours, et ces demi- tambours étant supportés par un noyau central se développant essentiellement verticalement en forme de plaque verticale, ces moteurs étant solidairement fixés sur le côté audit noyau central développé verticalement, ce noyau central présentant un trou de passage de l'arbre moteur, caractérisée par le fait que la plaque verticale est passante et s'étend substantiellement sur toute la hauteur des demi-tambours, cette plaque verticale présentant sur les deux côtés, de manière opposée et coaxiale, des éléments à roulement de support pour ces demi-tambours, ces éléments à roulement présentant une bague intérieure reliée rigidement sur un côté à la plaque verticale et s'étendant à l'extérieur et sur la circonférence des éléments moteurs, tandis que la bague extérieure des éléments à roulement présente une surface latérale rigidement reliée à la partie intérieure des éléments à bride. Selon d'autres caractéristiques, entre le segment portant les outils de fraisage et les éléments à roulement se trouve au moins une bague intermédiaire. Les éléments à roulement s'étendent perpendiculairement à la plaque verticale, en position extérieure et circonférentielle par rapport aux éléments moteurs respectifs et essentiellement sur une grande partie de la largeur des demi-tambours. Il existe des éléments à joint d'étanchéité, au moins entre les éléments à segment porte-outils et les éléments à roulement. Il existe des éléments amortisseurs anti-choc entre les éléments à roulement et les éléments à segment porte-outils de fraisage. La chaîne fraisante agit en combinaison avec un patin de soutien présent sur au moins un tronçon périphérique de la plaque verticale. Les éléments moteur sont associés à des éléments de protection avec couvercle et joint. Le but de l'invention est de réaliser une fraise adaptée à l'exécution d'excavations pour l'obtention de parois et fondations. La fraise selon l'invention présente des couples de demi-tambours rotatifs, de type à fraise, disposés deux par deux de manière coaxiale, et il existe deux couples tournant dans le sens inverse l'un par rapport à l'autre, avec des axes parallèles. Les demi-tambours sont entraînés en rotation par un arbre associé à deux moteurs coaxiaux, de préférence de type hydraulique. Les demi-tambours présentent sur leur périphérie des outils désagrégateurs de type à roue fraisante et/ou à chaîne fraisante généralement associés à un segment porte- outils. Selon l'invention, la fraise présente un noyau central, constitué essentiellement d'une plaque verticale passante, qui s'étend principalement sur toute la hauteur des demi- tambours et présentant au niveau supérieur les éléments de fixation et d'ancrage aux organes de manutention et d'actionnement. Les deux moteurs d'actionnement des demi-tambours sont rigidement fixes de façon opposée sur le côté de cette plaque verticale, et ils sont associés auxdits demi- tambours, uniquement par l'intermédiaire de l'arbre. Ces moteurs sont ainsi faiblement touchés par les contraintes et par les vibrations qui sont engendrées par l'action des outils fraisants, et déchargent d'ailleurs totalement ces contraintes résiduelles sur la plaque verticale de support à laquelle ils sont solidairement associés. Selon l'invention, pour chaque demi-tambour, il existe au moins un élément à roulement de support fixé sur cette plaque verticale, qui s'étend à l'extérieur et sur la circonférence des éléments de moteur. Cet élément à roulement de support constitue l'élément de support et de transmission des charges et des contraintes des demi-tambours directement sur cette plaque verticale. Cet élément à roulement de support présente une dimension et une structure permettant de garantir une résistance élevée et une importante capacité d'absorption des chocs et des vibrations. Cet élément à roulement de support présente une largeur permettant de couvrir au moins partiellement l'extension latérale des éléments de moteur afin de fournir une vaste surface de support et d'absorption des charges pour le segment porte-outils auquel il est associé. Selon l'invention, cet élément à roulement de support présente une bague intérieure reliée rigidement sur un côté de cette plaque verticale et une bague extérieure fixée rigidement à la partie intérieure des éléments à bride qui relient l'arbre moteur au segment porte-outils. Selon une variante, entre l'élément à roulement de support et le segment porte-outils se trouve une bague intermédiaire sur laquelle est calé cet élément à roulement. Selon une variante de l'invention, il existe au moins un élément d'absorption des chocs et des contraintes qui sont engendrées pendant la phase d'excavation, entre le segment portant les outils de fraisage et l'élément à roulement de support. En outre, selon une autre variante, il existe des éléments à garniture, au moins entre l'élément à roulement de support et la plaque verticale. Les figures ci-jointes sont fournies à titre d'exemple non limitatif et illustrent certaines solutions préférentielles de l'invention. Parmi ces figures: la figure 1 illustre une coupe longitudinale d'une forme de réalisation préférentielle de la fraise selon l'inven- tion; la figure 2 illustre un détail de la variante de la fraise de la figure 1. Dans les figures de dessin ci-jointes est illustrée partiellement une fraise 10 selon l'invention, comprenant au moins un premier couple de demi-tambours lla, llb coaxiaux et associés à une plaque verticale 12, la fraise 10 comprenant typiquement un second couple de demi-tambours également coaxiaux et avec un axe parallèle au premier couple. La plaque verticale 12 a une fonction de noyau central et de support pour les deux demi-tambours lla et llb et présente, au niveau supérieur, des éléments 13 de liaison et de fixation aux engins de manutention et de support adaptés, par exemple faisant partie d'une grue ou d'un engin analogue. La plaque verticale 12 présente, dans le cas présent, en son centre, les canaux 14 pour l'acheminement de l'alimentation hydraulique, des câbles électriques et de tout autre élément nécessaire pour le fonctionnement des organes de la fraise 10. Sur la plaque verticale 12 sont rigidement fixés, essentiellement en son centre, les deux moteurs 15, de préférence de type hydraulique, puisqu'il existe un moteur pour chaque demi-tambour lla et llb Les moteurs 15 sont associés à un arbre 16, inséré à l'intérieur d'un trou 27 pratiqué sur cette plaque verticale 12, sur lequel sont fixés des joints de transmission de couple 17 pour chacun des demi-tambours lla et 11b. Ces joints de transmission de couple 17 fonctionnent, pour chaque demitambour 11, avec une bride de transmission de couple 18, laquelle se branche cinématiquement à la bague 23 qui supporte les roues fraisantes 24 et la chaîne fraisante 21. Chaque bride de transmission de couple 18 est associée, dans le cas d'espèce, à une bague intermédiaire O10 correspondante 25 qui est reliée au segment 23 portant les outils de fraisage 21 et 24. Chaque bague intermédiaire 25 est supportée, dans le cas d'espèce, par un roulement de support correspondant 19, lequel a pour but de soutenir et de transmettre les contraintes des demi-tambours lla et llb à la plaque verticale 12. Ce roulement de support 19 a également pour but de libérer la bride de transmission de couple 18 de la fonction de support des éléments fraisants, de façon à ce que toutes les contraintes de l'action d'excavation aillent se décharger, par l'intermédiaire du roulement de support 19, sur la plaque verticale 12. Ce roulement de support 19 est extérieur à l'élément moteur correspondant 15 et en couvre une grande partie de l'extension latérale. Cette vaste surface de support garantie par les roulements de support 19 permet une répartition des contraintes correcte et uniforme et limite fortement les possibles torsions et déformations ponctuelles. La transmission des contraintes n'affecte d'ailleurs pas outre mesure les moteurs 15 puisqu'ils ne sont pas associés à la structure de soutien des demi-tambours lia et 11b. Le roulement de support 19 présente, dans le cas d'espèce, une bague interne 19a qui est rigidement reliée à la plaque verticale 12 à l'extérieur et aux éléments moteurs sur sa circonférence, tandis que la bague extérieure 19b présente une surface circonférentielle rigidement reliée à la partie interne de la bride 18. Dans le cas d'espèce, il existe des joints 22 d'étanchéité disposés entre la bague intermédiaire 25 et la plaque verticale 12. Les joints 22 servent à protéger le roulement de support 19 des infiltrations d'eau ou d'un autre matériau tel que le sable, le gravier, les cailloux, etc... Selon une variante, les moteurs 15 sont associés à des engins de protection constitués, dans le cas présent, d'un couvercle 29 associé à des éléments à joint d'étanchéité 28. Ces éléments à joint d'étanchéité 28 permettent le montage et le raccordement dudit couvercle 29 sur le joint de transmission de couple 17. Dans le cas d'espèce, il existe un élément amortisseur anti-choc 20 entre la bague intermédiaire 25 et le segment 23 portant les roues fraisantes 24. Dans le cas d'espèce, la bague intermédiaire 25 présente des dents 125 qui s'insèrent à l'intérieur d'encoches pratiquées sur le segment 23 portant les outils de fraisage 24, ces éléments amortisseurs anti- chocs 20 étant positionnés autour de ces dents 125. Cette configuration limite la déformation angulaire dérivant des efforts d'excavation qui se transmettent sur la structure par l'intermédiaire des outils de fraisage 24. Dans le cas de la variante illustrée dans la figure 2, la chaîne fraisante 121 est associée à un patin de soutien 26 présent sur au moins un tronçon périphérique de la plaque verticale 12. REVENDICATIONS 1. Fraise avec palier à roulement, adaptée pour l'exécution d'excavations pour la réalisation de diaphragmes, de parois et fondations, présentant au moins un couple de demi-tambours (11a, 11b) coaxiaux, comprenant au moins des éléments à bride (18) et, sur la périphérie, des outils de fraisage (24, 21, 121), ces demi-tambours (11a, llb) étant associés à un arbre moteur (16) actionné par des moteurs (15), ces moteurs (15) étant positionnés à l'intérieur du couple de demi-tambours (11a, 11b), et ces demi-tambours (11a, llb) étant supportés par un noyau central se développant essentiellement verticalement en forme de plaque verticale (12), ces moteurs (15) étant solidairement fixés sur le côté audit noyau central développé verticalement, ce noyau central présentant un trou (27) de passage de l'arbre moteur (16), caractérisée par le fait que la plaque verticale (12) est passante et s'étend substantiellement sur toute la hauteur des demi-tambours (lla,llb), cette plaque verticale (12) présentant sur les deux côtés, de manière opposée et coaxiale, des éléments à roulement (19) de support pour ces demi-tambours (11a, 11b), ces éléments à roulement (19) présentant une bague intérieure (19a) reliée rigidement sur un côté à la plaque verticale (12) et s'étendant à l'extérieur et sur la circonférence des éléments moteurs (15), tandis que la bague extérieure (19b) des éléments à roulement (19) présente une surface latérale rigidement reliée à la partie intérieure des éléments à bride (18). 2. Fraise conformément à la revendication 1, caractérisée par le fait qu'entre le segment (23) portant les outils de fraisage (24) et les éléments à roulement (19) se trouve au moins une bague intermédiaire (25). 3. Fraise conformément à la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait que les éléments à roulement (19) s'étendent perpendiculairement à la plaque verticale (12), en position extérieure et circonférentielle par rapport aux éléments moteurs (15) respectifs et essentiellement sur une grande partie de la largeur des demi-tambours (11a, llb). 4. Fraise conformément à l'une ou l'autre des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'il existe des éléments à joint d'étanchéité (22), au moins entre les éléments à segment porte-outils (23) et les éléments à roulement (19). 5. Fraise conformément à l'une ou l'autre des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'il existe des éléments amortisseurs anti-choc (20) entre les éléments à roulement (19) et les éléments à segment (23) porte-outils de fraisage (24, 21, 121). 6. Fraise conformément à l'une ou l'autre des revendications précédentes, caractérisée par le fait que la chaîne fraisante (121) agit en combinaison avec un patin de soutien (26) présent sur au moins un tronçon périphérique de la plaque verticale (12). 7. Fraise conformément à l'une ou l'autre des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les éléments moteur (15) sont associés à des éléments de protection avec couvercle (29) et joint (28).