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" Mécanisme élargisseur de galeries applicable aux machines per- foratrices "
L'invention concerne un mécanisme élargisseur de galeries applicable à des machines perforatrices et au moyen duquel on arrive à simplifier le système de creusement de gale- ries en utilisant des moyens qui permettent l'emploi de forets
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de diamètre normal pour réaliser des galeries de diamètre plus grand; ce mécanisme est applicable aux galeries horizontales ou inclinées et en particulier au creusement de galeries de grandes dimensions.
Comme on le sait, le creusement des galeries se fait actuellement au moyen de forets extensibles auxquels on ajoute un tronçon après l'autre jusqu'à atteindre la longueur de creusement désirée.
Ces forets font partie de machines qui leur impriment leur mouvement rotatif et celui d'avance, généralement grâce à des vérins hydrauliques qui s'appuient ou s'ancrent sur des plates-formes disposées convenablement en face de l'embouchure de la galerie. Ainsi, il se produit dans l'axe des forets des efforts de compression et de torsion, ce qui limite évidemment les longueurs à percer.
Pour percer des galeries de grandes dimensions, on ne peut pas utiliser ce procédé et il faut des machines spécia- les de prix de revient très élevé, composées d'une fraise de grande dimension et d'un équipement tracteur muni de griffes hydrauliques qui se fixent aux parois de la galerie, ainsi que d'un système d'extraction des matériaux déplacés ou déblais.
Le principe de la disposition suivant l'invention est qu'une fois le creusement réalisé avec un foret normal, un mécanisme qui s'accouple à l'extrémité de son axe et qui comporte des couteaux 'effectue un mouvement angulaire diffé- rent de celui de l'axe porteur du foret et de préférence en sens opposé, sous l'impulsion d'une transmission reliée à l'axe porteur du foret ou grâce à un moteur indépendant de celui-ci.
Le mécanisme est disposé dans une carcasse ou enveloppe qui a une adhérence suffisante aux parois de la galerie percée pour immobiliser en rotation l'ensemble mécanique sans empêcher l'a-
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vance longitudinale.
Avec cette disposition, on obtient les résultats suivants : - les couteaux supplémentaires prennent un mouvement longitudinal d'avance en sens opposé à l'avance normale du fo- ret, ce qui fait que l'axe de celui-ci travaille à la traction et non à la compression comme dans son travail normal de perfo- ration, et @ -lorsque le forêt tourne dans le sens normal de ro- tation, il constitue automatiquement un transporteur 'hélicoïdal des déblais produits par le travail des couteaux fondamentaux.
Ces déblais sortent par l'extrémité opposée à celle où est placé le mécanisme.
Le détail des parties que comprend le mécanisme dans sa forme de réalisation la plus simple est le suivant - un système de couteaux ou moyens rotatifs de creusement actionnés par un moteur indépendant ou une trans- mission accouplée à l'extrémité de l'axe du foret qui a un plus petit diamètre que l'enveloppe des couteaux, et qui tournent à une vitesse angulaire différente de celle de l'axe du foret et de préférence en sens opposé, ce mouvement étant le mouve- ment normal de rotation du foret; - un plateau fixe à couronne dentée dont sont soli- daires les couteaux ou moyens de creusement et qui fait partie d'un système planétaire dont le pignon central est solidaire de l'axe du foret;
- une enveloppe qui entoure le mécanismes dans laquelle sont fixés les coussinets d'appui, et qui comporte des moyens qui déterminent l'adhérence aux parois de l'orifice formé, de manière à fixer le système en rotation et à permettre aux couteaux ou moyens de creusement de tourner en sens opposé
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à celui du foret; - des moyens ou dispositifs solidaires de la car- casse placés à la partie postérieure du mécanisme et qui per- mettent de fixer l'extrémité des éléments de l'installation, par exemple des tubes ou câbles, qui sont entraînés lorsque le mécanisme avance.
Quand la machine munie du mécanisme suivant l' in- vention doit être appliquée à des excavations ayant un diamètre de plusieurs mètres, il est intéressant de disposer d'une gran- de force de traction et on apporte les modifications suivantes à la disposition décrite : - on utilise des moyens de traction indépendants de l'extracteur hélicoïdale qui appliquent les moyens'de 'extracteur creusement contre le front de taille en épargnant ainsi/l'effort qui en résulte, de sorte qu'il joue seulement son rôle d'extrac- teur de déblais;
- l'extracteur hélicoïdal est constitué par des tronçons que l'on accouple par des moyens de fixation appropriés et qui sont composés de deux parties en forme de demi-rond dont chacune présente la partie correspondante del'hélice, ces par- ties de chaque tronçon étant réunies par des moyens de fixation appropriés.
Les moyens de traction indiqués peuvent être des câbles d'acier logés à l'intérieur de l'axe tubulaire de l'extrac- teur, de sorte que celui-ci peut tourner parfaitement tandis que les câbles restent tendus ; - le système excavateur est constitué par un en- semble de moyens de creusement rotatifs ou fraises à mouvement indépendant, montés sur une tête élargisseuse qui est elle- même animée d'un mouvement de rotation, qui décrit des cercles concentriques à l'axe de la vis d'Archimède extractrice, avec une vitesse angulaire différente de celle-ci et de préférence
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en sens opposé? ces fraises sont actionnées par un moteur com- mun ou par plusieurs moteurs indépendants, par l'intermédiaire d'un système de transmission approprié.
Avec cette forme de réalisation, il est possible de monter le transporteur hélicoidal coaxialement aux éléments de traction et aussi de procéder au démontage du transporteur tronçon par tronçon selon l'avance du système excavateur.
Le système servant à faire des percements au moyen des mécanismes décrits possède de multiples applications très économiques . relativement à l'utilisation des machines connues; toujours dans le cadre de l'idée fondamentale qui est d'obtenir un effort de traction et d'entraînement de l'ensemble rotatif, disposé à l'extrémité du foret et entraînant simulta- nément, grâce à sa forme hélicoïdale, les déblais produits par celui-ci dans l'orifice pilote percé tout d'abord.
Dans le cadre de l'invention, on peut fabriquer des mécanismes élargisseurs de galeries présentant les formes et dimensions que l'on jugera adéquates et formés des matériaux que l'on jugera adéquats à l'application concrète dont il s'agita sans que ces modifications ni celles qu'on pourra apporter aux détails de présentation et d'organisation influent sur l'essen- ce de l'invention car les mécanismes élargisseurs de galeries que l'on fabriquera dans le cadre de l'idée générale exposée et avec ces modifications ne seront que des variantes comprises dans l'invention. c'est pourquoi les dessins annexés représentent uniquement des formes de réalisation sans aucun caractère limita- tif, présentées à titre d'exemple de réalisation pour illustrer la description.
La figure 1 est une vue longitudinale schématique d'un mécanisme conçu suivant l'invention et monté dans une per- foration horizontale;
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la figure 2 montre, en coupe diamétrale et en vue partielle, le détail de la partie gauche de la figure 1; la figure 3 montre, également sous forme schémati- que, la projection transversale du mécanisme et indique les positions relatives de l'axe de l'extracteur, des couteaux, des satellites et du plateau; la figure 4 montre aussi en coupe diamétrale la tête excavatrice avec éléments tracteurs indépendants du foret; la figure 5 est une coupe transversale du transpor- teur hélicoldal; la figure 6 montre, en vue latérale à échelle plus grande, la disposition du transporteur.
On décrira maintenant le mécanisme suivant l'inven- tion en se référant aux dessins :
Sur la figure 1, les hachures indiquent la poche dans laquelle est pratiquée la perforation qu'occupe le foret 5, et le mécanisme que l'on décrit est constitué par le moteur 7 avec lequel se meut l'axe 4 du foret 5, à l'extrémité duquel est relié l'élément d'impulsion duquel sont solidaires les cou- teaux ou éléments coupants 2. Le moteur 7 est monté sur un chas- sis qui s'appuie sur le front de l'embouchure dù conduit percé grâce à des vérins ou dispositifs équivalents 6.
Les tronçons de l'axe 4 sont accouplés de façon telle que son extrémité fasse saillie du côté opposé de la po- che percée, et snr cet axe est monté le mécanisme 1 qui entrai- ne les couteaux 2 de façon que leur vitesse angulaire soit dif- férente de celle de l'axe 4 qui se déplace dans le sens indiqué par.la flèche 3, de sorte'que les couteaux 2 fraisent la terre et que les déblais tombent vers l'extrémité du foret 5 qui joue le rôle d'un transporteur hélicoïdal et les transporte vers l'extrémité opposée où est monté le moteur 7, c'est-à-dire
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dans le sens 3.
Dans le détail de la disposition du mécanisme, sous la forme de réalisation représentée par les figures 2 et 3, les couteaux 13 sont par exemple solidaires de la bague 17 et du plateau 10, ou mieux, montés en porte-à-faux sur le plateau 10 qui présente une couronne dentée avec laquelle engrè- nent les satellites 18 qui engrènent également avec le pignon denté 20 qui se meut avec l'axe 15 du transporteur 16.
L'axe 15 est monté et guidé, axialement et radiale- ment, grâce à des coussinets prévus à la partie centrale du pla- teau 10 et dans la saillie tubulaire 19 de la pièce 9 fixée à la carcasse 8 qui est à son tour munie d'ailettes 11 ou éléments appropriés grâce auxquels elle adhère aux parois de la perfora- tion;..
Avec cette disposition, si l'axe 15 du transporteur tourne dans le sens indiqué par la flèche 14, ce mouvement se transmet, par les satellites 18, aux couteaux 13 qui tournent en sens opposé ainsi que le signale la flèche 12, figure 3, l'ensemble restant,fixe en rotation grce à la carcasse 8.
Dans leur mouvement, les couteaux 13 travaillent dans la matière de la poche percée, ils fouillent de façon usuel- le la terre de celle-ci, et les parties entraînées tombent à l'extrémité du transporteur 16 qui les entraîne dans le sens d'avance des couteaux. On évite ainsi des obstructions qui en- travent l'avance du dispositif.
On verra maintenant l'autre forme de réalisation ap- plicable à des excavations de plusieurs mètres de diamètre et dans laquelle l'entraînement de la matière de la poche est réalisé par plusieurs fraises excavatrices 25, figure 4, montées indépendamment sur la tête excavatrice 30, la traction (figures 5 et 6) de celle-ci étant assurée par des moyens indépendants,
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par exemple par les câbles 21 de l'extracteur hélicoïdal cons- titué lui-même par des tronçons accouplés à la longueur totale nécessaire et formés chacun de deux parties 23 et 33, symétriques diamétralement.
Le transporteur (figures 5 et 6) se compose des deux parties 23 et 33 réunies par des vis et constituant le corps tubulaire qui supporte les demi-hélices respectives 22 et 32. A l'intérieur du transporteur ainsi constitué sont logés les câbles 21 qui sont en nombre approprié et présentent les caracté- ristiques appropriées à l'effort de traction qu'il s'agit d'ap- pliquer.
Les câbles 21 (figure 4) sont ancrés à la tête exca- vatrice ou pièce porteuse 30 par un dispositif de fixation adé- quat 31 et.sont logés dans un corps tubulaire fixé au fond de cette tête et autour duquel tourne, à son tour, par l'intermé- diaire des coussinets correspondants, la couronne dentée 28 actionnée par les pignons 27, entraînés directement ou par l'in- termédiaire de transmissions appropriées par les moteurs 29 mon- tés sur le support 30.
La couronne 28 présente, du coté opposé aux pignons 27, une cavité renforcée par des nervures et qui loge les cous- sinets porteurs des axes des excavateurs rotatifs 25, ces axes portant à leurs autres extrémités des pignons qui engrènent avec un pignon central muni d'un orifice central qui laisse passer le corps tubulaire qui loge les câbles 21.
Avec cette disposition, sous l'effort de traction exercé sur le câble 21 dans .le sens indiqué par la flèche dans la partie gauche de la figure 4, le dispositif excavateur avan- ce dans ce même sens., L'ensemble rotatif de pignons étant parfai- tement isolé du front et protégé contre la projection possible des d6blais, habituellement de terre.
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En outre, à l'extrémité antérieure de cet ensemble rotatif, on peut disposer un accouplement 26, de préférence élas- tique ou même muni d'un dispositif à friction permettant de régler l'effort de torsion et dans lequel est fixée l'extrémité du transporteur hélicoïdale de sorte que celui-ci tourne soli- dairement avec l'ensemble, faisant avancer la matière extraite dans le sens de la flèche 24 afin qu'elle sorte par l'extrémi- té pour tomber comme indiqué en 34 et être extraite par un trans- porteur usuel, non représenté. Cet accouplement peut être l'élé- mentterminal d'un mécanisme réducteur ou multiplicateur de vi- ,' tesse avec ou sans inversion du sens de rotation du transporteur, ' selon ce qui sera approprié à chaque application.
Ainsi, les câbles fournissent la totalité de l'effort . de traction que l'on obtient au moyen d'un mécanisme approprié, par exemple d' un système hydraulique non représenté, tandis que le ou les moteurs 29 fournissent la force nécessaire à la ro- tation du système excavateur et du système extracteur.
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"Tunnel widening mechanism applicable to drilling machines"
The invention relates to a tunnel widening mechanism applicable to perforating machines and by means of which it is possible to simplify the tunnel digging system by using means which allow the use of drills.
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of normal diameter to create galleries of larger diameter; this mechanism is applicable to horizontal or inclined galleries and in particular to the digging of large galleries.
As we know, the digging of the galleries is currently done by means of extendable drills to which one adds one section after another until the desired digging length is reached.
These drills are part of machines which give them their rotary movement and that of advance, generally thanks to hydraulic jacks which are supported or anchored on platforms suitably arranged in front of the mouth of the gallery. Thus, compressive and torsional forces occur in the axis of the drills, which obviously limits the lengths to be drilled.
To drill large-sized galleries, this process cannot be used and special machines of very high cost price are required, made up of a large-dimension cutter and a tractor unit fitted with hydraulic claws which are attached. attach to the walls of the gallery, as well as an extraction system for displaced materials or cuttings.
The principle of the arrangement according to the invention is that once the digging has been carried out with a normal drill, a mechanism which couples to the end of its axis and which comprises knives' performs an angular movement different from that. of the bearing axis of the drill and preferably in the opposite direction, under the impulse of a transmission connected to the bearing axle of the drill or by means of a motor independent thereof.
The mechanism is arranged in a carcass or envelope which has sufficient adhesion to the walls of the pierced gallery to immobilize the mechanical assembly in rotation without preventing the a-
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longitudinal advance.
With this arrangement, the following results are obtained: - the additional knives take a longitudinal advance movement in the opposite direction to the normal advance of the forest, which causes the axis of the latter to work in traction and not to compression as in its normal perforation work, and @ -when the forest turns in the normal direction of rotation, it automatically constitutes a helical conveyor of the cuttings produced by the work of the basic knives.
These cuttings exit by the end opposite to that where the mechanism is placed.
The detail of the parts that the mechanism comprises in its simplest embodiment is as follows - a system of knives or rotary digging means actuated by an independent motor or a transmission coupled to the end of the axis of the drill bit. which has a smaller diameter than the envelope of the knives, and which rotate at an angular speed different from that of the axis of the drill bit and preferably in the opposite direction, this movement being the normal rotational movement of the drill; a fixed plate with a toothed ring to which the knives or digging means are integral and which forms part of a planetary system whose central pinion is integral with the axis of the drill;
- a casing which surrounds the mechanisms in which the bearing pads are fixed, and which comprises means which determine the adhesion to the walls of the orifice formed, so as to fix the system in rotation and to allow the knives or means digging to turn in the opposite direction
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to that of the drill; - Means or devices integral with the casing placed at the rear part of the mechanism and which make it possible to fix the end of the elements of the installation, for example tubes or cables, which are driven when the mechanism advances.
When the machine provided with the mechanism according to the invention is to be applied to excavations having a diameter of several meters, it is advantageous to have a large tensile force and the following modifications are made to the arrangement described: - traction means independent of the helical extractor are used which apply the digging extractor means against the working face, thus saving / the resulting force, so that it only plays its role of extrac - excavator;
- the helical extractor consists of sections which are coupled by suitable fixing means and which are composed of two parts in the shape of a half-round each of which has the corresponding part of the helix, these parts of each section being joined by suitable fixing means.
The means of traction indicated may be steel cables housed inside the tubular axis of the extractor, so that the latter can rotate perfectly while the cables remain taut; - the excavating system is constituted by a set of rotary digging means or cutters with independent movement, mounted on a widening head which is itself driven by a rotational movement, which describes circles concentric with the axis of the extractor Archimedean screw, with an angular speed different from this one and preferably
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in the opposite way? these cutters are actuated by a common motor or by several independent motors, via an appropriate transmission system.
With this embodiment, it is possible to mount the helical conveyor coaxially with the traction elements and also to proceed with the dismantling of the conveyor section by section according to the advance of the excavating system.
The system used to make holes by means of the mechanisms described has many very economical applications. in relation to the use of known machines; always within the framework of the fundamental idea which is to obtain a traction and drive force of the rotating assembly, arranged at the end of the drill and simultaneously driving, thanks to its helical shape, the cuttings produced by this one in the pilot hole drilled first.
Within the framework of the invention, it is possible to manufacture tunnel widening mechanisms having the shapes and dimensions which will be judged adequate and formed from the materials which will be judged adequate for the concrete application in question without these modifications or those that can be made to the details of presentation and organization influence the essence of the invention because the tunnel widening mechanisms that will be manufactured within the framework of the general idea exposed and with these modifications will only be variations included in the invention. this is why the appended drawings only represent embodiments without any limiting character, presented by way of exemplary embodiment to illustrate the description.
Figure 1 is a schematic longitudinal view of a mechanism designed according to the invention and mounted in a horizontal hole;
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FIG. 2 shows, in diametral section and in partial view, the detail of the left part of FIG. 1; Figure 3 shows, also in schematic form, the transverse projection of the mechanism and indicates the relative positions of the axis of the extractor, the knives, the satellites and the plate; FIG. 4 also shows in diametral section the excavating head with tractor elements independent of the drill; Figure 5 is a cross section of the helical conveyor; Figure 6 shows, in side view on a larger scale, the arrangement of the conveyor.
The mechanism according to the invention will now be described with reference to the drawings:
In FIG. 1, the hatching indicates the pocket in which the perforation occupied by the drill 5 is made, and the mechanism which is described consists of the motor 7 with which the axis 4 of the drill 5 moves, to the end of which is connected the impulse element of which are integral the knives or cutting elements 2. The motor 7 is mounted on a chas- sis which rests on the front of the mouth of the duct pierced by means of jacks or equivalent devices 6.
The sections of the axis 4 are coupled in such a way that its end protrudes from the opposite side of the perforated pocket, and on this axis is mounted the mechanism 1 which drives the knives 2 so that their angular speed is different from that of the axis 4 which moves in the direction indicated by the arrow 3, so that the knives 2 mill the soil and the cuttings fall towards the end of the drill 5 which plays the role of 'a helical conveyor and transports them to the opposite end where the motor 7 is mounted, that is to say
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in direction 3.
In the detail of the arrangement of the mechanism, in the embodiment shown in Figures 2 and 3, the knives 13 are for example integral with the ring 17 and the plate 10, or better, mounted in cantilever on the plate 10 which has a toothed ring with which the planet wheels 18 mesh, which also mesh with the toothed pinion 20 which moves with the axis 15 of the conveyor 16.
The pin 15 is mounted and guided, axially and radially, by means of bearings provided in the central part of the plate 10 and in the tubular projection 19 of the part 9 fixed to the carcass 8 which is in turn provided. fins 11 or suitable elements by which it adheres to the walls of the perforation; ..
With this arrangement, if the axis 15 of the conveyor rotates in the direction indicated by the arrow 14, this movement is transmitted, by the satellites 18, to the knives 13 which rotate in the opposite direction as indicated by the arrow 12, figure 3, the remaining assembly, fixed in rotation thanks to the frame 8.
In their movement, the knives 13 work in the material of the pierced pocket, they dig in the usual way the earth of the latter, and the driven parts fall to the end of the conveyor 16 which drives them in the direction of. advance of the knives. Obstructions which hamper the advance of the device are thus avoided.
We will now see the other embodiment applicable to excavations of several meters in diameter and in which the entrainment of the material of the pocket is achieved by several excavating cutters 25, FIG. 4, independently mounted on the excavating head 30. , the traction (Figures 5 and 6) thereof being provided by independent means,
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for example by the cables 21 of the helical extractor itself constituted by sections coupled to the necessary total length and each formed of two parts 23 and 33, diametrically symmetrical.
The conveyor (Figures 5 and 6) consists of two parts 23 and 33 joined together by screws and constituting the tubular body which supports the respective half-helixes 22 and 32. Inside the conveyor thus formed are housed the cables 21 which are in an appropriate number and have the characteristics appropriate to the tensile force to be applied.
The cables 21 (figure 4) are anchored to the excavator head or supporting part 30 by a suitable fixing device 31 and are housed in a tubular body fixed to the bottom of this head and around which, in turn, turns , by means of the corresponding bearings, the toothed ring 28 actuated by the pinions 27, driven directly or by means of suitable transmissions by the motors 29 mounted on the support 30.
The crown 28 has, on the side opposite the pinions 27, a cavity reinforced by ribs and which accommodates the bearing bolts of the axes of the rotary excavators 25, these pins carrying at their other ends pinions which mesh with a central pinion provided with 'a central orifice which allows the tubular body which houses the cables 21 to pass.
With this arrangement, under the tensile force exerted on the cable 21 in the direction indicated by the arrow in the left part of FIG. 4, the excavating device moves forward in this same direction., The rotating assembly of pinions being perfectly isolated from the front and protected against the possible projection of the cuttings, usually earth.
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In addition, at the front end of this rotating assembly, a coupling 26 can be placed, preferably elastic or even provided with a friction device making it possible to adjust the torsional force and in which the end is fixed. of the helical conveyor so that the latter rotates solidly with the assembly, advancing the extracted material in the direction of arrow 24 so that it exits at the end to fall as indicated at 34 and be extracted by a usual carrier, not shown. This coupling may be the final element of a reduction or speed multiplier mechanism, with or without reversal of the direction of rotation of the conveyor, as will be appropriate for each application.
Thus, the cables provide all of the effort. traction which is obtained by means of a suitable mechanism, for example a hydraulic system not shown, while the motor or motors 29 provide the force necessary for the rotation of the excavator system and the extractor system.