Brevet FR2726017A1 — publié le 19960426

FRAISE AVEC PALIER A DOUILLE ADAPTEE POUR L'EXECUTION D'EXCAVATIONS. L'objet de la présente invention est une fraise avec palier à douille adaptée pour l'exécution d'excavations. La fraise objet de la présente invention est utilisée pour la réalisation de diaphragmes pour 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 mètres et plus et elle peut 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 par 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 chaîne fraisante disposée 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 celle-ci 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 dans le document 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 de ceux-ci, 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 l'invention une fraise avec palier à douille, 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 sur la périphérie, des outils de fraisage, associés à au moins un segment porte-outils, 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 au moins un trou pour le 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, en un corps unique, sur les deux côtés, de manière opposée et coaxiale, des éléments de support à couronne circulaire s'étendant perpendiculairement à ladite plaque verticale et chacun étant associé à un demi-tambour spécifique, des éléments à roulement étant intercalés et situés sur la circonférence extérieure de l'élément moteur respectif et couvrant au moins partiellement l'extension latérale de cet élément moteur. Selon d'autres caractéristiques, les éléments à roulement sont extérieurs aux éléments correspondants de support et coopèrent de façon essentiellement directe avec le segment porte outils du demi-tambour correspondant. Les éléments à roulement sont internes à l'élément de support correspondant et agissent en combinaison avec des éléments à douille de support reliant cinématiquement le segment porte-outils du demi-tambour correspondant à l'arbre moteur. Les éléments à douille de support s'étendent, au niveau de la circonférence, au moins partiellement au dessus et autour des éléments moteur. Les premiers éléments à joint d'étanchéité se trouvent au moins entre les éléments à douille de support et les éléments de support. Les éléments à roulement agissent en combinaison avec les éléments de protection à joint d'étanchéité associés à la plaque verticale. Il existe des éléments amortisseurs anti-choc entre les éléments à roulement de support et le segment portant les 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 fixés de façon opposée sur 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, la plaque verticale présente, pour chaque côté, des éléments de support pour les demi-tambours, ces éléments de support étant pratiqués sur celle-ci en un corps unique. Lesdits éléments de support sont en forme de couronne circulaire et sont disposés de manière réciproquement coaxiale et opposée par rapport à ladite plaque verticale. Ces éléments de support s'étendent essentiellement perpendiculairement à 1 a plaque verticale, et substantiellement sur toute la largeur des demi-tambours, en couvrant au moins partiellement l'extension latérale des éléments moteur. Selon l'invention, ces éléments de support soutiennent les éléments à segment portant les outils de fraisage, par l'intermédiaire d'éléments à roulement de support et de répartition de charge. Selon une première solution de l'invention, les éléments à roulement sont concentriques et extérieurs par rapport aux éléments de support intégraux de la plaque verticale et agissent essentiellement en combinaison directe avec les segments portant les outils de fraisage. Selon une variante, ces éléments à roulement sont concentriques et internes par rapport aux éléments de support et viennent s'interposer entre les éléments de support précités et les éléments à douille opportuns associés cinématiquement à l'arbre moteur et au segment portant les outils de fraisage. Ces éléments à douille de support s'étendent au dessus et autour des éléments moteur. Cette solution de variante fait que les contraintes qui s'exercent en phase d'excavation sur les outils de fraisage ne se déchargent pas directement sur les éléments à roulement mais sont au moins partiellement absorbées par les éléments à douille de support. La configuration des éléments de support intégraux de la plaque verticale permet la mise en place de roulements de grandes dimensions en mesure d'exercer leur fonction spécifique avec une extrême efficacité. Selon l'invention, il existe au moins un élément d'absorption des chocs et des contraintes qui sont engendrés pendant la phase d'excavation entre le segment portant les outils de fraisage et les éléments à douille de support. En outre, il existe des joints d'étanchéité au moins entre les éléments à douille de support et le segment portant les outils de fraisage. Les figures de dessin ci-jointes sont fournies à titre d'exemple non limitatif et illustrent deux solutions préférentielles de l'invention. la figure 1 illustre, par une coupe longitudinale, une première solution de l'invention; et la figure 2 illustre une variante évolutive de la figure 1. Dans les figures 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 généralement 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. Les moteurs 15, de préférence de type hydraulique, sont rigidement fixés de côté et essentiellement au centre de la plaque verticale 12, et il existe un moteur 15 pour chaque demi-tambour lla et llb Les moteurs 15 sont associés à un arbre 16, inséré à l'intérieur d'un trou 29 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. La plaque verticale 12 présente des éléments de support , pratiqués sur celle-ci en un corps unique et qui s'étendent perpendiculairement à celle-ci sur une grande partie de la largeur des demi-tambours lla et llb correspondants. Les éléments de support 20 sont disposés sur les deux côtés de la plaque verticale 12, de manière coaxiale et opposée, et sont en forme de couronne circulaire. Ces éléments de support 20 servent à soutenir les demi- tambours lla et llb et en particulier le segment 23 portant les outils de fraisage 24. Selon la solution illustrée dans la figure 1, les éléments de support 20 agissent en combinaison avec des éléments à roulement 19 disposés de manière concentrique et situés sur la circonférence extérieure de ceux-ci. Ces éléments à roulement 19 couvrent au moins partiellement l'extension latérale des éléments moteur correspondants 15 en formant ainsi une vaste surface de support pour le demi-tambour lla et llb correspondant. Dans la solution de la figure 1, les éléments à roulement 19 coopèrent de façon essentiellement directe avec le segment 23 portant les outils de fraisage 24 et, dans le cas d'espèce, il existe au moins un élément annulaire à douille de broche 18 intercalé et cinématiquement raccordé à l'arbre moteur 16. Entre l'élément annulaire à douille de broche 18 et le segment 23 portant les outils de fraisage 24, il existe en outre, dans le cas présent, une bague intermédiaire 25. Selon une variante, l'élément annulaire à douille de broche 18 peut former un corps unique avec la bague intermédiaire 25 ou également avec le segment 23 porte- outils. Selon la variante illustrée dans la figure 2, les éléments à roulement 19 sont concentriques et internes par rapport aux éléments de support 20 et ils agissent en combinaison avec une douille annulaire 118 reliant cinématiquement l'arbre moteur 16 au segment 23 porte-outils 24. Selon cette solution, la douille annulaire 118 s'étend au dessus et autour des éléments moteur 15 et les éléments à roulement 19 sont intercalés entre cette douille annulaire 118 et les éléments de support 20 intégraux de la plaque verticale 12. Cette solution implique que toutes les contraintes dérivant de l'action d'excavation peuvent se répartir sur les éléments à roulement 19, non pas directement mais par l'intermédiaire de ladite douille annulaire 118. Cela permet de préserver les éléments à roulement 19 des risques d'usure prématurée et d'ovalisation qui en compromettent le bon fonctionnement. En outre, la coopération entre la douille annulaire 118 et la plaque verticale 12, par l'intermédiaire des éléments de support 20, assurée par les larges roulements 19, assure une transmission et une distribution correctes des charges dynamiques et des contraintes des demi-tambours lla et llb à la plaque verticale 12. La transmission des contraintes n'affecte d'ailleurs pas outre mesure les moteurs 15 puisqu'ils ne sont pas directement associés à la structure de soutien des demi- tambours lla et llb. Dans le cas d'espèce, il existe tout d'abord des joints 21 disposés entre les douilles annulaires 118 et l'extrémité des éléments de support 20. Il peut en outre y avoir des seconds joints 22 disposés entre la douille annulaire 118 et la plaque verticale 12. Les premiers et les seconds joints 21 et 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 également associés à des éléments de protection constitués, dans le cas présent, d'un couvercle 31 associé à des éléments à joint d'étanchéité 30. Ces éléments à joint d'étanchéité 30 permettent le montage et le raccordement dudit couvercle 31 sur le joint de transmission de couple 17. Dans le cas d'espèce, il existe un élément amortisseur anti-choc 26 entre la bague intermédiaire 25 et le segment 23 portant les outils de fraisage 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 2 6 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 d'espèce, la fraise 10 présente un outil désagrégateur supplémentaire constitué d'une chaîne fraisante 28, et situé entre les outils de fraisage 24. Cette chaîne fraisante 28 agit, dans le cas présent, en combinaison avec un patin de soutien 27 présent sur au moins un tronçon périphérique de la plaque verticale 12. REVENDICATIONS 1. Fraise avec palier à douille, adaptée pour l'exécution d'excavations pour la réalisation de diaphragmes, de parois et fondations, présentant au moins un couple de demi-tambours (11a, llb) coaxiaux, comprenant sur la périphérie, des outils de fraisage (24, 28), associés à au moins un segment porte-outils (23), ces demi-tambours (11a, 11b) 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 (lia, 11b), et ces demi-tambours (11a, 11b) 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 au moins un trou (29) pour le 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 (11a,llb), cette plaque verticale (12) présentant, en un corps unique, sur les deux côtés, de manière opposée et coaxiale, des éléments de support (20) à couronne circulaire s'étendant perpendiculairement à ladite plaque verticale (12) et chacun étant associé à un demi- tambour spécifique (lia, 11b); des éléments à roulement (19) étant intercalés et situés sur la circonférence extérieure de l'élément moteur respectif (15) et couvrant au moins partiellement l'extension latérale de cet élément moteur (15). 2. Fraise conformément à la revendication 1, caractérisée par le fait que les éléments à roulement (19) sont extérieurs aux éléments correspondants de support (20) et coopèrent de façon essentiellement directe avec le segment porte-outils (23) du demi- tambour correspondant (11a, 11b). 3. Fraise conformément à la revendication 1 caractérisée par le fait que les éléments à roulement (19) sont internes à l'élément de support correspondant (20) et agissent en combinaison avec des éléments à douille de support (118) reliant cinématiquement le segment porte-outils (23) du demi-tambour correspondant (11a, llb) à l'arbre moteur (16). 4. Fraise conformément à la revendication 3, caractérisée par le fait que les éléments à douille de support (118) s'étendent, au niveau de la circonférence, au moins partiellement au dessus et autour des éléments moteur (15). 5. Fraise conformément à l'une ou l'autre des revendications 3, 4, caractérisée par le fait que les premiers éléments à joints d'étanchéité (21) se trouvent au moins entre les éléments à douille (118) de support et les éléments de support (20). 6. Fraise conformément à l'une ou l'autre des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les éléments à roulement (19) agissent en combinaison avec les éléments de protection à joint d'étanchéité (22) associés à la plaque verticale (12). 7. Fraise conformément à l'une ou l'autre des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'il existe des éléments amortisseurs anti-choc (26) entre les éléments à roulement de support (19) et le segment (23) portant les outils de fraisage (24). 8. Fraise conformément à l'une ou l'autre des revendications précédentes, caractérisée par le fait que la chaîne fraisante (28) agit en combinaison avec un patin de soutien (27) présent sur au moins un tronçon périphérique de la plaque verticale (12). 9. 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 (31) et joint (30).