EP0670193A2 - Dispositif de préhension à mandrin expansible - Google Patents

Dispositif de préhension à mandrin expansible Download PDF

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EP0670193A2
EP0670193A2 EP95400218A EP95400218A EP0670193A2 EP 0670193 A2 EP0670193 A2 EP 0670193A2 EP 95400218 A EP95400218 A EP 95400218A EP 95400218 A EP95400218 A EP 95400218A EP 0670193 A2 EP0670193 A2 EP 0670193A2
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EP
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mandrel
gripping device
cavity
blades
piston
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EP95400218A
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Inventor
Jean-Pierre Georget
Christian Mignonat
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F C B
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F C B
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04G—SCAFFOLDING; FORMS; SHUTTERING; BUILDING IMPLEMENTS OR AIDS, OR THEIR USE; HANDLING BUILDING MATERIALS ON THE SITE; REPAIRING, BREAKING-UP OR OTHER WORK ON EXISTING BUILDINGS
    • E04G21/00—Preparing, conveying, or working-up building materials or building elements in situ; Other devices or measures for constructional work
    • E04G21/14—Conveying or assembling building elements
    • E04G21/142—Means in or on the elements for connecting same to handling apparatus

Definitions

  • the present invention relates to a gripping device for a handling machine comprising an expandable mandrel which is introduced into a hole or a recess of the object to be manipulated and then blocked in the latter by expansion.
  • Such a device can be used, in particular, for the handling of segments for lining tunnels.
  • the segments are concrete segments assembled to form circular rings which, placed end to end, constitute the finished wall of a tunnel. They must be transported from the starting well of the tunnel to the TBM by wagons, unloaded from the wagons, transported from the stopping point of the wagons to a placement device called an erector, then taken up by the erector to be put in position in the tunnel. There are therefore at least two successive grips to be made on each segment which must be carried out in a difficult ambient environment and in a limited space, reasons for which we seek to use solutions limiting human interventions.
  • Another solution is to use suction cups whose shape matches that of the underside of the segment. This solution is not safe because there is no positive grip on the segment.
  • expandable mandrels intended to be engaged in cylindrical holes have been used, constituted by blades or shoes arranged around a frustoconical central core whose axial displacement causes the spacing of the fingers or shoes.
  • This type of mandrel is not reliable because the connection with the object to be handled is ensured only by friction and is broken when the system which controls the movements of the core accidentally becomes inoperative.
  • the object of the present invention is to provide a gripping device with an expandable mandrel which is reliable, easy to use and does not require any manual intervention for its fixing on the object to be manipulated and its release.
  • the gripping device which is the subject of the present invention is characterized in that it comprises a mandrel constituted by a bell-shaped part the lower part of which is flared and formed by blades which can be radially stressed so that this lower part takes a cylindrical external shape by elastic deformation of the lamellae.
  • the mandrel is introduced into a cavity formed in said object and whose shape is complementary to that of the lower part of the unstressed mandrel.
  • the gripping device further comprises a locking piece which can be inserted into the mandrel, from below, and which maintains the blades in their relaxed position after its introduction into the cavity of the object to be handled.
  • the thickness of the blades decreases from their end to their root. Thanks to this design, the mandrel cannot be released from the cavity, after locking, even in the event of accidental failure of the control system of the locking piece.
  • the mandrel is fixed to the piston of a jack intended to be mounted on a handling device, and a tubular part, integral with the jack body and arranged coaxially with it forms a cylindrical housing in which the mandrel can be retracted by taking its cylindrical shape.
  • the piston of this first cylinder is integral with a second cylinder whose piston is provided with a sliding rod in an axial bore of the piston of the first cylinder and at the end of which the part is fixed lock.
  • Said tubular part can advantageously be used for centering the mandrel relative to the cavity which is to receive it.
  • provision will be made at the front of the cavity and coaxially with the latter, a cylindrical chamber whose diameter will be slightly greater than the outside diameter of said part and whose entry will be flared.
  • the cavity will be formed in the object to be handled during manufacture by molding or machining.
  • this cavity can be formed in an insert (insert) embedded in the material during molding.
  • This part will have the shape of a pot comprising an upper part in which will be formed the cylindrical chamber capable of receiving with a small clearance the centering part of the gripping device, and a lower part in which will be formed the cavity whose shape will be complementary to that of the lower part of the unstressed mandrel, the entry of this cavity having a diameter substantially equal to the inside diameter of the guide piece and its depth being greater than the height of the part of the mandrel which is there adjusts, so as to provide a housing for the locking piece.
  • the gripping device shown in the drawings is mounted on a chassis 8 constituting an element of a segment handling device in a tunneling machine, this chassis being mounted on a support structure integral with the shield of the tunneling machine so as to be able to rotate around the 'axis of the latter and to be moved radially to be able to set up the segments in the different positions they must occupy in the tunnel.
  • the gripping member proper which is called a "mandrel" in the description and the claims, consists of a bell-shaped piece 10 which is pierced with a hole at its top for fixing to an operating member and whose lower part, slightly flared, is formed of blades 11.
  • the elasticity of these blades and their spacing are sufficient for it to be possible to deform them and give the mandrel a cylindrical external shape when it is compressed radially.
  • the mandrel 10 is fixed to the lower end of a tubular piece 12 constituting the piston of a jack 14 mounted on the chassis 8 by means of a ball joint 16 making it possible to modify the orientation of the gripping device with respect to to the chassis.
  • the cylinder body 14 has a cylindrical extension 22 constituting a centering piece of the mandrel; in the retracted position, the mandrel is housed in this centering piece where it is maintained in its cylindrical shape ( Figure 2).
  • the piston 12 At its end opposite to that where the mandrel 10 is fixed, the piston 12 has a tubular extension constituting a jack 24, the piston 26 of which is provided with a rod 28 which slides in the axial bore of the piston 12.
  • a locking piece frustoconical 30 is fixed to the end of the rod 28.
  • the part 30, the largest diameter of which is slightly less than the internal diameter of the part centering 22 is housed in the latter, at the end of the mandrel.
  • the mandrel is intended to be introduced into an insert 18 which is embedded in the concrete during the manufacture of the segment 20.
  • the insert is constituted by a pot-shaped part comprising an upper, cylindrical part capable of receiving the part of centering 22 and a lower part whose inner surface is frustoconical and complementary to that of the unstressed mandrel and forms a cavity 21 capable of receiving the mandrel.
  • the entry of the insert is flared and the end of the part 22 is chamfered to facilitate the introduction of the part into the insert.
  • the diameter of the small base of the cavity 21 is equal to the internal diameter of the part 22 and its depth is greater than the height of the part of the mandrel which adapts to it when it is unstressed (FIG. 3) so as to provide a housing for the locking piece 30.
  • the mandrel is brought into the axis of the insert by displacement of the chassis 8 of the handling device and orientation of the jack 14.
  • the centering piece 22 is then introduced into the upper part of the insert, the mandrel 10 and the locking piece 30 being retracted inside the piece 22.
  • the jack 14 is then supplied with pressurized fluid to actuate the piston 12 which moves the mandrel 10 and the piece 30 and introduced them into the lower part of the insert (left part of Figure 3).
  • the cylinder 14 remaining supplied, the cylinder 24 is supplied to actuate the piston 26 and bring the part 30 into the locking position inside the mandrel (right part of FIG. 3).
  • the segment is then positively linked to the chassis 8 of the handling device and can be brought, by means of the latter, into the desired position. After installation, the reverse operations are carried out to separate the chuck from the segment.
  • the interior and exterior surfaces of the mandrel do not have the same angle at the apex, the angle of the interior surface being smaller than that of the exterior surface; this results from the fact that the thickness (radial dimension) of the blades decreases from their end to their root.
  • This shape of the blades ensures positive maintenance of the load regardless of the mandrel / insert and mandrel / locking part friction coefficients. Thanks to this shape, the part 30 ensures the locking of the mandrel in the insert in the absence of any hydraulic support by the piston 26.
  • the device which is the subject of the invention can be used as a gripping means on various handling machines such as cranes, hoists, etc. It can also be used as a means of fixing different materials or devices to a wall or other support. It is also understood that all the modifications which can be made to the embodiment described by the use of equivalent technical means fall within the scope of the invention.

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Abstract

La présente invention a pour objet un dispositif de préhension pour un engin de manutention comportant un mandrin expansible qui est introduit dans une cavité de l'objet à manipuler puis bloqué dans ce dernier par expansion.
Le but de l'invention est de fournir un dispositif de préhension de ce type qui soit fiable, facile à utiliser et ne nécessite aucune intervention manuelle pour sa fixation sur l'objet à manipuler et sa libération.
Ce dispositif est caractérisé en ce que le mandrin (10) est constitué par une pièce en forme de cloche dont la partie inférieure est évasée et formée de lames (11) qui peuvent être contraintes radialement de façon que cette partie inférieure prenne une forme extérieure cylindrique par déformation élastique des lames.

Description

  • La présente invention a pour objet un dispositif de préhension pour un engin de manutention comportant un mandrin expansible qui est introduit dans un trou ou un évidement de l'objet à manipuler puis bloqué dans ce dernier par expansion.
  • Un tel dispositif peut être utilisé, en particulier, pour la manutention des voussoirs pour le revêtement des tunnels. Les voussoirs, sont des segments en béton assemblés pour former des anneaux circulaires qui, placés bout à bout, constituent la paroi finie d'un tunnel. Ils doivent être transportés du puits de départ du tunnel jusqu'au tunnelier par wagons, déchargés des wagons, transportés du point d'arrêt des wagons jusqu'à un dispositif de mise en place appelé érecteur, puis repris par l'érecteur pour être mis en position dans le tunnel. Il y a donc au moins deux préhensions successives à faire sur chaque voussoir qui doivent être effectuées dans un milieu ambiant difficile et dans un espace restreint, raisons pour lesquelles on cherche à utiliser des solutions limitant les interventions humaines.
  • L'une des solutions classiques pour la manutention des voussoirs consiste à utiliser une manille vissée dans un insert noyé dans le béton. Cette manille est démontée après mise en place et fixation du voussoir dans le tunnel. L'inconvénient de cette solution est qu'elle nécessite une intervention humaine pour le vissage, le dévissage et la manipulation des manilles qui sont relativement lourdes.
  • Une autre solution consiste à utiliser des ventouses dont la forme épouse celle de l'intrados du voussoir. Cette solution n'est pas sûre car il n'y a pas préhension positive du voussoir.
  • Pour d'autres applications, on a utilisé des mandrins expansibles destinés à être engagés dans des trous cylindriques et constitués par des lames ou des sabots disposés autour d'un noyau central tronconique dont le déplacement axial provoque l'écartement des doigts ou sabots. Ce type de mandrin n'est pas fiable car la liaison avec l'objet à manipuler est assurée uniquement par frottement et est rompue lorsque le système qui commande les déplacements du noyau devient accidentellement inopérant.
  • Le but de la présente invention est de fournir un dispositif de préhension à mandrin expansible qui soit fiable, facile à utiliser et ne nécessite aucune intervention manuelle pour sa fixation sur l'objet à manipuler et sa libération.
  • Le dispositif de préhension objet de la présente invention est caractérisé en ce qu'il comporte un mandrin constitué par une pièce en forme de cloche dont la partie inférieure est évasée et formée de lames qui peuvent être contraintes radialement de façon que cette partie inférieure prenne une forme extérieure cylindrique par déformation élastique des lamelles. Pour la manutention d'un objet, le mandrin est introduit dans une cavité ménagée dans ledit objet et dont la forme est complémentaire de celle de la partie inférieure du mandrin non contraint.
  • Le dispositif de préhension comporte en outre une pièce de verrouillage qui peut être introduite dans le mandrin, par le bas, et qui maintient les lames dans leur position relaxée après son introduction dans la cavité de l'objet à manutentionner.
  • Suivant une caractéristique importante de l'invention, I'épaisseur des lames décroît depuis leur extrémité jusqu'à leur racine. Grâce à cette conception, le mandrin ne pourra pas être dégagé de la cavité, après verrouillage, même en cas de panne accidentelle du système de commande de la pièce de verrouillage.
  • Le mandrin est fixé au piston d'un vérin destiné à être monté sur un dispositif de manutention, et une pièce tubulaire, solidaire du corps du vérin et disposée coaxialement à celui-ci forme un logement cylindrique dans lequel le mandrin peut être rétracté en prenant sa forme cylindrique. Suivant une forme de réalisation particulière, le piston de ce premier vérin est solidaire d'un second vérin dont le piston est muni d'une tige coulissante dans un alésage axial du piston du premier vérin et à l'extrémité de laquelle est fixée la pièce de verrouillage. Lorsque le mandrin est complètement rétracté dans son logement, la pièce de verrouillage vient se placer au bout du mandrin dans ledit logement.
  • Ladite pièce tubulaire pourra avantageusement servir au centrage du mandrin par rapport à la cavité devant le recevoir. Pour cela on prévoiera à l'avant de la cavité et coaxialement à celle-ci, une chambre cylindrique dont le diamètre sera légèrement supérieur au diamètre extérieur de ladite pièce et dont l'entrée sera évasée.
  • La cavité sera formée dans l'objet à manutentionner en cours de fabrication par moulage ou usinage. Pour un objet moulé, par exemple en béton, on pourra former cette cavité dans une pièce rapportée (insert) noyée dans le matériau pendant le moulage. Cette pièce aura la forme d'un pot comprenant une partie supérieure dans laquelle sera formée la chambre cylindrique apte à recevoir avec un faible jeu la pièce de centrage du dispositif de préhension, et une partie inférieure dans laquelle sera formée la cavité dont la forme sera complémentaire de celle de la partie inférieure du mandrin non contraint, l'entrée de cette cavité ayant un diamètre sensiblement égal au diamètre intérieur de la pièce de guidage et sa profondeur étant supérieure à la hauteur de la partie du mandrin qui s'y ajuste, de façon à ménager un logement pour la pièce de verrouillage.
  • D'autres caractéristiques de l'invention apparaitront à la lecture de la description qui suit et se réfère aux dessins l'accompagnant qui montrent, à titre d'exemple non-limitatif, une forme de réalisation de l'invention et sur lesquels :
    • La figure 1 est une vue en coupe verticale du mandrin représenté dans la forme qu'il présente lorsqu'il n'est soumis à aucune contrainte ;
    • La figure 2 est une vue en coupe verticale d'un dispositif de préhension conforme à l'invention, le mandrin étant représenté en position rétractée ; et
    • La figure 3 est une vue en coupe du dispositif de préhension avec le mandrin engagé dans la cavité prévue à cet effet dans l'objet à manutentionner.
  • Le dispositif de préhension représenté sur les dessins est monté sur un chassis 8 constituant un élément d'un dispositif de manutention de voussoir dans un tunnelier, ce châssis étant monté sur une structure support solidaire du bouclier du tunnelier de façon à pouvoir tourner autour de l'axe de ce dernier et à être déplacé radialement pour pouvoir mettre en place les voussoirs dans les différentes positions qu'ils doivent occuper dans le tunnel.
  • L'organe de préhension proprement dit, qui est appelé "mandrin" dans la description et les revendications, est constitué par une pièce en forme de cloche 10 qui est percée d'un trou à son sommet pour sa fixation sur un organe de manoeuvre et dont la partie inférieure, légèrement évasée, est formée de lames 11. L'élasticité de ces lames et leur écartement sont suffisants pour qu'il soit possible de les déformer et de donner au mandrin une forme extérieure cylindrique lorsqu'on le comprime radialement.
  • Le mandrin 10 est fixé à l'extrémité inférieure d'une pièce tubulaire 12 constituant le piston d'un vérin 14 monté sur le châssis 8 par l'intermédiaire d'une rotule 16 permettant de modifier l'orientation du dispositif de préhension par rapport au chassis. Le corps du vérin 14 comporte un prolongement cylindrique 22 constituant une pièce de centrage du mandrin ; en position rétractée, le mandrin est logé dans cette pièce de centrage où il est maintenu dans sa forme cylindrique (figure 2).
  • A son extrémité opposé à celle où est fixé le mandrin 10, le piston 12 comporte un prolongement tubulaire constituant un vérin 24 dont le piston 26 est muni d'une tige 28 qui coulisse dans l'alésage axial du piston 12. Une pièce de verrouillage tronconique 30 est fixée à l'extrémité de la tige 28. En position rétractée (figure 2), la pièce 30 dont le plus grand diamètre est légèrement inférieur au diamètre intérieur de la pièce de centrage 22 est logée dans cette dernière, au bout du mandrin.
  • Le mandrin est destiné à être introduit dans un insert 18 qui est noyé dans le béton en cours de fabrication du voussoir 20. L'insert est constitué par une pièce en forme de pot comprenant une partie supérieure, cylindrique et apte à recevoir la pièce de centrage 22 et une partie inférieure dont la surface intérieure est tronconique et complémentaire de celle du mandrin non contraint et forme une cavité 21 apte à recevoir le mandrin. L'entrée de l'insert est évasée et l'extrémité de la pièce 22 est chanfreinée pour faciliter l'introduction de la pièce dans l'insert. Le diamètre de la petite base de la cavité 21 est égal au diamètre intérieur de la pièce 22 et sa profondeur est supérieure à la hauteur de la partie du mandrin qui s'y adapte lorsqu'il est non contraint (figure 3) de façon à ménager un logement pour la pièce de verrouillage 30.
  • Pour manipuler un voussoir, le mandrin est amené dans l'axe de l'insert par déplacement du châssis 8 du dispositif de manutention et orientation du vérin 14. La pièce de centrage 22 est alors introduite dans la partie supérieure de l'insert, le mandrin 10 et la pièce de verrouillage 30 étant rétractés à l'intérieur de la pièce 22. Le vérin 14 est ensuite alimenté en fluide sous pression pour actionner le piston 12 qui déplace le mandrin 10 et la pièce 30 et les introduits dans la partie inférieure de l'insert (partie gauche de la figure 3). Le vérin 14 restant alimenté, on alimente le vérin 24 pour actionner le piston 26 et amener la pièce 30 en position de verrouillage à l'intérieur du mandrin (partie droite de la figure 3). Le voussoir est alors lié positivement au chassis 8 du dispositif de manutention et peut être amené, au moyen de ce dernier, dans la position voulue. Après mise en place, on effectue les opérations inverses pour désolidariser le mandrin du voussoir.
  • Comme on le voit en particulier sur la figure 1, les surfaces intérieure et extérieure du mandrin n'ont pas le même angle au sommet, l'angle de la surface intérieure étant plus petit que celui de la surface extérieure ; cela résulte du fait que l'épaisseur (dimension radiale) des lames décroît depuis leur extrémité jusqu'à leur racine. Cette forme des lames permet d'assurer un maintien positif de la charge indépendamment des coefficients de frottement mandrin/insert et mandrin/pièce de verrouillage. Grâce à cette forme, la pièce 30 assure le verrouillage du mandrin dans l'insert en l'absence de tout maintien hydraulique par le piston 26.
  • Le dispositif objet de l'invention peut être utilisé comme moyen de préhension sur différents engins de manutention tels que grues, palans, etc... Il peut aussi être utilisé comme moyen de fixation de différents matériels ou appareils sur une paroi ou autre support. Il est par ailleurs bien entendu que toutes les modifications qui peuvent être apportées à la forme de réalisation décrite par l'emploi de moyens techniques équivalents entrent dans le cadre de l'invention.

Claims (6)

  1. Dispositif de préhension comportant un mandrin expansible destiné à être introduit dans une cavité d'un objet à manipuler, et verrouillé dans cette cavité, caractérisé en ce que ledit mandrin (10) est constitué par une pièce en forme de cloche dont la partie inférieure est évasée et formée de lames (11) qui peuvent être contraintes radialement de façon que cette partie inférieure prenne une forme extérieure cylindrique par déformation élastique des lames.
  2. Dispositif de préhension selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une pièce de verrouillage (30) qui peut être introduite dans le mandrin (10), par le bas, pour maintenir les lames (11) dans leur position relaxée après introduction du mandrin dans la cavité (21) de l'objet à manipuler.
  3. Dispositif de préhension selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'épaisseur des lames (11) décroît depuis leur extrémité jusqu'à leur racine.
  4. Dispositif de préhension selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le mandrin (10) est fixé au piston (12) d'un vérin (14) destiné à être monté sur une dispositif de manutention, et une pièce tubulaire (22), solidaire du corps du vérin et disposée coaxialement à celui-ci forme un logement cylindrique dans lequel le mandrin peut être rétracté en prenant sa forme cylindrique.
  5. Dispositif de préhension selon la revendication 4, caractérisé par un second vérin (24) solidaire du piston (12) du premier vérin (14) et dont le piston (26) est muni d'une tige coulissant dans un alésage axial du piston du premier vérin et à l'extrémité de laquelle est fixée la pièce de verrouillage (30).
  6. Insert destiné à être utilisé sur un objet devant être manipulé au moyen du dispositif de préhension selon la revendication 4 ou 5 caractérisé en ce qu'il est constitué par une pièce en forme de pot (18) comprenant une partie supérieure cylindrique apte à recevoir ladite pièce tubulaire (22) du dispositif de préhension et une partie inférieure dans laquelle est formée une cavité (21) dont la forme est complémentaire de celle de la partie inférieure du mandrin (10) non contraint, l'entrée de cette cavité ayant un diamètre approximativement égal au diamètre intérieur de ladite pièce tubulaire et sa profondeur étant supérieur à la hauteur de la partie du mandrin qui s'y ajuste, de façon à ménager un logement pour la pièce de verrouillage
EP95400218A 1994-02-03 1995-02-02 Dispositif de préhension à mandrin expansible. Ceased EP0670193A3 (fr)

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FR9401212A FR2715646B1 (fr) 1994-02-03 1994-02-03 Dispositif de préhension à mandrin expansible.

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