Brevet FR2835775A1 — publié le 20030815

L'invention se rattache au secteur technique de la coupe d'éléments tubulaires. Plus particulièrement, l'invention concerne les systèmes de coupe de tubes au moyen d'une molette rotative déplacée circulairement autour d'un tube tenu fixement par tout moyen connu et approprié. Un effort de pression exercé sur la molette permet, en combinaison avec son déplacement circulaire, d'assurer la coupe du tube. Cette solution présente certains inconvénients. Selon une première forme de réalisation, le déplacement de la molette, sous l'effort de pression exercé, est tel qu'il permet, concomitamment à l'entraînement en rotation de la molette, de provoquer directement la coupe du tube. Le résultat obtenu n'est pas satisfaisant étant donné que la coupe réalisée par la molette va générer une bavure interne qui apparaît en débordement à l'intérieur du tube, à chacune des extrémités coupées. En fonction des applications envisagées, une telle bavure n'est pas acceptable, de sorte qu'il est nécessaire de soumettre le tube à une opération supplémentaire, dans le seul but d'enlever cette bavure. On conçoit que cette opération est relativement délicate à réaliser et va générer un coût supplémentaire. Pour tenter de remédier à ces inconvénients, on a proposé de réaliser la coupe du tube au moyen d'une molette, par étirage. Dans ce but, la molette pénètre dans le tube, sur une partie seulement de son épaisseur, de manière à ne pas réaliser une coupe totale, mais à laisser subsister une très faible épaisseur permettant de séparer en deux le tube sous un effet d'étirage, lorsqu'une force de traction est exercée à l'une au moins des extrémités dudit tube. On renvoie à la figure 1 qui montre ce principe de coupe d'un tube par étirage. Toutefois, à ce jour, aucun moyen ne permet de contrôler, d'une manière certaine et efficace, l'épaisseur de matière minimum qui doit subsister après pénétration de la molette pour assurer la coupe par étirage. En effet, si cette épaisseur est trop importante, la coupe par étirage ne pourra être effectuée, et inversement, si la pénétration de la molette n'est pas contrôlée, cette dernière va assurer la coupe complète du tube et les inconvénients définis précédemment. L'invention s'est fixée pour but de remédier à ces inconvénients, de manière simple, sûre, efficace et rationnelle. A partir de ce principe de coupe par étirage, le problème que se propose de résoudre l'invention est de maîtriser la vitesse de plongée de l'organe de coupe et sa pénétration dans l'épaisseur du tube, de manière à laisser subsister une épaisseur prédéterminée suffisante permettant de réaliser la coupe par étirage dans les meilleures conditions ne créant aucune bavure, et à tout le moins, à l'intérieur du tube et permettre la traçabilité et la répétitivité. Pour résoudre un tel problème, il a été conçu et mis au point un dispositif de coupe d'au moins un élément tubulaire au moyen d'un outil rotatif. Ce dispositif présente des moyens aptes à être entraînés en rotation et à recevoir l'outil pour son déplacement autour de l'élément tubulaire, lesdits moyens présentant des agencements pour permettre, au fur et à mesure de leur entraînement en rotation, selon des vitesses angulaires différentes, le déplacement de l'outil en direction de l'élément tubulaire, d'une manière contrôlée, en vue de sa pénétration, en combinaison avec son entraînement circulaire et selon une profondeur déterminée, pour créer une amorce de rupture, en vue d'assurer la coupe du tube par arrachement sous l'effet d'un effort de traction exercé à l'une au moins des extrémités de l'élément tubulaire. Dans une forme de réalisation préférée, pour résoudre le problème posé d'assurer le déplacement de l'outil de manière contrôlée, les moyens aptes à être entraînés en rotation sont constitués par : deux plateaux circulaires concentriques assujettis chacun à un moteur d'entraînement en rotation, lesdits plateaux présentant des agencements pour le montage et le positionnement, d'une manière concentrique, de l'élément tubulaire ; - l'un des plateaux reçoit, avec capacité d'articulation, l'une des extrémités d'un bras support solidaire de l'outil, l'autre extrémité dudit bras coopérant avec des agencements de l'autre plateau pour permettre, au fur et à mesure de l'entraînement en rotation desdits plateaux, selon des vitesses angulaires différentes, le déplacement de l'outil en direction de l'élément tubulaire. Pour résoudre le problème posé de contrôler l'épaisseur de la matière restante après pénétration de l'outil rotatif dans l'épaisseur du tube, les moteurs sont asservis à des moyens de commande et de programmation sélectionnés pour permettre, en combinaison avec les agencements des plateaux, de réaliser le cycle de fonctionnement suivant : - entraînement en synchronisme des deux plateaux provoquant le déplacement circulaire de l'outil d'une manière concentrique au tube ; - accélération de la vitesse de l'un des moteurs provoquant un décalage angulaire des plateaux, sur une distance déterminée, et d'une manière concomitante, le déplacement de l'outil en fonction de la profondeur de pénétration souhaitée ; - entraînement en synchronisme des deux plateaux décalés angulairement pour réaliser l'amorce de rupture ; - décélération ou accélération de la vitesse de l'un des moteurs pour annuler le décalage angulaire des plateaux correspondant au retrait de l'outil par rapport au tube. Pour résoudre le problème posé d'assurer le déplacement de l'outil, au fur et à mesure de l'entraînement en rotation des plateaux, les agencements du plateau portant l'une des extrémités des bras support recevant l'outil, sont constitués par une rainure profilée en arc de cercle et excentrée de manière à constituer un chemin de guidage faisant office de came et apte à recevoir un organe rotatif solidaire de ladite extrémité. Pour résoudre le problème posé d'assujettir l'outil rotatif de coupe à un déplacement circulaire combiné à un déplacement en translation, les bras sont constitués par deux branches décalées angulairement en forme de V, l'extrémité de l'une des branches portant l'organe rotatif coopérant avec le chemin de guidage en forme de came, de l'un des plateaux, l'extrémité de l'autre branche étant articulée sur l'autre plateau, l'intersection desdites branches recevant l'outil rotatif. Un autre problème que se propose de résoudre l'invention est de créer un appui réglable et escamotable du tube pour l'opération de coupe. Pour résoudre un tel problème, le tube coopère avec des galets d'appui disposés en regard de l'outil rotatif et portés par un bras support assujetti aux plateaux. Avantageusement, le bras support recevant les galets d'appui présente deux branches décalées angulairement en forme de V, l'extrémité de l'une des branches étant articulée sur le même plateau que celui recevant, à libre articulation, le bras support de l'outil de coupe rotatif, l'autre extrémité portant un organe rotatif coopérant avec une rainure profilée en arc de cercle et excentrée formée dans l'épaisseur de l'autre plateau. Pour résoudre le problème posé de réaliser la coupe du tube par étirage, les agencements, pour le montage et le positionnement du tube, sont constitués par un mors de serrage fixe et un mors de serrage mobile disposés de part et d'autre des plateaux et en alignement coaxial avec un alésage de l'un au moins des plateaux au-travers duquel est engagé ledit tube. Le mors de serrage mobile est assujetti à un organe de traction pour provoquer la coupe du tube par étirage, eu égard à l'amorce de rupture. Pour résoudre le problème posé d'assurer l'entraînement en rotation du plateau dans les conditions indiquées, chacun des plateaux est solidaire, directement ou d'une manière rapportée, d'une couronne dentée coopérant avec une courroie crantée reliée à l'arbre de commande du moteur correspondant. Selon un mode de réalisation préférée, le plateau présentant l'alésage coaxial pour l'engagement du tube, est prolongé coaxialement, d'un côté, par une portée circulaire montée tournante dans un bâti support fixe, ledit plateau présentant facialement un évidement circulaire délimitant une autre portée pour le montage tournant de l'autre plateau présentant les chemins de guidage profilés en forme de came. L'invention est exposée ci-après plus en détail à l'aide des figures des dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue à caractère purement schématique montrant le principe de la coupe d'un tube par étirage ; - la figure 2 est une vue de face du dispositif ; - la figure 3 est une vue en coupe considérée selon la ligne 3-3 de la figure 2 ; - la figure 4 est une vue semblable à la figure 2 montrant une autre position de l'organe de coupe sous l'effet de déplacement des plateaux ; - la figure 5 est un schéma de principe montrant, par une vue à caractère purement schématique, l'entraînement des deux plateaux ; - les figures 6a, 6b, 6c, 6d, 6e illustrent le principe de l'entraînement en rotation des plateaux, selon différentes vitesses, selon un support de synchronisme déterminé, pour permettre le déplacement, d'une manière contrôlée, de l'organe rotatif de coupe. Selon la forme de réalisation illustrée, le dispositif est composé de deux plateaux circulaires et concentriques (1) et (2). Chacun des plateaux (1) et (2) est assujetti à un moteur d'entraînement en rotation (3) et (4). Avantageusement, les moteurs (3) et (4) sont identiques en présentant les mêmes caractéristiques techniques. Avantageusement, les deux moteurs (3) et (4) sont du type Brushless . Le plateau (1) est prolongé coaxialement, d'un côté, par une portée circulaire (la) montée tournante au moyen par exemple d'organes de roulement (5) portés par un bâti support fixe (6). L'ensemble du plateau (1) tel que défini, présente un alésage coaxial (lb) pour l'engagement d'un élément tubulaire (T) à couper. A chacune des extrémités de l'alésage (1b), sont fixés, d'une manière démontable, des paliers (7) et (8). A l'opposé de la portée (la), le plateau (1) présente un évidement circulaire délimitant une autre portée (le) pour le montage tournant de l'autre plateau (2). Une rondelle (9), réalisée sous forme de deux secteurs (9a) et (9b), assure le blocage en translation du plateau (2) par rapport au plateau (1). Coaxialement à l'alésage (1b) recevant le tube (T), le dispositif présente, d'un côté des plateaux (1) et (2), par exemple du côté de la portée (la), un mors fixe (10) et, de l'autre côté, un mors de serrage mobile sous forme d'une pince (11). L'élément de serrage mobile (11) est assujetti à un vérin (12) pour être déplacé en translation afin de réaliser la coupe du tube (T) par étirage, comme il sera indiqué dans la suite de la description. Selon une caractéristique importante de l'invention, le plateau (1) reçoit, avec capacité d'articulation, l'une des extrémités d'un bras support (13) solidaire de l'outil de coupe, sous forme d'une molette rotative (14). L'autre extrémité du bras (13) coopère avec des agencements du plateau (2) pour permettre, au fur et à mesure de l'entraînement en rotation desdits plateaux (1) et (2), au moyen des moteurs (3) et (4), et selon des vitesses angulaires différentes, le déplacement de l'outil (14) en direction du tube (T) en combinaison avec un mouvement de déplacement circulaire autour dudit tube. Comme il sera indiqué dans la suite de la description, le déplacement de la molette de coupe (14) selon deux mouvements combinés de déplacement circulaire et de déplacement en translation, est déterminé pour créer une amorce de rupture de profondeur contrôlée en vue de permettre d'assurer la coupe du tube (T), par arrachement, sous un effort de traction exercé à l'une au moins des extrémités de l'élément tubulaire (T). Le bras (13) portant la molette de coupe (14) est constitué par deux branches (13a) et (13b) décalées angulairement en forme de V, en délimitant un angle supérieur de 90 et avantageusement d'environ 120 . L'extrémité de la branche (13a) est articulée au moyen par exemple d'un axe pivot (15) sur le plateau (1). L'ensemble du bras (13) est donc disposé facialement au plateau (1). L'extrémité de l'autre branche (13b) présente une lumière oblongue (13bl) pour le montage, avec capacité de déplacement, d'un galet rotatif (16) coopérant avec une rainure profilée en arc de cercle (2a) formé facialement dans l'épaisseur du plateau (2). Cette rainure (2a) constitue un chemin de guidage et est excentrée par rapport à l'axe de rotation des plateaux (1) et (2), en faisant par conséquent office de came. La molette de coupe (14) est montée tournante en étant libre en rotation, à l'intersection des branches (13a) et (13b) du bras support (13). La molette de coupe (14) est disposée latéralement en regard du tube (T). Compte tenu de ces dispositions, on conçoit qu'un déplacement relatif du plateau (2) par rapport au plateau (1) peut provoquer, d'une manière concomitante et, au fur et à mesure de l'entraînement en rotation, le déplacement du galet (16) dans le profil en came (2a) pour provoquer, d'une manière concomitante, le déplacement en translation de la molette (14) en direction du tube (T) en vue de créer une entaille circulaire pour réaliser l'amorce de rupture. D'une manière préférée qui ne saurait cependant pas être considérée comme limitative, le tube (T) coopère avec des galets d'appui (17) portés par un bras (18) assujetti aux plateaux (1) et (2). De la même façon que le bras support (13), le bras support (18) présente deux branches (18a) et (18b) décalés angulairement en forme de V. L'extrémité de la branche (18a) est articulée sur le plateau (1), tandis que l'extrémité de l'autre branche (18b) présente une lumière (18bl) pour le montage, avec capacité de déplacement en translation, d'un galet (19) coopérant avec une autre rainure profilée (2c) formée dans l'épaisseur du plateau (2). Cette rainure (2c), de la même façon que la rainure (2a), est profilée en arc de cercle en étant excentrée par rapport à l'axe de rotation des deux plateaux (1) et (2). A noter que l'excentration de cette rainure (2c) est moins importante que celle de la rainure (2a). Là encore, ces dispositions permettent d'assurer le déplacement des galets d'appui (17) par rapport au tube (T). A noter que, lorsque les galets sont en appui contre le tube, ces derniers ne sont pas soumis à un mouvement d'avance. L'entraînement en rotation des deux plateaux (1) et (2) au moyen des moteurs (3) et (4), s'effectue par l'intermédiaire de courroies crantées. Dans ce but, chacun des plateaux (1) et (2) est solidaire, directement ou d'une manière rapportée, d'une couronne dentée (20) et (21) coopérant avec une courroie crantée (22) et (23) reliée à l'arbre de commande correspondant des moteurs (3) et (4). Selon une caractéristique importante à la base de l'invention, les moteurs (3) et (4) sont asservis à des moyens de commande et de programmation sélectionnés pour permettre, en combinaison avec les agencements des plateaux (1) et (2), de réaliser le cycle de fonctionnement dont le principe est illustré aux figures 6a, 6b, 6c, 6d, 6e. Sur ces figures, (R) est le rapport de synchronisation des vitesses entre les deux ensembles pour un moteur (3)-plateau (1) et moteur (4)-plateau (2), (a) le décalage angulaire réglable, (Vx) la vitesse de rotation tours/minute de l'ensemble plateau (1)-moteur (3), et (Vy) correspond à la vitesse de l'ensemble plateau (2)-moteur (4). Au début des deux cycles, les plateaux (1) et (2) sont entraînés en synchronisme pour assurer le déplacement circulaire de la molette de coupe (14) autour du tube (T). Les deux vitesses (Vx) et (Vy) sont égales, (R) est égal à 1 (figure 6a). Suite à un signal extérieur programmé, la vitesse de l'un des moteurs est accélérée pour provoquer un décalage angulaire des plateaux (1) et (2) selon la distance (a) déterminée provoquant, d'une manière concomitante, le déplacement de l'outil (14) en fonction de la profondeur de pénétration souhaitée dans l'épaisseur du tube. Par exemple, (Vx) est inférieur à (Vy), tandis que (R) est égal à 1,1 (figure 6b). La profondeur de pénétration souhaitée étant obtenue, les deux plateaux (1) et (2) sont de nouveau entraînés en synchronisme, selon le décalage angulaire (a) précédemment déterminé. Dans cette période, (Vx) égale (Vy), tandis que (R) est égal à 1. L'entraînement s'effectue sur au moins un tour en position de pénétration de la molette de coupe (14) (figure 6c). Ensuite, une décélération de la vitesse (Vy) (ou accélération de la vitesse (Vx)), permet d'obtenir un décalage angulaire- (a) correspondant au retrait de la molette de coupe par rapport au tube (figure 6d). Par exemple (Vx) est supérieur à (Vy), (R) étant égal à 0,8. Les deux plateaux sont ensuite de nouveau entraînés en synchronisme (Vx) égale (Vy) et (R) est égal à 1 (figure 6e). On se retrouve donc dans la première phase du cycle de fonctionnement. L'entraînement en rotation des deux plateaux (1) et (2), dans les conditions indiquées ci-dessus, provoque le déplacement de la molette de coupe (14) selon deux mouvements combinés de rotation et de translation. Il en est de même pour les galets d'appui (17) portés par le bras (18) assujetti aux plateaux (1) et (2). Lorsque la molette de coupe (14) et les galets d'appui (17) sont escamotés, le vérin (12) est actionné pour assurer le déplacement en translation du mors de serrage mobile (11) provoquant, d'une manière concomitante, une force de traction, à l'une des extrémités du tube (T), tandis que l'autre extrémité demeure maintenue fixement dans le mors de serrage (10). Cette force de traction (T) provoque la coupe du tube (T) par effet d'arrachement de la matière au niveau de l'amorce de rupture résultant de la pénétration de la molette de coupe dans l'épaisseur du tube. Les avantages ressortent bien de la description. REVENDICATIONS - 1-Dispositif de coupe d'au moins un élément tubulaire (T) au moyen d'un outil rotatif (14), caractérisé en ce qu'il présente des moyens (1) et (2) aptes à être entraînés en rotation et à recevoir l'outil (14) pour son déplacement autour de l'élément tubulaire (T), lesdits moyens (1) et (2) présentant des agencements pour permettre, au fur et à mesure de leur entraînement en rotation, selon des vitesses angulaires différentes, le déplacement de l'outil (14) en direction de l'élément tubulaire (T), d'une manière contrôlée, en vue de sa pénétration, en combinaison avec son entraînement circulaire et selon une profondeur déterminée, pour créer une amorce de rupture, en vue de permettre d'assurer la coupe du tube (T) par arrachement sous l'effet d'un effort de traction exercé à l'une au moins des extrémités de l'élément tubulaire (T). - 2-Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens aptes à être entraînés en rotation sont constitués par : deux plateaux circulaires concentriques (1) et (2) assujettis chacun à un moteur d'entraînement en rotation (3) et (4), lesdits plateaux (1) et (2) présentant des agencements pour le montage et le positionnement, d'une manière concentrique, de l'élément tubulaire (T) ; - l'un des plateaux (1) reçoit, avec capacité d'articulation, l'une des extrémités d'un bras support (13) solidaire de l'outil (14), l'autre extrémité (13) dudit bras coopérant avec des agencements de l'autre plateau (2) pour permettre, au fur et à mesure de l'entraînement en rotation desdits plateaux (1) et (2), selon des vitesses angulaires différentes, le déplacement de l'outil (14) en direction de l'élément tubulaire (T). - 3-Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moteurs (3) et (4) sont asservis à des moyens de commande et de programmation sélectionnés pour permettre, en combinaison avec les agencements des plateaux (1) et (2), de réaliser le cycle de fonctionnement suivant : - entraînement en synchronisme des deux plateaux (1) et (2) provoquant le déplacement circulaire de l'outil (14) d'une manière concentrique au tube (T) ; - accélération de la vitesse de l'un des moteurs (3) provoquant un décalage angulaire des plateaux (1) et (2), sur une distance déterminée, et d'une manière concomitante, le déplacement de l'outil (14) en fonction de la profondeur de pénétration souhaitée ; - entraînement en synchronisme des deux plateaux (1) et (2) décalés angulairement, pour réaliser l'amorce de rupture ; - décélération ou accélération de la vitesse de l'un des moteurs pour annuler le décalage angulaire des plateaux (1) et (2) correspondant au retour de l'outil (14) par rapport au tube (T). - 4-Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les agencements du plateau (2), portant l'une des extrémités du bras support (13) recevant l'outil (14), sont constitués par une rainure profilée en arc de cercle (2a) et excentrée de manière à constituer un chemin de guidage faisant office de came et apte à recevoir un organe rotatif (16) solidaire de ladite extrémité. - 5-Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le bras (13) est constitué par deux branches (13a) et (13b) décalées angulairement en forme de V, l'extrémité de l'une des branches (13b) portant l'organe rotatif coopérant avec le chemin de guidage en forme de came (2a), de l'un des plateaux (2), l'extrémité de l'autre branche (13a) étant articulée sur l'autre plateau (1), l'intersection desdites branches (13a) et (13b) recevant l'outil rotatif (14). - 6-Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le tube (T) coopère avec des galets d'appui (17) disposés en regard de l'outil rotatif (14) et portés par un bras support (18) assujetti aux plateaux (1) et (2). -7-Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bras support (18) recevant les galets d'appui (17), présente deux branches (18a) et (18b) décalées angulairement en forme de V, l'extrémité de l'une des branches (18a) étant articulée sur le même plateau (1) que celui recevant, à libre articulation, le bras support (13) de l'outil de coupe rotatif (14), l'extrémité de l'autre branche (18b) portant un organe rotatif (19) coopérant avec une rainure profilée en arc de cercle (2b) et excentrée formée dans l'épaisseur de l'autre plateau (2). - 8-Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les agencements, pour le montage et le positionnement du tube, sont constitués par un mors de serrage fixe (10) et un mors de serrage mobile (11) disposés de part et d'autre des plateaux (1) et (2) et en alignement coaxial avec un alésage (lb) de l'un au moins des plateaux (1) au-travers duquel est engagé ledit tube (T). - 9-Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le mors de serrage mobile (11) est assujetti à un organe de traction (12) pour provoquer la coupe du tube par étirage, eu égard à l'amorce de rupture. -10-Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que chacun des plateaux (1) et (2) est solidaire, directement ou d'une manière rapportée, d'une couronne dentée coopérant respectivement avec une courroie crantée (22)- (23) reliée à l'arbre de commande des moteurs correspondants (3) et (4). -11-Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le plateau (1) présentant l'alésage coaxial (lb) pour l'engagement du tube, est prolongé coaxialement, d'un côté, par une portée circulaire (la) montée tournante dans un bâti support fixe (6), ledit plateau (1) présentant facialement un évidement circulaire délimitant une autre portée pour le montage tournant de l'autre plateau (2) présentant les chemins de guidage profilés en forme de came.