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Procédé et installation pour le support, le guidage et la propulsion de marteaux perforateurs pneumatiques.
La présente invention se rapporte à un procédé .et à une installation pour le support, le guidage et la pro- 'pulsion de marteaux perforateurs à air comprimé et autres engins employés dans les exploitations minières.
On connaît déjà quelques types d'affûts pneu- matiques utilisés pour la perforation de mines au moyen de ces marteaux.
Dans un de ces types, il est fait usage d'un cylindre dans lequel peut coulisser un piston muni d'une tige de piston reliée par une rotule à un carcan emprisonnant un marteau perforateur occupant, une position horizontale, le cylindrà étant placé par rapport à la batte de manière à former un angle obtus.
Un autre système est basé sur l'emploi d'une colonne verticale preumenteique ou à vérins sur laquelle est fixé un carcan pouvant, après desserrage déorous de fixa- tion, coulisser le long de la colonne, et,,avec.'.lequel est rendue solidaire une courte tige horizontale sur laquelle @
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est fixée par un deuxième carcan un cylindre pneumatique muni d'un piston avec tige de piston, d'actionnement du marteau pneumatique, le deuxième carcan pouvant, après desserrage des écrous de fixation, tourner autour de la tige horizontale.
Toutes ces méthodes exigent toutefois' encore une intervention importante de la part de l'ouvrier et, de plus, la pression d'air comprimé n'est pas réglable à volonté, de telle manière que le forage reste une opération fort délicate.
La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients,de permettre d'effectuer le travail avec un minimum de fatigue et d'attention et de régler par des moyens particulièrement simples et pratiques la force de poussée sur le marteau.
Suivant l'invention, le procédé est caractérisé dans son essence en ce que le marteau repose sur un chariot ou châssis de support qui peut coulisser le long de pièces de guidage horizontales et parallèles, de préférence tubulaires et entretoisées, et qui se déplace sous l'action d'air comprimé introduit dans un cylindre pousseur pouvant également èouli sser le long des guides parallèles et relié au châssis du marteau, de préférence par un moyen, par exemple une douille, permettant un léger mouvement dans un plan vertical du cylindre pousseur par rapport au chêssis du marteau perforateur.
L'invention porte également sur l'installation servant à l'exécution du procédé et,en pratique, on intercale, entre l'arrivée d'air comprimé et l'admission d'air à la tige creuse du piston, une soupape-détendeur qui a pour fonction de régler- la pression de l'air comprimé admis sur la face arrière du cylindre pousseur, et, de ce fait, également la force de poussée sur le marteau.
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De plus, on interpose habituellement, entre la soupape détendeur et l'admission d'air à la tige du piston, un robinet à deux directions permettant de mettre la tige du piston en communication soit avec l'arrivée d'air comprimé, soit avec l'atmosphère.
D'autres détails de réalisation ressortent de la description ci-après et des dessins annexés qui se rapportent à un exemple donné à titre non limitatif d'une installation convenant pour la mise en pratique du procédé.
La figure 1 est une vue schématique en plan montrant l'ensemble'de 1'installation.
Les figures 3 et 3 montrent respectivement en vue de côté et en vue en plan les moyens de guidage, de support et d'actionnement d'un marteau-perforateur.
Les figures 4 et 5 montrent des détails du châssis de support du marteau.
Les figures 6,7,8, et 9 se rapportent au cy- lindre pousseur età son mode de liai-son avec le châssismarteau.
La figure 10 est. une vue en éoupe du robinet à deux diredtions.
Les figures 11 et 12 montrent,'en coupe verticale et en coupe horizontale, la soupape détendeur.
L'installation comprend deux parties essentielles: 1 ) la partie formant support et guide du marteau; 2 ) le dispositif de propulsion ou d'avancement du marteau.
Le marteau 1 muni de la batte 2 est fixé à un chariot ou châssis 3 (fig.1) qui peut se déplacer sur deux tubes 4 entretoisés par des traverses 5,6,7,8.
Afin de pouvoir effectuer la perforât loi sur un point quelconque du bouveau, ces guides 4 son!::' supportés par deux colonnes pneumatiques 9-10 placées horizontalement respectivement à l'avant et à l'arrière des guides.
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Chacune de ces colonnes estconstituée d'un cylindre 11 dans lequel peut se déplacer un piston 12 muni d'une tige 13 (fig.l); sur le fond du cylindre, d'une part, et à l'extrémité de la tige de piston, d'autre part, s'emboîtent une ou plusieurs tiges 14.
Ces tiges sont réalisées de manière à pouvoir s'emboîter l'une dans l'autre en vue d'atteind@e avec le cylindre 11 une longueur de par exemple 4 m. à 4,50 m. maximum; chaque tige a une longueur par exemple de 0,50 m. ou de lm. Lorsque, au moyen de ces tiges mises bout à bout de part et d'autre du cylindre 11, on a formé une colonne ayant une longueur légèrement inférieure à la largeur de la galerie, on peut caler la colonne entre les parois de la galerie en admettant sur la face utile du piston de l'air comprimé amené par une conduite 15.
Les guides 4 reposent simplement sur la colonne avant 10 (côté des fronts) sans aucun système de fixation.
La colonne arrière 9 supporte également les guides 4, mais ceux-ci sont munis de deux séries de deux ergots 16 (fig.2 et 3) qui,par appui sur la colonne 9,empêchent les guides 4 de se déplacer vers l'arrière.
On a prévu deux séries d'ergots afin de disposer d'une certaine latitude de placement lorsque les fronts sont irréguliers.
'Le chariot 3 sur lequel est fixé le marteau 2 est constitué de deux flasques 17 en partie découpés pour permettre le placement du robinet d'admission d'air comprimé du marteau (fig.4 et 5).
Les flasques 17 sont entretoisés par deux traverses inférieures 18 qui,débordant de ces flasques, .forment des guides 19 pour le déplacement du chariot air les tubes 4.
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Le marteau 1 est simplement fixé au chariot par un bo,ulon 20 qui est concentrique à la poignée 21 du marteau et se trouve à l'intérieur de celle-ci (fig. 4,6 et 9) .
Une traverse supplémentaire 22 empêche le marteau de pivoter vers le haut tout en assurant une bonne rigidité aux deux flasques 17 auxquels elle est reliée par deux joues 25 rivées aux flasques 17.
L'appareil de poussée du marteau est constitué par un cylindre 24 ayant par exemple un diamètre de 60 mm. et. dans lequel coulisse un piston 25 ayant une course utile par exemple d'environ 700 mm.
Le cylindre pousseur 24 peut coulisser sur les guides 4 de l'affût par l'intermédiaire de deux supports 26 et 27 placés- respectivement à l'avant (.côté des fronts du travail) et à l'arrière du cylindre. Chacun de- ces supports comprend un carcan. supérieur 28 et un carcan inférieur 29 assemblés par deux boulons 30. emprisonnant fortement le cylindre 24 dont ils sont solidaires. Le caraan supérieur est prolonge latéralement par deux pattes 31 servant d'appui au cylindre sur- les guides 4.
Pour le support 26, le carcan inférieur est un simple demi-collier tandis que pour le support 27, ce collier est muni de deux saillies 32 qui viennent prendre appui sur les plats 5,6,7 ou 8 (fig.7).
L'étanchéité entre le piston 25 et le cylind re 24 est assurée par un cuir (non représenté). L'admission, d'air¯ comprimé se fait par l'intermédiaire de la tigec33 du piston qui est creuse; cet air est admis en 34 sur la face arrière de ce piston (fig.6).
Vers 1'arrière., le cylindre 24 est obturé par un fond soudé 35 tandis que versl'avant il est formé par un
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chapeau 36 vissé sur le cylindre et alésé au centre pour permettre un coulissement facile de la tige 33 du 1 iston (fig.6) .
L'extrémité de la tige 33 du piston comprend un cylindre plein en acier 37 qui possède une partie mâle 38 s'emboîtant à frottement très doux dans un manchon 39 faisant partie d'une douille constituant pièce femelle et servant à la liaison entre le châssis du marteau et le cylin- dre pousseur.
Au manchon 39 fait sui te une fourche 40 qui est fixée au châssis du marteau (flasques 17, fig.9) par un boulon 41. Une bague d'immobilisation 42 est interposée entre la fourche 40 et chacun des deux flasques 17 du chariot du marteau et empêche ainsi la douille 39-40 de se déplacer le long du boulon 41.
Ce mode d'attache a l'avant age de donner une certaine souplesse de fonctionnement à l'ensemble de l'appareil, car la douille peut ainsi pivoter d'un certain an- gle autour de son axe de fixation.
La pression exercée par le piston pousseur 25 sur le chariot 3 par l'intermédiaire de la douille 39-40 maintient emboîtée l'extrémité de la tige 33 du piston 25 dans la douille.
Il est à remarquer que l'extrémité. de la tige 33 du piston 25 appuie sur le rebord extérieur de la duuil- le 39-40 par un renflement; ce n'est donc pas l'extrémité de la partie mâle qui appuie sur le fond de la partie femelle de la douille, car cela produirait un matage des parties mâle et femelle et il pourrait aussi se faire que l'on ne puisse plus désolidariser la douille de l'extrémité de la tige da piston.
La partie pleine 37 de la tige du piston est
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munie d'un alésage 43 qui relie la partie creuse 44 de cette tige à la conduite 45 d'amenée de l'air comprimé ou autre fluide sous pression. A cet effet, la partie 37 est usinée de façon à pouvoir y visser un robinet 46 à deux directions permettant soit. d'admettre l'air comprimé sur . la face arrière du piston, soit de remettre celui-ci à l'atmosphère.
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Ce robinet est constitué (fin.10} d'une'carot- te 47 pouvant tourner de 90 autour de son axe dans le corps 48 du robinet. La carotte 47 est creusée dtun canal 49 à angle droit et le corps de trois orifices 50 respec- tivement raccordés à l'air comprimé, à la tige du piston
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et à l'atmosphère..
La conduite 45 est reliée à'une conduite 51 sur laquelle est branchée en outre,un tuyau 52 d'alimentation du marteau.
Entre l'extrémité de la conduite 45 et le robinet 46 est intercalée une soupape-détendeur 53 qui a pour but de pomovir régler la pression d'air comprimé sur la face arrière du piston et par là même la force de poussée sur le marteau.
Ce réglage est indispensable car pour un marteau déterminé travaillant à une pression donnée, la poussée à exercer sur le marteau est, pour'obtenir une vitesse de perforation maxima, fonction de la nature des terrains traversés : dureté, friabilité, etc..
En terrains: très tendres, par exemple une poussée trop forte provoquerait un ancrage de la batte dans le terrain., En terrains durs, au cont remre, une poussée un peu faible comprometterait la vitesse de perforation.
L'air comprimé est admis au détendeur à la pression normale d'utilisation qui dans les charbonnages
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varie de 4 à 7 kgr./cm2) par un orifice non représenté à la figure 11 dans la chambre 53 formée par la partie inférieure du corps du détendeur. La pression de l'air agit donc sur la soupape 54 et tend à chasser celle-ci hors du détendeur en permettant à l'air comprimé de s'échapper.
La soupape 54 obstrue l'orifice d'échappement 55 qui est normalement raccordé au cylindre pousseur. Cette soupape est maintenue fermée par un ressort 56 qui prend appui d'une part sur l'extrémité de la soupape et- d'autre part sur une pièce 57 en forme de manchon. Lorsqu'on veut faire varier la pression du ressort 56, il suffit de le comprimer plus ou moins fort en déplaçant longitudinalement la pièce 57 ce qui se fait à l'aide du volant 58 lequel agit sur cette pièce 57 par l'intermédiaire de la tige 59 dont l'ex- trémié filetée pénètre dans un bloc 60 vissé à l'intérieur du manchon 57.
Si l'on désigne par :
Pa la pression d'utilisation de l'air comprimé,
Pr la pression exercée par le ressort 56sur la soupape 54,
Pc la pression en aval du détendeur 53, c'est à dire la pression dans le cylindre pousseur 24, on a
Pc =Pa -Pr
On voit donc que, en faisant varier Pr on peut faire varier Pcpuisque Pa est constant.
Lorsque Pa < Pr la soupape est fermée.
Lorsque Pa =Pr, Pc = o, L a soupape est fermée et la pression Pc dans le cylindre est égale à la pression de l'atmosphère.
Lorsque la > Pr, la soupape s'ouvre. Si le piston du cylindre pousseur reste fixe, la pression P s'établira égale à Pa -Pr.
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Au début du forage de la mine, on règle Pr de façon à avoir pour Pc une valeur correspondant à une poussée optima sur le marteau perforateur. La soupape 54 reste ouvertes jusqu'à ce que cette pression soit . atteinte. Au cours de la progression du marteau, Pr restant constant, la pression'? a tendance à diminuer puisque l'air se détend dans le cylindre; par conséquent, la soupape s'ouvre. Lorsque Pa -Pr est atteint et même légèrement dépassé -puisque le mécanisme offre une certaine inertie- la soupape 54 se ferme, de manière à maintenir constant : Pa - Pr et le cycle du fonc- tiqnnement est repris.
Ce fonctionnement se fait donc en principe par une succession de fermetures et d'ouvertures de la soupape. La sensibilité 'de l'appareil est donc fonction de son inertie, mais elle est cependant suffisamment faible que pour obtenir sur le piston pousseur une pression sensiblement constante. et correspondant à une progression optima du marteau.
Le travail de perforation esteffectué à l'aide de la succession des opérations suivantes : 1 ) On pose' tout d'abord les colonnes horizontales 9 et 10 comme expliqué ci-dessus .
2 ) On pose les guides 4 sur les colonnes 9-10 en ayant soin de faire prendre appui par une des deux séries de deux ergots 16 contre la colonne 9, mais du côté avant de celle-ci.
3 ) On pose sur les guides 4 le.'châssis 3 de support du marteau.- 4 ) On pose sur les guides 4 le cylindre pousseur 24.
5 )'On réunit le châssis 3 portant le marteau au cylindre 24 par l'intermédiaire de la douille 39-40 emmanchée sur la tige 33 du piston 25.
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6 ) On déplace tout l'ensemble vers l'arrière jus- qu'à ce que les saillies 32 du support 27 viennent pren- dre appui contre la faceavantde l'entretoise 5, et que le piston 25 soit à son point ¯mort arrière.
7 ) On met en torche le marteau perforateur 1 ; 8 ) On place le robinet 46 dans la position correspondant à l'admission de l'air comprimé sur la face arrière du piston 25; 9 ) On o@vre la soupape du détendeur jusqu'à ce que -,,,on voit que la poussée sur le marteau est optimum. Lr per- foration s'opérant, le marteau progressera vers l'avant jusqu'\ce que le piston ait atteint son point mort avant, ce qui correspond à une perforation par exemple de 0,70m. de longueur.
10 ) Le marteau restant immobile, on metle robinet à deux directions 46 sur. la position correspondant à la Mise à l'échappement de la face arrière du piston.
Il ) On soulève alors légèrement 1.e cylindre 24 à l'ar- rière et on le fait pivoter autour de l'axe 41 de la douille 39,40; on déplace le cylindre 24 vers l'avantjus- ou'à ce que les saillies 32 puissent prendre appui sur la face avant de la traverse 6 . Pendant cette opération, le marteau 1, la tige 33 de piston et le piston 25 restent fixes.
12 ) On remet le robinet 32 dans la position d'admission de l'air comprimé sur la face arrière du piston 25 et le forage d'une nouvelle passe peut reprendre.
Une fois cette passe terminée, on avancera à nou- veau de la même manière le cylindre 24 de façon à faire prendre appui par les saillies 32 sur la face avant de la traverse7 et ainsi de suite.
L'installation décrite ci-dessus constitue donc en réalité dans son ensemble un véritable affût pneumatique @
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grâce auquel le marteau, est non seulement supporté, mais encore guidé et poussé sans que l'ouvrier doive dépenser aucune force musculaire. Son intervention se limite, une . fois les différents organes mis en place, au réglage du détendeur, à la manoeuvre du robinet 46 et au déplacement du cylindre pousseur après perforation d'une passe.
De plus, comme déjà dit, grâce à la présence du détendeur, la force de poussée sur le marteau peut être réglée suivant la nature du terrain .
REVENDICATIONS.
1.- Procédé pour le support de guidage et la propulsion de marteaux perforateurs à air comprimé, caractérisé en ce que le marteau (1) repose sur un chariot ou châssis de support (3) qui peut coulisser le long. de pièces de guidage horizontales et parallèles (4), de préférence tu- bulaires et entretoisées et qui se déplace sous l'action d'aire comprimé introduit dans un cylindre pousseur (24) pouvant également coulisser le long des guides parallèles (4) et relié au châssis (3) du marteau, de préférence par un moyen, par-exemple une douille (39-40) permettant un léger mouvement dans un plan vertical du cylindre pousseur (24) par rapport au châssis (3) du marteau,perforateur.