Brevet FR2783889A1 — publié le 20000331

La présente invention a pour objet un dispositif d'étanchéité entre une tête de coupe d'un tunnelier et un arbre horizontal fixe. On connaît des machines de creusement d'un tun- nel, appelées tunnelier, qui comportent une structure mobile de grandes dimensions comprenant une enveloppe cylindrique à l'avant de laquelle est disposée un bouclier ayant une sec- tion sensiblement circulaire dont le diamètre correspond au diamètre du tunnel dont on réalise le creusement. La partie antérieure du bouclier qui vient en contact avec le front de taille pour réaliser le découpage de la formation traversée par le tunnel, comporte une tête de coupe formée par un plateau circulaire supporté par une paroi verticale et entrainé en rotation autour d'un axe qui correspond sensiblement à l'axe longitudinal du tunnelier, à une vitesse déterminée qui est fonction de la nature du ter- rain à creuser. La tête de coupe supportée par la paroi verti- cale est entraînée en rotation sur un arbre fixe horizontal et est associée à des moyens d'alimentation de plusieurs fluides, comme par exemple de l'eau, de l'huile et de la mousse permettant de lubrifier les outils de travail ainsi que le front de taille ce qui a pour effet de réduire le couple de la tête de coupe au cours du creusement. Les moyens d'alimentation en fluide sont formés par un joint tournant constitué par un manchon monté rotatif autour de l'arbre fixe et qui est relié à la paroi verticale supportant la tête de coupe. Le manchon tournant et l'arbre fixe sont pourvus de canaux pour l'alimentation des différents fluides. Le manchon est relié à la paroi verticale par une bride solidaire dudit manchon et qui forme avec l'extré- mité de ce manchon et de l'arbre un évidement central dans lequel sont disposés des moyens d'étanchéité entre ce man- chon tournant et l'arbre fixe. Ces moyens d'étanchéité sont formés par un joint disposé au niveau de l'interface entre l'arbre et le manchon et qui est maintenu en place par une rondelle disposée dans l'évidement central et fixée sur l'extrémité correspondante de l'arbre et en butée sur l'extrémité correspondante du manchon. Cette rondelle empêche également tout mouvement relatif longitudinal du manchon par rapport à l'arbre. Par ailleurs, la paroi verticale supportant la tête de coupe est pourvue d'un orifice axial de centrage de l'arbre qui comporte à cet effet, un embout usiné dans la masse de l'arbre et qui est destiné à coopérer avec cet ori- fice axial. Un joint torique est interposé entre la paroi de l'embout et la paroi de l'orifice et dont le but est d'empê- cher le passage des particules et matériaux plus ou moins abrasifs en provenance de la tête de coupe. Or, ce joint est disposé dans la partie médiane de l'orifice et pendant le fonctionnement des particules et matériaux de coupe viennent s'accumuler à l'entrée du joint et attaquent par abrasion les surfaces frottantes entre l'embout de centrage et la paroi verticale de support de la tête de coupe. Ce phénomène aboutit plus ou moins rapidement à un grippage complet empêchant la rotation de la tête de coupe. Ce grippage nécessite obligatoirement le démon- tage complet de l'ensemble formé par le manchon et l'arbre et le remplacement du joint disposé dans l'orifice de la pa- roi verticale avant le remontage de l'arbre. Mais, lors du remontage de l'arbre, l'embout de centrage risque de détériorer ce joint au cours de son in- troduction dans l'orifice ménagé dans la paroi verticale. L'invention a pour but d'éviter ces inconvé- nients en proposant un dispositif d'étanchéité qui permet de réduire la probabilité de grippage entre les parties fixes et les parties mobiles de la tête de coupe du tunnelier et également de réduire de manière importante le temps de répa- ration dans le cas o un tel grippage se produit. L'invention a donc pour objet un dispositif d'étanchéité entre une tête de coupe d'un tunnelier et un arbre horizontal fixe, du type comprenant un manchon tour- nant disposé autour de l'arbre et muni d'une bride destinée à être fixée sur une paroi verticale de support de la tête de coupe et formant avec l'extrémité du manchon un évide- ment central, ladite paroi verticale comportant un orifice axial de centrage de l'arbre, caractérisé en ce qu'il est formé, d'une part, par une pièce fixe indépendante de l'ar- bre disposée dans ledit évidement central et comportant une embase annulaire fixée sur l'extrémité de l'arbre et munie de moyens d'étanchéité avec le manchon et un embout destiné à coopérer avec l'orifice axial de la paroi verticale etL d'autre part, par un flasque fixé entre la bride et la paroi verticale et comprenant un orifice axial de passage de l'em- bout au niveau duquel est interposé un organe d'étanchéité entre cet embout et l'orifice de la paroi verticale. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - les moyens d'étanchéité entre l'embase annu- laire et le manchon sont formés par une bague de frottement fixée sur la face de cette embase en regard de l'arbre et au niveau de l'interface entre le manchon et l'arbre et par des moyens d'injection d'un fluide sous pression dans une cham- bre ménagée entre le flasque et l'embase annulaire, - les moyens d'injection du fluide sous pression sont formés par des orifices traversant la bague de frotte- ment et l'embase annulaire et mettant en communication la- dite chambre et une gorge circulaire ménagée dans le manchon et reliée à une alimentation dudit fluide sous pression, - l'organe d'étanchéité entre l'embout et l'ori- fice de la paroi verticale est formé par un joint torique disposé autour de cet embout au niveau de l'interface entre le flasque et la paroi verticale, - l'embase annulaire comporte un épaulement de centrage de la pièce sur l'extrémité de l'arbre. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention apparaîtront au cours de la description qui va sui- vre, donnée à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la Fig. 1 est une vue schématique en coupe axiale d'une tête de coupe d'un tunnelier équipé d'un dispo- sitif d'étanchéité, conforme à l'invention, - la Fig.2 est une vue en coupe axiale à plus grande échelle du dispositif d'étanchéité, conforme à l'in- vention. Sur la Fig. 1, on a représenté schématiquement la partie avant d'une machine de creusement désignée dans son ensemble par la référence 1, appelée tunnelier, et qui se compose, de manière classique, d'une enveloppe 2 généra- lement cylindrique à l'avant de laquelle est disposée une tête de coupe 3. La tête de coupe 3 comporte sur sa face avant des outils de travail 4, comme par exemple des outils d'abattage et/ou des molettes de concassage, destinés à l'abattage du terrain sous l'avance du tunnelier. Cette tête de coupe 3 est supportée par une pa- roi verticale 5 et l'ensemble formé par cette tête de coupe 3 et la paroi verticale 5 est entraîné en rotation par des moyens appropriés, non représentés, et est également relié à des moyens de déplacement axialement, non représentés. La tête de coupe 3 supportée par la paroi ver- ticale 5 est entraînée en rotation sur un arbre fixe 10 et est équipé de moyens d'alimentation de plusieurs fluides comme par exemple de l'eau, de l'huile et de la mousse per- mettant de lubrifier les outils de travail ainsi que le front de taille ce qui a pour effet de réduire le couple de la tête de coupe au cours du creusement. Les moyens d'alimentation en fluide sont formés par un joint tournant constitué par un manchon 11 monté ro- tatif autour de l'arbre fixe 10 et dont l'extrémité avant est reliée à la paroi verticale 5, comme on le verra ulté- rieurement, et dont l'extrémité arrière est supportée par l'enveloppe cylindrique 2 au moyen d'un flasque transversal 6 s'étendant perpendiculairement à l'axe de l'arbre 10. Un joint d'étanchéité 6a est interposé entre le flasque 6 et la paroi externe du manchon 11. L'huile et l'eau sont acheminées vers la tête de coupe 3 par des conduits 7 traversant l'arbre 10 et par des conduits 8 ménagés dans la manchon 11 et la mousse est ache- minée vers la tête de coupe 1 par un conduit 9 traversant l'arbre 10 sur toute sa longueur. Dans un but de simplification, on a représenté un conduit 7 et un conduit 8. Le manchon 11 est relié à la paroi verticale 5 de la tête de coupe 3 par une bride 12 et par des organes de fixation 12a constitués par exemple par des vis qui tra- versent la bride 12 et la paroi verticale 5. La bride 12 forme avec l'extrémité du manchon 11 et l'extrémité de l'arbre 10, un évidement central 13. dans lequel est monté le dispositif d'étanchéité entre le manchon tournant 11 et l'arbre fixe 10. Ce dispositif d'étanchéité est formé par une pièce fixe 20 indépendante de l'arbre 10, disposée dans l'évidement central 13. Ainsi que représenté sur les figures, cette pièce 20 comporte une embase annulaire 21 fixée sur l'extré- mité de l'arbre 10 au moyen d'organes de fixation constitués par exemple par des vis 21a et munie de moyen d'étanchéité avec le manchon 11 qui seront décrits ultérieurement. La pièce 20 comporte également un embout 22 si- tué dans l'axe de l'embase 21 et qui est destiné à coopérer avec un orifice axial 5a ménagé dans la paroi verticale 5 de façon à assurer le centrage de l'arbre 10 et du manchon 11. La pièce 20 est munie d'un orifice axial 23 si- tué dans l'axe du conduit 9 ménagé dans l'arbre 10. Le dispositif d'étanchéité comporte également un flasque 25 centré sur la bride 12 et fixé entre ladite bride 12 et la paroi verticale 5 par les organes de fixation 12a. Le flasque 25 comprend un orifice axial 26 de passage de l'embout 22 et au niveau duquel est interposé un organe d'étanchéité 27 entre cet embout 22 et la paroi de l'orifice 5a de la paroi verticale 5. Cet organe d'étanchéité 27 est formé par exemple par un joint torique ou par un joint d'un autre type disposé autour de l'embout 22 au niveau de l'interface entre le flasque 25 et la paroi verticale 5. Le flasque 25 et son joint d'étanchéité 27 font partie intégrante du joint tournant, c'est à dire de l'arbre et du manchon 11. L'embase annulaire 21 comporte un épaulement 28 de centrage de la pièce 20 sur l'extrémité de l'arbre 10. En se reportant plus particulièrement à la Fig. 2, on va décrire les moyens d'étanchéité entre l'embase an- nulaire 21 et le manchon 11. Ces moyens d'étanchéité sont formés, d'une part, par une bague de frottement 30 fixée sur la face de l'embase 21 en regard de l'arbre 10 et au niveau de l'interface entre le manchon 11 et ledit arbre 10 et, d'autre part, par des moyens d'injection d'un fluide sous pression dans une cham- bre 31 ménagée entre le flasque 25 et l'embase annulaire 21. Ces moyens d'injection du fluide sous pression comme par exemple de l'huile sont formés par des orifices 32 traversant la bague de frottement 30 et l'embase annulaire 21 et mettant en communication ladite chambre 30 et une gorge circulaire 33 ménagée dans le manchon 11 et reliée à une alimentation, non représentée, dudit fluide sous pres- sion. Le joint d'étanchéité 27 empêche les débris de pénétrer entre la pièce 20 et le flasque 25 et cette pre- mière étanchéité est complétée par l'injection de l'huile sous pression dans la chambre 31 qui s'oppose au passage de ces corps étrangers. Cette double étanchéité permet donc de limiter les risques d'accumulation des matériaux de coupe ou débris divers à l'entrée du joint d'étanchéité 27 et une abrasion entre les surfaces frottantes pouvant entraîner un grippage complet empêchant la rotation de la tête de coupe 3. Dans le cas d'un éventuel grippage improbable, mais qui doit être envisagé, le démontage et le remontage de l'ensemble sont beaucoup plus faciles que pour les disposi- tifs utilisés jusqu'à présent. En effet, il suffit de désolidariser le flasque 6 de l'enveloppe cylindrique 2 et de dévisser les organes de fixation 12a, puis de reculer l'ensemble formé par l'arbre , le manchon 11, la pièce 20 et le flasque 25 jusqu'au mo- ment o ce flasque 25 est accessible à l'opérateur. Le retrait du flasque 25 permet alors d'accéder aux organes de fixation 21a pour retirer la pièce 20 et pro- céder aux différentes opération de maintenance. Du fait de la relative légèreté des pièces, le démontage et le remontage sont grandement facilités. De plus, le joint 27 ne risque pas d'être dété-. riorer lors du remontage, car le flasque 25 et le joint 27 sont positionnés sur l'embout 22 de la pièce 20 avant le re- montage de l'ensemble. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'étanchéité entre une tête de coupe (3) d'un tunnelier (1) et un arbre horizontal fixe (10), du type comprenant un manchon tournant (11) disposé autour de l'arbre (10) et muni d'une bride (12) destinée à être fixée sur une paroi verticale (5) de support de la tête de coupe (3) et formant avec l'extrémité du manchon (11) un évidement central (13), ladite paroi verticale (5) compor- tant un orifice axial (5a) de centrage de l'arbre (10), ca- ractérisé en ce qu'il est formé, d'une part, par une pièce fixe (20) indépendante de l'arbre (10), disposée dans ledit évidement central (13) et comportant une embase annulaire (21) fixée sur l'extrémité de l'arbre (10) et munie de moyens d'étanchéité avec le manchon (11) et un embout (22) destiné à coopérer avec l'orifice axial (5a) de la paroi. verticale (5) et, d'autre part, par un flasque (25) fixé en- tre la bride (12) et la paroi verticale (5) et comprenant un orifice axial (26) de passage de l'embout (22) au niveau du- quel est interposé un organe d'étanchéité (27) entre cet em- bout (22) et l'orifice (5a) de la paroi verticale (5). 2. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les moyens d'étanchéité entre l'embase annu- laire (21) et le manchon (11) sont formés par une bague de frottement (30) fixée sur la face de cette embase (21) en regard de l'arbre (10) et au niveau de l'interface entre le manchon (11) et l'arbre (10) et par des moyens (32, 33) d'injection d'un fluide sous pression dans une chambre (31) ménagée entre le flasque (25) et l'embase annulaire (21). 3. Dispositif selon la revendication 2, caracté- risé en ce que les moyens d'injection du fluide sous pres- sion sont formés par des orifices (32) traversant la plaque de frottement (30) et l'embase annulaire (21) et mettant en communication ladite chambre (31) et une gorge circulaire (33) ménagée dans le manchon (11) et reliée à une alimenta- tion dudit fluide sous pression. 4. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'organe d'étanchéité entre l'embout (22) et l'orifice ( 5a) de la paroi verticale (5) est formé par un joint torique (27) disposé autour de cet embout (22) au ni- veau de l'interface entre le flasque (25) et la paroi verti- cale (Sa).5 5. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'embase annulaire (25) comporte un épaule- ment (28) de centrage de la pièce (20) sur l'extrémité de l'arbre (10).