Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
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La présente invention concerne une tourelle de foration et de boulonnage,
constituée par une poutre montée pivotante autour d'un axe sur un support, apte à
être lui-même monté à l'extrémité d'un bras-support, la poutre comportant des
moyens de guidage en coulissement, suivant une direction parallèle à son axe de
5 pivotement, d'un chariot portant une perforatrice pour la foration d~n trou etd'un chariot por-tant une unité de boulonnage pour la mise en place d'un boulon
dans le trou foré, ainsi que des moyens de commande des mouvements d'avance et
de recul des deux chariots, d'autres moyens de commande étant prévus pour le
pivotement de la poutre de manière à amener l'unité de boulonnage portée par le
10 second chariot dans l'axe d'un trou foré précédemment par la perforatrice du
premier chariot, cette tourelle étant associée à un magasin de boulons porté parle même support, des moyens étant prévus pour le transfert successif des boulonsentre le rnagasin et la unité de boulonnage.
Une tourelle de ce genre, qui trouve son application dans le domaine
15 minier, en particulier pour les travaux de soutènement du "toit" et des
"parements" d'une galerie de mine, est déjà décrite par exemple par les brevets
français N 1 359 297, N 2 520 800 et N 2 526 479. Une telle tourelle est
.. . ... . ..
conçue pour forer un trou au moyen du premier chariot qui porte et déplace la
perforatrice, et pour introduire ensuite un boulon d'ancrage dans le trou et le
20 fixer au moyen du second chariot, lequel porte et déplace l'unité de boulonnage
pourvue d'un embout recevant le boulon. Le dispositif se trouve ancré sur le "toit"
ou contre un "parement" de la galerie suivant l'axe de pivotement de la poutre,
pour que l'axe de l'unité de boulonnage corresponde exactement à l'axe du trou
foré, après une rotation de la poutre selon un angle prédéterminé autour de son
25 axe de pivotement. Ainsi, la tourelle possède au moins deux positions angulaires,
correspondant respectivement à la foration du trou et à la pose du boulon. Pour
l'application des techniques modernes de soutènement, on prévoit souvent une
troisième position de la tourelle, pour l'introduction de cartouches de résine dans
le trou foré, avant la mise en place du boulon. , ~ ~:
Lorsqu'une telle tourelle est associée à un magasin de boulons, monté sur le
même support, il est possible de forer successivement une série de trous et d'y
introduire des boulons au fur et à mesure, ceci pratiquement sans intervention
manuelle. Des moyens mécaniques sont prévus pour prélever les boulons un à un
dans le magasin~ pour les amener dans l'axe du trou foré, et pour les maintenir
.
,
., .
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.
jusqu'à ce qu'ils soient repr;s par l'unité de boulonnage. Ces moyens de préhension
et de transfert des boulons se présentent habituellement comme des pinces, qui
décrivent un mouvement de pivotement sous l'action d'organes de commande tels
que des vérins, ces pinces étant pourvues de mâchoires aptes à saisir un boulon.Deux pinces espacés sont généralement prévues, pour maintenir correctement le
boulon selon une direction déEinie.
Dans l'utilisation de ce genre de tourelle, on doit souvent poser des boulons
possédan-t la longueur la plus grande possible, dans des galeries dont la hauteur est
limitée. Un obstacle à la pose de boulons relativement longs est l'unité de
boulonnage elle-même, qui possède nécessairement une certaine longueur, déjà
pour satisfaire des impératifs purement mécaniques et aussi du fait que, le "toit" ~;
d'une galerie n'étant pas une surface très regulière, I'unité de boulonnage doitêtre capable de s'introduire dans les zones en creux de ce "toit". Pour que le
boulon puisse être repris par l'unité de boulonnage, il est actuellement obligatoire
que l'extrérnité inférieure de ce boulon, une fois amené dans l'axe du trou foré, se
situe au-dessus de l'embout de l'unité de boulonnage.
Ainsi, en pratique, la longueur maximale des boulons pouvant être posés
n'est pas égale à la hauteur libre de la galerie, mais est égale à la hauteur libre
de la galerie diminuée de la longueur de l'unité de boulonnage.
La présente invention vise à éviter cet inconvénient, en fournissant une
tourelle perfectionnée qui permet la pose de boulons de longueur pratiquement
égale à la hauteur libre de la galerie.
A cet effet, I'invention a pour objet une tourelle de foration et de
boulonnage, avec magasin de boulons associé, du genre précisé ci-dessus, dans
~5 laquelle les moyens prévus pour le transfert des boulons entre le magasin etl'unité de boulonnage sont aptes à faire décrire, à un boulon prélevé dans le
magasin, non seulement un mouvement perpendiculaire à l'axe du trou foré, mais
encore un déplacement parallèle à cet axe, de manière à introduire le boulon dans
le trou sur une longueur partielle de ce trou, avant la reprise du boulon par l'unité
30- de boulonnage pour son introduction complète dans le trou.
Ainsi, pour un boulon de longueur importante, les moyens de transfert
depuis le magasin assurent successivement l'amenée du boulon dans l'axe du trou
précédemment foré, puis une translation du boulon vers le haut ou dans une autredirection, commençant à l'introduire dans le trou et amenant l'extrémité
- : :
i
,:~
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postérieure du boulon au-delà de l'embout de l'unité de boulonnage. Lors de cette
opération, la tourelle occupe une position angulaire intermédiaire, le prernier
chario-t qui porte la perforatrice étant écarté de l'axe du trou foré, tandis que le
second chariot portant l'unité de boulonnage n'est pas encore amené dans l'axe de
5 ce trou. Une fois le boulon enfoncé dans le trou sur une certaine profondeur, la
tourelle pivote pour amener I'unité de boulonnage en regard de ce boulon et le
reprendre en charge, tandis que les moyens de transfert peuvent être écartés et
rapprochés du magasin de boulons, en vue d'un nouveau cycle de fonctionnement
similaire au précédent.
Dans le cas où les moyens de préhension et de transfert des boulons sont
constitués, de façon connue en soi, par des pinces décrivant un mouvement de
pivotement autour d'un axe parallèle à l'axe de pivotement de la poutre de la
tourelle, I'invention prévoit que les pinces sont portées par un support
intermédiaire commun monté mobile en translation, selon une course déterrninée,
parallèlement à l'axe de pivotement desdites pinces, des moyens de commande
étant prévus pour le déplacement en translation dudit support intermédiaire. En
pratique, ceci conduit à ajouter un dispositif à glissière pour le guidage en
translation de l'ensemble des pinces parallèlement à l'axe de pivotement de la
poutre, et un vérin additionnel qui déplace cet ensemble de pinces en translation
sur une course donnée.
Ainsi, en résumé, I'idée inventive consiste à utiliser lesdites pinces non
seulement pour amener le boulon dans l'axe du trou foré après son prélèvement
dans le magasin, ce qui est leur fonction habituelle, mais encore pour déplacer le
boulon parallèlement à cet axe en vue de son introduction partielle dans le trou ce
qui constitue une fonction supplémentaire.
Une conséquence avantageuse de l'invention réside dans le fait que le début
d'introduction du boulon dans le trou, assuré par les pinces, permet après
l'escamotage des pinces de maintenir le boulon par ce trou lui-même et par
l'embout de l'unité de boulonnage, sans nécessité d'autres moyens de retenue.
La présente invention offrant la possibilité de poser des boulons de plus
grande longueur que ne le permettent les tourelles traditionnelles, il convient
naturellement que la tourelle soit apte à forer des trous de longueur
correspondante. A cet effet, selon un aspect complémentaire de l'invention, le
premier chariot qui porte la perforatrice est un chariot télescopique, permettant
,
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d'allonger la course de la perforatrice sans modiEier la longueur de la poutre sur
laquelle est guidé ce chariot.
De toute facon, I'invention sera mieux comprise à l'aide de la description
qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à ti-tre
d'exemple non Jimitatif, une forme d'exécution de cette tourelle de foration et de
boulonnage, avec magasin de boulons associé:
Figure 1 est une vue de côté simplifiée d'une tourelle conforme à la
présente invention, en position de foration;
Figure 2 est une vue en plan par dessus de la tourelle, correspondant à la
position de figure I;
Figure 3 est une vue de côté simplifiée de cette tourelle, en position
d'amenée d'un boulon;
Figure 4 en est une vue en plan par dessus, correspondant à la position de
figure 3;
Figure 5 est une vue de côté simplifiée de la même tourelle, en positicn de
boulonnage;
Figure 6 en est une vue en plan par dessus, correspondant à la position de
figure 5;
Figure 7 est une vue de côté, à plus grande échelle, montrant les moyens
de support, de guidage et de commande des pinces dans la tourelle selon les
figures précédentes;
Figure 8 est une vue en bout de l'ensemhle des pinces, avec leurs moyens
de support, de guidage et de commande.
Sur les figures I à 6 est représentée une tourelle de foration et de
boulonnage, désignée dans son ensemble par le repère 1, et supposée orientée
verticalernent. La tourelle I est portée par un caisson-support 2, possédant uneforme en "col de cygne", qui est lui-même monté à l'extrémité d'un bras-support 3
porté par un engin minier non représenté.
La tourelle I proprement dite comprend une poutre 4, qui est montée
pivotante sur le caisson-support 2 autour d'un axe 5, parallèle à la direction
longitudinale de cette poutre 4 (donc vertical dans les positions illustrées par le
dessin). La poutre 4 porte deux rails 6 et 7, parallèles à son axe de pivotement 5,
pour le guidage en translation de deux chariots, respectivement 8 et 9. Le premier
chariot 8 porte une per-foratrice 10. Le second chariot 9 porte une unité de
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boulonnage 11, pourvue d'un embout 12 apte à recevoir un boulon d'ancrage 13
prélevé dans un magasin de boulons 14 porté par le caisson-support 2.
Des moyens de commande non représentés, de structure connue, sont
prévus: pour commander le pivotement de la poutre l~ autour de l'axe 5 afin de
S I'amener successivernent dans des positions angulaires prédéterminées, pour
déplacer en translation le premier chariot 8 le long du rail 6 dans les deux sens
d'avance et de recul, et pour déplacer en translation le second chariot 9 le long
du rail 7 dans les deux sens d'avance et de recul. Le magasin de boulons 14 es-t du
type rotatif, permettant de stocker une série de boulons 13 dans une disposition10 circulaire, d'autres moyens de commande non représen tés étant prévus pour
entraîner en rotation sur une fraction de tour le magasin 14 de manière à
présenter successivement les boulons 13 dans une position prédéterminée
d'extraction. Des moyens de préhension et de transfert, désignés globalement parle repère 15, prélèvent les boulons 13 un à un et les déplacent, depuis le magasin
15 14, jusqu'à une position dans laquelle ils peuvent être repris dans l'embout 12 de
l'unité de boulonnage 11.
D'une manière connue, la tourelle 1 comporte encore un dispositif d'ancrage
16, disposé sur l'axe de pivotement 5 de la poutre 4 et permettant, par son
application contre le "toit" 17 d'une galerie de mine, d'immobiliser ledit axe de
20 pivotement 5. La distance entre cet axe 5 et l'axe de travail de la perforatrice 10
est égale à la distance entre le même axe 5 et l'axe de travail de l'unité de
boulonnage 11. Ainsi, après foration d'un trou dans le "toit" 17, une rotation
appropriée de la tourelle 1 permet d'amener l'axe de travail de l'unité de
boulonnage 11 exactement en alignement avec le trou foré. Dans le cas de boulons25 devant être scellés à l'aide de résine, la tourelle 1 comprend encore, comme
montré en haut de la figure 1, une tête 19 d'injection de cartouches de résine, la
tête 19 étant positionnée de manière à se trouver elle aussi en regard du trou
foré, pour une position angulaire déterminée de la tourelle 1.
L'invention s'intéresse plus particulièrement à la structure des moyens 15
30 de préhension des boulons 13 et de transfert de ces derniers entre le magasin 14
et l'unité de boulonnage 11, moyens qui sont représentés plus en détail aux figures
7 et 8. Ces moyens 15 comprennent deux pinces mobiles 20 et 21, espacées l'une
de l'autre, qui sont portées par un même axe rotatif 22 orienté parallèlement à
l'axe de pivotement 5 de la poutre 4. L'axe 22 est monté -tournant dans au moins
,
- ~ ~
.
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un palier 23 porté par une glissière profilée 24, et il est accouple à un verin
rotatif 25 également monté sur la glissière 24. L'ensemble des deux pinces 20 et21 est ainsi rendu mobile entre deux positions angulaires extrêmes. Comme le
montre la figure 8, chaque pince 20 ou 21 porte elle-même un vérin rotatif 26, qui
5 déplace une mâchoire mobile 27 en la rapprochant ou I'éloignan-t d'une mâchoire
fixe 28, un boulon 13 pouvant ainsi être maintenu entre la mâchoire fixe 28 et la
mâchoire mobile 27.
La glissière 24 est montée mobile en translation suivant sa direction
longitudinale, donc parallèlement à l'axe de pivotement 5 de la poutre 4, en étant
10 guidée latéralement par des patins 29 et 30 de forme enveloppante, solidaires du
caisson-support 2. Un vérin 31 à mouverment linéaire est prévu pour déplacer la
glissière 24 en translation, selon une course déterminée, le vérin 31 est monté
entre le caisson-support 2 d'une part et la glissière 24 d'autre part. Ainsi,
I'ensemble des deux pinces 20 et 21 est déplaçable dans une direction parallèle à
15 I'axe de pivotement 5 de la poutre 4 (soit une direction verticale en se référant
aux figures I à 6, bien que la figure 7 montre la glissière 24 disposée
horizontalement).
En début de cycle de pose d'un boulon, comme illustré aux figures 1 et 2,
la tourelle I occupe une position angulaire telle que l'axe de la perforatrice 10
20 soit aligné avec la position dans laquelle un trou doit être foré dans le "toit" 17
de la galerie, la hauteur libre de cette galerie étant désignée par H. Le premier
chariot 8 est alors déplacé le long du rail 6, dans le sens de l'avance, de manière
à déplacer vers le "toit" 17 la perforatrice 10 équipée d'un outil de foration
approprié (non représenté~. Ce premier chariot 8 est un chariot télescopique,
25 c'est-à-dire qu'il comprend un chariot primaire 32 qui coulisse directement sur le
rail 6, et un chariot secondaire 33 qui est porté par le chariot primaire 32, lechariot secondaire 33 étant déplaçable sur une course limitée par rapport au
chariot primaire 32, et ce chariot secondaire 33 supportant la perforatrice 10.
Comme le montrent les figures 3 et 49 après la foration d'un trou 34, la
30 tourelle 1 décrit un premier pivotement autour de l'axe 5, pour éloigner le
premier chariot 8 de l'axe 35 du trou foré 34, tout en maintenant encore le
second chariot 9 éloigné de cet axe 35. Entre temps, le premier chariot 8 a été
ramené en arrière, et il a été éventuellement procédé à l'injection de cartouches
de résine dans le trou 3~.
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~.
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Ensuite, le magasin cle boulons 14 e~fectue une rotation cl'une ~ractioll de
tour pour présenter un nouvea-l boulon 13 clans la position cl'e~-traction. I es pinces
20 et 21, amenées dans cette position, viennent y saisir le boulon 13. Puis,
actionné par le vérin ro-tati~ 25, J'ensemble des pinces 20 et 21 est pivoté comme
5 indiqué par une flèche 36, de manière à amener le boulon prélevé 13 jusque dans
l'axe 35 du trou foré 34 Jusque là, le boulon 13 décrit un mouvement
perpendiculaire à l'axe 35 du trou 34, la plaque 37 habi-tuelle située à la base de
ce boulon 13 pouvant se situer plus bas que l'extrémité de l'embout 12 de l'unité
de boulonnage 11, celle-ci occupant sa position la plus reculée.
Dans la phase suivante, toujours illustrée par les figures 3 et 4, le vérin 31
est actionné de manière à déplacer l'ensemble des pinces 20 et 21, avec le boulon
13 saisi par ces pièces, selon un mouvement de translation parallele à l'axe 35 du
trou 34, et dirigé vers ce trou. Ainsi, le boulon 13 se trouve introduit sur unecertaine longueur dans le trou 34, la profondeur d'introduction du boulon 13 étant
15 dépendante de la course d'avance Cl de l'ensemble cles pinces 20 et 21. Cetteintroduction partielle du boulon 13 dans le trou 34 amène la plaque inférieure 37
de ce boulon 13 au-dessus de l'extrémité de l'embout 12 de l'unité de boulonnage11.
Dans la phase suivante, illustrée par les figures 5 e t 6, la tourelle I est
20 pivotée autour de l'axe 5 de manière à amener l'unité de boulonnage 11 dans l'axe
35 du trou foré 34. Le second chariot 9 est alors avancé le long du rail 7, de
manière à prendre en charge le boulon 13 par l'embout 12. Les pinces 20 et 21
sont ouvertes, et l'ensemble des pinces 20 et 21 est reculé et ramené vers le
magasin de boulons 14, par des mouvements successifs de transla-tion et de
25 pivotement, inverses de ceux précédemment décrits. Le second chariot 9
poursuivant son avance le long du rail 7, I'unité de boulonnage 11 assure
l'enfoncement complet et le serrage du boulon 13 dans le trou 34, la course totale
décrite par l'unité de boulonnage 11 étant indiquée en ~2.
On comprend que, grâce au mode d'introduction décrit ci-dessus, la
30 longueur L du boulon 13 posé peut être supérieure à la course C2 de l'unitè de
boulonnage 11, et se rapprocher de la hauteur libre H de la galerie. Ainsi, la
longueur du boulon 13 n'est pas limitée par la hauteur h de l'unité de boulonnage
11 avec son embout 12.
Bien entendu, le trou foré 34 doit être suffisammen~ long pour recevoir le
.
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boulon 13. Grace au premier chariot 8 telescopique, la course to-tale C3 de la
perforatrice 10 peut être importante, cet-te course étant égale à la course du
chariot primaire 32 augmentée de la course du chariot secondaire 33.
Comme il va de soi, I'invention ne se limite pas à la seule forme
5 d'exécution de cette tourelle de foration et de boulonnage qui a été décrite
ci-dessus, à titre d'exemple; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes
de réalisation et d'application respectant le même principe. C'est ainsi,
notamment, que l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention:
- par des modifications de détail concernant la structure de l'ensemble des
10 pinces et de ses moyens de commande, du moment que l'on conserve le principe
cinématique de la combinaison d'un mouvement perpendiculaire à l'axe du trou
foré et d'un déplacement parallèle à cet axe, avec mouvements correspondants du
boulon saisi;
- en associant à la tourelle un magasin de boulons d'un autre type que celui
15 décrit et représenté;
- en utilisant cette tourelle dans une autre position, horizontale ou inclinée,
non seulement pour le soutènement du "toit" mais encore pour le soutènement des
"parements" d'une galerie de mine;
- en appliquant la même tourelle à la pose de boulons cle tous types,
20 I'expression "unité de boulonnage" ici utilisée désignant tout dispositif prévu pour
la mise en place d'un boulon dans un trou foré, ce dispositif pouvant être une
visseuse pour des boulons mécaniques à expansion, ou une unité rotative pour le
malaxage de résine par le boulon lors de son introduction dans le trou, ou un
poussoir pour des boulons scellés au ciment, ou une unité de percussion pour
25 introduire des boulons élastiques, ou encore une unité d'injection de liquide sous
haute pression pour des boulons déformables.
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