Brevet FR2744489A1 — publié le 19970808

L'invention concerne un mât de forage de longueur variable muni d'une tête de rotation montée mobile en translation le long du mât et destinée à recevoir un outil. L'invention concerne également une machine comportant un tel mât. Pour effectuer des travaux de forage, de percussion, ou d'analyse par pénétration dans un sol, on utilise des machines, généralement montées mobiles sur un châssis muni d'un chenillard, qui comporte une tête de travail montée coulissant sur un mât. Ce mât est souvent monté basculant de manière à pouvoir être orienté horizontalement pendant le déplacement de la machine et verticalement ou dans d'autres positions pour effectuer les travaux demandés. Pendant ces travaux, la tête de travail est déplacée le long du mât pour enfoncer l'outil dans le sol ou dans tout autre structure, objet des travaux. La course de la tête de travail étant limitée par la longueur du mât, il est nécessaire de prévoir une pluralité de machines ayant des mâts de longueur différente pour pouvoir répondre & des besoins aussi variables que ceux d'un chantier en plein air où l'on peut employer une machine & mât long afin de pouvoir utiliser des forets ou tubes longs, d'une part, et des travaux de bâtiment ou d'ouvrage d'art, où il faut choisir une machine avec un mât court et des forets courts, comptetenu de la faible hauteur sous plafond disponible. Par ailleurs, l'utilisation de machines ayant un mât court implique, en cas de pénétration profonde d'un sol ou d'une structure, un nombre élevé d'étapes de travail à cause des rallongements nécessairement fréquents de l'outillage. Une solution possible permettant de varier la longueur du mât d'une machine de forage ou analogue consiste à monter un mât auxiliaire coulissant sur le mât principal et de monter la tête de travail coulissant sur le mât auxiliaire. Cependant, cette solution, tout en rendant variable la longueur effective du mât de la machine, conserve la caractéristique d'une course limitée de l'outil, à savoir limitée par la longueur du mât auxiliaire. Une solution alternative pourrait consister à utiliser un mât télescopique. Cependant, un tel mât ne permet pas de déplacement de la tête de travail sur la longueur entière du mât déployé, compte-tenu des diamètres dégressifs d'un élément & l'autre des éléments qui forment le mât télescopique. En conséquence, les mâts télescopiques utilisés à ce jour ne permettent pas non plus de rendre variable la longueur de la course de l'outil. Le but de l'invention est de remédier aux inconvénients décrits ci-avant. Plus particulièrement l'invention doit proposer un mât dont la course maximale de la tête de travail varie avec la longueur variable du mât. De plus, le mât doit être d'une conception simple et doit notamment permettre une manipulation simple impliquant un nombre réduit de commandes. Le but de l'invention est atteint par un mât de forage de longueur variable muni d'une tête de rotation montée mobile en translation le long du mât et destinée & recevoir un outil, le mât comprenant un mât principal et une coulisse montée pour se déplacer axialement à l'intérieur du mât principal entre une première position rétractée donnant au mât sa longueur minimale et une deuxième position déployée donnant au mât sa longueur maximale, et des moyens d'entraînement assurant le déplacement de la tête de rotation. Le mât comporte des verrous assurant un premier type de fonctionnement dans lequel le mât de forage est en position rétractée, les moyens d'entraînement assurant le déplacement de la tête de rotation sur le mât principal, et un deuxième type de fonctionnement dans lequel la tête de rotation est solidaire de la coulisse, les moyens d'entraînement assurant le déplacement de la coulisse par rapport au mât principal. Sans sortir du principe de la présente invention, le mât de l'invention peut être équipé, en alternative, de tout autre type de tête de travail, tel que par exemple une tête de percussion ou un pénétromètre, destiné à se déplacer, en position de travail, le long du mât. De même, il est concevable que la tête de rotation ou toute autre tête de travail utilisée avec le mât de l'invention, et qui habituellement se déplace du haut vers le bas pendant la phase de travail, se déplace du bas vers le haut ou, lorsque le mât est orienté approximativement horizontalement pendant la phase de travail, se déplace dans une direction ou dans l'autre le long du mât. I1 s'en suit que le mât de l'invention peut être utilisé, sans sortir du principe de la présente invention, avec pour position de départ, une position entièrement ou partiellement déployée selon la situation du lieu de travail, et avec pour position finale, la position rétractée et viseversa. L'invention concerne également les caractéristiques ciaprès, considérées isolément ou dans toutes leurs combinaisons techniquement possibles: - Les moyens d'entraînement du mât comportent un moteur unique destiné à entraîneur la tête de rotation en translation et à déplacer la coulisse. - Le mât principal comporte une glissière permettant le déplacement de la tête de rotation, la coulisse comportant une tête de coulisse munie d'une glissière venant, en position rétractée du mât, en continuité de la glissière du mât principal, un premier verrou déplaçable entre une position active et une position passive, solidarisant en position active la coulisse au mât principal, lorsque le mât est en position rétractée, un deuxième verrou déplaçable entre une position active et une position passive, solidarisant en position active la tête de rotation sur la tête de la coulisse, une chaîne en boucle fermée entraînée et solidaire da la tête de rotation, la chaîne circulant entre une première roue de renvoi tournant autour d'un axe placé en partie basse du mât principal verticalement orientée, une deuxième roue de renvoi tournant autour d'un axe placé en partie haute du mât principal, une troisième roue de renvoi tournant autour d'un axe placé en partie basse de la coulisse et une quatrième roue de renvoi tournant autour d'un axe placé en partie haute de la coulisse, le premier verrou étant en position active et le deuxième verrou étant en position passive lorsque la tête de rotation se déplace sur le mât principal et inversement lorsque la tête de rotation est solidaire de la coulisse qui se déplace par rapport au mât principal. La glissière permettant le déplacement de la tête de rotation sur le mât principal peut être soit une pièce rapportée au profilé formant le mât principal, soit être formée en une seule pièce avec ce profilé qui, autrement dit, présente en ce cas une face apte & servir comme glissière permettant le déplacement de la tête de rotation. I1 en est de même de la tête de la coulisse. Toutefois, il peut s'avérer plus simple de former la coulisse avec une section transversale constante sur toute la longueur et de rajouter, dans la partie constituant la tête de la coulisse, un élément formant glissière et ayant la même section transversale que la glissière du mât principal. - L'une des roues de renvoi au moins est dentée et actionnée par le moteur unique. - La roue de renvoi dentée actionnée par le moteur unique constitue la deuxième roue de renvoi. - Le mât principal est formé par un profilé ayant une section transversale à double queue d'aronde, les deux queues d'aronde définissant une première et une deuxièmes faces parallèles du mât principal, dont la première face constitue la glissière destinée à servir comme piste de transmission pour la tête de rotation. - La coulisse est formée par un profilé ayant une section transversale rectangulaire. - La coulisse est formée par un profilé ayant une section transversale carrée. - La tête de rotation coulisse sur la première face du mât principal et sur la glissière de la coulisse au moyen de galets enfermant la partie correspondante du mât principal et de la tête de la coulisse. - La coulisse est guidée à l'intérieur du mât principal au moyen de galets prenant appui sur les faces intérieures du mât principal. L'invention concerne également une machine de forage comprenant un châssis sur chenillard. Conformément à l'invention, la machine de forage comprend un mât de forage tel que défini ci-avant. Sans sortir du principe de la présente invention, la tête de rotation du mât de forage peut être remplacée par tout autre type de tête de travail destiné & effectuer des travaux par pénétration dans un sol ou dans une structure d'un bâtiment ou d'un ouvrage d'art afin de pouvoir utiliser la machine par exemple comme machine & percussion ou comme pénétromètre. La machine de l'invention peut être conçue de manière à pouvoir être tractée par un engin indépendant ou comme machine automobile. Dans ce dernier cas, la machine de l'invention comprend un moteur par exemple thermique ou électrique relié d'une part au chenillard et d'autre part & des pompes hydrauliques destinées à fournir l'énergie nécessaire à la translation de la tête de rotation et au déplacement de la coulisse ainsi qu'à l'entraînement d'un outil inséré dans la tête de rotation ou de travail. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description d'un mode de réalisation avantageux de l'invention décrit ci-après en référence aux dessins. Dans ces dessins: La Figure 1 montre une vue latérale schématique du mât de l'invention en position rétractée. La Figure 2 montre le mât de l'invention en position déployée. La Figure 3 montre une section transversale du mât principal et de la coulisse ainsi que d'un chariot destiné au montage de la tête de rotation, des Figures 1 et 2. La Figure 4 montre un élément de fixation et de réglage d'un des galets représenté sur la Figure 3, et La Figure 5 montre une machine de forage selon l'invention. Le mât de forage représenté sur les Figures 1 à 3 comprend un mât principal 1 formé par un profilé ayant une section transversale à double queue d'aronde, une coulisse 2 formée par un profilé ayant une section transversale carrée et une tête de rotation 3 destinée à recevoir un outil F. Les deux queues d'aronde de la section transversale du mât principal définissent une première face 5 constituant une coulisse sur laquelle se déplace la tête de rotation et une deuxième face 13 sensiblement parallèle à la première face 5 et destinée à recevoir les éléments nécessaires & la fixation du mât sur un châssis d'une machine de forage. La coulisse 2 est montée à l'intérieur du mât principal 1 au moyen de galets 21, 22, 23 et 24 pour se déplacer axialement entre une première position rétractée donnant au mât sa longueur minimale (Figure 1) et une deuxième position déployée donnant au mât sa longueur maximale (Figure 2). La coulisse 2 est munie d'au moins un ensemble de quatre galets 21 à 24 réglables par des excentriques 25. Les galets 21 à 24 s'appuient sur la face intérieure du mât principal 1, et plus particulièrement sur les parties obliques 11 à 14 des queues d'aronde c'est-à-dire sur les parties respectivement adjacentes à la première face 5 et à la deuxième face 13 du mât principal 1. La coulisse 2 est formée de manière telle que, lorsqu'elle se trouve dans la position rétractée, elle dépasse du mât principal par une partie 6, appelée la tête de la coulisse. La tête 6 est munie d'une glissière 7 formée de manière telle que sa section transversale corresponde à une des deux queues d'aronde de la section transversale du mât principal 1. La glissière 7 vient, en position rétractée de la coulisse, en continuité de la glissière 5 du mât principal 1 et constitue ainsi une piste continue pour le déplacement de la tête de rotation 3 le long du mât. La tête de rotation 3 est montée coulissant sur le mât principal 1 et la tête 6 de la coulisse 2 au moyen d'un chariot 31. Le chariot 31 est muni de quatre galets 32 à 35 dont les galets 32 et 33 sont destinés & évoluer sur les coulisses 5 et 7. Les galets 34 et 35 sont montés sur les montants 36 et 37 disposés de part et d'autre du chariot 31 et orientés parallèlement à l'étendue longitudinale de la coulisse 2. Les galets 34 et 35 prennent appui sur la face extérieure des parties obliques 11 et 12 adjacentes aux coulisses 5 et 7. Les galets 32 à 35 sont réglables au moyen d'éléments excentriques 25. Les galets 32 à 35 sont en partie haute du chariot 31. Des galets analogues non représentés sont positionnés en partie basse. De manière générale, le nombre et la disposition des galets sont adaptés à l'utilisation. La translation de la tête de rotation le long du mât principal 1 et de la tête 6 de la coulisse 2 ainsi que le déplacement axial de la coulisse 2 par rapport au mât principal 1 est effectué au moyen d'une chalne 4, avantageusement à double rang. La chaîne 4 est solidaire de la tête de rotation 3 au moyen d'une attache 38. La chaîne 4, qui est une chalne sans fin ou une chaîne en boucle fermée, est montée sur quatre éléments de renvoi d'angle disposés respectivement en partie haute ou en partie basse du mât principal 1 et de la coulisse 2, les indications "haut" et "bas" se référant à un mât orienté approximativement verticalement. La chaîne 4 circule entre une première roue de renvoi 16 tournant autour d'un axe placé en partie basse du mât principal 1, une deuxième roue de renvoi 17, tournant autour d'un axe placé en partie haute du mât principal 1, une troisième roue de renvoi 18 placée en partie basse de la coulisse 2 et une quatrième roue de renvoi 19 tournant autour d'un axe placé en partie haute de la coulisse 2. La troisième roue 17 est une roue dentée reliée à un premier moteur hydraulique M1. De plus, le mât principal 1 est muni d'un premier verrou 41 disposé en partie haute. La coulisse 2 est munie d'un deuxième verrou 42 disposé en partie haute, de préférence dans la partie supérieure de la tête 6. Les verrous 41 et 42 sont des verrous hydrauliques ayant une première position ou position active dans laquelle ils rendent solidaires respectivement le mât principal 1 et la coulisse 2 (verrou 41) ou la coulisse 2 et la tête de rotation 3 (verrou 42). Le premier verrou 41 et le deuxième verrou 42 sont actionnés par des moyens appropriés hydrauliques, en fonction de la position de la coulisse 2 par rapport au mât principal 1. Le fonctionnement du mât de l'invention est le suivant: lorsque la coulisse 2 est dans sa position rétractée, c'est-àdire lorsque le mât présente sa longueur minimale, la chaîne 4 présente quatre brins approximativement parallèles entre eux et le premier verrou 41 est en position active, rendant solidaire le mât principal 1 et la coulisse 2. En même temps, le deuxième verrou 42 est dans sa position passive, rendant possible un déplacement de la tête de rotation 3 le long du mât principal 1 avec une course de longueur A. Lorsque le mât doit être rallongé, le premier verrou 41 entre en position passive rendant indépendant la coulisse 2 du mât principal 1. En même temps, le deuxième verrou 42 entre en position active bloquant la tête de rotation 3 sur la tête 6 de la coulisse 2. Ensuite, la chaîne 4 est actionnée au moyen de la roue dentée 17 entraînée dans le sens contraire des aiguilles d'une montre, vue sur les Figures 1 et 2, ce qui fait sortir la coulisse 2 du mât principal 1 avec une longueur de course B. La longueur de la course B correspond à la course maximale, qui est atteinte lorsque la coulisse 2 se trouve en sa deuxième position, dite position déployée, ou à une fraction de cette course maximale en fonction de la place disponible pour le déploiement du mât. Lorsque le mât est déployé sur la longueur souhaitée, et un outil F tel un foret est inséré dans la tête de rotation 3 pour effectuer le forage, l'outil est entraîné en rotation par un deuxième moteur hydraulique M2. En même temps, la tête de rotation 3, et avec elle la coulisse 2, sont avancées dans la direction de travail T au moyen de la roue dentée 17 entraînée par le moteur hydraulique M1 dans le sens des aiguilles d'une montre dans la présentation sur les Figures 1 et 2, c'est-à-dire vers le bas du mât principal 1. Pendant ce déplacement de la coulisse 2, le deuxième verrou 42 est maintenu en position active et le premier verrou 41 est maintenu en position passive. Lorsque la glissière 7 de la tête 6 de la coulisse 2 butte sur la glissière 5 du mât principal 1, le premier verrou 41 est commuté en position active et le deuxième verrou 42 est commuté en position passive. Ainsi, la tête de rotation 3 peut poursuivre son déplacement dans la direction de travail T sans interruption notable. Ainsi, il est possible, par la disposition de l'invention, non seulement de varier la longueur du mât entre une longueur minimale correspondant essentiellement à la longueur du mât principal 1 augmentée de la longueur de la tête 6 de la coulisse 2 et une longueur maximale correspondant essentiellement à la somme des longueurs du mât principal et de la coulisse 2 réduite par la longueur de la partie de la coulisse 2 devant rester à l'intérieur du mât principal 1 lorsque la coulisse 2 est entièrement déployée. En même temps, il est possible de varier la course de la tête de rotation 3 entre une longueur A et une longueur correspondant à la somme entre les courses A et B. La variation de la longueur du mât et le déplacement de la tête de rotation 3 sont obtenus par les moyens uniques comprenant essentiellement la chaîne 4 et le moteur hydraulique M1. I1 est bien entendu possible, sans sortir du principe de la présente invention, de placer la tête de rotation dans la partie basse du mât principal 1 et d'effectuer un travail, tel un forage dans le plafond d'un tunnel, en éloignant la tête de rotation 3 de cette position de départ suivi du déploiement de la coulisse 2 jusqu'à une position d'arrêt de travail ou de forage. En ce cas, l'outil est avancé selon une direction de travail U opposée à la direction de travail T décrite plus haut. La Figure 5 représente de manière très schématisée et notamment en omettant, pour simplifier le dessin, les conduits des circuits hydrauliques nécessaires pour le fonctionnement de la machine, une machine de forage constituée essentiellement d'un châssis 51 muni d'un chenillard 52, porteur d'un moteur thermique 53 et d'un ensemble 54 de réservoir hydraulique et systèmes d'asservissement, ainsi qu'un mât de forage selon la description donnée ci-avant. Le mât de forage est monté basculant sur le châssis 51 de manière à pouvoir être mis dans une position horizontale lors du déplacement de la machine de forage ou une position essentiellement verticale pour effectuer des travaux de forage. De plus, le mât est monté sur le châssis 51 de façon à pouvoir basculer également autour d'un axe longitudinal de la machine de forage. Avantageusement, la machine de forage est équipée de quatre pieds hydrauliques sur lesquels repose la machine pendant les travaux de forage. En ce qui concerne l'entraînement de la chaîne 4, il est bien entendu possible que les quatre roues de renvoi 16 à 19 sont des galets et qu'une roue dentée particulière soit prévue. Les signes de référence insérés après les caractéristiques techniques mentionnées dans les revendications, ont pour seul but de faciliter la compréhension de ces dernières, et n'en limitent aucunement la portée. REVENDICATIONS 1. Mât de forage de longueur variable muni d'une tête de rotation (3) monté mobile en translation le long du mât et destiné à recevoir un outil (F), comprenant un mât principal (1) et une coulisse (2) montée pour se déplacer axialement & BR M1) assurant le déplacement de la tête de rotation (3), caractérisé en ce qu'il comporte des verrous (41, 42) assurant un premier type de fonctionnement dans lequel le mât de forage est en position rétractée, les moyens d'entraînement (4, M1) assurant le déplacement de la tête de rotation (3) sur le mât principal (1), et un deuxième type de fonctionnement dans lequel la tête de rotation (3) est solidaire de la coulisse (2), les moyens d'entraînement (4, M1) assurant le déplacement de la coulisse (2) par rapport au mât principal (1). 2. Mât selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'entraînement (4, M1) comportent un moteur unique (M1) destiné à entraîner la tête de rotation (3) en translation et à déplacer la coulisse (2). 3. Mât selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le mât principal (1) comporte une glissière (5) permettant le déplacement de la tête de rotation (3), la coulisse (2) comportant une tête (6) munie d'une glissière (7) venant, en position rétractée, en continuité de la glissière (5) du mât principal (1), un premier verrou (41) déplaçable entre une position active et une position passive, solidarisant en position active la coulisse (2) en position rétractée par rapport au mât principal (1), un deuxième verrou (42) déplaçable entre une position active et une position passive, solidarisant en position active la tête de rotation (3) sur la tête (6) de la coulisse (2), une chaîne (4) en boucle fermée entraînée et solidaire de la tête de rotation (3), la chaîne circulant entre une première roue de renvoi (16) tournant autour d'un axe placé en partie basse du mât principal (1), une deuxième roue de renvoi (17) tournant autour d'un axe placé en partie haute du mât principal (1), une troisième roue de renvoi (18) placée en partie basse de la coulisse (2), et une quatrième roue de renvoi (19) tournant autour d'un axe placé en partie haute de la coulisse (2), le premier verrou (41) étant en position active et le deuxième verrou (42) en position passive lorsque la tête de rotation (3) se déplace sur le mât principal (1) et inversement lorsque la tête de rotation (3) est solidaire de la coulisse (2) qui se déplace par rapport au mât principal (1). 4. Mât selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'une des roues d'envoi au moins est une roue dentée (17) actionnée par le moteur unique (M1). 5. Mât selon la revendication 4, caractérisé en ce que la roue dentée actionnée par le moteur unique (M1) est la deuxième roue de renvoi (17). 6. Mât selon l'une quelconque des revendications 3 & 5, caractérisé en ce que le mât principal (1) est formé par un profilé ayant une section transversale à double queue d'aronde, les deux queues d'aronde définissant une première (5) et une deuxième (13) faces parallèles du mât principal (1) dont la première face (5) constitue la glissière destinée à servir comme piste de translation pour la tête de rotation (3). 7. Mât selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la coulisse (2) est formée par un profilé ayant une section transversale sensiblement rectangulaire. 8. Mât selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que la tête de rotation (3) coulisse sur la première face (5) du mât principal (1) et sur la glissière (7) de la coulisse (2) au moyen de galets (32 à 35) enfermant la partie correspondante du mât principal (1) et de la tête (6) de la coulisse (2) et en ce que la coulisse (2) est guidée à l'intérieur du mât principal (1) au moyen de galets (21 à 24) prenant appui sur les faces intérieures du mât principal (1). 9. Machine de forage comprenant un châssis (51) sur un chenillard (52), caractérisée en ce qu'elle comprend un mât de forage selon l'une quelconque des revendications 1 à 8. 10. Machine selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'elle comprend un moteur relié d'une part au chenillard (52) et d'autre part à un réservoir et des pompes hydrauliques (54) destinés à fournir l'énergie nécessaire à la translation de la tête de rotation (3) et au déplacement de la coulisse (2) ainsi qu'à l'entraînement d'un outil (F) inséré dans la tête de rotation (3).