ES2210611T5 - Equipo de excavacion. - Google Patents
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Abstract
ESTA INVENCION HACE REFERENCIA A EXCAVADORAS PARA POZOS POROSOS EN PARTICULAR DEL TIPO QUE INCLUYEN: UNA CUCHARA HIDRAULICA (16), AL MENOS UN CABLE DE PERFORACION (21) PARA SUBIR Y BAJAR LA CUCHARA (16) A LO LARGO DE UN EJE DE EXCAVACION VERTICAL (X), UN GRUPO DE GUIA TELESCOPICO (13 15) PARA GUIAR LA CUCHARA A LO LARGO DEL EJE DE EXCAVACION Y UN DISPOSITIVO DE ROTACION (31) PARA HACER GIRAR LA CUCHARA ALREDEDOR DEL EJE DE EXCAVACION. EL DISPOSITIVO DE ROTACION (31) ESTA INTERPUESTO ENTRE EL GRUPO DE GUIA TELESCOPICO (13 15) Y LA CUCHARA (16); EL CABLE PRINCIPAL (21) ESTA UNIDO A UN ELEMENTO (15) DISPUESTO ENCIMA DEL DISPOSITIVO DE ROTACION (31). EL EQUIPO INCLUYE TUBOS FLEXIBLES (19) PARA LA ACTIVACION DE LA CUCHARA Y RUEDAS DE PALETAS DE ARROLLAMIENTO (20) PARA ARROLLAR LOS TUBOS ALREDEDOR DE UN EJE HORIZONTAL. LAS RUEDAS DE PALETAS (20) ESTAN MONTADAS TAMBIEN SOBRE UN ELEMENTO ESTRUCTURAL NO GIRATORIO (13) DISPUESTO ENCIMA DEL DISPOSITIVO GIRATORIO (31).
Description
Equipo de excavación.
La presente invención se refiere al campo de la
excavación para la construcción de diafragmas, y se refiere en
particular a un equipo de cuchara de excavación hidráulica para
pasos estrechos destinados a la construcción de dichos
diafragmas.
Están descritos diafragmas compuestos por una
serie de paneles laterales dispuestos uno al lado del otro, siendo
cada panel obtenido mediante la excavación de una sección
generalmente rectangular que se prolonga en el sentido del
diafragma y en la que los lados cortos están encajados con los lados
cortos de los paneles adyacentes. Generalmente, las excavaciones se
llevan a cabo con cucharas de dos valvas con dientes superpuestos
para la penetración en el terreno y para la carga de la tierra. El
cuerpo de la cuchara está equipado con elementos de guía fijados al
cuerpo, bien de forma rígida o mediante dispositivos de posicionado
y regulación.
La cuchara está suspendida de un equipo de
excavación desde la superficie, consiguiéndose el descenso y la
elevación de la cuchara en el interior del agujero mediante uno o
varios cables de maniobra de acero, tanto del tipo de fuego directo
como del tipo para la elevación de bloques. El cuerpo de la cuchara
está suspendido de estos cables de acero. La energía precisa de
excavación para accionar las valvas se obtiene mediante uno o más
cilindros oleodinámicos situados en el cuerpo de la cuchara,
alimentados por dos tuberías flexibles enrolladas sobre las
correspondientes ruedas de radios accionadas a motor, que mantienen
una tensión constante.
Para conseguir un cierre perfecto de las valvas,
los dientes de las valvas están dispuestos de una forma asimétrica
y complementaria. Por consiguiente, el número de dientes es distinto
en ambas valvas, ejerciéndose esfuerzos específicos sobre los
dientes por la fuerza de la excavación.
Para garantizar la estabilidad y el éxito del
funcionamiento es esencial que la superficie del diafragma esté
libre de puntos de discontinuidad: los paneles adyacentes deben
estar en contacto en toda su longitud. Por consiguiente es
necesario que tanto los lados cortos como los lados largos de cada
panel estén verticales. También resulta necesario evitar toda
torsión helicoidal de los paneles individuales; aunque están
contiguos en altura y tienen los ejes verticales, los paneles
pueden quedar separados y divergentes más abajo de ciertas
profundidades de dragado, como resultado de la torsión ejercida
sobre el eje vertical. Por consiguiente, es muy importante que
durante la excavación pueda garantizarse que los costados de los
paneles permanecen verticales.
Los errores de posicionado en sentido vertical
se deben principalmente a la posición asimétrica de los dientes de
las valvas y a la naturaleza irregular del terreno.
Se precisa un posicionado asimétrico de los
dientes de las valvas para conseguir el máximo cierre, completo y
equilibrado de ambas valvas. Los expertos en la materia admiten que
los dientes de las valvas deben estar desfasados de medio paso con
respecto a los de la otra valva para permitir un cierre de la valva
sin ningún contacto entre los dientes. Por razones evidentes
relacionadas con el equilibrio durante la excavación, una de las
valvas está provista de un diente adicional (con respecto a la otra
valva). La forma de los dientes es por consiguiente simétrica en
sentido vertical sobre el eje de rotación de la valva. Por otra
parte, el grado del esfuerzo ejercido sobre cada valva en el cierre
(excavación del terreno) es distinto.
Las diferencias en la torsión se deben
principalmente a las diferencias mencionadas anteriormente de los
dientes de excavación de ambas valvas.
A continuación se hará referencia a las Figuras
1 a 3, que ilustran el equipo de excavación del tipo de cuchara
utilizado para la construcción de diafragmas. El equipo está
provisto de un grupo telescópico de guiado, montado sobre un
cabezal de conexión 11 en la parte superior del brazo 10 de la grúa.
El grupo telescópico puede girar sobre el eje vertical de
excavación mediante el dispositivo de rotación 12 fijado al cabezal
11. El grupo telescópico comprende un elemento superior 13 fijado a
la parte giratoria del elemento rotativo 12, un elemento intermedio
14 que puede deslizarse telescópicamente por el interior del
primero, y un elemento inferior 15 que puede deslizarse
telescópicamente por el interior del segundo. El cuerpo de la
cuchara 16, incluyendo las guías laterales 17 y las valvas de tipo
corriente 18 está accionado por un sistema hidráulico alojado en la
parte interior del cuerpo de la cuchara 16 y accionado mediante las
tuberías flexibles 19, enrolladas en las ruedas de radios 20
fijadas a la parte inferior del tercer elemento 15. Las ruedas de
radios están montadas de forma que puedan girar sobre el primer
elemento telescópico superior 13 y están provistas de un sistema
hidráulico elástico de recogida para garantizar una tensión
predefinida prácticamente constante en las tuberías flexibles 19.
El cable de acero de maniobra 21 está fijado en 22 a un elemento 23
que a su vez está fijado al cuerpo de la cuchara para garantizar el
ascenso y el descenso de la cuchara. Estos movimientos se
corresponden con los de retracción y extensión del grupo telescópico
13-15, respectivamente. Durante el desplazamiento
hacia abajo de la cuchara (descenso) las tuberías flexibles se
enrollan sobre las ruedas de radios. El enrollado está controlado
con el fin de que las tuberías estén sometidas a la tensión
especificada; durante el ascenso de la cuchara, las ruedas de la
cuchara enrollan las tuberías automáticamente.
El grupo telescópico hace posible que pueda
garantizarse que el panel se mantenga en posición vertical durante
los primeros metros de la excavación o cuando todavía no se utiliza
el cuerpo de la cuchara con sus guías laterales en la sección de
excavación del panel.
Durante la excavación, para compensar, o por lo
menos limitar las desviaciones del eje vertical debidas a la
configuración asimétrica de los dientes, en cada ciclo de excavación
o después de algunos ciclos, se retira la cuchara del agujero y se
utiliza el dispositivo de rotación 12 para hacer girar el grupo de
guía y en consecuencia el cuerpo de la cuchara 180º sobre el eje
vertical X.
Debe tenerse en cuenta que esta técnica implica
algunos inconvenientes. En primer lugar, limita el diámetro de las
ruedas de radios, que estando fijadas de forma giratoria al grupo
telescópico, no deben interferir físicamente con el brazo de la
grúa durante la maniobra. Por este motivo, deben utilizarse ruedas
de radios de un diámetro relativamente reducido. Esta limitación
presenta unos efectos negativos en las tuberías flexibles en lo que
respecta a los ángulos de curvado de la sección de paso para un
cuidadoso enrollado sobre la rueda de radios. En consecuencia, al
reducir el diámetro de la rueda de radios se reduce la
funcionalidad, lo que produce un desgaste acelerado que reduce la
vida útil de las tuberías flexibles.
En segundo lugar, por lo menos en una de las
configuraciones de funcionamiento, si no en ambas, se genera una
doble torsión por los componentes de cobre del cable de maniobra
sobre el eje vertical. Esta doble torsión es producida por la
inestabilidad torsional de todas las partes suspendidas, produciendo
el movimiento de tipo helicoidal mencionado anteriormente. La
precisión de la excavación depende casi exclusivamente de la
experiencia de los operarios.
Finalmente, el equipo de excavación del tipo de
cuchara con cable del tipo aquí mencionado puede conducir
fácilmente a un revirado de los cables, con el consiguiente
deslizamiento y desgaste prematuro de los cables en caso de una
rotación excesiva debida a errores de maniobra.
Es un objetivo de la presente invención realizar
un tipo mejorado de los equipos de la excavación con cuchara,
restringiendo las desventajas y las limitaciones de dicha técnica
tal como se ha descrito anteriormente. En particular, un objetivo
de la invención es proponer un equipo capaz de llevar a cabo
excavaciones precisas con particular atención en la eliminación o
por lo menos en la limitación de los errores torsionales.
Otro objetivo de la presente invención es
proporcionar un equipo de excavación que permita la utilización de
ruedas de radios de un mayor diámetro y, por consiguiente, de unas
tuberías flexibles capaces de soportar unos mayores esfuerzos y por
tanto conseguir más potencia para el funcionamiento de las
valvas.
Otro objetivo de la presente invención es
proporcionar un equipo de excavación que resulte más fácil de
maniobrar con el fin de que la precisión de la excavación ya no
dependa totalmente de la experiencia del operario.
Estos y otros objetivos y ventajas que se
pondrán de manifiesto a continuación, se alcanzan según la presente
invención según la reivindicación 1 adjunta. Las formas de
realización preferidas están previstos en las reivindicaciones
subordinadas 2 a 12.
El equipo incluye tuberías flexibles para el
accionamiento de la cuchara y medios de enrollado para enrollar la
tubería sobre un eje prácticamente horizontal. Los medios de
enrollado estarán montados sobre un elemento estructural no
giratorio dispuesto corriente arriba del dispositivo de
rotación.
Se describirá ahora la forma de realización
estructural y funcionalmente preferida pero no única, del equipo de
excavación según la presente invención, haciendo referencia a los
dibujos adjuntos en los que los mismos números se utilizan para
designar las mismas partes, y en los cuales:
La Figura 1 es una vista en alzado en forma de
diagrama del equipo de excavación del tipo conocido,
La Figura 2 es una vista en alzado según la
flecha A de la Figura 1, de las partes suspendidas de la grúa,
La Figura 3 muestra una representación ampliada
de la posición de los dientes en las valvas de la cuchara,
La Figura 4 es una vista en alzado lateral del
equipo de excavación según la presente invención,
La Figura 5 es una vista en sección en una
escala aumentada del conjunto hidráulico de rotación incluido en el
equipo de excavación según la Figura 4.
Haciendo referencia a la Figura 4, la cual
presenta el equipo de excavación objeto de la presente invención,
en aras de la simplicidad, las partes ya descritas en anteriores
reivindicaciones y que se refieren a las Figuras 1 a 3, serán
descritas solamente con la extensión precisa para la comprensión de
la invención.
El equipo de excavación ilustrado en la Figura 4
incluye un cabezal de acoplamiento 11 dispuesto en la parte
superior del brazo 10 de la grúa. Un grupo telescópico de guiado
compuesto por elementos telescópicos coaxiales, preferentemente en
número de tres, está montado preferentemente mediante una
articulación horizontal 30 sobre el cabezal 11. Los elementos
telescópicos coaxiales deberían ser preferentemente: un primer
elemento superior y externo 13 acoplado a la sección superior del
cabezal 11, un segundo elemento intermedio (no ilustrado en la
Figura 4 a efectos de simplicidad) y un tercer elemento inferior
interno 15.
La fuerza de excavación requerida para el
accionamiento de las valvas es obtenida mediante uno o más cilindros
oleodinámicos contenidos en el interior del cuerpo de la cuchara
alimentados por dos tuberías flexibles 19, enrolladas sobre las
correspondientes ruedas de radios 20 motorizadas con una tensión
constante (solamente se representa una visible en la Figura 4). El
descenso y el ascenso de la cuchara 16 en el interior de la
excavación se consigue mediante uno o más cables de acero de
maniobra 21.
El cuerpo 16 de la cuchara está montado de forma
giratoria sobre un eje prácticamente paralelo al eje de la
excavación, sobre el extremo inferior del elemento telescópico
inferior 15 interponiendo un dispositivo hidráulico de rotación 31
mediante el cual puede girar sobre el eje vertical X de la
excavación, únicamente la cuchara pero no el dispositivo
telescópico. Asimismo, según la presente invención si el punto de
sujeción del cable de acero 21 está fijado a un elemento dispuesto
antes del dispositivo de rotación 31, en la forma de realización
preferida el cable está fijado al elemento inferior 15 del grupo
telescópico, preferentemente próximo al extremo superior.
Las ruedas de radios 20 para el enrollado están
montadas sobre un elemento estructural dispuesto antes del
dispositivo de rotación, el cual por consiguiente no gira con la
cuchara; en la forma de realización preferida, las ruedas de radios
giran sobre el elemento superior 13 del grupo telescópico de guiado.
Este tipo de configuración permite adaptar las dimensiones de las
ruedas de radios a las exigencias funcionales especificas sin
limitaciones técnicas o dimensionales. Tal como quedará evidente al
comparar la Figura 4 con la 2, en la presente invención (Figura 4)
las ruedas de radios pueden ser colocadas según se precise sobre el
dispositivo telescópico sin sobresalir de la parte frontal del
grupo telescópico. De esta forma es posible conseguir diafragmas que
pueden estar basados sobre posibles muros verticales ya existentes.
Esta posibilidad queda suprimida si se utiliza un equipo del tipo
tradicional como el ilustrado en las Figuras 1 y 2, en las que por
lo menos una de las posibles posiciones operativas de la rueda de
radios sobresale por la parte delantera de la sección más extendida
del equipo y podría interferir con un muro vertical ya
existente.
Otra ventaja de la forma de realización
preferida del equipo según la presente invención se basa en el hecho
de que las dimensiones de la tubería flexible (19) pueden ser
proyectadas con unas secciones óptimas, incrementadas según las
técnicas conocidas con el fin de poder cargar mayores cantidades de
aceite. De esta forma es posible incrementar la potencia
transmitida a las valvas y por consiguiente mejorar el rendimiento
del equipo de excavación.
Como resultará evidente, los cables de acero ya
no quedan sometidos a esfuerzos de torsión debidos a la rotación de
la cuchara sobre el eje vertical, ya que el cable de acero está
sujeto al elemento inferior 15 del grupo telescópico (que no gira)
en un punto determinado y no en la propia cuchara. Por consiguiente,
se elimina la falta de estabilidad a la torsión que se hace
evidente en los equipos de excavación tradicionales.
A continuación, se hará referencia a la Figura 5
en la cual se muestra una forma de realización preferida del
dispositivo hidráulico de rotación, designado en su conjunto
mediante el número 31, interpuesto entre el grupo telescópico y el
cuerpo de la cuchara para el giro de esta última.
El dispositivo hidráulico está compuesto por una
sección superior fija, sujeta al grupo telescópico y una sección
inferior giratoria, fijada al cuerpo de la cuchara. La sección fija
y la sección giratoria están normalmente bloqueadas mediante el
freno hidráulico 36 de apertura de láminas.
El motorreductor 32 está fijado al elemento
telescópico superior 13 del grupo de guiado; la salida de la
transmisión de los engranajes del motorreductor al anillo dentado
33 es coaxial con el grupo telescópico y está provista de una o
varias cavidades (no representadas) que pueden ser utilizadas para
acoplar el elemento de acoplamiento 34 fijado en su rotación con la
sección inferior móvil del dispositivo hidráulico. En la forma de
realización preferida, el elemento de acoplamiento 34 está
compuesto por una clavija montada de forma deslizante en sentido
vertical con respecto al cilindro hidráulico 35 fijado a la cuchara.
El dispositivo hidráulico de rotación incluye también una junta
hidráulica rotativa 37 de dos vías.
Como se ilustra en la Figura 5, una vez extraída
totalmente la cuchara del agujero, el grupo telescópico de guiado
13 a 15 se desplaza hacia arriba: la clavija 34 se introduce en uno
de dichos huecos (no ilustrado) practicado en el anillo dentado 33
con el fin de que el anillo quede fijado a la cuchara en rotación.
El esfuerzo de compresión en sentido vertical ejercido por el
contrafuerte de la parte superior de la clavija 34 contra el anillo
33 ejerce una presión sobre el fluido incompresible del interior del
cilindro 35. El freno de láminas 36, en comunicación fluida con el
cilindro 35, reacciona a esta variación de presión desplazando la
sección giratoria de la sección fija del dispositivo hidráulico 31;
al girar, el cuerpo de la cuchara se desplaza respecto al grupo
telescópico.
Al activarse el motorreductor 32, el anillo
dentado 33 y la clavija 34 se desplazan produciendo el giro del
cuerpo de la cuchara.
La forma de giro de la cuchara puede ser
regulada según se precise. Normalmente, se regula para conseguir un
rotación de 180º que compense la desviación producida por la forma
asimétrica de los dientes de la valva.
La alimentación hidráulica para la apertura y el
cierre de las valvas 18 debería ser conseguida preferentemente
mediante una junta hidráulica de dos vías 37. Otra ventaja de este
tipo de configuración es que puede realizarse un número ilimitado
de giros, mientras que con las soluciones anteriores solamente podía
permitirse un giro de 180º como máximo debido al enrollamiento del
cable de acero de suspensión de la cuchara.
Queda entendido que las observaciones que aquí
se hacen se aplican a una forma de realización prevista para el
objetivo de la ilustración y que con ello la invención no queda
limitada en ningún caso. La forma de realización ilustrada puede
ser objeto de cambios relativos a la forma y a la posición de las
partes constituyentes y a los detalles constructivos y funcionales
dentro del alcance de las reivindicaciones anexas. Según otra forma
de realización, no ilustrada aquí, las ruedas de radios de enrollado
pueden estar montadas sobre el brazo de la grúa y no sobre el grupo
telescópico, aunque las observaciones aquí realizadas no ilustran
esta posibilidad.
Claims (9)
1. Equipo de excavación para la construcción de
diafragmas del tipo que incluye:
- -
- una cuchara hidráulica (16),
- -
- unos medios de cable de acero (21) para hacer subir y bajar la cuchara a lo largo de un eje de excavación sustancialmente vertical (X),
- -
- un grupo telescópico de guiado (13-15) para guiar la cuchara a lo largo de dicho eje de excavación (x), estando fijados los medios de cable de acero (21) a un elemento (15) del grupo telescópico de guiado corriente arriba del dispositivo de rotación;
- -
- un dispositivo hidráulico de rotación (31) que está interpuesto entre el grupo telescópico de guiado (13-15) y la cuchara (16) para girar la cuchara (16) alrededor de dicho eje de excavación, y que está compuesto por una sección superior fija, fijada al grupo telescópico y una sección inferior giratoria, fijada en su rotación, al cuerpo de la cuchara, y por un freno de láminas de apertura hidráulica (36) para el bloqueo recíproco de dichas secciones fija y giratoria;
- -
- unas tuberías flexibles (19) para el accionamiento de la cuchara; y
- -
- unos medios de enrollado (20), que están montados sobre un elemento estructural no giratorio de dicho equipo de excavación corriente arriba del dispositivo de rotación, y enrollar dichas tuberías alrededor de un eje sustancialmente horizontal;
estando caracterizado el equipo de
excavación porque la sección superior fija está fijada al elemento
telescópico superior (13) del grupo telescópico
(13-15) y comprende unos medios motrices (32) para
permitir la rotación de un elemento de transmisión (33), y porque
la sección giratoria inferior está provista de un elemento de
acoplamiento (34) capaz de engranar, en rotación con dicho elemento
de transmisión (33), siendo capaz dicho dispositivo de rotación de
soportar dos disposiciones alternativas para el funcionamiento:
- -
- una primera disposición, cuando se extiende el grupo telescópico, de desacoplamiento del elemento de acoplamiento (34);
- -
- una segunda disposición de acoplamiento en rotación, cuando el grupo telescópico está en la posición superior en la cual dicho elemento de acoplamiento (34) y dicho elemento de transmisión (33) están fijados para su rotación.
2. Equipo de excavación según la reivindicación
1, caracterizado porque los medios de cable de acero (21)
están fijados al elemento inferior (15) del grupo telescópico de
guiado.
3. Equipo de excavación según la reivindicación
1, caracterizado porque dichos medios de enrollado (20)
están montados de forma que no sobresalen de la parte frontal del
equipo de excavación.
4. Equipo de excavación según la reivindicación
1, caracterizado porque los medios de enrollado (20) están
montados sobre el grupo telescópico (13-15).
5. Equipo de excavación según la reivindicación
4, caracterizado porque los medios de enrollado (20) están
montados sobre el elemento telescópico superior (13) de dicho grupo
telescópico de guiado (13-15).
6. Equipo de excavación según la reivindicación
1, caracterizado porque dicho elemento de acoplamiento (34)
está fijado hidráulicamente al freno de láminas (36) con el fin de
desbloquearlo en dicha segunda disposición de acoplamiento para su
rotación.
7. Equipo de excavación según la reivindicación
6, caracterizado porque dicho elemento de acoplamiento (34)
es un elemento que puede deslizarse verticalmente respecto a un
cilindro hidráulico (35) en comunicación fluida con dicho freno
(36).
8. Equipo de excavación según cualquiera de las
reivindicaciones 5 a 7, caracterizado porque dicho
dispositivo hidráulico de rotación (31) comprende una junta
hidráulica rotativa de dos vías (37).
9. Equipo de excavación según la reivindicación
8, caracterizado porque la alimentación hidráulica para la
apertura y cierre de la válvula (18) y de la cuchara (16) se
consigue a través de dicha junta hidráulica de dos vías (37).
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