Brevet FR2780441A3 — publié le 19991231

FR 2780441 A3 19991231 FR 9907815 A 19990621 EQUIPEMENT DE FORAGE POUR PERCER DES TROUS DANS LE SOL La présente invention concerne un équipement de forage pour percer des trous dans le sol avec un affût, un moteur de forage placé mobile sur l'affût pour des éléments de forage tels que des tu- bes de forage ou des fleurets, un magasin linéaire placé sur l'affût, dans lequel les éléments de fo- rage peuvent être emmagasinés dans un plan parallèle à l'affût et qui est mobile dans ce plan par l'intermédiaire d'un dispositif d'entraînement, et avec un dispositif de blocage afin d'immobiliser au choix en rotation la ligne de forage posée et un tube de forage placé dans l'axe de forage et pou- vant être reliée à elle. L'emmagasinement et la manipulation de fleurets sont réalisés jusqu'ici par divers magasins et formes de magasins. On connait ainsi par le document générique DE 40 30 525 C2 un magasin à fleuret pour une machine à forer la roche, qui présente deux dispositifs de réception distants placés sur un affût portant un moteur de forage avec chacun une fourche de guidage pour recevoir des ti- ges de forage dans un plan parallèle à l'affût. Les dispositifs de réception peuvent être déplacés en direction de l'axe de forage par le biais d'un cylindre hydraulique, jusqu'à ce que la tige de forage devant être enlevée du dispositif de réception se trouve en appui contre une surface de guidage et soit libérée par le dispositif de réception. Elle est ensuite vissée à la ligne de forage. Le pilotage de ces mouvements s'effectue à l'aide de commutateurs sans contact avec des éléments de commuta- tion électroniques, qui coopèrent avec des talons de commutation. Avec une telle complexité de capteurs, on ne peut exclure des erreurs dans le déroulement des opérations, en raison de la sensi- bilité des éléments de commutation vis-à-vis des difficiles conditions de travail autour d'un équipe- ment de forage. On connaît par le DE 297 03 271 U 1 un équipement de forage avec un magasin tambour rotatif placé sur un affût pour des tubes de forage, dans lequel un dispositif de manipulation est prévu pour prélever les tubes de forage depuis le magasin tambour, qui présente un bras préhenseur mo- bile de façon télescopique avec un grappin. Pour l'actionnement entièrement mécanisé du dispositif de manipulation, il est cependant nécessaire de prévoir des dispositifs de commande d'une très grande complexité. L'objectif de la présente invention est donc d'améliorer un équipement de forage du type indi- qué plus haut afin que le fleuret puisse être amené d'un magasin à fleuret sur la ligne de forage ou que le fleuret puisse être rangé dans le magasin à fleuret depuis la ligne de forage, sans devoir re- courir pour autant aux équipements de capteurs courants à ce jour et sensibles aux pannes pour commander les opérations. Selon la présente invention, cet objectif est atteint par le fait que, dans l'équipement de forage cité en introduction, des butées servant de limiteurs mécaniques de course lors du positionnement des tubes de forage sont prévues en des positions fonctionnelles respectives. Du fait du position- nement contre des limiteurs mécaniques de course, il n'est pas nécessaire d'avoir un dispositif de commande présentant un grand risque de défaillance des capteurs. Cependant, l'opérateur d'un tel équipement de forage peut procéder facilement aux opérations d'emmagasinement et de transfert, sans augmenter considérablement les temps morts pendant le forage. Des configurations avantageuses de l'invention sont décrites dans les revendications secondai- res. De manière avantageuse, les butées sont prévues dans le dispositif d'entraînement pour le ma- gasin linéaire et déterminent des positions d'emmagasinement et de transfert pour les tubes de fora- ge. Les butées sont par exemple les positions terminales de courses de déplacement d'unités à pis- ton et cylindre du dispositif d'entraînement, de façon que, dans les positions souhaitées, le maga- 1:5 sin linéaire soit placé de manière forcée. De plus, il est avantageux qu'une butée soit conformée en support de fleuret sur une mâchoire fixe de serrage de fleuret du dispositif de blocage. Ainsi, une position terminale est définie directe- ment par un tube de forage, qui est placé sur un axe longitudinal de la ligne de forage ou de l'axe de forage et est ensuite vissé à la ligne de forage. Quand différents contours de réception peuvent être ajustés sur le support de fleuret afin de s'adapter à divers diamètres des tubes de forage, l'équipement de forage est à usage universel, en procédant au changement de ces contours. Ce changement des contours peut se faire par le biais d'un dispositif de réglage pour contours mobiles. En variante, des supports de fleuret présentant divers contours de réception peuvent être placés au choix sur la mâchoire de serrage de fleuret. Dans un mode de réalisation avantageux, le magasin linéaire présente deux dispositifs de ré- ception séparés pour les tubes de forage. Sur les dispositifs de réception peuvent être placés des supports de tube destinés à immobiliser un tube de forage dans une position de transfert dans le magasin linéaire. Du fait des supports de tube, le tube de forage à chaque fois le plus avant peut être immobilisé sur le dispositif de récep- tion, être transporté dans la position de transfert sur l'axe de forage et y être vissé à la ligne de fo- rage. Selon une variante avantageuse de l'invention, le magasin linéaire comprend un dispositif de précontrainte, qui presse les tubes de forage emmagasinés contre le tube de forage immobilisé dans les supports de tube. Ainsi, le déroulement des opérations lors du prélèvement d'un tube de forage depuis le magasin linéaire est simplifié. Quand le magasin linéaire est mobile par rapport à l'affût par l'intermédiaire de ses dispositifs de réception et peut être positionné dans différentes, en particulier trois, positions fonctionnelles du fait des butées terminales respectives au niveau des courses de déplacement des dispositifs d'en- traînement, un opérateur peut accoster ces positions par une manipulation simple. De manière avantageuse, les dispositifs de réception comprennent des fourches de maintien, qui reçoivent en les guidant les tubes de guidage emmagasinés dans une ouverture de fourche de maintien. L'universalité d'usage de l'équipement de forage est encore augmentée par le fait que des élé- ments d'ajustement peuvent se fixer sur les fourches de maintien à des fins d'adaptation à diffé- rents diamètres de tube de forage. Comme la course de déplacement des dispositifs de réception ou des fourches de maintien est synchronisée par une synchronisation hydraulique ou mécanique des deux dispositifs d'entraîne- ment, les tubes de forage sont toujours amenés exactement sur l'axe de forage, sans qu'une mani- pulation spéciale par l'opérateur soit nécessaire à cela. Afin de faciliter l'adaptation à différents diamètres de tube de forage, des bagues d'écartement peuvent également être placées sur les dispositifs d'entraînement. Quand, conformément à un autre mode de réalisation de l'équipement de forage selon la pré- sente invention, un positionnement d'une fixation du dispositif d'entraînement sur un support de l'affût est réglable, une adaptation du magasin linéaire à divers mécanismes avec des distances dif- férentes de l'axe de forage à l'affût peut être réalisée de manière simple. L'invention va être décrite plus en détail dans ce qui suit à l'aide d'un exemple de réalisation d'un équipement de forage selon la présente invention en se référant aux dessins. Sont montrés: Figure 1: une vue d'ensemble d'un équipement de forage avec un magasin à fleuret selon la présente invention; Figure 2: une vue de côté de l'équipement de forage de la Figure 1 dans la direction de l'axe de forage; Figures 3 à 14: à chaque fois deux vues, correspondant aux Figures 1 et 2, de différentes po- sitions de déplacement de l'équipement de forage lors de la sortie de tubes de forage depuis le ma- gasin; Figure 15: en vue de côté, l'équipement de forage de la Figure 1 à son extrémité côté mâchoire de serrage; Figure 16: en vue de dessus, un support de fleuret; Figure 17: en vue axiale de dessus, l'équipement de forage de la Figure 1; Figure 18: en vue comme sur la Figure 17, l'équipement de forage dans une position d'avan- cement ultérieur du magasin linéaire; et Figure 19: la même vue de l'équipement de forage que la Figure 18, en vue agrandie. Un équipement de forage 1 présente un affût 2, sur lequel un mécanisme de forage 3 d'un mo- teur de forage pour un fleuret 4 avec un chariot 5 est monté mobile longitudinalement. L'équipe- ment de forage 1 est représenté seulement avec les composants nécessaires à la description de l'in- vention et peut être placé sur un chariot de forage et y être positionnable, comme il est décrit par exemple dans le DE-OS 38 19 537. Sur l'affût 2 est placé un magasin 6 à fleuret destiné à recevoir et emmagasiner des éléments de forage 7, tels que des tubes de forage, des tiges de forage ou des éléments de fleuret. Naturellement, l'équipement de forage convient également à la réalisation de forages dans tout type de sous-sol, terre, roche ou cailloux. Sur un arbre d'entraînement 8 du mécanisme de forage 3 et ainsi en position coaxiale avec un axe de forage 9 est fixé un accouplement de tige de forage, qui est également qualifié de raccord 10 de tube côté mécanisme. A son extrémité 11 côté trou de forage, l'affût 2 présente une première mâchoire 12 de serrage de fleuret fixe avec un support 13 de fleuret, qui forme un limiteur mécani- que de course ou une butée pour un tube de forage 7. Le support 13 de fleuret est une plaque reliée de façon amovible à la mâchoire de serrage 12 (cf. en particulier la Figure 15) qui, en raison de son contour de soutien 30 (cf. Figure 16), centre le fleuret ou tube de forage 7 sur l'axe de forage 9. Selon le diamètre des tubes de forage 7 utilisés, un support 13 de fleuret correspondant présentant le contour 30 associé doit être employé (sur la Figure 16, le support 13 de fleuret à quatre contours est représenté pour symboliser quatre supports de fleuret pour les différents diamètres). Sur la Fi- gure 15 est représenté un tube de forage 7 avant la dépose dans le support 13 de fleuret. Entre cette première mâchoire de serrage 12 montée fixe et une deuxième mâchoire de serrage séparée, montée rotative, est placé un cylindre 15 de rupture de fleuret qui, par l'intermédiaire de son articulation, peut faire tourner la première mâchoire de serrage 12 par rapport à la deuxième mâchoire 14 et peut prendre pour cela une position rentrée et une position sortie. La deuxième mâ- choire de serrage 14 comprend un guidage 16 de tube pour le centrage et le guidage de la ligne de tubes ou du fleuret 4. Le magasin 6 à fleuret présente un dispositif de réception 17 pour les éléments ou tubes de fo- rage 7 avec deux fourches de maintien 18 en forme de U séparées l'une de l'autre (cf. Figure 2), qui sont placées de façon que leur ouverture 19 de fourche respective s'étendant linéairement et destinée aux tubes de forage 7 s'ouvre en direction de l'axe 9 de forage du mécanisme de forage 3 et coupe celui-ci. Ainsi, les tubes de forage 7 emmagasinés dans le magasin 6 à fleuret, également qualifié de magasin linéaire, se trouvent dans un plan, parallèles les uns aux autres et à l'axe de fo- rage 9. Sur les fourches de maintien 18 sont placés des guidages axiaux, par exemple des tôles di- rectrices 31, qui guident axialement les tubes de perçage 7 dans le magasin 6 à fleuret. Ils peuvent présenter un biseau d'entrée 32. Les deux fourches de maintien 18 sont placées sur un support 20 côté mécanisme ou sur un support 31 côté trou de forage distant du précédent, lesquels sont placés sur l'affût 2 par l'intermédiaire d'un rail longitudinal 22, les fourches étant mobiles perpendiculai- rement à l'axe de forage 9 par l'intermédiaire de guidages 23 prévus sur les supports 21, 22. L'entraînement des fourches de maintien 18 s'effectue par des dispositifs d'entraînement res- pectifs 24, tels que des dispositifs à piston et cylindre, qui présentent par exemple un cylindre en tandem, deux cylindres montés en série ou un cylindre à commande de course. Les dispositifs à piston et cylindre sont placés en liaison active entre le support 20 ou 21 et la fourche de maintien 18 respective, de façon que les fourches de maintien 18 soient mobiles et puissent prendre en parti- culier trois positions, qui représentent également la position du magasin à fleuret et seront décrites en détail plus loin. Les mouvements des deux fourches de maintien 18 entre les trois positions (position de départ suivant la Figure 3, position de transfert selon la Figure 4, par exemple, posi- tion d'avance ultérieure selon la Figure 7, par exemple) sont limités mécaniquement par l'intermé- diaire du cylindre en tandem ou du montage en série de deux cylindres. Quand le magasin 6 à fleu- ret est en position de départ avec les fourches de maintien 18, les deux côtés du cylindre en tandem ou les deux cylindres en série sont sortis. Si le magasin 6 à fleuret est dans la position de transfert avec les fourches de maintien 18, les cylindres en tandem sont rentrés des deux côtés (ou les deux cylindres montés en série sont rentrés). Si le magasin 6 à fleuret et les fourches de maintien 18 sont dans la position d'avance ultérieure, le premier côté du cylindre en tandem est sorti (ou le premier cylindre des cylindres en série est sorti). La limitation mécanique des courses de déplacement des deux fourches de maintien 18 s'effectue ainsi par l'intermédiaire des positions terminales des cy- lindres des dispositifs d'entraînement 24. Un mouvement de déplacement synchrone des deux fourches de maintien 18 est obtenu par une synchronisation hydraulique ou mécanique des deux dispositifs d'entraînement 24. Chaque fourche de maintien 18 présente un support de tube 25 pour un tube de forage 7 se trouvant dans la position la plus avant ou position de prélèvement dans l'ouverture 19 du magasin ou des fourches de maintien. Le support de tube 25 comprend un, ou par exemple deux, pistons de pression oppo- sés 26 à commande hydraulique, qui peuvent se déplacer l'un vers l'autre, immobilisent le tube de forage 7 situé entre eux dans une position fermée et peuvent le libérer à nouveau dans une position ouverte. Le dispositif de réception 17 ou les deux fourches de maintien 18 peuvent comporter un dispo- sitif de précontrainte (non représenté), qui presse les autres tubes de forage 7 emmagasinés contre le tube de forage 7 tenu dans les supports de tube 25. À l'aide des Figures 3 à 14 va être décrit le déroulement du maniement des différents éléments de forage 7 ou éléments de fleuret lors de la pose d'une ligne de forage 4 afin de procéder à un fo- rage, et lors du retrait ultérieur de la ligne de forage et, donc, lors de la mise en magasin et du re- trait de magasin des divers éléments de forage 7. Sur la Figure 3 est représenté un équipement de forage 1 dans une position de départ. Le ma- gasin 6 à fleuret se trouve avec les deux fourches de maintien 18 et avec les tubes de forage 7 em- magasinés dans une position éloignée de l'affût 2, qui est également qualifiée de position supérieu- re compte tenu du fait que l'affût 2 est représenté horizontal. Les supports de tube 25 tiennent im- mobilisé le tube de forage 7 compris dans l'ouverture 19 des fourches de maintien dans la position la plus avant ou inférieure. La première mâchoire de serrage 12 est ouverte, la deuxième machoire 14 est fermée. Le mécanisme de forage 3 est sorti de la zone du magasin 3 à fleuret avec ses pièces rapportées, comme le raccord de tube 10. Le magasin 6 à fleuret est ensuite déplacé en direction de l'affût 2 (vers le bas sur les Figures), jusqu'à ce que le magasin 6 à fleuret ou le tube de forage 7 s'appuie contre la butée 13 (cf. Figure 4). La première mâchoire de serrage 12 est fermée. Le raccord 10 de tube côté mécanisme est alors vissé (cf. Figure 5) au tube de forage 7 placé immobile en rotation sur l'axe de forage 9, par des mouvements d'avance et de rotation superposés et harmonisés du mécanisme de forage 3. Les supports de tube 25 continuent à tenir le tube de fo- rage 7 contenu dans l'ouverture 19 des fourches de maintien. Le mécanisme de forage 3 s'est dé- placé jusqu'à une première position intermédiaire, dans laquelle le tube de forage 7 vissé au rac- cord de forage 10 est encore placé sous le magasin 6 à fleuret, l'extrémité du tube de forage 7 tour- née vers la ligne de forage 4 étant immobilisée dans la première mâchoire de serrage 12. C'est la position de transfert du magasin 6 à fleuret et du tube de forage 7. Les supports de tube 25 sont ouverts (Figure 6) et le magasin 6 à fleuret est déplacé vers le haut d'une position de tube, c'est-à-dire de la distance qui correspond approximativement au dia- mètre d'un tube de forage 7 (Figure 7). Comme les supports de tube 25 sont ouverts, les autres tu- bes de forage 7 emmagasinés ne sont pas entraînés et restent dans leur position mutuellement adja- cente, sous l'effet du dispositif de précontrainte. Les supports de tube 25 sont fermés et immobilisent le tube de forage 7' suivant, qui est conti- gu au tube de forage 7 placé sur l'axe de forage 9 (Figure 8). Le magasin 6 à fleuret est déplacé vers le haut jusqu'à la position de départ et entraîne ce faisant tous les tubes de forage contenus dans l'ouverture des fourches de maintien. Par un mouvement superposé et harmonisé d'avance et de rotation du mécanisme de forage 3 (Figure 9), le tube de forage 7 est vissé à la ligne de forage 4. Le mécanisme de forage 3 se place pour cela dans une deuxième position intermédiaire. La deuxième mâchoire de serrage 14 est ouverte (Figure 10) et le fleuret est enfoncé par fora- ge, en étant entraîné par le mécanisme de forage 3. Le mécanisme de forage 3 se déplace pour cela d'une longueur d'élément vers sa position terminale côté trou de forage (Figure l 1). Les première et deuxième mâchoires 12 et 14 sont ensuite fermées et immobilisent ainsi le tube de forage 7 en- foncé et le raccord de forage 10 vissé à lui (Figure 12). Par un mouvement du cylindre de rupture , le vissage est dégagé. La première mâchoire 12 est ouverte et, par un mouvement combiné de retrait et de rotation du mécanisme de forage 3, le raccord de forage 10 côté mécanisme est dévissé de la ligne de forage 4 et retiré (Figure 13). Le mécanisme de forage 3 revient dans sa position de départ (cf. Figure 14), qui correspond à la position représentée sur la Figure 1. Pour placer les tubes de forage 7 suivants depuis le magasin 6 à fleuret sur la ligne de forage 4, la procédure décrite est répétée un nombre de fois correspondant aux tubes de forage nécessai- res. Si, après l'enfoncement du fleuret et la réalisation du trou dans le sol, la ligne de forage ou les tubes de forage doivent être retirés du trou, la procédure décrite est exécutée dans l'ordre inverse. Il est possible de placer sur l'équipement de forage différents mécanismes de forage 3, qui peuvent différer par la distance 33 de l'axe de forage 9 à l'affût 2. Pour s'adapter à cette distance 33 variable, il est prévu qu'une fixation en hauteur 34 soit déplaçable sur les supports 20, 21 sur lesquels se placent les dispositifs d'entraînement 24 et, par exemple, qu'elle puisse être immobili- sée par des cales ou des vis. Ainsi, les fourches de maintien 18 peuvent être positionnées correcte- ment par l'intermédiaire des cylindres d'entraînement respectifs (cylindre tandem ou cylindres en série). Pour adapter l'équipement de forage à différents diamètres des tubes de forage 7 employés, il est prévu que les fourches de maintien 18 soient adaptées par des éléments d'ajustement tels que, par exemple, des barres de guidage 35 vissables ou enfichables (cf. Figure 17), au diamètre de fleuret à recevoir dans chaque cas, les ouvertures 19 des fourches de maintien étant rétrécies par ces barres 35. Une adaptation de la course de déplacement du magasin 6 à fleuret et des fourches de maintien 18 à divers diamètres de fleuret s'effectue au moyen de bagues d'écartement 36, 37, qui sont rap- portées sur les tiges 38 et 39 de piston des cylindres (cf. Figure 17). En fonction d'une réduction de diamètre d'un diamètre maximal jusqu'à un diamètre minimal, la course de déplacement pouvant être parcourue par le cylindre, qui déplace le tube de forage 7 avec le magasin 6 sur l'axe de forage 9 par le biais des fourches de maintien 18, peut être réduite et la course du cylindre qui amène les fourches de maintien 18 dans la position supérieure (position de départ sur la Figure 3, par exem- ple) est augmentée. Sur la Figure 19, un cylindre tandem est représenté comme dispositif d'entraî- nement 24. REVENDICATIONS 1. Équipement de forage (1) pour percer des trous dans le sol avec un affût (2), un moteur de forage (3) placé mobile sur l'affût (2) pour des éléments de forage (7) tels que des tubes de forage ou des fleurets, un magasin linéaire (6) placé sur l'affût (2), dans lequel les éléments de forage (7) peuvent être emmagasinés dans un plan parallèle à l'affût (2) et qui est mobile dans ce plan par l'intermédiaire d'un dispositif d'entraînement (24), et avec un dispositif de blocage (12, 14) afin d'immobiliser au choix en rotation la ligne de forage (4) posée et un tube de forage (7) placé dans l'axe (9) de forage et pouvant être reliée à elle,caractérisé en ce que des butées servant de limi- teurs mécaniques de course lors du positionnement des tubes de forage (7) sont prévues en des po- sitions fonctionnelles respectives. 2. Équipement de forage selon la Revendication 1, caractérisé en ce que les butées sont prévues dans le dispositif d'entraînement (6) pour le magasin linéaire et déterminent des positions d'emmagasinement et de transfert pour les tubes de forage (7). 3. Équipement de forage selon la Revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'une butée est conformée en support (13) de fleuret sur une mâchoire fixe (12) de serrage de fleuret du dispositif de blocage (12, 14). 4. Équipement de forage selon la Revendication 3, caractérisé en ce que différents con- tours de réception (30) peuvent être ajustés sur le support (13) de fleuret afin de s'adapter à divers diamètres des tubes de forage (7). 5. Équipement de forage selon la Revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que des supports (13) de fleuret présentant divers contours de réception (30) peuvent être placés au choix sur la mâ- choire (12) de serrage de fleuret. 6. Équipement de forage selon l'une quelconque des Revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le magasin linéaire (6) présente deux dispositifs de réception (17) séparés pour les tubes de forage (7). 7. Équipement de forage selon la Revendication 6, caractérisé en ce que les dispositifs de réception (17) présentent des supports (25) de tube destinés à immobiliser un tube de forage (7) dans une position de transfert dans le magasin linéaire (6). 8. Équipement de forage selon la Revendication 7, caractérisé en ce que le magasin linéai- re (6) comprend un dispositif de précontrainte, qui presse les tubes de forage emmagasinés (7) contre le tube de forage (7) immobilisé dans les supports (25) de tube. 9. Équipement de forage selon l'une quelconque des Revendications 6 à 8, caractérisé en ce que le magasin linéaire (6) est mobile par rapport à l'affût (2) par l'intermédiaire de ses dispo- sitifs de réception (17) et peut être positionné dans différentes, en particulier trois, positions fonc- tionnelles du fait de butées terminales respectives au niveau des courses de déplacement des dispo- sitifs d'entraînement (24). 10. Équipement de forage selon l'une quelconque des Revendications 6 à 9, caractérisé en ce que les dispositifs de réception (17) présentent des fourches de maintien (18). 11. Équipement de forage selon la Revendication 10, caractérisé en ce que des éléments d'ajustement (35) peuvent se fixer sur les fourches de maintien (18) à des fins d'adaptation à diffé- rents diamètres de tube de forage. 12. Équipement de forage selon l'une quelconque des Revendications 6 à 11, caractérisé en ce que la course de déplacement des dispositifs de réception (17) ou des fourches de maintien (18) est synchronisée par une synchronisation hydraulique ou mécanique des deux dispositifs d'entraînement (24). 13. Équipement de forage selon l'une quelconque des Revendications i à 12, caractérisé en ce que des bagues d'écartement (36, 37) peuvent être placées sur les dispositifs d'entraînement (24) à des fins d'adaptation à différents diamètres de tube de forage. 14. Équipement de forage selon l'une quelconque des Revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'un positionnement d'une fixation (34) du dispositif d'entraînement (24) sur un support (20, 21) de l'affût (2) est réglable.