Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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POIGNES ANTI-VIBRATILE POUR OUTILS
PERCUTANTS OU Ä MOUVEMENT ALTERNATIF
1. Domaine de l'invention
La présente invention concerne une poignée anti-vibratile pour outils
percutants ou à mouvement alternatif, permettant de réduire la transmission
des vibrations de l'outil aux mains et aux membres supérieurs de l'opérateur.
2. État des connaissances
Protection de la main
Diverses études ont été menées quant à l'efficacité des gants anti-
vibratiles'~2~3,a,5.6. Toutes ces études ont démontré l'efficacité de tels
gants
pour des fréquences supérieures à 100 - 140 Hz selon les individus. En deçà
de cette fréquence, les gants antivibratoires sont au mieux inefficaces, ou
encore ont tendance à accentuer les vibrations transmises à la main
(fréquence de résonance variant de 30 à 45 Hz selon le type de gants et la
morphologie de la paume du travailleur).
Dans le contexte particulier des foreuses à percussion, avec une
fréquence dominante correspondant à la fréquence d'impact (environ 40 Hz),
ce type de gants peut entraîner une augmentation de l'exposition des
travailleurs aux vibrations.
Notons tout de même que le port de gants empêche le contact de la
main avec des surfaces froides. Ceci est un facteur très positif pouvant
limiter
l'apparition de symptômes liés au syndrome de Raynaud.
Modification de la poignée
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De nombreux travaux ont été réalisés dans le but d'amortir ou d'isoler
les vibrations au niveau de la poignée ou entre le corps de la foreuse et la
poignée.
Parmi les travaux les plus significatifs, on peut citer une étude russe de
1964 portant sur la mise au point de poignées anti-vibratiles'. Des prototypes
de poignées développés lors de cette étude ont montré des efficacités
pouvant aller jusqu'à 50 % de réduction des vibrations, mais associés soit a
une trop grande augmentation de masse, soit à une faible résistance
mécanique.
Shotwell dépose en 1976 un brevet de poignée anti-vibratile pour un
marteau pneumatique portable8. L'invention de Shotwell consiste en un
élément de caoutchouc inséré entre le manche et le corps du marteau. Selon
ce brevet, l'atténuation des vibrations aux fréquences d'intérêt est de
l'ordre
de 17 dB. Par contre, il n'est aucunement fait mention de la durabilité ou de
la
maniabilité de l'outil.
Outre ces études, on peut citer les travaux de Boileau9 portant sur la
comparaison de deux manches anti-vibratiles testés en 1990. L'un de ces
manches, de fabrication artisanale, était entre autres muni d'un élément
résilient placé entre la poignée et le corps de la foreuse. II permettait
d'apporter une atténuation de l'ordre de 20 % des vibrations transmises aux
travailleurs.
Plus récemment, une étude menée en 1998 par la société Boart
Longyear Inc. a permis la réalisation d'une nouvelle poignée'°. Les
tests ont
montré une atténuation de l'ordre de 50 % des niveaux de vibration non
pondérés. Cette atténuation est surtout due à une diminution des hautes
fréquences (f > 640 Hz). Les spectres présentés ne montrent aucune
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atténuation à la fréquence d'impact, définie entre autres par Boileau9 comme
étant la principale composante dans le spectre pondéré. L'impact de
l'utilisation d'une telle poignée sur l'exposition aux vibrations des
travailleurs
reste donc faible.
Travaux antérieurs appliqués à d'autres outils vibrants
De nombreuses études ont été menées en vue de réduire les
vibrations transmises à la main par les scies à chaînes. Le concept le plus
généralement utilisé est le découplage du carter et de la poignée de la scie
par rapport aux pièces mécaniques en mouvement'4~'5 (moteur à explosion et
système d'entraînement de la chaîne). Ce type d'isolation se rapproche du
concept de poignée lourde tel que prévu dans cette étude. Les machines
récentes, équipées de telles suspensions, ont permis de réduire grandement
l'exposition aux vibrations des travailleurs forestiers.
Diverses études ont également été menées sur les brise-bétons. Dans
ce cas, la source d'excitation est très proche de celle observée pour les
foreuses. Par contre, le mode opératoire de l'appareil diffère grandement.
Dans ce cas, l'opérateur doit maintenir en permanence l'outil à l'aide de ses
deux mains et le travail se fait selon une direction verticale. La préhension
du
marteau perforateur diffère donc grandement de la foreuse à béquille, la
quelle est essentiellement utilisée pour effectuer des trous à l'horizontal.
La
force de poussée est essentiellement fournie par la béquille tandis que le
mineur intervient surtout lors de l'amorce du trou afin de maintenir la
machine
dans l'axe. Les solutions développées dans le cadre de ces travaux ne
peuvent donc pas s'appliquer directement aux foreuses à percussion. On peut
citer comme type de solution la mise au point de poignées souples de type
cerceau ou encore l'installation d'absorbeurs dynamiques'6.
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Les objets, avantages et caractéristiques de l'invention deviendront
apparents à la lecture de la description non limitative qui suit de modes de
réalisations illustratifs de celle-ci, donnés à titre d'exemple seulement avec
référence aux dessins ci-inclus.
3. Problématique
Les défis posés par le développement d'une poignée anti-vibratile sont
au nombre de 3
- Développer un dispositif anti-vibratile efficace en basses fréquences
(30 Hz) et impliquant donc de grands débattements.
- Assurer le passage des commandes de l'outil à travers la suspension
(commandes électriques, à l'air ou hydrauliques).
- Concevoir un système simple et robuste pouvant être utilisé dans des
conditions d'opération extrêmement difficiles (ex : dans une mine
souterraine).
4. Concept de poignée rotative
Le concept de base de la poignée rotative consiste à installer une
rotule à l'aplomb du point de préhension de la poignée. Sur la figure 1, les
doubles flèches en gras représentent l'amplitude des vibrations principales
sur la foreuse. Lorsque la foreuse effectue un mouvement de va-et-vient
selon l'axe de percussion, la poignée pivote autour de la rotule en décrivant
une portion d'arc de cercle d'un rayon équivalent à la distance séparant le
pivot du centre d'inertie de la poignée chargée par la main du mineur. Ce
système représente un compromis sur l'efficacité globale de la suspension
puisque l'atténuation des vibrations dans l'axe de percussion est légèrement
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compensée par une augmentation des mouvements vibratoires dans l'axe
vertical.
Poignée
Rotule à ~Cr'
l'aplomb de la ~~ Corps de la
poignée foreuse
Figure 1: Schéma de principe de la poignée rotative
5
Le concept de poignée rotative représente par contre des avantages
importants en terme de simplicité de design. Effectivement, il est
relativement
aisé d'effectuer une rotation pure. Ce type de mouvement peut être réalisé à
l'aide d'un simple axe supporté par des portées auto lubrifiantes. II existe
également de nombreux systèmes disponibles dans le commerce et à faible
prix afin d'effectuer des rotations pures.
L'isolation vibratoire est procurée par des éléments résilients insérés
au niveau de la rotule. Ces éléments peuvent être des isolateurs fonctionnant
en torsion soit encore des pièces de matériaux résilients insérés entre des
mâchoires formées par la partie mobile se refermant sur la partie fixe.
Pour les systèmes d'alimentation en air comprimé, l'angle de
débattement au niveau de la rotule reste très faible (débattement maximum
de ~5°pour un déplacement axial de la poignée de l'ordre de 2 cm). Un
tuyau
souple en plastique permet aisément d'obtenir de tels angles sans pour
autant montrer de fatigue apparente après un grand nombre de cycles. Ce
design évite donc l'emploi de systèmes de connexions étanches permettant
de grands mouvements axiaux. On simplifie donc grandement le design tout
en diminuant les coûts de façon substantielle.
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5. Plans d'une poignée rotative adaptée aux foreuses Joy
La figure 2 présente une vue éclatée de la poignée isolante pour
foreuse JOY. La nouvelle poignée se compose de 5 éléments principaux
~ Une partie fixe qui est assemblée à la foreuse via un cône de fixation
du même type que celui existant sur les poignées conventionnelles. Ä
ce cône est relié un bras horizontal qui supporte l'axe du pivot et qui
intègre les trois canaux d'air comprimé.
~ Une partie mobile qui est constituée d'un dispositif d'attache conique
permettant de fixer directement une poignée conventionnelle et ses
commandes. Ce dispositif s'emboîte autour du bras horizontal de la
partie fixe et se fixe via un jeu de vis à épaulement (shoulder screw) et
de bagues en bronze (bushing).
~ 3 tuyaux en plastique souple qui sont insérés dans les parties mobiles
et fixes. L'étanchéité est assurée par le gonflement des tuyaux lorsque
la béquille pneumatique est mise sous pression.
~ 2 élastomères qui sont insérés entre les parties fixe et mobile de la
nouvelle poignée. La forme de ces élastomères avec un épaulement
recouvrant partiellement la partie fixe de la poignée leur permet de
rester en position, et ce quelle que soit la force de poussée ou de
traction imposée par le travailleur. Lors de petits déplacements de
l'ordre de grandeur de ceux générés par les vibrations de la foreuse, la
raideur des élastomères est linéaire. Si l'amplitude des déplacements
augmente, l'écrasement important des élastomères permet d'accroître
considérablement leur raideur. Le comportement non linéaire des
élastomères permet donc d'obtenir des éléments jouant à la fois le rôle
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d'isolateur anti-vibratile et de butées souples et destinées à limiter les
déplacements de la poignée.
~ La partie supérieure de la poignée, qui peut étre identique en tous
points à la poignée Joy déjà existante.
Ce type d'assemblage permet de réaliser une suspension efficace et
relativement simple. Cette suspension peut s'adapter très rapidement à la
foreuse puisque les cônes d'attache sur la foreuse et sur la partie de poignée
recevant les commandes restent identiques à ceux des modèles de poignées
conventionnelles.
la fareuse
de bronze
~Ider screw
re
Tube flexible 5/16"~
Attache avec la poignée~~
r~
Figure 2 : Vue éclatée de la poignée anti-vibratile pour foreuse JOY
La photo suivante (Figure 3) montre le prototype de poignée installé
sur une foreuse JOY. On remarque notamment la partie fixe avec le bras
horizontal sur lequel vient s'encastrer la partie mobile. La poignée reste
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exactement à la même hauteur qu'un modèle conventionnel. Ceci permet
donc de dégager l'accès pour le remplacement des tubes à eau. De même, le
mineur retrouve les commandes exactement à la même place que sur les
poignées qu'il utilisait habituellement.
Figure 3: Prototype de poignée anti-vibratile sur foreuse JOY
6. Tests en laboratoire
6.1 Objectif des tests
Les tests en laboratoire ont pour objectif principal de démontrer
l'efficacité anti-vibratile du concept. Pour ceci, un prototype d'ingénierie
de la
poignée reproduisant les caractéristiques dynamiques de la poignée est
installé et testé sur une table vibrante.
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6.2 Description du montage
6.2.1 Prototype d'ingénierie de la poignée
Le premier prototype testé (Figure 4) en laboratoire est constitué d'une
partie mobile ayant les mêmes caractéristiques physiques que la poignée
JOY (inertie par rapport à l'axe de rotation et masse totale). La poignée est
constituée d'un assemblage de plaques d'aluminium vissées. Cet assemblage
permet d'effectuer des montages et démontages rapides. II permet également
de tester des élastomères collés sans avoir recours à des techniques de
vulcanisation coûteuses et lourdes à mettre en oeuvre.
Figure 4 : Prototype de poignée pour tests en laboratoire
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6.2.2 Banc de test
Les premiers tests effectués sur un pot vibrant ont montré le caractère
fortement non linéaire des dispositifs anti-vibratiles, surtout pour des
5 amplitudes relativement faibles.
La poignée a donc été installée sur une table vibrante spécialement
conçue pour ce projet (Figure 5). La table est constituée d'un plateau
oscillant
entrainé par un système de roulements excentrés. Les roulements sont
10 entraînés par un ensemble de courroie montée sur un variateur de vitesse en
continu (transmission de type motoneige). Le tout est actionné par un moteur
électrique d'une puissance de 750 W.
Le banc de test permet de reproduire uniquement des mouvements de
type sinusoïdal et dans l'axe horizontal seulement. Malgré ces limitations, il
est possible d'obtenir des amplitudes d'oscillation pouvant aller jusqu'à 2.54
Figure 5 : Poignée prototype fixée sur sa table vibrante
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cm crête à crête dans une gamme de fréquence variant de 20 à 57 Hz. II est
donc possible de reproduire sur cette table les mouvements de la foreuse
dans l'axe et à la fréquence de percussion.
Une nouvelle évolution du banc d'essais, entraîné par un moteur à
commande électronique, permet d'étendre la gamme de fréquences utiles de
1 à 70 Hz.
6.2.3 Méthode de mesure
L'ensemble des mesures est effectué grâce à un accéléromètre triaxial
fixé à la hauteur du point de préhension sur la poignée.
II est important de noter que vu le concept même de suspension
utilisée, la hauteur du point de mesure est extrêmement importante. En effet,
l'efficacité maximum de la suspension s'obtient au niveau du centre d'inertie
du système poignée rotative - main. Plus on s'éloigne de ce point plus les
amplitudes deviennent importantes. La base de l'accéléromètre est donc
placée à une hauteur correspondant au point de préhension de la main sur la
poignée. L'utilisation d'adaptateurs éloignant l'accéléromètre de la poignée
sera donc évitée.
L'accéléromètre est branché directement à un système de mesure
Soft-Vib.
L'efficacité des systèmes anti-vibratiles testés est calculée en
comparant les valeurs globales pondérées mesurées dans les trois axes
directement sur la table vibrante et au niveau du point de préhension sur la
poignée suspendue. Ceci permet de tenir compte de l'effet d'amplification dû
à la composante verticale du mouvement de rotation de la poignée.
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L'ensemble des mesures est pris conformément aux recommandations
de la norme ISO 5349.
6.3 Résultats sur banc de test
Les premiers résultats obtenus sur la poignée avec des isolateurs en
néoprène duro 40 ont démontré le fonctionnement du concept, avec une
atténuation globale mesurée supérieure à 50 % (2 tampons de caoutchouc
naturel de 0,635 mm d'épaisseur et de 12.7 mm de largeur). Les spectres
typiques obtenus sur la poignée et sur la table vibrante sont présentés à la
figure 6 suivante.
Effet de la suspension sur banc de test
20.000
18.000-___._T~___-__ .__ _--____. _._. ____._.________
____ _..__. ._ .....
N
'" -.
16.OOO..._. _, .____.._.._-_____-_-.--~._-__..
. __
14.000.__-_..__ ;~ __.____._._____-_..____.__.._.___._.
___.__.._____.___~.~_____.___.
12.000_ ...._-___ ._._ ;~____.... __. .._._ __._...._.._._.
_. ____.... _... ... _
a
._.
....
Base
R 10.000 i
' 8.000. __- ~ -_...____-_
6.000
_
_.
4.000 __.__._~.. _-______-_.._.~_____..__.___ __.____._
. _ ...______ ____....._.__-_.___
~o
2.000
__
_._
-_
;;
0.000
.
0.000
25.000
50.000
75.000
100.000
125.000
150.000
175.000
200.000
Frquence
(1~)
Figure 6 : Spectres typiques obtenus sur la poignée et la table vibrante
(néoprène duro 40, 12mm, préhension forte)
Divers tests ont été effectués sur une série d'isolateurs afin de valider
l'influence de certains paramètres tels la forme, la force de préhension
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appliquée ou la fixation des isolateurs. Les isolateurs testés étaient de
différents matériaux, même si les contraintes de résistance aux lubrifiants et
autres agents chimiques extérieurs imposés par le cahier des charges nous
limitent au choix d'isolateurs en uréthane.
- Effet de la force de préhension : Une première série de tests a porté
sur l'effet de la main sur l'isolation anti-vibratile procurée par la
poignée. Telle qu'attendue, l'isolation augmente directement avec la
force de préhension. Ainsi, pour des isolateurs en caoutchouc naturel
de 12.7 mm de large, l'atténuation en valeurs pondérées passe de 45 à
68 % en augmentant la force de préhension. De même, un isolateur en
uréthane de 25 mm de large entraîne une augmentation de près de 10
des vibrations à vide alors qu'en appliquant une forte force de
préhension sur la poignée, on obtient une isolation de l'ordre de 25 %.
Ce résultat confirme les données obtenues lors de la première étape
du projet.
Effet du type de fixation de l'élastomère : Des séries de tests ont été
réalisées en collant les élastomères sur les parties fixes et mobiles de
la poignée. Ces tests avaient pour but de simuler l'utilisation
d'isolateurs vulcanisés sur la poignée. Les résultats ont montré que le
collage diminue fortement l'efficacité anti-vibratile de la poignée. Ainsi,
les niveaux globaux mesurés pour le même isolateur juste inséré ou
collé peuvent varier du simple au double. Ceci est principalement dû
au fait que les isolateurs collés travaillent autant en compression qu'en
traction alors que les isolateurs libres ne travaillent qu'en compression.
Le choix s'est donc naturellement tourné vers des isolateurs
simplement insérés, évitant ainsi les problèmes de collage et
permettant d'obtenir une suspension plus souple.
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- Effet de la forme de l'élastomère : La raideur d'un isolateur en
élastomère est gouvernée d'une part par le type de matériau et d'autre
part par sa forme. Ainsi, lorsqu'on comprime un élastomère dans une
direction, il a tendance à prendre de l'expansion dans les autres
directions (effet de Poisson). Si on bloque ce mouvement d'expansion,
l'isolateur se raidit considérablement. Ainsi, un isolateur confiné
latéralement par des parois rigides deviendra extrêmement raide en
compression. De même, pour une même surface de contact, un
isolateur en deux sections sera plus souple qu'un isolateur d'un seul
tenant.
La dernière évolution des isolateurs testés est présentée sur la figure 7
suivante. On distingue l'épaulement destiné à maintenir l'isolateur en place
ainsi que deux bras terminés par des tampons plus épais. Ces tampons
maintiennent l'isolateur en compression lorsqu'il travaille autour de sa
position
d'équilibre. Si le foreur applique une force de traction ou de poussée
importante, l'ensemble du bras est écrasé par la partie mobile sur le bras
fixe
de l'attache de la foreuse. Dans ce cas, la suspension durcit et agit comme
un limiteur de déplacement gardant une certaine résilience. Ce type de
concept permet d'obtenir à la fois une bonne isolation dans la plage de
fonctionnement classique de la poignée tout en agissant comme une butée
souple lorsque des efforts importants sont appliqués. Notons que les
élastomères peuvent subir des charges extrêmement importantes en
compression avant de présenter des déformations permanentes.
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5 7. Tests in situ d'une poignée anti-vibratile sur foreuse JOY
7.1 Objectif des tests
L'objectif des tests in-situ est d'évaluer le comportement de la poignée
10 lors d'une utilisation en conditions normales de forage.
Parallèlement à l'efficacité anti-vibratile de la poignée, on cherche à
évaluer le degré de résistance du concept ainsi que son impact sur
l'ergonomie générale de l'outil.
7.2 Méthodologie
L'ensemble des mesures a été réalisé sur une foreuse JOY en
conditions normales de fonctionnement au niveau -130 mètres d'une mine
Figure 7 : Isolateurs en uréthane développés sur le banc de test
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laboratoire. Les résultats présentés ici ont été obtenus lors de séances de
forage.
Un accéléromètre triaxial PCB 10 mV/G relié à un système
d'acquisition et de traitement Soft-Vib ont été utilisés afin d'effectuer les
relevés vibratoires.
L'accéléromètre était fixé à l'extrémité de la poignée via un adaptateur
spécial et un filtre mécanique. Le dispositif d'attache était tel que la base
de
l'accéléromètre se trouvait sur une ligne parallèle au bouton de commande de
la béquille, donc à la méme hauteur que la main du foreur en position
normale.
7.3 Résultats
Le tableau suivant (Tableau 1 ) résume l'effet de la poignée anti-
vibratile testée (voir figures 2 et 3) sur les vibrations mesurées au niveau
de la
main du foreur.
Dans l'axe de percussion, l'atténuation est supérieure à 50 %. Dans
l'axe vertical, une légère augmentation des vibrations est due à la rotation
de
la poignée autour de son pivot. Ceci ramène donc le gain sur le niveau global
à environ 30 %.
Le tableau suivant résume les valeurs d'accélération mesurées sur la
poignée.
Axe Axe Axe GLOBAL
x y z
Poigne 17.5 7.9 9.1 21.2
conventionnel)
e
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17
Poigne anti 8.1 8.2 10 15.3
vibratile
attnuation 53 % - 4% -11 28
%
Tableau 1 : Atténuations obtenues avec la nouvelle poignée anti vibratile
Le spectre présenté sur la figure 8 montre clairement l'effet
d'atténuation des vibrations dans l'axe de percussion de la foreuse.
Plus de 30 mètres ont été forés sans que la poignée ne montre de
signes de faiblesses. Ceci prouve à la fois la robustesse et la fiabilité du
concept proposé.
Effet de la poignée antl vibratile Canmet~GAUS
12 .. __... __. .__._ ____.___ _ ____...___ _ ___ ..._ __ .__ ._ _. _.__.
___.. _ _
-...-.oorpsdelatoreuse:18.4m/s"2~ ~ ''
t0 ___-______.._-~_ _.._
-Poignée suspendue sans préhension 10.6 mis"2:
Poignée suspendue torse préhension 10 m/s~2 m/s~2. I
8 ._______._.__-~___-___.._._-.____-. _ _______--_....__._-.__._-..-._._..
H
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0 .J-_......_...__ __.___..._____ __-.__.. _.____ _____ ___..__. ..-._-__ _
0 20 40 80 80 100 120 140 160 180 200
-2 ._____..-__-_____-_-_.__.___-_._- _.._.__ _..___-__ _
Fréquenu (Hs)
Figure 8 : Effet du système anti-vibratile dans l'axe de percussion
L'analyse de bandes vidéo prises à la caméra haute vitesse ont montré
que le déplacement du point d'attache de la poignée n'est pas horizontal,
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mais plutôt incliné à 40 degrés par rapport à l'horizontale pour la foreuse
JOY.
Ceci est dû au fait que le centre de gravité de la foreuse ne se situe pas
dans
l'axe de percussion, ce qui entraîne un léger mouvement de rotation de la
foreuse autour du point d'attache de la béquille. La figure 9 montre, (de
façon
exagérée), le mouvement de la foreuse et de la poignée.
--
.__. - ~. ___
_ _ , \,\ ~, __
1. ,\ . k ~<~ ,\ .~, _ _ , _
Poignée testée (valeurs mesurées) Design final (valeurs escomptées)
-Amortissement dans l'axe de percussion (50%) -Amortissement dans l'axe de
percussion (>50%)
-Légère amplification dans l'axe vertical (-11 %) -Amortissement dans l'axe
vertical (> 50%)
-Amortissement global mesuré (28%) -Aortissement global (> 40%)
Figure 9 : Effet du déplacement non horizontal du point d'attache de la
poignée
L'image de gauche illustre la situation rencontrée sur la poignée des
figures 2 et 3. Ce design ayant été effectué en fonction d'un déplacement
probable du pivot sur l'axe de percussion, il n'est pas optimisé pour un
déplacement du pivot de 40 degrés par rapport à l'horizontale. Bien que ce
design soit tout de même efficace dans l'axe de percussion, il n'est pas
efficace dans l'axe vertical et entraîne une légère augmentation des
vibrations. Afin de remédier à ce problème, la solution illustrée à droite de
la
figure 9 a été développée. En inclinant la position neutre de la poignée à un
angle correspondant à l'angle de déplacement du pivot, il est possible de
compenser la composante verticale du mouvement de la foreuse.
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Figure 10 : Vues en coupe du design final pour foreuse JOY
La figure 10 montre une vue en coupe du design optimisé pour la
poignée JOY, tandis que la figure 11 montre une vue tridimensionnelle
explosée. II est à noter que le design optimisé final pour la foreuse JOY
comporte aussi les améliorations suivantes par rapport à la poignée testée
(figures 2 et 3)
~ Angle neutre optimal afin d'amortir les vibrations verticales en plus des
vibrations horizontales ;
~ pivot plus robuste encastré dans les c8tés (vis de pivot ne dépasse
plus sur le côté) ;
~ masse suspendue augmentée de 720 grammes permettant de réduire
encore plus le niveau vibratoire (2930 g vs 2210 g pour le prototype
testé) ;
~ canalisations d'air de plus grand diamètre permettant des réactions
plus rapides de la béquille
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~ plus grande simplicité d'usinage ;
~ plus grande robustesse.
Attache avec la foreuse
r-J- ~\ ,,;,) ~~-Vis pivot
~~~~~''--Bushing de bronze
0
D"J~'~~, .r~lastomère
.~ .~._
'~J
--~
' Élastomère-% '
Tuk~e flexible 3; 8"-~l
Attache avec la poi
Poignée ontl-vitrnt~on, I
5 Figure 11 : Vue explosée du design final pour foreuse JOY
Pour le design optimisé pour foreuse JOY, l'atténuation dans l'axe
vertical est estimée à environ 50 %. En conservant les mémes performances
dans les deux autres axes que la poignée testée, ceci donnerait une
10 atténuation globale de 40%.
L'augmentation de la masse suspendue et l'augmentation de la
précision d'usinage pour une production en série permettraient encore
d'accroître les performances de la nouvelle poignée, jusqu'à 50%
15 d'atténuation en valeur globale dans les trois axes.
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8. Description d'une poignée pour foreuse SECAN
La principale différence entre les poignées des foreuses de type
SECAN et JOY est que l'attache de la poignée, c'est-à-dire la pièce
remplacée par la nouvelle suspension, incorpore une valve à bouton poussoir.
Comme dans le cas de la foreuse JOY, l'angle de déplacement de
l'attache de la poignée afin d'optimiser le design de la poignée à été vérifié
à
la caméra haute vitesse de façon à amortir au maximum les déplacements
verticaux. Dans le cas de la foreuse SECAN, l'angle de déplacement est plus
faible que pour les foreuses JOY et est d'environ 15 degrés.
La figure 12 montre une vue explosée du système mis au point pour
les foreuses de type SECAN.
v ~ vrm., en era,n
/ ~ i
IuOn rYdWn I
ba.vmU.
~ P~ .,-.
.ut.on. a m ,w.~..
IMIn~.labontoln CAN6lT I
Anti-Vibroticn Sec~n
Vue Exolasée
Figure 12 : Vues explosée de la poignée anti-vibratile pour foreuse de
type SECAN
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Voici la liste des principales caractéristiques de la poignée anti-vibratile
pour foreuse SECAN en comparaison avec la poignée développée pour les
foreuses JOY
~ Utilise le même pivot robuste et les mêmes accessoires (tubes
flexibles, paliers de bronze, élastomères, pivots vissés)
~ L'attache de la poignée contient la valve de rétraction rapide de la
béquille (il est à noter que la valve utilisée est la même que pour la
poignée originale rigide).
~ L'angle neutre de la poignée à environ 15 degrés par rapport à 40
degrés pour la poignée JOY
~ La masse suspendue de 2930 g (prototype JOY : 2210g, design final
JOY : 2930 g)
~ Masse totale ajoutée de 630 grammes
9. Conclusion
Un nouveau concept d'isolation anti-vibratile pour foreuses à
percussion a été développé. Ce concept est basé sur l'utilisation d'une
poignée rotative amortie par des isolateurs en élastomère. Les principaux
résultats obtenus sont
L'isolation dans l'axe de percussion est de près de 50 %, et 30 % en
valeur globales. Ces résultats ont été obtenus lors de tests dans des
conditions similaires aux conditions normales d'opération. Des tests en
laboratoire sur différents designs d'isolateurs ainsi que l'examen des
mouvements de la foreuse permettent d'espérer des , efficacités encore
supérieures avec de nouveaux modèles d'isolateurs moulés et les
ajustements faits au design de la poignée SECAN.
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Aucun signe apparent d'usure n'a été détecté après plus de 30 m de
forage, alors que la poignée testée a été fabriquée avec des tolérances
inférieures à celles prévues pour les modèles de production. On peut donc
penser que ce concept sera assez robuste pour être utilisée de façon
continue en exploitation dans des mines.
L'impact de la suspension semble négligeable sur le maniement de
l'outil. Les premiers commentaires fournis par un mineur expérimenté
montrent que l'impact de la suspension sur le maniement de l'outil est
négligeable.
La nouvelle suspension peut étre directement installée sur des
machines existantes. La poignée pour foreuses Joy s'adapte directement
sur la foreuse et fait intervenir les mêmes éléments de commandes que ceux
utilisés sur la poignée existante. Le design réalisé pour la foreuse SECAN
permettent la même facilité de remplacement. On estime à quelques minutes
le temps de travail nécessaire à un mécanicien pour installer la nouvelle
poignée sur une foreuse existante.
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