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MACHINE D'ABATTAGE POUR CHARBON ET AUTRES MINERAIS.
L'invention se rapporte à une machine d'abattage pour charbon et autres minerais, dans laquelle deux outils de coupe, tournant en sens in- verse, sont montés de façon à pouvoir tourner à l'extrémité d'un bras-sup- porte dans le but de couper les minerais à abattre. Chacun des outils de coupe rotatifs consiste en un organe porte-outils ayant substantiellement la forme d'un corps de révolution, équipé d'éléments coupants prévus de manière à effectuer l'opération de coupe désiréeo
Conformément 4 l'invention, les deux organes porte-outils sont disposés de manière à ce que les axes de rotation forment, à l'avant,
un angle aigu par rapport à l'axe longitudinal de l'arbre-support sur lequel ils sont montéso Le terme "avant" doit être entendu comme désignant le cô- té de la tête de coupe qui est le plus proche de la face attaquée par le dispositifo Cette disposition présente l'avantage que l'intervalle entre les deux organes porte-outil peut être réduit à un minimum à l'avant, avec ce résultat que, en particulier dans le cas de l'abattage du charbon, il ne subsiste pas de bourrelets après la coupe. Plusieurs éléments de coupe ou dents, sont prévus pour chacun des organes porte-outils, de telle ma- nière qu'ils soient amenés l'un après l'autre en contact avec les minerais à abattre, pendant que s'effectue la rotation de l'organe porte-outils.
De même, conformément à 1?invention, les éléments de coupe sont décalés 1' un par rapport à l'autres transversalement à la direction de rotation, de telle manière que les éléments de coupe individuels, ou dents, qui se sui- vent l'un après l'autre pendant la rotation de l'organe porte-outils, ne suivent pas la même trace, mais 'entament le minerai successivement selon des traces adjacenteso
L'organe porte-outils a de préférence la forme d'un cylindrée d'un cône ou d'une calotte spherique Lorsque l'organe porte-outil à la forme d'un cylindre ou d'un tronc de cône, la disposition conforme à 1' invention est telle que les deux surfaces transversales des organes cylin- driques ou coniques,
c'est-à-dire les surfaces perpendiculaires aux! axes
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de rotation respectifs,, ne sont pas parallèles l'une à l'autre, de sorte que les organes sont de section cunéiforme. Cette disposition assure 1 extraction aisée du dispositif hors de la coupe, ou en d'autres mots, empê- che le dispositif de se coincer dans la coupe,
Le dispositif conforme à l'invention, est entraîné mécaniquement ou électriquement, et peut être construit à une échelle plus réduite, pour utilisation comme outil à main, ou à plus grande échelle, combiné avec un mécanisme d'entraînement, pour travaux intensifs.,
Différentes formes de construction du dispositif conforme à l'in- vention sont représentées dans les figures ci-jointes.
La figure 1 représente un dispositif de coupe à main, en éléva- tion latérale.
La figure 2 représente le même dispositif, vu en plan, partielle- ment en coupe.
La figure 2a représente un détail de construction.
La figure 3 représente une machine d'abattage mobile conforme à l'invention, mue électriquement, en élévation latérale.
La figure 4 est une coupe selon la ligne B-B de la figure 3.
Les figures 4a et 4b représentent, à plus grande échelle., un détail de la construction représentée à la figure 3.
La figure 5 est une coupe longitudinale d'une troisième forme de construction dans laquelle le moteur et la transmission qui entraînent les outils de coupe sont entièrement enfermés.
La figure 6 est une vue arrière de la disposition représentée à la figure 5.
La figure 7 représente, partiellement en coupe longitudinale, une disposition dans laquelle les couteaux sont ajustables par pivotement par rapport à l'axe longitudinal du bras-support.
La figure 8 est une coupe selon la ligne B-B de la figure 7.
La figure 9 est une élévation latérale de la disposition repré- sentée aux figures 3-4a, à échelle réduite.
Dans la forme constructive représentée aux. figures 1 et 2 les deux organes porte-outils 1 et 2, qui sont symétriques l'un par rapport à l'autre,sont montés indépendamment de façon à pouvoir tourner,, à l'extré- mité d'un bras-support 3.
Chaque organe porte-outil consiste en une pièce tournante en for- me de tambour, fixée sur un arbre 4 monté sur roulements à billes. Un engre- nage,conique 5, solidaire de l'arbre 4 engrène avec un engrenage conique 6, claveté sur un arbre tournant monté à l'intérieur du bras-support 3.
Chacun des organes porte-outil 1 et 2, avec son axe 4. est incliné vers l'avant, de manière à faire un angle aigu, par exemple de 86 , avec l'axe longitudinal xx du bras-support 3. Grâce à cette disposition, les deux or- ganes porte-outil 1 et 2 se trouvent rapprochés autant qu'il est possible du côté proche de la face à attaquer;, de sorte qu'à ce point ils ne sont séparés que par un intervalle s très petit., tandis que.leur écartement, du côté opposée est considérablement plus grand. On obtient de cette manière deux avantages.
En premier lieuil ne subsiste pas de bourrelets sur les surfaces attaquées, le charbon ou autres minerais qui n'est pas directement touché par l'outil de coupe étant forcé de tomber ou étant arraché par 1'ac- tion de l'outil de coupe voisino En second lieu., le fait que les deux orga- nes porte-outil sont inclinés par rapport à l'axe x-x permet de loger entre eux l'engrenage conique 6. Comme cet engrenage d'entraînement est commun aux deux organes porte-outil, ces derniers tournent en sens inverse, ce qui facilite considérablement le fonctionnement du dispositif.
Dans l'exemple représenté, les outils de coupe ont la forme de
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dents 9 montées sur chacun des organes porte-outil 1 et 2 de manière telle que chacune d'elles soit décalée axialemént par rapport à celle qui la pré- cède immédiatement. Dans l'exemple représenté, le décalage entre deux dents consécutives atteint presque la largeur d'uné dent. Par conséquent, lorsque l'outil de coupe tourne, le minerai est attaqué sur toute la largeur, et aucun des éléments coupants ne repasse dans la trajectoire de l'élément précédentoLe décalage transversal entre les éléments coupants successifs peut être plus grand ou plus petit que la largeur d'un de ces éléments, comme on pourra le voir dans la description d'une autre forme de construe- tion, qui est donnée ci-après.
Lorsque l'on utilise des organes porte-outils ayant une envelop- pe cylindrique ou conique, il est à conseiller de faire en sorte que les deux faces de ces organes qui délimitent les surfaces cylindriques ou co- niques ne soient pas parallèles l'une à l'autre, mais forment entre elles un angle aigu.
Ainsi, dans l'exemple représenté, la hauteur h1 à l'avant du cylindre est légèrement plus petite que la hauteur h2 du même cylindre à l'arrière Cette différence de hauteur, qui est exagérée sur la figure 2a atteint par exemple, pour un cylindre de 30 cm de diamètre, une valeur de 1 cm, et est donc relativement petite, mais elle a pour effet d'empêcher le couteau de rester coincé dans la coupe, et de permettre de l'en retirer aisémento Les points de hauteur minimum h1 et ceux de hauteur h2 sont dis- posés sur des côtés opposés du cylindre, c'est-à-dire à 1800 l'un de l'au- tre. Lors de la rotation de l'organe porte-outil, la coupe est donc élargie par les éléments coupants montés sur la partie la plus haute du cylindre.
Ceci facilite également l'opération de coupe, et permet d'augmenter la vi- tesse de coupeo
Les figures 1 et 2 représentent une forme de construction dans laquelle le dispositif de coupe est monté au bout d'un bras-support et est opéré à la main. Deux poignées 10 et 12 sont prévues dans ce buto Un tube métallique 11 entourant un arbre flexible, est raccordé à l'arbre-support.
3. Le mouvement d'entraînement est donné par un moteur électrique 130
Le dispositif conforme à l'invention, convient particulièrement bien pour les machines de coupe "heavy duty" pour service intensif, dont un exemple est représenté aux figures 3 et 4 La tête coupante, qui est décrite plus en détail dans ce qui suit, est montée sur un arbre-support tubulaire 14, qui reçoit l'arbre tournant 15 par l'intermédiaire duquel les organes de coupe sont entraînés Le roulement à billes 16, à l'extré mité supérieure, est logé dans un manchon 18 fixé au bras tubulaire par des vis 17tandis que le seulement à billes de l'extrémité inférieure se trou- ve dans une cavité 19 d'une pièce coulée 20 qui est également fixée au bras tubulaire à l'aide de vis 21, et qui est montée, de façon pivotante, à 1' aide d'une extension cylindrique 22,
à l'intérieur d'un logement 25 muni de surfaces de guidage cylindrique 23 et 24. L'extension 22 sort du logement 25 par un orifice 260 Un tourillon 27 est monté selon l'axe géométrique de ladite surface cylindriqueet porte un engrenage conique 28 supporté par un roulement à billes 29o L'engrenage conique 28 est entraîné par un moteur électrique 30 par l'intermédiaire d'un embrayage 33, d'un arbre 31 et d'un engrenage conique 32, L'arbre 15 logé dans le bras-support tubulaire 14 est mû par l'intermédiaire d'un second engrenage conique 34, entraîné par l'engrenage conique 28. La pièce coulée 20 est fixée sur le tourillon 27 à l'aide de trois oreilles 35, 36 et 37 et constitue donc, avec le tou- rillon 27, un ensemble capable d'effectuer un mouvement angulaire de pivote- ment.
Pour réaliser ce mouvement, l'oreille 35 est attaquée par un levier coudé 38 qui est articulé à l'oreille par la broche 39 et est articulé au piston d'un cylindre hydraulique 41 par la broche 42 En introduisant de l'huile sous pression dans ce cylindre, on provoque la levée du bras 14, dans un plan vertical. En interrompant l'alimentation d'huile, le bras re- descend, sous l'action de son propre poids.
Les diverses parties de l'appareillage venant d'être décrit sont
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assemblées sur une plaque de base 43 équipée d'une broche centrale 45 pi- votant dans le châssis 45 A cette broche, qui est supportée par les paliers 46 et 47, est claveté un engrenage 48, engagé lui-même avec une crémail- lère 49. Les extrémités de la crémaillère 49 sont connectées respective- ment aux pistons 50 et 51, travaillant dans des cylindres hydrauliques 52 et 53 dans lesquels l'huile sous pression peut être introduite à volonté, ce qui fait pivoter l'arbre 45 autour de son axe vertical, en même temps que l'appareillage qui y est monté.
Lé châssis est équipé de roues à dents 54 et de chenilles 55.Le siège du conducteur, duquel peuvent être actionnées toutes les commandes, est représenté en 56 (voir figure 9). Ces parties de l'équipement peuvent être construites d'une. manière conventionnelle, et ne font pas partie de la présente invention,
Dans le cas de la forme de construction venant d'être décrite, la tête coupante de la machine consiste en deux organes porte-outils tour- nant en sens inverse, et en un dispositif' pour les entraîner. A l'extré- mité supérieure de l'arbre 15 est fixée une roue d'engrenage conique 57 (voir figure 4a) qui entraîne deux engrenages coniques 58 et 59 disposés face à face.
Les axes 60 de chacun des deux engrenages coniques 58, 59 sont disposés de manière à ce que leurs axes géométriques forment avec l'axe x-x de l'arbre de transmission, vers l'avant, dans le plan du des- sin, un angle Ó qui soit inférieur à 90 Chacun des deux engrenages coni- ques 58 et 59 peut tourner, par l'intermédiaire des roulements à billes 62 et 63, dans un logement 61 couplé rigidement au manchon 18 Entre les deux logements 61 est prévu un élément d'écartement 64 A l'extrémité de cha- cun des deux axes 60 est fixée une enveloppe 65 en forme de calotte sphéri- que, chacune de ces calottes comportant un moyen 66 Les calottes 65, qui, dans les exemples représentés, sont hémisphériques, sont en acier coulé et sont équipées, dans le présent exemple, de quatre groupes d'éléments coupants.
Chaque groupe d'éléments coupants comporte cinq ciseaux 67 ( voir figure 4b) qui sont fixés individuellement dans une cavité de la ca- lotte hémisphérique, de préférence de façon amovible. Dans ce but, chacun des couteaux est monté dans un bossage surélevé 68, et maintenu en place à l'aide d'une vis 69. Les couteaux de chacun des différents groupes sont disposés selon des lignes courbes, de telle sorte qu'au cours de la rota- tion des calottes hémisphériques deux couteaux travaillant consécutivement ne décrivent jamais la même trajectoireo En d'autres mots, les couteaux sont décalés l'un par rapport à l'autre dans le sens de la longitude de 1' hémisphère, de manière à ce qu'au cours de la rotation, pratiquement l'en- tièreté de la surface hémisphérique 70 soit balayée par les couteaux.
Le déplacement relatif,'ou décalage.des couteaux est représenté à la figure 4b, dans laquelle quatre éléments coupants 71, 72, 73 et 74 sont disposés à des distances progressivement croissantes de l'axe de rotationo Les autres éléments coupants sont disposés de façon similaire.
L'inclinaison des axes T - T par rapport à l'arbre 17 présente de nouveau l'avantage qu'à l'avant, c'est-à-dire vers la face attaquée, l'in- tervalle a entre les bords des calottes hémisphériques peut être rendu si faible qu'aucun bourrelet ne reste subsister dans le charbon ou autres mine- rais constituant la face attaquée, tandis que d'autre part, du côté opposé de l'organe de coupe, il reste suffisamment de place pour loger la roue d' engrenage conique 57 servant à l'entraînement.
Les deux calottes sphériques 65 sont montées sur les membres 61 avec seulement un jeu très réduit entre elles, dans lequel est situé l;é lément 64, lequel est fixé rigidement aux deux moitiés du logement 61 et au manchon 18 Cette disposition confère à la tête coupante, considérée de l'extérieur, l'allure d'un ensemble enfermé, ayant approximativement la for- me d'une sphère, dont la moitié avant, présentée à la face à attaquer, ef- fectue l'opération de coupe comme un outil unique.
Les éléments coupants qui dépassent de cet outil, circulent selon des trajectoires longitudinales circulaires, dans la surface approximativement sphérique 70 indiquée sur les
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figures par un trait de chainette et l'intervalle a, à l'endroit où les deux plus grands cercles décrits par les extrémités des éléments coupants sont les plus voisins l'un de l'autre, est si petit que le minerai trai- tée et en particulier le charbon, ne peut pas demeurer à cet endroit sur la face attaquée, pour constituer sur celle=ci une arête ou un bourrelet, mais qu'il est détaché de la face attaquée du fait des chocs résultant de Inaction latérale des couteaux.
Grâce au fait que les deux calottes 65 tournent en sens opposée les efforts de réaction qui naissent pendant l'opé- ration de coupe s'équilibrent mutuellement, de sorte que la tête coupante n'est soumise à aucune force qui tendrait à la déplacer. Lors d'essais pratiques réalisés avec des équipements comportant des calottes d'un ray- on de 200 mm et pour une vitesse de coupe de 8m/sec pour l'élément coupant décrivant le cercle le plus grand, on a obtenu en moyenne un abattage de 0,58 à 0,70 tonnes par minute pour du charbon de dureté moyenne avec gan- gue calcareuse dure, la puissance à l'outil étant de 24 à 26 HP De plus, on a remarqué que la production peut être accrue,
ou encore que le travail peut être facilitée en montant la tête coupante sur l'arbre support 14 de telle manière que le plan défini par les deux axes T - T des calottes sphériques ne soit pas'verticale mais soit incliné par rapport à la verti- cale, de préférence sous un angle de 45
Dans une autre forme de construction de la machine d'abattage, re- présentée aux figures5 et 6 18 équipement est à nouveau assemblé sur un châssis circulant sur des chenilles à chaîne sans fin.
La tête coupante 75 est construite similairement à celle représentée aux figures 3 et 4 et consiste essentiellement en deux organes porte-outils hémisphériques équipés d'éléments coupants du type représenté aux figures 3 et 4a Le bras-support . consiste en un membre tubulaire 76 qui dans le cas présent est attaché à un logement 77 pour constituer une enveloppe rigide continue abritant le mo- teur d'entrainement 78 ainsi que l'arbre de coupe 80 qui est connecté di- rectemetn à 1-'arbre 79 du moteur.Le moteur d'entraînement 78 et la trans- mission vers la tête coupante sont donc complètement enfermés et protégés contre la poussière. Le logement'77 est fermé à l'arrière par un couver- --le 81 étanche à la poussière.
L'enveloppe constituée par le membre tubu- laire rétreint 76 et le logement 77, estdimensionnée de telle sorte qu'el le soit capable de supporter, sans subir de déformations,\) les efforts ré- sultant de la coupe du charbon ou des minerais, et les moments fléchis- sants qui en résultent, et constitue l'organe raidisseur du dispositif.
Toutes les forces de réaction et moments fléchissants qui en résultent sont repris par cette enveloppe, qui est construite en conséquence, de manière a présenter une grande résistance,
L'appareil est actionné hydrauliquement, d'une manière similaire à celle décrite en se.référant aux figures 3 et 4, c'est-à-dire qu'il est disposé de manière à pouvoir pivoter autour de deux axes situés à angle droit 1-'un par rapport à l'autre. Un de ces axes.' disposé horizontalement, est défini par deux tourillons 82 disposés sur les côtés opposés du loge- ment 77 à l'aide desquels le logement 77 peut pivoter dans deux bras-sup- ports 83 qui sont inclinés vers l'arrière et sont attachés à une pièce transversale 84.
Cette pièce transversale est munie d'un pivot central 85 monté sur les roulements à billes 87 du châssis 86 Un engrenage 86, engre- nant avec une crémaillère 89, est clavetée sur le pivot 85. Les extrémités de la crémaillère 89 sont solidement raccordées à des pistons travaillant dans les cylindres hydrauliques 90 et 91 disposés de part et d'autre du châssis d'une manière similaire à celle utilisée dans la forme de cons- truction représentée aux figures 3 et 4. Les déplacements de la tête cou- pante autour du pivot vertical s'effectuent en contrôlant de façon appro- priée le fluide sous pression amené aux cylindres.
Pour obtenir les dépla- cements de la tête coupante autour de l'autre axe, une seconde paire de cylindres hydrauliques 92 et 93 est prévue de part et d'autre du logement 77 Les cylindres 92 et 93 sont montés de manière à pouvoir pivoter autour des axes 94, situés de part et d'autre des bras-supports 83, les pistons étant connectés solidement au logement 77 aux points 95.Les mouvements
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de ces pistons relèvent le bras de la tête coupante. Les déplacements de la tête coupante en sens inverse s'effectuent par gravité. Les organes de'com- mande des déplacements dû châssis et des différents cylindres hydrauliques ne sont pas représentés sur les figures, puisqu'ils ne font pas partie de l'invention.
La disposition représentée aux figures 5 et 6 convient particuliè- rement bien pour la coupe selon profil, but pour la réalisation duquel le guidage de la tête coupante peut être effectué automatiquement à l'aide d' un gabarit.
Dans ce but,un cadre 96 est monté rigidement sur le châssis ayant une arête de guidage 97 dont la forme correspond au profil à découper, le- quel, dans l'exemple considéré, correspond à la section transversale de la galerie de mine. Un galet tournant 99, monté sur un bossage 98 du couvercle 81 du logement 77, porte sur l'arête de guidage 97 lorsque le logement est dans la position appropriée grâce à une commande appropriée des cylindres hydrauliques 90, 91 92 et 93; le galet 99 est constamment pressé contre l'arête de guidage 97 pendant les mouvements du logement 77 et circule tout le long du gabarit, comme indiqué par la flèche 106. La tête coupan- te est donc conduite de manière à décrire un profil d'une forme similaire à celle du gabarit, mais à échelle plus grande.
Il est préférable de com- mencer l'opération de coupe dans le coin inférieur droit ou gauche du pro- fil à découper.. c'est-à-dire avec le galet de guidage 99 dans la position A ou la position B du gabarit, et de couper d'abord la partie horizontale du profil. En utilisant une tête coupante de 400 mm de diamètre par exemple, il est possible de couper dans le charbon jusqu'à une profondeur de 0,5 à 1 mètre. Pendant que la tête coupante circule autour du profil à découper, la masse entière de charbon comprise à l'intérieur du profil s'écroule gé- néralement ou peut facilement être disloquée.
'Les figures 7 et 8 représentent une forme de construction de la tête coupante dans laquelle la tête 75 est capable d'un mouvement de rota- tion autour de l'axe x-x de l'arbre-support 76. Dans ce buts la tête 75 est fixée sur un arbre creux 100 pouvant tourner dans l'organe tubulaire 76. Un organe annulaire 101 dont une portion 102 de la circonférence cons- titue une vis sans fin attaquée par une vis tangente'104 tourillonnant dans un logement 103 fixé au bras-support 76 est attaché rigidement sur cet arbre. La tête coupante peut être réglée angulairement à l'aide d'une clé que l'on place sur la partie carrée 105 de l'axe de la vis tangente.
Un réglage angulaire atteignant 90 est suffisant.
En raison de la capacité d'extraction élevée que l'on peut ob- tenir avec la machine d'abattage décrite, il est avantageux de combiner celle-ci avec un convoyeur mécanique qui peut être d'un type connu, dans le but d'évacuer en permanence les minerais abattus.