Brevet FR2793719A1 — publié le 20001124

BRAS ARTICULE A DESCENDRE SOUS UNE DALLE DESCRIPTION Le sujet de cette invention est un bras articulé à descendre sous une dalle, à travers un orifice de celle-ci, afin de porter et guider un outil ou un instrument quelconque au-dessous de la dalle et latéralement à l'orifice. Elle peut trouver application pour prélever des échantirlons de déchets nucléaires versés dans des fosses cylindriques verticales pa,_rticulières, fermées en haut par une dalle de béton servant à la protection biologique et percée par un seul orifice central, de superficie peu importante et dont le couvercle est alors ôté. Les procédés de prélèvement existant actuellement, parmi lesquels on peut citer l'emploi de longues perches quon introduit obliquement dans l'orifice, ne sont pas commodes et ne permettent guère de choisir avec précision l'endroit du prélèvement. Le bras articulé proposé ici offre en revanche la possibilité de prélèvements faciles même au pourtour de la fosse, au plus loin de l'orifice, avec lavantage que l'appareil de prélèvement peut être placé avec une grande précision et sans qu'il soit besoin de man#uvre délicate ni fatigante. Bien entendu, linvention peut être appliquée à d'autres appareils que les outils de prélèvement d'échantillons, et notamment à des capteurs ou à des appareils de mesure., Sous sa forme la plus générale, l'invention concerne un bras articulé à enfoncer dans un orifice d'une dalle servant de couvercle à une fosse, caractérisé en ce qu'il comprend un tronçon supérieur et un tronçon inférieur reliés mutuellement par une articulation, des moyens de commande d'un angle formé par les tronçons, un palier placé autour de l'orifice et comprenant une bague fixe solidaire de la dalle et une bague tournante solidaire du tronçon supérieur, des moyens de commande de rotation de la bague tournante, et un outil suspendu au tronçon inférieur par un câble de longueur variable. Ainsi, un mouvement combiné de rotation de l'ensemble du bras autour de la bague fixe et de pivotement du tronçon inférieur, permet de placer l'extrémité libre du tronçon inférieur sous le point voulu de la dalle ; il suffit alors d'abaisser l'outil pour lui donner la bonne hauteur et atteindre la surface des déchets à prélever. Certaines mesures, qui forment des perfectionnements de l'invention, permettent de maintenir une étanchéité à peu près parfaite malgré les mouvements nécessaires du bras, de monter et de démonter rapidement le bras et de commander les différents mouvements avec précision. Une autre sorte de perfectionnement consiste à concevoir le tronçon inférieur du bras en deux parties mutuellement articulées. Le montage du bras sur l'orifice de la dalle en est facilité, car le tronçon inférieur reste alors replié, avec un encombrement réduit, contre le tronçon supérieur. Quand le bras a été fixé sur la bague tournante du palier, le tronçon inférieur est abaissé en le faisant passer en travers de l'orifice de la dalle, ce qui est possible puisqu'il n'est pas encore déployé ; le montage du bras s'achève par une mise en prolongement et un verrouillage des deux parties du tronçon inférieur dans la fosse. Un tel procédé de déploiement et de verrouillage peut être accompli notamment si les parties du tronçon inférieur sont articulées par un axe situé sur leurs bords avant dans une direction de pivotement du tronçon inférieur par rapport au tronçon supérieur, le moyen de commande de l'angle formé par les tronçons comprend une transmission réversible, permettant des pivotements du tronçon inférieur dans deux sens opposés, et les parties du tronçon inférieur comprennent des moyens de verrouillage sur leurs bords arrière. Les moyens de verrouillage peuvent notamment comprendre des axes sur un premier des tronçons, des évidements sur l'autre des tronçons, des ressorts faisant saillir les axes hors du premier des tronçons vers l'autre des tronçons, et un câble apte à se tendre pour faire rentrer les axes dans le premier des tronçons. Une réalisation de l'invention, qui va maintenant être expliquée en référence aux dessins suivants, permettra de mieux saisir ces caractères et avantages, ainsi que d'autres : - la figure 1 est une vue d'ensemble du bras dans son domaine d'application ; - la figure 2 est une coupe du bras à l'articulation entre les tronçons ; - la figure 3 représente en détail la partie supérieure du bras et ses moyens de montage ; - et la figure 4 sert à expliquer le fonctionnement, le déploiement et le repliement du bras. La figure 1 est abordée en premier L'invention est destinée au service d'un grappin 1 chargé de saisir des échantillons de déchets versés auparavant dans une fosse 2 d'un silo 3 dont la forme est sensiblement celle d'une bouteille, avec un orifice resserré 4 au sommet. Une dalle 5 de béton couvre le silo 3 et protège l'extérieur de l'irradiation que les déchets seraient susceptibles de lui causer ; elle est cependant dégagée à l'endroit de l'orifice 4. Le grappin 1 est suspendu à un câble 6 qui S'élève jusqu'à un pont roulant 7 surplombant la dalle 5 et l'orifice 4 et une poulie 8 de ce pont 7, où il est renvoyé latéralement vers une deuxième poulie 9, puis vers un treuil motorisé 10 non représenté en détail. Cet appareillage permet de descendre le grappin 1 jusqu'à la surface des déchets mais ne permet pas de le déplacer latéralement dans la fosse 2 ; le bras articulé qu'on va maintenant décrire comble cette lacune. Il porte la référence générale 11 et se compose pour l'essentiel d'un tronçon supérieur 12 descendu à travers l'orifice 4 et d'un tronçon inférieur 13 relié au précédent par une articulation 14 et qui s'étend plus bas dans la fosse 2 ; son extrémité libre porte une poulie 15 sur laquelle passe le câble 6 : le grappin 1 s'étend donc à la verticale de cette poulie 15 et peut être placé à n'importe quel endroit de la fosse 2 selon l'angle qu'on imposera entre les tronçons 12 et 13 en commandant l'articulation 14. Mentionnons que celle-ci est munie d'une autre poulie 16, sous laquelle passe le câble 6 afin de le maintenir à peu près dans l'alignement de chacun des tronçons 12 et 13 et de lui éviter de frotter contre le bord de l'orifice 4. En se reportant à la figure 2, on voit que le tronçon inférieur 13 est composé de deux poutrelles parallèles 17 dont l'écartement est suffisant pour laisser descendre le grappin 1 (dont on a esquissé le contour extérieur) entre elles. L'articulation 14 est orientée de façon que le tronçon inférieur pivote dans des plans verticaux et radiaux (passant par l'axe central de l'orifice 4). En passant maintenant à la figure 3, on voit que la dalle 5 porte un bâti 18 autour de l'orifice 4, et qui comprend en particulier une bague fixe 19 d'un roulement à billes 20, dont l'autre bague 21, tournante, est solidaire d'une couronne 22 sur laquelle une structure d'appui 23 peut être posée et fixée par un cercle de vis latérales 24 et de vis verticales 25. Le bras 11 est suspendu à la structure d'appui 23. Un pignon 26 d'attaque d'un moteur 27 fixé sur la structure d'appui 23 engrène alors avec une couronne dentée 28 taillée sur la surface interne de la bague fixe 19 : il résulte de cette construction que la mise en marche du moteur 27 déplace le pignon 26 et par conséquent la structure d'appui 23 et le bras articulé 11 dans son ensemble le long de la couronne dentée 28 et autour de l'orifice 4, ce qui place le tronçon inférieur 13 et le grappin 1 à la direction angulaire voulue. La structure d'appui 23 comprend un autre moteur 29 qui meut un train d'engrenages 30 et déplace une chaîne sans f'in 31 au bout de celui-ci ; la chaîne 31 s'étend le long du tronçon supérieur 12 jusqu'à un pignon 32 disposé à l'articulation 14 et solidaire du tronçon inférieur 13 : c'est ce mécanisme qui fait varier l'angle à l'articulation 14 et déplace le tronçon inférieur 13 et le grappin 15 vers les parois du silo 2 de la quantité voulue. La figure 2 montre que la chaîne 31 et le pignon 32 peuvent être doubles et situés de chaque côté de la poulie d'articulation 16, ce qui équilibre les efforts sur les poutrelles 17. La chaîne 31 présente sur d'autres transmissions les avantages de mieux résister aux contraintes mécaniques et à l'irradiation, et de pouvoir être montée et démontée facilement. On remarque encore à la figure 1 un bouchon 33 en deux parties, dont la plus petite 34 a la section du tronçon supérieur 12 ; le bouchon 33 est installé sur l'orifice 4 pour le clore, tout entier en l'absence du bras articulé 11, mais avec la partie 34 enlevée quand le bras articulé 11 est descendu à travers l'orifice 4 ; il s'ajuste alors autour du tronçon supérieur 12 et maintient presque parfaitement l'étanchéité. Une autre précaution pour maintenir l'étanchéité autour de l'orifice 4 consiste à adjoindre une jupe métallique 35 circulaire et continue sous la bague fixe 19 et dont le bas trempe dans du liquide versé dans un profilé métallique circulaire 36 à section en forme d'auge et qui est fixé sur la dalle 5 autour de l'orifice 4 (figure 3). Le montage commence en installant le bâti 18 et la couronne 22 autour de l'orifice 4, le bouchon 33 étant posé sur la couronne 22, et la partie la plus petite 34 du bouchon 33 ayant été retirée auparavant, le bras articulé 11 est descendu dans l'orifice 4 et sa structure d'appui 23 est vissée à la couronne 22. On fait pivoter le tronçon inférieur 13 vers l'arrière, dans la position sensiblement horizontale, dirigée vers la gauche et représentée en traits mixtes sur la figure 1, avant de descendre le grappin 1 et de le faire passer entre les poutrelles 17. Un pivotement opposé du tronçon inférieur 13, vers l'avant, permet à la poulie de suspension 15 d'intercepter et de prendre le câble 6. Le grappin 1 est enfin amené au-dessus du point désiré de la fosse pour faire un prélèvement, en déplaçant le bras articulé 11 autour de l'orifice 4 pour placer le tronçon inférieur 13 à l'orientation souhaitée et en le faisant pivoter pour placer le grappin 1 à la distance souhaitée de l'orifice 4 pour donner ainsi un guidage en coordonnées polaires. La faculté de forcer le pivotement vers l'arrière, pour le passage du grappin 1, et vers lavant pour le guider, est un aspect important de l'appareil, dû à la réversibilité de commande du mouvement par la chaîne 31. Le tronçon inférieur 13 peut être construit d'une pièce, et il est alors placé sensiblement dans le prolongement du tronçon supérieur 12, quand le bras 11 est descendu à travers l'orifice 4 ; mais il peut être plus avantageux de construire le tronçon inférieur 13 en deux parties articulées entre elles, ce qu'on va maintenant décrire en liaison à la figure 4. Ces deux parties portent les références 41 et 42 et sont reliées par un axe d'articulation 43 placé entre leurs bords avant 44. Elles sont, pendant la descente et le montage du bras 11, repliées l'une contre l'autre et contre le tronçon supérieur 12, la partie supérieure 41 étant alors plutôt dirigée vers le haut et l'ensemble du bras articulé 11 formant sensiblement un N dont la hauteur est modérée. Quand le bras articulé 11 a été monté, le tronçon inférieur 13 est abaissé dans la fosse 2 en pivotant ; la partie supérieure 41, assez courte, passe librement à travers l'orifice 4. Les parties 41 et 42 finissent par venir en prolongement et se touchent, après quoi elles peuvent être verrouillées. Un système de verrouillage proposé ici comprend au moins une goupille 46 disposée au bas de la partie supérieure 41, près du bord arrière 47, à l'opposé de l'articulation 43. La goupille 46 est dirigée vers le bas, et repoussée dans cette direction par un ressort non représenté qui la fait saillir hors de la partie supérieure 41. Mais l'action du ressort est contrariée par un câble 51 accroché à l'arrière de la goupille 46 et qui s'étend d'abord autour de la poulie d'articulation 16, puis le long du tronçon supérieur 12 et finit au-dessus de la dalle 5. Le câble 51 peut être saisi par un télémanipulateur ou autrement, et tiré pour vaincre l'action du ressort 48 et rentrer la goupille 46 dans la partie supérieure 41 du tronçon inférieur 13. C'est ce qu'on fait quand les parties 41 et 42 viennent en prolongement au montage, afin que la goupille 46 ne gêne pas l'approche des bords arrière 47 des deux parties 41 et 42 ; puis le câble 51 est lâché afin que la goupille 46 ressorte du tronçon supérieur 41 et entre dans un évidement 52 ménagé dans la partie inférieure 42 et qui s'étend alors devant elle. La goupille 46 solidarise désormais les parties 41 et 42 et s'oppose à toute rotation autour de l'articulation 43 jusqu'à ce qu'on tire de nouveau sur le câble 51. L'action de verrouillage et de déverrouillage peut être rendue automatique afin de ne pas recourir à un câble 51 finissant à l'extérieur de l'orifice 4 et donc susceptible de compromettre l'étanchéité. Le câble utilisé correspond alors seulement à la portion antérieure 53 du câble 51, qu'on accroche à son extrémité opposée à la goupille 46 à un point de l'articulation 14 lié au tronçon supérieur 12 de façon que, quand le tronçon inférieur 13 pivote au maximum, la portion de câble 53 senroule autour de l'articulation 14, se tend d'elle-même et tire la goupille 46 de la même façon que précédemment ; la portion de câble 53 se détend quand on fait revenir le tronçon inférieur 13 légèrement vers le bas, ce qui relâche la goupille 46 et lui permet d'entrer dans l'évidement 52 et d'assurer la liaison entre les parties 41 et 42 comme précédemment. La tension de la portion de câble 53 n'est produite que dans les positions de pivotement extrêmes vers l'avant, dans l'angle P de la figure 4. L'angle u correspond à la course de pivotement dans laquelle le câble 53 est relâché et où le verrouillage des parties 41 et 42 peut être maintenu. Une came, non représentée mais de genre connu, et qui est mise en mouvement par la tension de la portion de câble 53, permet alternativement de laisser sortir la goupille 46 ou de la maintenir rentrée dans la partie 41 une fois que la partie de câble 53 a été détendue, et donc de verrouiller les parties 41 et 42 ou non. il suffit donc d'amener le tronçon inférieur 13 dans sa position avant extrême dans l'angle P, juste après le montage du bras articulé 11 pour verrouiller les parties 41 et 42, puis de l'y ramener une fois pour commander le déverrouillage à la fin des opérations, et les parties 41 et 42 se replient dès que le tronçon inférieur 13 est ramené vers l'arrière et dépasse la verticale. Le bras articulé 11 peut ensuite être démonté de l'ouverture 4. Le grappin 1 a été levé et retiré avant le déverrouillage et après avoir ramené le tronçon inférieur 13 vers l'arrière, en position de prolongement des parties 41 et 42, pour dégager le câble 6. REVENDICATIONS 1. Bras articulé (11) à enfoncer dans un orifice (4) d'une dalle (5) servant de couvercle à une fosse (2), caractérisé en ce qu'il comprend un tronçon supérieur (12) et un tronçon inférieur (13) reliés mutuellement par une articulation (14), des moyens de commande (29 à 32) d'un angle formé par les tronçons, un palier placé autour de l'orifice et comprenant une bague fixe (19), solidaire de la dalle, et une bague tournante (21), solidaire du tronçon supérieur (12), des moyens (26, 27, 28) de commande de rotation de la bague tournante, et un outil (1) suspendu au tronçon inférieur par un câble (6) de longueur variable. 2. Bras articulé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une poulie de renvoi (16) à l'articulation, une poulie de suspension (15) à une extrémité libre du tronçon inférieur (13), et en ce que le câble s'étend au-dessus de la dalle et du bras et passe sous la poulie de renvoi (16) et sur la poulie de suspension (15). 3. Bras articulé suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de commande de rotation de la bague tournante comprennent un engrenage a pignon moteur (26) et couronne dentée (28), le pignon et la couronne étant solidaires d'une, respective, des bagues. 4. Bras articulé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le tronçon supérieur (12) comprend une structure d'appui (22) vissable à la bague tournante. 5. Bras articulé suivant lune quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend un bouchon (33), monté sur la bague tournante et obturant l'orifice, muni d'une partie amovible (34) de passage du tronçon supérieur. 6. Bras articulé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend un joint d'étanchéité composé d'une jupe (35) continue sous la bague fixe (19) et à bord inférieur trempant dans du liquide emplissant une gorge (36) entourant l'orifice. 7. Bras articulé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le tronçon inférieur est formé de deux parties (41, 42) articulées. 8. Bras articulé suivant la revendication 7, caractérisé en ce que les parties du tronçon inférieur sont articulées par un axe (43) situé sur des bords avant (44) dans une direction de pivotement du tronçon inférieur (13) par rapport au tronçon supérieur, le moyen de commande de langle formé par les tronçons comprend une transmission réversible (31), permettant des pivotements dans deux sens opposés, et les parties du tronçon inférieur comprennent des moyens de verrouillage sur leurs bords arrière.