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MEMOIRE DESCRIPTIF déposé à l'appui d'une demande de
BREVET D'INVENTION René SMET "Appareil servant à soulever une masse suspendue à un câble pour la laisser retomber en chute libre"
La présente invention est relative à un appareil servant à soulever une masse suspendue à un câble pour la laisser retomber en .chute libre, comprenant un tambour sur lequel le câble est enroulé.
.Ces appareils qui sont, par exemple, utilisés pour le fonçage de puits au moyen d'un trépan ou pour le battage de pieux dans le sol, comprennent généralement un balancier portant une poulie de,renvoi en dessous de laquelle le câble passe entre son passage sur une autre poulie dont l'axe coïncide avec l'axe d'oscillation du balancier et sur une poulie de suspension dont l'axe est à un niveau supérieur à celui de le poulie de renvoi..
Dans ces appareils connus le balancier est connecté
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Cet appareil est L'alctivo:101,t 1:, ç: o ;, i¯". l j, gj a t , De j 1. i'L s; , si iL 1- : 1011'.=u.elj"r 6 c)b10 Q&''roul6e '3f:)t trop (;;)'\¯1'""j,:3, le. fin de 1.=< (;0:11'50 rJ.i7 ;;1..,i,i-1.e de 18. L..: ;:;se donne! ],1-:#1 dos chocs sur 1.:. denture (l.1 plateau.
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A cet effet, (:::118 l'appareil Süi'T¯ Y1 l'invention, le tambour d'enroulecient est, de :.:)niè:C8 connue dans les app'arsils de levage, i#iont#4 fou sur un arbre moteur qui peut l'entraîner dans le sens correspondant au soulèvement de la masseper l'intermédiaire d'un
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'Jlécanis:.J8 d'embrayage à friction et ce mécanisme d ' a oei1^nß'<:;e est cor"."lc.nc1é autonatiqueuent en fonction de la rotation de l'arbre moteur de faqon à provoquer l'onbrayage et le débrayage après une rotation déterminée de celui-ci.
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Avec cet appareil, le :ivnCtlOnreC.lei1' conven'ible dépend du rapport entre la durée de l'embrayage etcelle du débrayage. Afin de permettre d'adapter le folle- tionnement aux conditions de travail qui peuvent varier d'un möment à l'autre d'après la nature du terrain rencontré, suivant l'invention, il est prévu un. moyen de réglage du rapport susdit.
Si on diminue ce rapport, il peut arriver que
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le temps pendant lequel le câble peut se dérouler dépasse ' celui nécessaire à la masse pour retomber, au niveau où elle se trouvait avant sa levée et, dans ce cas, on donne du flou au câble. Au contraire, si on augmente Qe rapport, il peut arriver que le temps pendant lequel le câble peut se dérouler soit insuffisant pour permettre à la masse de retomber jusqu'au niveau où elle se trouvait avant sa levée et, dans ce cas, on fait battre la masse sur le câble.
La commande automatique du mécanisme d'embrayage sous le contrôle de l'arbre .moteur peut, en principe, être opérée'mécaniquement, pneumatiquement, hydrauliquement ou électriquement.
La commande pneumatique s'est révélée très avantageuse en entraînant des cames en même temps que l'arbre moteur, de façon qu'elles commandent 'une soupape d'admission et une soupape d'échappement du gaz sous pression actionnant l'embrayage,
Par l'emploi de cames de ce genre en combinaison avec des soupapes d'admission et d'échappement, on peut réaliser l'é.tanchéité du circuit d'amenée du, gaz sous pression plus facilement que si ce circuit comprenait des tiroirs annulaires dans lesquels tourne un arbre pourvu d'un creux en communication, d'une part, ave,c le cylindre ser- vant à commander le mécanisme d'embrayage et,¯d'autre part, avec des canaux radiaux passant en regard de lumières ménagées dans les tiroirs annulaires susdits.
Dans le cas d'emploi de cames pour le,.contrôle de la commande pneumatique, on peut effectuer le réglage du rapport entre la durée de l'embrayage et celle du dé- brayage en déplaçant angulairement une des cames par rap- port à l'autre mais, pour des facilités de manoeuvre en cours de marche de l'appareil, on préfère régler la posi- tion angulaire dé- l'une des soupapes autour de l'axe de
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rotation de la came qui l'actionne.
Par le choix de la position angulaire relative, soit des cames, soit des soupapes, on augmente ou Maintient constant ou on diminue le flou du câble à la fin de la chute de la masse. Si on avance le commencement de l'échappement ou si on retarde le commencement de 1.'admission, on tend à augmenter le flou. Si on retarde le commencement de l'échappement, ou si on avance le commencement de l'admission, on tend à diminuer le flou.
On peut donc facilement tenir compte de la variation éventuelle de la vitesse de pénétration dans le terrain traversé pour rétablir à chaque instant le fonctionnement convenable de l'appareil.
Une autre forme de réalisation très avantageuse de l'appareil suivant l'invention dans le cas d'une commande pneumatique sous le contrôle, d'une part, du siège mobile d'une soupape d'échappement, solidaire d'un poussoir actionné par une came et, d'autre part]; d'une soupape d'échappement constamment sollicitée vers son siège mais pouvant être maintenue écartée de celui-ci quand une soupape d'admission solidaire de la dite soupape d'échappement est appliquée contre son siège tandis que le siège de la soupape d'échappement est admis à s'écarter de cette soupape par la came susdite, consiste en ce que la dite came est enroulée en hélice sur un manchon mobile axialement tout en étant consta ment mis en rotation avec l'arbre moteur.
Avec cette forme de réalisation, on peut effectuer le réglage du rapport entre la durée de l'embrayage et celle du débrayage en déplaçant axialement le manchon de façon à faire passer une longueur plus ou moins grande de la came hélicoïdale en dessous du poussoir.
Un autre moyen d'adapter facilement l'appareil suivant
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l'invention à la nature des terrains traversés résulte de l'interposition d'un mécanisme de changement de vitesse entre l'arbre moteur et un arbre intermédiaire commandant l'embrayage et le débrayage du mécanisme d'embrayage susdit, En diminuant la vitesse de rotation de ce dernier arbre par rapport à celle de l'arbre mo- teur, on diminue le nombre de chutes en même temps qu'on augmente la hauteur de chute, et inversement' en augmen- tant la vitesse de rotation de l'arbre intermédiaire susdit.
Afin de pouvoir relever facilement la masse à volonté et la maintenir dans sa position relevée, on prévoit, d'une part, de monter le mécanisme d'embrayage susdit de façon à pouvoir être désolidarisé de la commande automatique par l'arbre moteur et à être commandé à volonté par le préposé à la surveillance de l'appareil et, d'autre part, d'équiper le tambour d'un frein pouvant être mis en action par le préposé.
Suivant une forme de réalisation particulière applicable à la commande pneumatique de l'embrayage, un robinet à trois voies est disposé dans là conduite ' d'alimentation de l'élément moteur du mécanisme d'embrayage de façon à mettre cette conduite en communica- tion avec la source de gaz sous pression, ou avec l'atmosphère, soit respectivement par la soupape d'admission ou. par la soupape d'échappement commandée automatiquement, soit respectivement par une soupape, d'admission ou une soupape d'échappement manoeuvrée par le préposé.
D'autres particularités et détails -de l'invention apparaîtront au cours de la description des dessins. annexés au présent mémoire, qui représentent schéma- tiquement, et à titre d'exemple seulement, trois'
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formas de réalisation d'un appareil suivant l'invention.
La figure 1 est un schéma des connexions entre différentes parties d'un appareil suivant l'invention, 'certaines de ces parties étant représentées en coupe.
La figure 2 représente, à plus grande échelle qu'à la figure 1, le dispositif d'embrayage de cette figure, vu.dans le sens de la flèche Z.
La figure 3 représente, à plus grande échelle qu'à la figure 1, partiellement en coupe, le distributeur automatique faisant partie de l'appareil suivant l'invention.
Les figures 4 et 5 représentent par deux coupes . perpendiculaires à celle suivant la figure 3, des détails du distributeur suivant cette dernière figure.
Les figures 6 et 7 représentent, dans deux positions différentes, un robinet à tois voies faisant partie de l'appareil suivant l'invention,
La figure 8 est un schéma des connexions entre différentes parties d'un autre appareil suivant l'invention, certaines de ces parties étant représentées en coupe.
Les figures 9 à 11 sont des 'coupes respectivement suivant les lignes IX-IX, X-X et XI-XI de la figure 8.
La figure 12 représente schématiquement une partie d'un autre appareil suivant l'invention,
Dans ces différentes figures, les mêmes notations de référehce désignent des éléments identiques,
A la figure 1, on a représenté un appareil servant à soulever une masse suspendue à un câble pour la laisser retomber en chute libre et qui sert, par exemple, à déplacer un trépan pour le fonçage d'un puits.
Cet appareil comprend un tambour 2 sur lequel le câble 4 est enroulé. Ce tambour est monté fou sur un arbre moteur mis en rotation, par exemple, par une roue denrée 5 calée sur lui, cette roue recevant son mouvement
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d'un pignon 6 calé sur un arbre 7, en liaison mécanique quelconque avec le moteur. Dans ce qui suit, seul l'arbre
3 est appelé "arbre moteur".
L'arbre 3 peut entraîner le tambour 2 dans le sens correspondant au soulèvement de la'masse, par l'intermé- diaire d'un mécanisme d'embrayage à friction. Celui-ci est représenté à plus grande échelle à la figure 3. Il comprend une bande de friction 8 pouvànt être'appliquée contre un rebord 9 solidaire d'un des flasques du tambour
2 lorsqu'un levier 10 pivotant en 11 est déplacé dans le sens de la flèche X à l'encontre d'un ressort 12. Ce déplacement est .réalisé par l'action d'air comprimé admis dans un cylindre 13 porté par le flasque susdit et dans lequel se trouve un piston 14 connecté au levier 10.
.L'air comprimé est amené dans le cylindre 13 par un tuyau 15 débouchant dans un creux central 16 de l'arbre 3.
Cet air comprimé peut être amené d'un réservoir 17 (figure 1) au creux central 16, de deux façons différentes,,
Si on suppose qu'un robinet 18 est ouvert, l'air comprimé du réservoir 17 peut passer par une conduite
19 dans une chambre20 d'un corps de soupape 21 (figure 3)¯
Ce corps de soupape contient une soupape 22 qui est nor- . malement appliquée sur son siège sous l'action d'un ressort 23.
Un diaphragme souple 24 isole une chambre 25 d'un poussoir 26 en contact avec une came 27 (figures 3 et 4) calée sur un arbré 28. Sur celui-ci, est calée une autre came 29 (figures 3 et 5) qui est, par exemple, à peu près diamétralement opposée à la came 27. Cette came 29 peut repousser un poussoir 30 séparé par un dia- phragme 31 d'une chambre 32 en communication avec l'at- mosphère. Une soupape est appliquée sur son siège par un ressort 34 contenu dans une chambre 35. Celle-ci
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peut être mise en communication par un tuyau souple 36 avec une conduite 37 qui aboutit, d'une part, dans la chambre 25 et, d'autre part, à un robinet, à trois voies 38 (figure 1).
Si on suppose que ce robinet est dans la position représentée à la figure .8, la conduite 37 est mise en communication avec une conduite 39 (figures 1 et 5) aboutissant au creux central 16 de l'arbre 3.
L'arbre 28 portant les cames 27 et 29 est mis en rotation par l'arbre moteur 3 par l'intermédiaire d'un mécanisme de changement de vitesse constitué de fanon à pouvoir être mis en oeuvre pendent la rotation de l'arbre moteur. Il comprend deux poulies étagées 40 et 41 calées respectivement sur les arbres 3 et 28 et en liaison mécanique l'une avec l'autre par une courroie 42,
Supposons que la courroie 42 soit dans une position telle que celle représentée pour laquelle l'arbre 38 tourne à la même vitesse angulaireque l'arbre moteur 3.
Lorsque la came 27 passe en dessous du poussoir 26 et soulève la soupape 22, l'air comprimé du réservoir 17 passe de la conduite 19 dans la chambre 20, puis dans la chambre 25, la conduite 37, le robinet 38, la conduite 39, le creux central 16, le tuyau 15 et le cylindre 13, Le tambour 2 est donc entraîné par l'arbre moteur 3.
Cet entraînement subsiste après que le bossage de la came 27 a dépassé le poussoir 26 parce que l'air reste emprisonné dans le cylindre 13. Toutefois, lorsque le bossage de la came 29 arrive en dessous du poussoir 30, il soulève la soupape 33 et, de ce fait, l'air comprimé dans le cylindre 13 peut s'échapper dans l'atmosphère en passant par le tuyau 15, le creux central 16, la conduite 39, le robinet 38, la conduite 37, le tuyau souple 36 et la chambre 32, A partir de ce moment, le tambour 2 cesse
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d'être entraîné par l'arbre moteur 3 et la masse sus- pendue au câble 4 peut tomber en chute libre en provo- quant le déroulement du câble.
Si on modifie le rapport des vitesses entre les arbres 3 et 28, on modifie en même temps la durée de chaque soulèvement et dé chaque chute de la masse.
Des essais ont,'par exemple, montré que pour une masse de 125 kilogs suspendue à un.câble enroulé sur un tambour d'un diamètre de 270 millimètres, lorsque la vitesse de rotation de l'arbre 28 était égale à celle de l'arbre 3, à savoir de 52 tours par minute, la hauteur de chute était de 250 millimètres. Lorsque l'ar- bre 28 ne faisait plus que,40 tours par minute pour 52 tours de l'arbre moteur 3, la hauteur de chute était de 460 millimètres. Cette hauteur était de 720 milli- mètres pour une vitesse'angulaire de l'arbre 28 égale -à 28 tours par minute, Par l'intermédiaire du change- ment de vitesse entre les arbres ,3 et 28, on peut donc facilement modifier la cadence des chutes et l'importance de celles-ci.
'Pour n'importe quelle vitesse de l'arbre 28, on peut en outre régler le flou donné au câble de façon à tenir compte de l'avancement du travail de fonçage.
Il suffit pour cela de régler le rapport entre la durée de l'embrayage et celle du débrayage. Ce réglage est effectué dans l'appareil représenté parle montage du corps 43 de la soupape d'échappement, de façon que sa position angulaire puisse être réglée autour de l'axe de rotation de la came 29 qui actionne la soupape d'échappement 33. En effet, si on retarde le commence- ment de l'échappement, le soulèvement de la masse dure plus longtemps et on augmente la course de levée. En même temps, le temps pendant lequel le câble peut se
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dérouler est plus petit et, si on retarde suffisamment l'échappement, il peut arriver que ce temps soit insuf- fisant pour permettre à la masse de retomber jusqu'au niveau où elle se trouvait avant sa levée.
On supprime donc dans ce cas le flou du câble et on relève même la masse un peu plus haut à chaque levée. En choisissant un retard moindre à l'échappement, on réduit simplement le flou donné au câble. Cette manoeuvre sera, par exemple, utilisée quand on rencontrera un terrain plus dur qu'aupa- ravant. Le préposé à la surveillance n'aura qu'à agir sur une poignée 44 solidaire du corps de soupape 43, Si, au contraire, on avance l'échappement, l'embrayage reste appliqué moins longtemps et on diminue la course de levée.
En même temps, on augmente le temps disponible pour le déroulement du câble et il peut arriver que la masse soit arrivée au fond du puits et que le câble continue à se dérouler par inertie avant que l'admission suivante soit effectuée. Dans ce cas, on donne donc du flou au câble.
On pourra effectuer une avance à l'échappement quand on rencontrera un terrain plus tendre que celui qu'on vient de traverser.
Au lieu d'agir sur la position angulaire de la soupape d'échappement, on pourrait évidemment agir sur la position angulaire de la soupape d'admission. Si on avance l'admission, on a les mêmes effets que dans le cas où on a retardé l'échappement. De même, le retard de
1' l'admission est équivalent de l'avance de l'échappement.
Si, après fonçage d'une certaine profondeur, on désire retirer complètement le trépan du puits, au lieu d'alimenter le cylindre 13 en passant par le robi- net 18 et par la soupape 22, on l'alimente de la façon qui va être décrite ci-après.
On ferme le robinet 18 et on place le robinet à trois voies 38 dans la position représentée à la fi-
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gure 7. On manoeuvre alors un levier dans le sens de la flèche Y. Par cette manoeuvre, on ouvre une soupape 46 et on maintient fermée une soupape 47. L'air comprimé sortant du réservoir 17 par une conduite 48 peut donc .passer dans une conduite,49 pour aboutir'au. robinet à trois voies 38. L'air comprimé peut alors passer par la conduite 39 dans'le creux central 16 de l'arbre 3 et provoquer l'entraînement du tambour 2 par l'arbre 3. Quand on veut faire cesser cet entraînement et maintenir le trépan soulevé, on applique sur le rebord 9 une bande de frein 50, en même temps qu'on manoeuvre le levier 45 en sens inverse de la flèche Y.
Cette dernière manoeuvre a comme effet de fermer la soupape 46 et d'ouvrir la soupape 47. Le frein immobilise le tambour pendant que l'air comprimé dans le cylindre 13 s'échappe par le tuyau 15, le creux central 16, la conduite 39, lé robinet
38, la conduite 49 et la soupape 47.
La commando pneumatique de l'embrayage peut aussi être réalisée en fonction de la rotation de l'arbre - moteur en remplaçant les cames 27 et 29 ainsi que les soupapes 22 et 33 et leurs accessoires par des tiroirs annulaires tels que ceux représentés aux figures 8 à 11,
Le creux.central 16 de l'arbre 3 est-en communication avec trois canaux radiaux 51, 52 et 53 qui débouchent à l'extérieur de l'arbre en dessous de bagues constituant des toroirs annulaires. Ces bagues sont désignées respec- tivement par 54, 55 et 56. La bague 54 est pourvue, dans le plan de rotation de l'axe du canal 51, d'un canal
57 en communication avec la conduite d'amenée d'air sous pression 19. La bague 55 est pourvue dans le plan de rotation de l'axe du canal 52, d'un canal 59 en communi- cation 'avec l'atmosphère.
La bague 56 est pourvue, dans le plan de rotation de l'axe du canal 53, d'une rainure
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annulaire 60 avec laquelle la canal 53 communique cons- tamment. Cette rainure 60 est en communication avec un canal 61 qui communique lui-même avec une conduite d'amenée d'air sous pression 49. Les conduites 19 et 49 sont en communication avec le réservoir d'air comprimé 17 de la même façon qu'à la figure 1.
Si seule la conduite 19 communique avec le réservoir 17, la rotation de l'arbre 3 donne lieu à un fonctionnement du mécanisme d'embrayage semblable à celui obtenu l'aide des cames 27 et 29 des figures précédentes.
Le déplacement angulaire du tiroir annulaire 55 qui contrôle l'échappement, ou du tiroir annulaire 54 qui contrôle l'admission, permet également d'adapter le fonctionnement automatique aux conditions de travail qu'on-rencontre en pratique.
A la figure 12, on a représenté' une partie d'un autre appareil suivant l'invention à commande pneu- matique de l'embrayage.
L'arbre moteur non représenté commande un arbre 62 par l'intermédiaire d'un mécanisme de changement de vitesse 63. Cet arbre 62 entraîne en rotation un manchon 64 qui peut coulisser axialement quand on agit sur un levier 65 pivotant en 66 et connecté au manchon par une biellette 67. Une came 68 est enroulée en hélice sur le manchon 64. Elle peut être amenée plus ou moins en dessous d'un poussoir 68 solidaire du siège 70 d'une soupape d'échappement 71. Celle-ci est solidaire d'une soupape d'admission 72 et est constamment sollicitée par un ressort 73 vers son siège 70.
Elle peut ... être maintenue écartée de celui-ci quand la soupape d'admission 72 est appliquée sur son siège 74 tandis que le siège 70 de la soupape d'échappement 71 est
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admis à s'écarter de celle-xi par la came-68. Le gaz sous pression provient du réservoir non représenté par une conduire 75 et il est conduit au cylindre 13 non représenté par une conduite 76. Des orifices 77 servent à l'échappement du gaz sous pression dans l'atmosphère quand la soupape 71 est écartée de son siège 70.
Le manchon 64 porte une saillie conique 78 permettant de maintenir la soupape d'échappement cons- tamment ouverte quand elle est amenée en regard du poussoir 69. Cette forme de réalisation nz nécessite pas de robinet à trois voies et permet la suppression de nombreuses tuyauteries. Elle présente en outre l'avantage, de permettre l'établissement de la pression totale du réservoir dans le cylindre 13, même dans le cas de fuites.
La manoeuvre de l'appareil serait la même si, au lieu de foncer un puits à l'aide d'un trépan, on voulait, par exemple, battre des pieux dans le sol à l'aide d'un mouton..
Bien que la commande pneumatique du dispositif d'embrayage soit d'une application particulièrement aisée, iL va de soi qu'on pourrait, en principe, comman- der cet embrayage mécaniquement, hydrauliquement ou électriquement par l'intermédiaire de cames,,,,telles que 25 et 27,
Dans le 'cas d'une commande électrique ces cames actionneraient des interrupteurs contrôlant l'alimentation de l'électro-.aimant de l'embrayage élec- trique.
On pourrait aussi réaliser la commande' électrique en remplaçant les cames qui déplacent des interrupteurs par des bagues tournant ave'c l'arbre 28
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en regard de trotteurs et présentent des parties conductriceset des plagese isolantes. Ces bagues forme- raient donc des interrupteurs avec les frotteurs coepérant avec elles, Le déplacement angulaire des bagues les unes par rapport aux autres permettrait d'adapter
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le fonc-tionne,ien'U- Qutorl8.tiClue de l'appareil aux condi- tions de travail rencontrées.
REVENDICATIONS
1. Appareil servant à soulever une masse suspendue à un câble pour la laisser retomber en chute libre, comprenant un tambour sur lequel le câble est enroulé, caractérisé é en ce que ledit tambour est, de manière connue dans les appareils de levage, monté fou sur un arbre moteur qui peut l'entraîner dans le sens correspondant au soulèvement de la masse par l'intermédiaire d'un mécanisme d'embrayage à friction et en ce que ce mécanisme d'embrayage est commandé automatiquement en fonction de la rotation de l'arbre moteur de façon à provoquer l'embrayage et le débrayage après une rotation déterminée de celui-ci.