Machine pour l'excavation de tunnels ou de puits. Cette invention- est relative aux machines pour l'excavation de tunnels ou de puits, du type de celles qui sont commandées automa tiquement: Ces machines comportent généra lement un outil usant par frottement ou cou teau susceptible d'enlever la matière à per cer et qui enlève la surface complète de l'ex trémité du tunnel ou puits, de façon à per mettre à la machine de se déplacer régulière ment vers l'avant, pendant que la. matière désagrégée est enlevée.
L'outil ou couteau est monté sur un arbre pivoté universelle ment qui est commandé de manière à, dépla cer l'outil sur la. surface à désagréger de fa çon que toutes les parties de cette surface soient successivement attaquées, dans les li mites du déplacement de l'outil. Dans la.
foi-me de réalisation des m.aehines mention nées ci-dessus, ledit bras (désigné par la suite par bras support d'outil ou bras mobile) est déplacé suivant une trajectoire ou trajet en spirale, à, une vitesse angulaire constante et il en résulte qu'au fur et à mesure que l'outil s'approche de la position centrale ou de rayon d'action minimum, la vitesse linéaire dudit bras diminue.
Il en résulte que le nombre de secousses données par l'outil par unité de longueur du déplacement est moindre pour le rayon d'action maximum et aug mente au fur et à mesure que le rayon d'action décroît pour atteindre un maxi mum pour le rayon d'action minimum; la, conséquence de ce qui précède réside dans le fait que la matière est énlevée au voisinage du centre du tunnel sur une plus grande étendue qu'à la. périphérie pen dant la première coupe, et donne à la face travaillée du tunnel la forme d'une parabole;
il est ensuite nécessaire avant que la machine puisse être avancée d'amener la surface tra- vaillée du tunnel à. la forme concave sphé rique, en déplaçant le bras support d'outil ou bras mobile de façon à amener l'outil à tra vailler plusieurs fois sur la partie extérieure de la face travaillée. Ceci entraîne une perte considérable de temps de travail effectif ,de la. machine.
Le but & la. présente invention est d'égaliser l'action de l'outil sur la surface complète de façon que le travail avance à une vitesse régulière dans la direction voulue, toutes les parties de la, surface étant enle vées sur la même profondeur à chaque cycle complet du mouvement, & manière à suppri mer la perte mentionnée ci-dessus du temps de travail effectif @de l'appareil.
-Suivant l'invention, des moyens soit pré vus pour guider automatiquement l'outil sur la surface de l'ouvrage de manière telle que le produit de la vitesse linéaire de l'outil par sa surface active soit sensiblement constant, de façon qu'un volume de matière approxi mativement constant soit traité par unité de temps. Dans ce but, l'outil peut être formé de façon que sa surface active soit constante pendant toute la durée de l'opération, auquel cas la vitesse linéaire dudit outil est ren due constante 'ou sensiblement telle, c'est-à- dire que la vitesse de rotation de l'outil, au tour de l'axe idu mouvement, est rendue in versement proportionnelle au rayon du mou vement.
Pour communiquer le mouvement voulu à l'outil sur la surface, dans le cas d'une vitesse linéaire constante, la trajectoire utili sée peut être en spirale avec une variation constante @de la vitesse angulaire du mouve ment inversement proportionnelle à la dis tance de l'axe" central; c'est-à-dire que la vitesse angulaire est minimum à la périphé rie et maximum au ou près du centre.
Au lieu de communiquer un déplacement en spi rale à. l'outil, on peut lui communiquer un mouvement circulaire de vitesse linéaire constante, l'outil, à la fin -de chaque cercle, étant déplacé vers l'intérieur ou vers l'exté rieur d'une distance déterminée pour exé cuter une seconde coupe circulaire; les cer cles complets successifs sont parcourus à une vitesse angulaire qui varie,à chaque change ment ode cercle pour donner une vitesse de rotation variable inversement sui- vant le rayon.
L'outil peut suivre toutefois tout autre trajet continu approprié de façon à couvrir la face complète du tunnel ou trou avec un contrôle approprié qui donne une vitesse linéaire constante.
Pour amener l'outil à suivre le trajet voulu à une vitesse angulaire inversement proportionnelle au rayon du trajet, un appa reil de réglage automatique peut être utilisé, cet appareil communiquant à l'outil la vi tesse linéaire requise soit en faisant varier la. vitesse du moteur, soit en interposant lin dis positif -à. vitesse variable entre le moteur et la partie qu'il entraîne.
La forme de réalisation préférée pour la. commande du trajet & l'outil comporte un organe rotatif muni .d'une fente ou guide radial dans lequel repose un bloc coulissant. relié de façon pivotante .à un prolongement du bras support d'outil, le bloc coulissant étant relié au maneton d'une manivelle. La dite manivelle et ledit organe rotatif sont entraînés en rotation à -des vitesses différen tes, de sorte que la liaison audit prolonge ment se,déplace radialement et lentement au fur et à. mesure que la manivelle tourne, cha que tour de ladite manivelle amenant l'outil à accomplir un mouvement de cycle complet sur la surface à travailler, le rayon @du tra jet dépendant de la position du bloc coulis sant dans la. fente ou guide.
Aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple: La fig. 1 est une vue de côté -de la partie vant d'une forme d'exécution de la machine .<B>a</B> suivant l'invention, la. machine étant repré sentée en position dans un tunnel; La, fig. 2 est une vue de côté de la partie arrière de ladite machine.
La fig. â est une vue de profil correspon- ,dant à. celle de la fig. 1; La fig. 4 est un plan de fig. 1; La. fig. 5 est un plan de fig. 2; La fig. 6 est une vue en coupe montrant la forme de réalisation préférée du dispositif de réglage mécanique de la trajectoire de l'outil représenté aux figures précédentes;
La fig. 7 est une vue ide côté: de la fig. 6 en regardant de la gauche; La fig. 8 est un schéma représentant les trajectoires en spirale de la liaison au bras .support d'outil des fig. 6 et 7; La fig. 9 est une vue en coupe d'une va riante de la, fig. .6-; La fig. 10 est un schéma montrant un dispositif pour faire varier automatiquement la vitesse angulaire de l'outil;
La fig. 11 est une vue analogue à celle de la fi-. 10 montrant une disposition r3:iffÉ- rente; Les fig. 12 et 13 sont des vues, respecti vement en coupe et de face, -de l'outil repré senté à la fig. 1; La fig. 14 est une vue extrême en éléva- tion-coupe montrant la façon dont le bras support d'outil ou bras mobile est pivoté de manière universelle;
Les fi-. 15 et 16 sont des vues, respec tivement de côté- et en plan, montrant en ;dé tail la construction et la .disposition des con duites représentées aux fig. 1 et 4, et La fig. 17 est une vue à plus grande échelle d'une partie de la fig. 4, montrant certains -détails non représentés dans cette dernière figure.
En se reportant aux fig. 1 à 5, la ma chine excavatrice est montée sur une plate forme A munie de roues Al, mobiles sur des rails AZ qui peuvent être montés par tron çons, au fur et à mesure que le tunnel s'al longe, les tronçons pouvant être transportés de l'arrière à l'avant, ou le rail étant con servé et prolongé chaque fois qu'une lon gueur appropriée de tunnel a été déterminée, par exemple chaque fois que le tunnel a été creusé de 1 m 2.0 environ.
Ladite machine comporte un bras support d'outil ou bras mo bile B pivoté universellement sur des bras B2. situés sur la plateforme A, ce bras étant muni à son extrémité avant de l'outil émiet- teur ou couteau B3 qui est du type à percus sion et est actionné par fintermédiaire d'un liquide qui est débité à travers un système de conduites approprié, par des générateurs C, C entraînés par un moteur Ci.
Le mon- tage à pivot universel du bras B est effectué au moyen d'une armature Bl qui comporte des tourillons transversaux b' montés de fa çon pivotante dans des supports B2, cette ar mature comportant un axe pivot b2 sur le quel le bras B peut osciller latéralement. Ce montage est représenté en détail à la fig. 14.
Le moteur C1 et les générateurs C sont por tés par une plate-forme avec roue C' mobile sur les rails A2, et reliée à la partie arrière de la plate-forme avec roues A.
Le liquide envoyé par pulsations par lesdits générateurs est conduit par les conduites<B><I>C',</I></B> C'-, <B><I>C5.</I></B> les conduites C3 et C' étant connectées ou reliées de façon flexible .à. la conduite intermédiaire C4. Etant donné que le liquide doit passer de la conduite fixe C' à la chambre de tra vail de l'outil située dans le bras B qui, comme on l'a.
déjà ,dit, a un mouvement uni versel et comme une liaison complètement flexible est impropre, la liaison entre la con duite C5 et une conduite Cs allant à la cham bre de travail de l'outil est effectuée au moyen d'une paire de joints rotatifs disposés à angle droit, l'un par rapport à Vautre, et reliés par une conduite courbe C'. Cette dis position constitue un joint universel à l'exté rieur @du joint universel -du bras support. d'outil.
Cette disposition est représentée en détail aux fig. 15 et 16 dans lesquelles C7x fait partie de la conduite C', en ligne ave-.,# l'axe des tourillons F, et est disposé de fa çon rotative par rapport à. la partie avant de la. conduite fixe C5, lesdites parties étant maintenues en position par un collier C8;
l'autre extrémité de la conduite CT et l'extré mité arrière de la conduite Cs sont aussi reliées entre elles de manière telle qu'un mouvement angulaire relatif peut se produire autour d'un axe situé en ligne avec l'axe-pi- vot b2 précité, lesdites extrémités des con duites étant maintenues en position par un collier C3.
La. partie arrière ou prolongement du bras support d'outil B est muni d'un contre poids B4 qui peut être convenablement cons titué par une série de disques en plomb mon tés sur des axes et maintenus en position par un chapeau vissé. L'extrémité arrière du prolongement du bras support d'outil porte, de façon coulissante, un organe en forme de bille B' maintenu librement dans une portée D formée dans un bloc Dl.
Ce bloc (voir fig. 6 et 7, est monté de façon à glisser dans ,des guides radiaux D=, prévus dans un or gane rotatif' D3, ce bloc étant muni d'une fente D'x qui reçoit un petit bloc d' relié à un maneton D4 situé. sur un disque D'. Ledit organe D3 comporte un arbre creux Dix et le disque D' est muni d'un arbre D'x monté de façon rotative dans ledit arbre creux.
Le dit arbre creux porte une roue à vis Y en grenant avec une vis sans fin D' qui est montée sur un arbre D7x entraîné de toute façon appropriée (par exemple à l'aide d'une courroie DTx et ,des poulies e, d8) par un mo teur de commande Da porté par la plate- forme avec roues A.
L'arbre creux porte une roue d'engrenage d3 et l'arbre intérieur D'x porte une roue d'engrenage d' ayant une ou deux dents de plus ou une ou deux dents de moins que la roue d'engrenage d@; ces roues d'engrenage engrènent avec des roues d'engre nage correspondantes d'x, d x reliées à un ar bre de couche Dg.
De cette manière, lorsque l'arbre creux Dix est entraîné en rotation par le moteur D8, l'organe D3 tourne et le bloc coulissant D1 est animé d'un mouvement ra dial, ,de sorte que l'organe en forme de bille B' est animé d'un mouvement avant une tra jectoire en spirale.
La fig. 8 montre cette trajectoire en spirale, les lignes en trait plein représentant la trajectoire du mouvement occasionné par le déplacement angulaire de l80 du plateau manivelle D' autour de son axe, < à, partir de la, position représentée aux fig. 6 et 7, les lignes en pointillé représen tant la. trajectoire du mouvement occasionné par le déplacement angulaire d'encore 180 dudit plateau pour le ramener à sa position initiale.
Dans la. variante de construction repré sentée .à. la fig. 9, l'a roue d'engrenage d' est reliée comme précédemment de façon riedë à l'arbre creux.D3x, mais la roue d'engrenage d' est montée folle sur l'arbre intérieur D'x, un double organe d'embrayage Yx étant cla- veté de façon coulissante sur l'arbre D"x en tre lesdites roues d'engrenage.
Lorsque cet organe d'embrayage est déplacé vers la droite et est amené en prise avec la. roue d'engrenage d', les divers organes fonction nent à la. manière décrite. 1-1u contraire, lors que ledit organe d'embrayage est déplacé vers la gauche -t est amené en prise ave^ la roue d'engrenage d', les arbres Dix et D'x sont embrayés ensemble et le bloc coulissant:
D1 est maintenu fixe dans ses guides Y et le mouvement de l'organe en forme de bille I3' (et par suite le mouvement de l'outil B3) est circulaire. Lorsque l'organe d'embrayage D x est déplacé au point mort représenté à la fig. 9, le bras support d'outil B peut être réglé dans une nouvelle position angulaire pour couper suivant une trajectoire circulaire de diamètre différent.
Pour faire avancer la plate-forme A, au fur et à mesure que chaque couche de terre est désagrégée, un prolongement E s'éten dant vers l'arrière de l'arbre D'x entraîné par le moteur D8 à. l'aide -des roues d'engre nage d', d@x, d', D'x est muni d'une vis sans fin E1 engrenant avec une roue à vis Ez por tant une came E3 qui, à.
.chaque demi-cycle complet, correspondant .à une opération com plète de .l'outil sur la face de l'ouvrage, agit sur un galet E''x situé sur une barre de com pensation E4. portée par les extrémités ar rière de leviers à ressort E';
les extrémités avant de ces leviers portent des cliquets Ee. en prise avec- des roues à. rochet E7, qui en traînent un arbre E'rx portant, < i. ses extré mités, des pignons Eg. Ces pignons engrè nent avec des roues dentées EBx, qui agissent sur 'les crémaillères Es, situées à l'intérieur des rails AZ. Les détails de ce mécanisme sont représentés .à. la fig. 17. En dégageant les cliquets E , l'avance est arrêtée.
Les deux rails A2 et les crémaillères E9 sont montés sur des chaises portées par des barres qui sont courbes, lorsqu'on creuse un tunnel courbe. Les chocs qui se produisent pendant, le travail .de l'outil peuvent être absorbés par deux genouillères Ex en prise avec, la. voûte du tunnel et par des cales placées sous les roues -.' @de la plate-forme A.
Pour l'enlèvement de la matière désagré gée, on utilise un transporteur du type à plaques-pousseuses comprenant un nombre considérable de plaques articulées F qui sont portées par des organes F', animés d'un mou vement alternatif et disposés dans .des guides situés à la partie inférieure de la plate-forme _A. Pendant le mouvement vers l'avant, ces plaques sont libres d'osciller en arrière de fa çon à passer au-dessus de la matière située en face d'elles, tandis que pendant leur mou vement vers l'arrière, les plaques attrapent la matière et la raclent vers l'arrière.
Le transporteur peut être établi en plusieurs tronçons suivant la longueur du tunnel à per cer et peut, ensuite, délivrer la. matière à un transporteur à courroie pour l'enlèvement définitif. Les organes à course alternative F' du transporteur sont commandés par un moteur F2 porté par la plate-forme A au moyen d'un vilebrequin F3 et une bielle F4, ledit vilebrequin étant entraîné, de préférence, -par l'intermédiaire d'une courroie F', des poulies FE, F' et d'un réducteur de vitesse comme représenté aux fig. 2 et 5.
Les débris ou déblais sont enlevés automatiquement de la partie inférieure de la. face de l'ouvrage par un racleur G qui les délivre au trans porteur. Le racleur est monté sur l'extrémité avant d'un châssis ou organe lourd G' com portant des galets GZ qui, lorsque le racleur est déplacé vers l'avant sur le tas de déblais, soulève des organes inclinés Gg (pivotant en G3x sur la partie avant de la. plate-forme A) jusqu'à ce qu'ils passent le sommet du tas, endroit auquel le racleur est proche de la face de travail.
Le racleur et le châssis lourd descendent ensuite brusquement et le racleur pénètre dans le tas de déblais et lors du mou vement de retour du châssis entraîne les dé blais sous l'extrémité avant -du transporteur qui les porte au loin, les galets GZ passant au-dessous -des organes G' qui oscillent au - tour de leurs pivots G3x pour permettre aux - galets G2. d'atteindre leur position initiale et d'être ;prêts à effectuer la. course suivante vers l'avant.
Le racleur est actionne par une came G' se déplaçant avec ledit organe D3 et agissant sur un levier G' relié au châssis du racleur, le mécanisme étant réglé de fa çon que lorsque le racleur est dans sa posi tion avant, il se trouve près de l'outil B'.
L'outil B3 a une face sensiblement plate ou une face courbe appropriée à la courbure de la face de travail du tunnel, et afin d'at teindre l'objet indiqué précédemment, c'est- à-dire afin d'assurer que le produit de la vi tesse linéaire de l'outil et de sa. surface active soit constant, il est. nécessaire, dans le cas où la surface active de l'outil est toujours la. même, ,de faire varier la. vitesse angulaire -de l'outil de façon qu'il ait une vitesse li néaire constante.
Ce résultat est réalisé, sui vant les fig. 1 et 10, en faisant varier auto matiquement la vitesse du moteur D8. Dans le cas d'un moteur électrique, l'élément mo bile d'une résistance variable appartenant au moteur et contenue dans une enveloppe' d" est écarté de toute manière appropriée de l'arbre creux Dix de la. fig. 6 de façon à aug menter progressivement la vitesse du moteur au fur et à. mesure que le rayon d'action dti bras support d'outil B diminue.
Dans l'exem ple représenté, ledit élément mobile est relié à un organe d' actionné par un arbre coudé d' qui est entraîné depuis l'arbre creux D3'= par une transmission d x de rapport appro prié dépendant du nombre -de spirales décri- ies par l'outil pendant chaque cycle d'opéra tions. Un résultat similaire est obenu à. la fig. 11 en entraînant l'arbre creux Dix de puis le moteur Da par une courroie D et des poulies coniques D x et D' .
La courroie est déplacée dans différentes positions sur les dites poulies au moyen d'un organe d' ac tionné par l'arbre coudé d' , comme indiqué précédemment. Lorsque la courroie est dans la position représentée, l'arbre Dix est en traîné à. la. -vitesse maximum correspondant au rayon d'action minimum de l'outil et au fur et à. mesure que ce rayon d'action aug mente, la vitesse de l'arbre est diminuée étant donné que la courroie Y est déplaeée de façon ,à. venir sur. une partie plus large de la poulie D'x et sur une partie plus étroite de la.
poulie Dl . En déterminant de façon ap propriée l'angle de conicité des poulies, on peut obtenir que la vitesse linéaire de l'ou til soit constante, ce qui est nécessaire comme on l'a expliqué plus haut. Tout autre dispo sitif approprié peut être utilisé pour faire varier la vitesse de l'arbre Dix, par exemple par des engrenages elliptiques.
Dans la construction particulière de l'ou til représenté aux fig. A et 13, la. surface active est formée par une série de coins sen siblement annulaires et tranchants ou arêtes angulaires b3 avec des fentes profondes ra diales ou diamètrales bsx qui servent pour évacuer la. matière désagrégée et qui se termi nent par des entailles périphériques par les quelles s'échappe la matière. Les angles des fentes et des arêtes sont calculés suivant la. nature du terrain.
Les fentes d'évacuation radiales peuvent être alternativement de pro- forLdeurs différentes. L'outil est également muni d'un bord périphérique coupant ou usant par frottement B3x en rendant coni que la face périphérique de l'outil et en pro longeant les fentes radiales à travers la face périphérique. Le bord ainsi formé 'agit sur la face périphérique du tunnel ou puits lors que l'outil est au bord de son travail.
Le tunnel percé peut être de section cir culaire, elliptique ou de tout autre section transversale suivant le réglage de l'outil. L'action peut être effectuée angmlairement par rapport à. la direction du tunnel, auquel cas une opération circulaire du couteau don nera un tunnel elliptique et les parois du tunnel pourront recevoir la. totalité ou une partie du choc résultant de l'opération, ce qui aura pour effet d'isoler la. machinerie de ce choc. Un angle d'environ 45 pourra être utilisé -dans ce but.
On pourrait aussi prévoir une machine dans laquelle la surface active de l'outil va rie suivant une loi déterminée, par exemple de façon à pouvoir maintenir la, vitesse angu laire constante. Dans ce cas, la vitesse li néaire de l'outil ne serait plus constante, mais son produit par la surface active.