Brevet FR2765257A1 — publié le 19981231

La présente invention est relative à une benne d'excavation destinée à creuser des excavations profondes, voire très profondes dans un terrain, l'excavation, ayant, vue dans le plan horizontal, une dimension dans une première direction, faible par rapport à la dimension dans une seconde direction, perpendiculaire à la première, cette dernière dimension étant ci-après appelée "largeur" de l'excavation. Les travaux d'excavation exécutés à l'aide d'une telle benne visent souvent, mais non exclusivement, à creuser les excavations dans lesquelles sont coulés des murs de soutènement périphériques de bâtiments à surface au sol importante, préalablement aux travaux de déblaiement nécessaires pour creuser dans le terrain le volume dans lequel sont construits ensuite les divers niveaux souterrains du bâtiment. Cette méthode de travail est employée en particulier dans des zones urbaines à haute densité de construction o la profondeur d'une fouille à ciel ouvert pour construire le sous-sol du bâtiment demanderait des talus occupant trop de terrain. Pour fixer les idées, les bennes visées par l'invention sont capable de creuser des excavations étroites jusqu'à des profondeurs de l'ordre de 100 m sur une largeur pouvant atteindre 2m, par exemple. Un type de benne souvent utilisé à cet effet est la benne à câbles qui a l'avantage de ne nécessiter aucune alimentation hydraulique en énergie, la benne étant suspendue à une grue par l'intermédiaire d'un premier câble. Ses deux coquilles d'excavation peuvent être commandées par l'intermédiaire de ce câble et d'un second câble passant sur un jeu de moufles. Les deux coquilles sont articulées à la partie inférieure d'un châssis rigide, appelée "jupe", contenant notamment le jeu de moufles. Ce jeu de moufles comporte une ou plusieurs moufles fixes et une ou plusieurs moufles mobiles sur lesquelles passe le second câble. L'ensemble du mécanisme permet au grutier de commander les mouvements d'ouverture et de fermeture des coquilles à partir du niveau du sol. L'un des problèmes que pose le travail avec une telle benne consiste à conserver une trajectoire d'excavation conforme au profil devant être donné à la paroi qui sera moulée dans l'excavation. En général, une telle paroi est verticale de sorte que la trajectoire de la benne doit, autant que faire se peut, suivre une droite verticale. Or souvent, la bonne trajectoire est perturbée par des influences mécaniques ou géologiques de sorte qu'au fur et à mesure du travail d'excavation, la benne s'écarte de la verticale. Trois types de déviations ou un mélange de ces trois types, peuvent généralement se produire: 1)- la déviation s'écarte de la trajectoire verticale dans la direction de la plus grande dimension horizontale de l'excavation; 2)- la déviation a lieu dans le sens de la largeur de l'excavation et 3)- la déviation se fait en vrillage, la benne ayant tendance à tourner autour d'un axe s'étendant selon la trajectoire verticale voulue. La première déviation mentionnée qui est donc latérale, n'a pas d'influence sur le profil obtenu de l'excavation et n'entraîne donc que peu de gêne. Par contre, il n'en va pas de même pour les déviations des types 2) et 3). En effet, ces déviations déforment la trajectoire et ce d'autant plus que la profondeur d'excavation est plus importante. Si une telle déviation a lieu, la paroi qui sera coulée ensuite n'aura pas le profil exigé, ce qui peut ultérieurement nuire à la stabilité du bâtiment. Pour apporter les corrections nécessaires à sa trajectoire, il est déjà connu de munir la benne d'organes de correction de trajectoire se présentant sous la forme de volets montés articulés le long des côtés verticaux de la jupe et pouvant, au moyen d'un mécanisme de commande approprié comportant des vérins, être sortis hors des surfaces enveloppantes et plus précisément les plans verticaux des faces frontales de la jupe. Ainsi, chaque fois que la benne atteint le fond de l'excavation, et avant que les coquilles ne soient fermées pour le travail d'excavation, on mesure l'attitude de la benne par rapport à un système de coordonnées de référence et on sort le ou les volets en fonction des écarts mesurés. Les volets en s'appuyant avec une certaine force sur la paroi de l'excavation peuvent alors repositionner la benne en la plaçant sur la trajectoire imposée. Le dispositif de correction que l'on vient de décrire brièvement, ne peut fonctionner qu'avec des bennes d'excavation dont la commande est entièrement hydraulique. Dans ce dernier type de benne, la commande des volets et la source d'énergie nécessaire à cet effet, peuvent être associées relativement facilement au système de commande d'ouverture et de fermeture des coquilles, car des tuyauteries hydrauliques doivent de toute façon déjà être prévues entre la grue et la benne pour faire fonctionner ce système. En revanche, lorsque la benne d'excavation est à commande par câbles, l'utilisation des volets nécessite une modification de l'ensemble de l'installation afin de pouvoir, à partir de la grue, fournir aux volets l'énergie nécessaire à leurs mouvements et les signaux nécessaires à leur commande. Or, l'avantage des bennes à câbles consiste précisément à éviter toute connexion hydraulique entre la grue et la jupe autrement que celle constituée par les câbles de suspension. L'invention a donc pour but de fournir une benne d'excavation du type à câbles pourvue de volets de réglage d'attitude évitant toute complication au niveau de la liaison entre la jupe et la grue de suspension, tout en permettant leur fonctionnement adéquat en vue de la correction de la trajectoire de la benne. L'invention a donc pour objet une benne d'excavation à câbles du type comportant une jupe à laquelle sont articulées des coquilles d'excavation et qui comprend un mécanisme d'ouverture et de fermeture desdits coquilles, actionné par lesdits câbles et des volets de réglage d'attitude de la benne pour compenser, lors du travail d'excavation, les éventuels écarts de la benne par rapport à une trajectoire prescrite, notamment la trajectoire verticale, lesdits volets pouvant être amenés sélectivement à faire saillie des surfaces enveloppantes de la jupe pour s'appuyer de façon compensatrice de la trajectoire de la benne, sur la paroi de l'excavation en fonction de la valeur mesurée de ces écarts, par l'intermédiaire d'un système de commande des volets, ladite benne étant caractérisée en ce qu'elle comprend également, intégrée dans ladite jupe, un générateur d'énergie et des moyens d'entraînement qui, pour faire fonctionner ledit générateur d'énergie, sont animés, par couplage mécanique, par ledit mécanisme d'ouverture et de fermeture des coquilles, ledit générateur d'énergie étant connecté pour alimenter en énergie ledit système de commande des volets. Il résulte de ces caractéristiques que la source d'énergie nécessaire pour faire fonctionner les volets se trouve intégrée dans la benne elle- même rendant ainsi inutile une connexion de fourniture d'énergie entre la benne et la grue se trouvant au sol. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue en élévation frontale d'une benne d'excavation selon l'invention, ses coquilles étant en position fermée; - la figure 2 est une en élévation frontale de la benne de la figure 1, les coquilles étant en position ouverte; - la figure 3 est une vue en élévation latérale de la benne montrant globalement un dispositif de commande d'un volet de correction de trajectoire; - la figure 4 représente par une vue en élévation à échelle agrandie l'un des volets de la benne avec son dispositif de commande; - la figure 5 est une vue en coupe prise selon la ligne A-A de la figure 4; - la figure 6 est une vue en coupe axiale d'un vérin de commande d'un volet; et - la figure 7 est un schéma hydraulique du dispositif de commande d'un volet. Suivant le mode de réalisation préféré de l'invention représenté aux figures, la benne d'excavation selon l'invention comprend un châssis 1 ou jupe destiné à être suspendu à deux câbles 2 et 3 qui sont, de façon connue en soi, commandés par une grue (non représentée). Les câbles 2 et 3 peuvent être actionnés sélectivement par le conducteur de la grue à la fois pour la montée et le descente de la benne et pour la commande de deux coquilles d'excavation 4 et 5 qui sont articulées sur la partie inférieure de la jupe 1 autour d'axes respectifs horizontaux 6 et 7. La jupe 1 présente un forme générale en parallélépipède rectangle dont la plus petite dimension correspond à peu près à la largeur de l'excavation à creuser, c'est à dire à l'épaisseur de la paroi qui sera coulée dans celle-ci. Les figures 1 et 2 montrent la benne par une grande face du parallélépipède, la paroi avant étant ôtée. A l'intérieur de la jupe 1 sont montés deux rails verticaux parallèles 8 et 9, près de ses bords latéraux verticaux. Par ailleurs, la paroi supérieure de la jupe est munie d'un orifice 10 flanqué de galets 11 et 12. Entre ces galets 11 et 12 peut coulisser la tige verticale 13 d'un chariot 14 qui à sa partie supérieure est muni de galets 15 et 16 destinés à rouler sur les rails 8 et 9. Ce chariot peut ainsi effectuer un mouvement vertical en va-et-vient à l'intérieur de la jupe 1. Deux tirants 17 sont montés articulés d'une part à la partie inférieure du chariot 14 et d'autre part aux bords extérieurs des coquilles respectives 4 et 5. Ainsi, lorsque le chariot est dans sa position basse, (figure 1), les coquilles 4 et 5 sont dans leur position fermée, tandis que lorsqu'il est dans sa position haute, les coquilles 4 et 5 se trouvent dans leur position ouverte (figure 2). La benne comporte également un jeu de moufles inférieures 18a fixées à rotation sur la jupe 1, ainsi qu'un jeu de moufles supérieures 18b, montées à rotation sur le chariot 14. Le câble 2 est fixé directement sur le chariot 14 pour permettre l'ouverture des coquilles 4 et 5 grâce au poids propre de la benne. Le câble 3 passe sur les moufles 18a et 18b en plusieurs boucles pour permettre la fermeture des coquilles 4 et 5, le tirage sur le câble 3 provoquant le rapprochement des moufles 18a et 18b et dont la montée du chariot 14 et ainsi la fermeture en force des coquilles 4 et pour effectuer une prise de matière du terrain à excaver. La benne comporte également deux volets latéraux 19 et articulés respectivement autour d'axes horizontaux 21 et 22 s'étendant parallèlement aux grandes faces du corps de la jupe 1. Les axes sont situés en bas des volets respectifs et alignés l'un sur l'autre (voir aussi les figures 4 et 5). Chaque volet 19 et 20 est formé d'un caisson à section horizontale en U chevauchant le côté correspondant de la jupe 1. La face latérale de chaque volet comporte un trou 23 en forme de boutonnière dans lequel s'étend un pion de guidage 24 solidaire de la jupe 1. Dans le mode de réalisation représenté, chaque volet 19 et 20 peut prendre trois positions (voir en particulier les figures 3 et 4), à savoir une position médiane inactive dans laquelle il est aligné latéralement sur la jupe 1 et deux position d'ajustement d'attitude dans lequel il se trouve respectivement obliquement en saillie vers l'extérieur sur la grande face correspondante de la jupe 1. Un vérin d'actionnement, respectivement 25 et 26, est associé à chaque volets 19 et 20. Ce vérin prend appui sur le corps de la jupe 1 par l'une de ses extrémités, et il est attaché par son autre extrémité sur le volet correspondant. La figure 6 montre une forme de réalisation préférée des vérins 25, 26. Chacun d'eux est constitué de préférence d'un double vérin comportant deux chambres séparées 27 et 28 dans lesquelles coulissent respectivement des pistons 29 et 30 munis de tiges individuelles 31 et 32 qui forment respectivement les extrémités du vérin 25 ou 26. Cette construction des vérins 25 et 26 permet de définir les trois positions de chaque volet 19 et 20 avec un maximum d'économie de moyens. Selon l'invention, chaque volet 19 et 20 comprend un dispositif de commande autonome 33 auquel le grutier se trouvant à la surface peut, à chaque prise, envoyer des ordres d'ajustement d'attitude en fonction de signaux d'attitude fournis par une centrale inertielle (non représentée) pouvant être montée sur la benne. Dans le mode de réalisation représenté aux figures, chaque dispositif de commande autonome 33 comprend une pompe hydraulique à vérin 34 comprenant un cylindre 35 et un piston 36 (voir notamment figures 5 et 7), le piston 36 étant solidaire d'une tige qui est connectée par une articulation 37 à un levier 38, à son tour articulé par l'une de ses extrémités sur le corps du volet 19 ou 20. A son autre extrémité, le levier 38 présente un plat d'usure 39 sur lequel peut venir s'appuyer l'un des galets 15 ou 16 du chariot 14, lors de la fin de la descente de celui-ci (position de fermeture des coquilles 4 et 5; figure 1) Pendant cette phase de descente, le galet 15 ou 16 correspondant fait tourner le levier 38 autour de son point d'articulation ce qui fait rentrer le piston 36 dans son cylindre 35 dans lequel il se produira ainsi une augmentation de pression. Le schéma hydraulique de la figure 7 montre que chaque dispositif de commande autonome 33 comprend un accumulateur haute pression 40 et un accumulateur basse pression 41. La chambre de la pompe 34 se trouvant d'un côté du piston 36 est raccordée directement à l'accumulateur basse pression 41 et cette chambre se trouve ainsi remplie d'une certaine quantité de fluide à chaque descente du chariot 14. La chambre se trouvant de l'autre côté du piston 36 est connectée à deux clapets anti-retour 42 et 43, le clapet 42 étant connecté dans le sens du passage du fluide entre la chambre de retour de la pompe 34 et la chambre de pression de celle-ci. Le clapet 43 est raccordé dans le sens du passage à l'une des chambres de la pompe 34 et une ligne à haute pression 46. Celle-ci est connectée par un limiteur 45 calé à 135 bars par exemple à une ligne à basse pression 44 raccordée par ailleurs à l'accumulateur basse pression 41. Les lignes haute et basse pression 44 et 46 sont raccordées au vérin d'ajustement d'attitude 25 ou 26 par l'intermédiaire de sélecteurs hydroélectriques 47 et 48 pouvant être actionnés sélectivement par le grutier (ou éventuellement automatiquement) pour placer le vérin 25 ou 26 dans l'une de ses trois positions selon le schéma de connexion imposé par les sélecteurs respectifs. Il est à noter que le piston 36 de la pompe 34 est à surfaces différentielles (non visibles sur les dessins) afin d'assurer que lorsque le galet 15 ou 16 quitte le levier 38 du volet respectif 19 ou 20, la pression dans les chambres du cylindre 35 s'appliquant sur des sections différentielles ait une action de rappel sur le piston 36 faisant sortir la tige de piston hors du cylindre 35. Le dispositif de commande 33 de la benne selon l'invention que l'on vient de décrire est ainsi entièrement autonome, son énergie hydraulique lui étant fournie dans la benne elle-même grâce au mouvement de descente du chariot 14 qui fait nécessairement un va-et-vient à chaque prise de la benne. De ce fait, aucune connexion hydraulique n'est nécessaire entre la benne et l'engin de levage se trouvant à la surface, seul une gaine électrique à plusieurs conducteurs étant nécessaire pour remonter les signaux de mesure fournis par la centrale inertielle et pour descendre les signaux de commande vers les sélecteurs 47 et 48. Il est à noter que l'ensemble des volets et de leur dispositif de commande peut ainsi être prévu en premier monte sur une benne ou être monté sur une benne existante en complément, aucun changement n'étant nécessaire pour la commande de l'ouverture et de la fermeture des coquilles. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit ci-dessus. En particulier, le générateur d'énergie actionné en vertu des mouvements du chariot 14 peut être autre que hydraulique, par exemple électrique, le dispositif d'actionnement des volets 19 et 20, décrit ci- dessus sous la forme du vérin 25 ou 26, étant alors adapté en conséquence. REVENDICATIONS 1. Benne d'excavation à câbles du type comportant une jupe (1) à laquelle sont articulées des coquilles d'excavation (4, 5) et qui comprend un mécanisme d'ouverture et de fermeture (8, 9, 11, 12 et 13 à 18b) desdits coquilles, actionné par lesdits câbles (2, 3), et des volets (19, 20) de réglage d'attitude de la benne pour compenser, lors du travail d'excavation, les éventuels écarts de la benne par rapport à une trajectoire prescrite, notamment la trajectoire verticale, lesdits volets (19, 20) pouvant être amenés sélectivement à faire saillie des surfaces enveloppantes de la jupe (1) pour s'appuyer de façon compensatrice de la trajectoire de la benne, sur la paroi de l'excavation en fonction de la valeur mesurée de ces écarts, par l'intermédiaire d'un système de commande (25, 26) des volets, - caractérisée en ce qu'elle comprend également, intégrée dans ladite jupe (1), un générateur d'énergie (34) et des moyens d'entraînement (37, 38, 39) qui, pour faire fonctionner ledit générateur d'énergie (34), sont animés, par couplage mécanique, par ledit mécanisme d'ouverture et de fermeture des coquilles (4, 5), ledit générateur d'énergie (34) étant connecté pour alimenter en énergie ledit système de commande (25, 26) des volets. 2. Benne d'excavation suivant la revendication 1, dans laquelle ledit mécanisme d'ouverture et de fermeture (8, 9, 11, 12 et 13 à 18b) comprend un chariot (14) porte- moufles animé de mouvements de montée et de descente pour l'ouverture et la fermeture desdites coquilles (4, 5) caractérisée en ce que ledit mécanisme d'entraînement (37, 38, 39) comporte un organe moteur (38) actionné par le mouvement de descente dudit chariot (14). 3. Benne d'excavation suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que ledit générateur d'énergie (34) est une pompe hydraulique. 4. Benne d'excavation suivant les revendications 2 et 3, caractérisée en ce que ladite pompe hydraulique se présente sous la forme d'un vérin (34) à cylindre et piston et en ce que ledit organe moteur est un levier (38) articulé sur ledit châssis (1) et provoquant la rentrée dudit piston dans ledit cylindre sous l'action de la descente dudit chariot (14) pour accroître la pression dans ledit cylindre. 5. Benne d'excavation suivant la revendication 4, caractérisée en ce que ladite pompe hydraulique (34) est connectée à des moyens d'accumulation de pression (40, 41) remplis d'une quantité prédéterminée de fluide hydraulique à chaque prise de la benne.