Brevet FR2798696A1 — publié le 20010323

La présente invention a pour objet un dispositif de reprise d'efforts pour mât d'outil de forage. De façon plus précise, la présente invention concerne un dispositif associé au mât sur lequel est monté un dispositif de forage tel par exemple qu'une s tarière et qui permet de compenser les efforts auxquels ce mât est soumis du fait de l'action de l'outil de forage dans le sol. Sur la figure 1 annexée, on a représenté schématiquement un tel outil. On a montré la plate-forme automotrice 10, sur laquelle est articulée l'extrémité inférieure d'un mât 12 qui, en position de travail, est vertical. Des systèmes de vérin 14 ou d'élingues permettent le maintien en position verticale de ce mât. L'outil de forage proprement dit 16, par exemple une tarière, est associé à un ensemble moteur de mise en rotation 18 qui est lui-même guidé en translation le long du mât 12. Les déplacements en translation du moteur de mise en rotation 18 ou tête de l'outil de forage 16 permettent la progression dans le sol de l'outil de forage et donc la réalisation d'une excavation cylindrique 20. On comprend que les efforts mis en jeu peuvent être très importants, ces efforts étant liés d'une part au poids de l'outil 16 et de sa tête de mise en rotation 18 et surtout d'autre part aux contraintes qui sont développées du fait de l'action de l'outil de forage 16 dans le sol. Ces effort totaux peuvent atteindre 100 à 125 tonnes. On comprend que ces efforts sont intégralement transmis au mât 12 qui, lui-même, transmet ses efforts à la plate-forme 10. Il est donc nécessaire de prévoir des dispositifs pour reprendre l'effort auquel le mât 12 est soumis. Dans les solutions connues, ces dispositifs sont par exemple des systèmes de vérin tels que 22 mis en place lorsque la plate-forme 10 est en position de travail. On comprend cependant que cette solution est peu satisfaisante puisque notamment le mât 12 occupe une position totalement excentrée par rapport à l'ensemble de la plate-forme 10. Un objet de la présente invention est de fournir un dispositif de reprise d'efforts du mât d'un outil de forage qui permette une meilleure reprise de cet effort sans appliquer de contrainte à la plate-forme et qui soit d'une mise en oeuvre aisée lors de l'installation de l'outil sur un chantier. Pour atteindre ce but selon l'invention, le dispositif de reprise d'efforts pour le mât d'un outil de forage apte à être déplacé le long dudit mât se caractérise en ce qu'il comprend: - au moins deux patins sensiblement identiques, chaque patin comportant une surface d'appui sur le sol et une portion de liaison; -des moyens cinématiques de liaison entre une région disposée à proximité de l'extrémité inférieure dudit mât et les portions de liaison desdits patins; et - des moyens de commande de déplacement des moyens cinématiques de liaison pour déplacer lesdits patins entre une position de repos et une position active dans laquelle lesdits patins sont en appui sur le sol par leur surface d'appui symétriquement par rapport au plan contenant l'axe longitudinal dudit mât en position verticale et l'axe longitudinal dudit outil de forage. On comprend que, grâce au fait que le dispositif de reprise d'efforts est directement lié à la partie inférieure de ce mât, la plate-forme associée au mât n'est soumise qu'à des efforts très limités. En outre, la disposition symétrique des patins d'appui par rapport au mât et à l'outil de forage permet un bon équilibrage de la reprise d'efforts et est compatible avec la proximité immédiate de l'outil de forage par rapport au mât. Selon un mode préféré de mise en oeuvre, chaque patin d'appui est associé à un ensemble de liaison et à un ensemble de commande. Ainsi, il est possible de réaliser le réglage de la position des patins et de la pression au sol séparément, ce qui permet de s'adapter à des déclivités ou inégalités locales du sol dans la région o le forage doit être réalisé. Selon un mode perfectionné de mise en oeuvre, correspondant au cas o le mât est associé à une plate-forme, il comprend en outre un élément vertical de guidage solidaire de ladite plate-forme, des moyens pour guider en translation verticale l'extrémité inférieure dudit mat par rapport audit élément vertical de guidage et des moyens de liaison entre l'extrémité inférieure dudit mât et ledit élément vertical de guidage pour autoriser un glissement vers le bas du mât par rapport à l'élément de guidage vertical si les efforts appliqués par ledit mât audit élément de guidage vertical dépassent une valeur prédéterminée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit de plusieurs modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux figures annexées sur lesquelles: la figure 1 déjà décrite montre de façon schématique un outil de forage avec son mât de supportage; la figure 2 montre en vue de face un premier mode réalisation du î5 dispositif de reprise d'efforts, la demi-vue de gauche montrant le dispositif en position de repos, la demi-vue de droite montrant le dispositif en position active; la figure 3 est une vue schématique de dessus montrant l'implantation et la position des patins d'appui; la figure 4 est une vue simplifiée de face d'un deuxième mode de réalisation du dispositif de reprise d'efforts; et La figure 5 montre un mode perfectionné de réalisation du dispositif de reprise d'effort. En se référant tout d'abord aux figures 2 et 3, on va décrire un premier mode de réalisation du dispositif de reprise d'efforts pour mat d'outil de forage. Comme le montre la figure 2, sur laquelle on a représenté la partie inférieure 12a du mât 12, le dispositif de reprise d'efforts est essentiellement constitué par deux patins 30 et 32 qui comportent chacun une face d'appui sur le sol 30a, 32a et une pièce de liaison 30b et 32b. Chaque patin 30, 32 est relié à l'extrémité inférieure 12a du mat par un bras respectivement référencé 34 et 36. Le bras 34 est articulé à sa première extrémité 34a sur la pièce de liaison 30b du patin 30 par un axe de pivotement 38 qui est parallèle au plan p,p' qui contient à la fois l'axe longitudinal X,X' du mat et l'axe longitudinal Y,Y' de l'outil de forage. La deuxième extrémité 34b du bras 34 est articulée à l'extrémité inférieure du mat autour d'un deuxième axe de pivotement 40 qui est parallèle à l'axe de pivotement 38. Pour permettre le déplacement du bras 34 et donc du patin 30, le bras 34 est équipé d'un ensemble de commande de préférence constitué par un vérin 42. Le vérin 42 comprend un corps 44 dont l'extrémité 44a est articulée autour d'un troisième axe de rotation 46 parallèle aux axes 38 et 40 et disposée dans la partie médiane 30c du bras 30. L'extrémité 48a de la tige 48 du vérin 42 est articulée par rapport au mât autour d'un quatrième axe de pivotement 50 parallèle aux axes 38, 40 et 46. L'axe 50 est monté sur le mat 12 à une distance H des axes de pivotement 40 des bras 30 et 36. Le mode de réalisation du deuxième bras 36 est identique à celui du bras 34 et ne sera donc pas décrit en détail. Le mode de fonctionnement du dispositif de reprise d'efforts découle de la description précédente. Lors de la phase de déplacement de l'engin de forage, le mat 12 est en position inclinée et les patins sont en position de repos, repliés comme le montre la partie gauche de la figure 2. Lorsque l'engin arrive sur le site et que le mat 12 a été amené en position verticale à l'emplacement souhaité, on commande les vérins 42 des bras 34 et 36 pour les amener dans la position représentée sur la demi-vue de droite de la figure 2. Dans cette position, les patins 30 et 32 sont en appui sur le sol et permettent ainsi la reprise de l'effort appliqué au mat 12 lors de l'utilisation de l'outil de forage 16. Dans ce mode de réalisation préféré, la mise en position active des patins 30 et 32 se fait par l'intermédiaire de deux systèmes mécaniques et de deux systèmes de commande indépendants. Cette solution permet de s'adapter de façon simple aux éventuelles inégalités de terrain dans la zone de forage. De plus, la position symétrique des deux patins 30 et 32 par rapport à l'axe vertical du mât et de l'outil de forage assure une très bonne reprise des efforts de traction appliqués au mât. En outre, comme le montre mieux la figure 3, ce mode préféré de réalisation permet de laisser totalement libre la zone A correspondant au forage à réaliser à l'aide de l'outil de forage 16. De préférence encore, les vérins 42 sont des vérins hydrauliques et de préférence à double effet pour assurer notamment le verrouillage des bras 34 et 36 en position d'appui. Il va cependant de soi que l'on ne sortirait pas de l'invention si ces vérins étaient par exemple de type pneumatique et à simple effet. Il va également de soi que l'on pourrait utiliser d'autres dispositifs convenables pour commander la rotation des bras autour de leurs axes 40 entre leur position active et leur position de repos. De préférence encore, la surface d'appui 30a de chaque patin est suffisante pour limiter la pression au sol. En se référant maintenant à la figure 4, on va décrire un deuxième mode de réalisation du dispositif de reprise d'efforts du mât. Le dispositif est constitué par deux patins d'appui 50 et 52 qui présentent chacun une face d'appui a, 52a et une pièce de liaison 50b, 52b. Les moyens de déplacement des patins et 52 entre leur position de travail tels qu'il sont représentés sur la figure 4 et la position de repos sont constitués par un élément de poutre horizontale 54 muni à chacune de ses extrémités d'étriers 56, 58, ces étriers étant symétriques par rapport au centre B de la poutre 54. Les patins 50 et 52 sont montés pivotants autour d'axes 60 et 62 qui sont parallèles au plan de symétrie p,p' de l'outil et du mât et orthogonaux à l'axe X,X' du mât. La partie centrale B de la poutre 54 est prolongée par un montant 61 dont l'extrémité supérieure 63 est solidaire d'un vérin de déplacement 64. Le corps 66 du vérin 64 est solidaire de la poutre 12 et plus précisément de son extrémité inférieure 12a alors que sa tige 68 est rendue solidaire de l'extrémité 63 de la pièce 61 par un axe de pivotement 70 parallèle aux axes 58 et 60. A l'intérieur du pied 12a du mât sont prévus des moyens convenables de guidage en translation 72 pour guider la pièce 60 dans son mouvement de translation verticale par rapport au mât 12. $ Le mode de fonctionnement du dispositif de reprise d'efforts représenté sur la figure 4 découle clairement de la description précédente. En position de repos, la tige 68 du vérin 64 est partiellement rentrée. Lorsque le mât 12 est amené en position verticale sur le chantier, on commande le vérin 64 pour que les patins 50 et 52 viennent en appui sur le sol avec la pression de contact souhaitée. De préférence, le vérin 64 est hydraulique et à double effet. La figure 5 montre un mode perfectionné de réalisation du dispositif de reprise d'efforts. On retrouve le mât 12 dont l'extrémité inférieure 12a est équipée des patins 30 avec leurs bras articulés 34 et leurs vérins de commande 42. La plate-forme 10 est équipée d'un contre-mât 80 solidaire de la plateforme 10 et qui sert d'élément de guidage en translation verticale de l'extrémité inférieure du mât. Le guidage est obtenu, par exemple, à l'aide des étriers 82 et 84 solidaires du mât et entourant le contre-mât 80. La liaison mécanique verticale entre le mât et le contre-mât est obtenue, dans ce mode de réalisation, par des vérins tels que 86 à déplacements verticaux dont l'extrémité de la tige 88 est solidaire de l'étrier 84 alors que le corps 90 du vérin est solidaire du contre-mât 80. L'alimentation 92 du vérin 86 en fluide est réalisée à travers un limiteur de pression 94. Tant que l'appui au sol des patins est convenable, les efforts appliqués au mât 12 sont repris par le sol par l'intermédiaire des patins 30. Si cet appui diminue, les efforts appliqués au mât sont transmis en partie au contre-mât par l'intermédiaire des vérins 86. Si cet effort devient trop important, la pression du fluide dans les vérins 86 augmente et le limiteur de pression 94 agit, ce qui autorise un déplacement de la tige 88 par rapport au corps 90 et donc, un glissement vers le bas du mât jusqu'à ce que l'appui sur le sol des patins redevienne suffisant pour que la pression du fluide dans le vérin reprenne sa valeur de consigne. Il va de soi que les vérins 86 pourraient être remplacés par d'autres systèmes capables d'autoriser le glissement vers le bas du mât par rapport au contre-mât lorsque l'effort transmis par le mât au contre-mât dépasse une valeur prédéterminée. REVENDICATIONS 1. Dispositif de reprise d'efforts pour le mat d'un outil de forage apte à être déplacé le long dudit mat, caractérisé en ce qu'il comprend: - au moins deux patins sensiblement identiques, chaque patin comportant une surface d'appui sur le sol et une portion de liaison; - des moyens cinématiques de liaison entre une région disposée à proximité de l'extrémité inférieure dudit mat et les portions de liaison desdits patins; et - des moyens de commande de déplacement des moyens cinématiques de liaison pour déplacer lesdits patins entre une position de repos et une position active dans laquelle lesdits patins sont en appui sur le sol par leur surface d'appui symétriquement par rapport au plan contenant l'axe longitudinal dudit mat en position verticale et l'axe longitudinal dudit outil de forage. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens cinématiques de liaison comprennent deux ensembles de liaison, une première extrémité de chaque ensemble de liaison étant reliée au mât à proximité de son extrémité inférieure, l'autre extrémité étant reliée à la portion de la liaison d'un patin, et en ce que lesdits moyens de commande comprennent deux ensembles de commande séparés, chaque ensemble de commande coopérant avec un ensemble de liaison. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque ensemble de liaison comprend un bras dont une première extrémité est articulée autour d'un premier axe de rotation, parallèle audit plan longitudinal du mât et de l'outil et orthogonal à l'axe longitudinal du mât, et monté à l'extrémité inférieure du mât et dont la deuxième extrémité des articulée autour d'un deuxième axe de rotation parallèle au premier axe de rotation et monté sur la portion de liaison d'un patin. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque ensemble de commande comprend un vérin comprenant une première extrémité constituée par l'extrémité de la tige du vérin et une deuxième extrémité constituée par l'extrémité du corps du vérin, une des extrémités du vérin étant articulée sur un desdits bras autour d'un troisième axe de rotation parallèle aux deux premiers axes de rotation et disposé dans une zone intermédiaire dudit bras, l'autre extrémité du vérin étant articulée autour d'un quatrième axe de rotation parallèle aux autres axes de rotation et monté sur ledit mât à proximité de son extrémité inférieure. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits vérins sont à double effet. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que lesdits vérins sont hydrauliques. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, pour un mât associé à une plate-forme, caractérisé en ce qu'il en outre un élément vertical de guidage solidaire de ladite plate-forme, des moyens pour guider en translation verticale l'extrémité inférieure dudit mât par rapport audit élément vertical de guidage et des moyens de liaison entre l'extrémité inférieure dudit mât et ledit élément vertical de guidage pour autoriser un glissement vers le bas du mât par rapport à l'élément de guidage vertical si les efforts appliqués par ledit mât audit élément de guidage vertical dépassent une valeur prédéterminée. 1 5 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens de liaison comprennent au moins un vérin et un limiteur de pression pour limiter la pression du fluide d'alimentation dudit vérin.