ES2265739B1 - Soporte estatico de brazo excavador para pozos. - Google Patents

Abstract

El objeto de la presente invención es una máquina para la excavación de pozos de diámetros reducidos de forma mecanizada y limpia, compatible con las tareas complementarias para su revestimiento. Consiste en un brazo excavador, equipado con cazo o martillo, montado en el extremo de un brazo telescópico, con posibilidad de batir un círculo completo. Este brazo, con una o varias extensiones, parte de una estructura portante, de forma prismática, que se sitúa encajada entre los largueros de un bastidor paralelepipédico de estructura tubular. La estructura portante va equipada con unos accesorios para deslizarse diametralmente por los largueros y anclarse a ellos pudiendo quedar inmovilizada en tres posiciones: central y en ambos extremos. El bastidor va suspendido, por sus cuatro esquinas, con unos cables accionados por sus correspondientes cabrestantes, situados en una plataforma apoyada en el brocal del pozo. Los esfuerzos procedentes de la excavación los contrarresta mediante el acodalamiento contra las paredes del pozo por medio de ocho apéndices, que parten de los extremos de sus cuatro aristas, de geometría variable para su apriete contra las paredes, según una trayectoria radial. La excavación de los pozos se efectúa por franjas de un espesor predeterminado, de la siguiente forma: Se está excavando la franja C, la franja B se ha revestido de hormigón y está en proceso de fraguado, la franja A, ya endurecida, soporta la presión de los estabilizadores. El accionamiento de todos los elementos se realiza con energía oleohidráulica procedente de una centralita, equipada con motor eléctrico, situado fuera de la zona de trabajo. Actualmente la excavación se efectúa casi exclusivamente por medios manuales. El empleo de miniexcavadoras equipadas con motores de explosión, en un medio soterrado, hacen el ambiente irrespirable.

Description

Soporte estático de brazo excavador para pozos.

Sector de la técnica

La invención se encuadra dentro del sector de máquinas para la construcción y, mas en concreto, dentro de las excavadoras especiales.

Estado de la técnica

En la actualidad la excavación de pozos de diámetros reducidos y gran profundidad, se excavan casi exclusivamente por medios manuales. Se han realizado intentos de emplear pequeñas excavadoras (las llamadas "minis") para esta actividad, pero las emanaciones de gases de los motores de explosión, en un recinto reducido y soterrado, se estratifican en el fondo originando una atmósfera insalubre de difícil ventilación. Además lo constreñido del espacio en que tienen que maniobrar hacen difíciles sus movimientos, por lo que no se ha generalizado su uso para este fin.

Actualmente existen brazos excavadores, similares a los que equipan las máquinas excavadoras, y al que forma parte del elemento que proponemos, en puestos fijos para operaciones complementarias en la manipulación de sólidos, situados en puntos de alimentación de máquinas de machaqueo de piedras, fundiciones, etc..

No tenemos constancia de que exista un montaje, de brazo excavador, en un brazo telescópico, como el que se presenta, que se utilice para excavación y, menos aun, que tenga posibilidad de un emplazamiento variable dentro de una franja de altura. Solo cabe hacer la salvedad de que el presente dispositivo es una variante y mejora de algunos aspectos funcionales, del presentado por mi en esa Oficina de Patentes (N° de registro o expediente U200100083)

Descripción

Hacemos una breve exposición del sistema constructivo de los pozos, que seguramente hará mas comprensible la descripción del dispositivo que se presenta:

La excavación y subsiguiente revestimiento, se realiza por franjas de alturas iguales y predeterminadas. Se efectúa la excavación de una franja, seguidamente se situa un encofrado perimetral y se hormigona el revestimiento. Pasado un tiempo para que fragüe el hormigón, se excava y hormigona la franja siguiente, repitiendo estas actividades sucesivamente.

El dispositivo consta fundamentalmente de un brazo telescópico formado por una estructura portante, de tipo reticular y forma prismática, y dos tramos móviles, que se despliegan sucesivamente, y aumentan la longitud de este con la de sus respectivos desplazamientos. Están constituidos por sendas vigas tubulares de sección cuadrada. El primero se desliza sobre las guias que le proporciona el contorno interior de la estructura portante, formado por unos elementos tubulares rectangulares que rigidizan la estructura. Estos están dispuestos en las cuatro caras del prisma: en dos de sus caras opuestas son dos piezas rectangulares, en las otras dos caras son dos parejas que dejan entre si un espacio en el que se ubican sendos cilindros hidraúlicos, cuyo extremo superior se ancla a la estructura portante y el inferior, a través de su émbolo, al extremo inferior del tramo, de este modo se posibilita su extensión hacia el exterior. El segundo está constituido por una sección cuadrada, situada dentro de la anterior, dotada de un cilindro hidraúlico, anclado por su parte superior al fondo del primer tramo y por su parte inferior, a través del émbolo, a su extremo abierto, con lo que este tramo también se puede desplegar. El extremo de este ultimo tramo se prolonga en uno corto de forma tubular circular, atornillado a él, provisto de una base para fijar a ella un brazo excavador. Tiene además la posibilidad de poder girar sobre si mismo, por tanto se puede orientar según dos posiciones diametralmente opuestas.

La estructura portante del brazo telescópico, se sitúa encajada entre las dos parejas de largueros de un bastidor horizontal de gran rigidez, de forma paralepipédica constituido por unas vigas tubulares longitudinales y unos marcos transversales que arman y rigidizan el conjunto. Los largueros llevan soldados, en sus caras internas, unos perfiles por los que ruedan unos rodillos, de la estructura portante del brazo telescópico, situados en los marcos transversales que descansan en los largueros. El movimiento diametral de esta estructura está previsto realizarlo con sendos husillos, situados en la parte superior del bastidor, accionados por un motor hidraúlico. Se prevén para ella tres posiciones sobre el bastidor: centrada y totalmente desplazada en cada uno de los extremos diametralmente opuestos. La fijación de la estructura al batidor se realiza mediante unos enclavamientos hidraúlicos situados en los cuartos de la longitud de los largueros inferiores del bastidor: en la posición central actúan los cuatro enclavamientos; en las posiciones extremas, los dos mas próximos y los travesaños de cierre de los extremos del bastidor.

Los esfuerzos procedentes del brazo excavador, situado en la parte inferior del brazo telescópico, los recibe, la estructura portante, a través de los puntos de contacto que aparecen en la longitud de solape del primer tramo. Esta a su vez, los transmite al bastidor mediante el acodalamiento contra los perfiles de su entramado, debido a las fijaciones de enclavamientos y topes contra la estructura. El bastidor contrarresta esos esfuerzos mediante su acodalamiento contra las paredes del pozo a través de ocho apéndices, entroncados con el bastidor por sus ocho vértices, según sendos planos horizontales, con trayectorias radiales. Estos elementos, que llamamos estabilizadores, van provistos de un tramo telescópico equipado con zapata antideslizante en su extremo, accionado con cilindro hidraúlico que posibilita su apriete contra las paredes. Según los diámetros de los pozos que se excaven, se complementan con un tramo fijo que los ajusta a los mismos.

El bastidor se suspende, con cuatro cables, por el arranque de los estabilizadores situados en el plano superior. La suspensión se efectúa de una estructura auxiliar, cruzada y apoyada en el brocal del pozo, de la que se enganchan los extremos superiores de los cables a través de unos cabrestantes de accionamiento hidráulico y marcha en ambos sentidos, sobre los que se puede actuar para ascender o descender el elemento sustentado.

El funcionamiento de todos los elementos mecánicos se efectúa hidráulicamente, para ello se ubica una central oleohidráulica en el bastidor, en una zona marginal fuera del gálibo de las partes móviles, accionado por un motor eléctrico conectado con el exterior.

El funcionamiento del conjunto, ligeramente esbozado al comienzo de este apartado, lo concretamos un poco mas:

Partimos del momento en que se ha terminado la excavación de una franja, por ejemplo C (el bastidor está acodalado, mediante la presión de sus estabilizadores, dos franjas mas arriba, es decir, la A). Se retrae el brazo telescópico al máximo dejando despejada la zona B, actualmente encofrada. Se retira el encofrado de la zona B, se coloca en la C, recién excavada, y se rellena de hormigón. Seguidamente se descomprimen y retraen los estabilizadores quedando colgado el dispositivo de los cuatro cables, sin ningún tipo de coacción lateral. Se actúa sobre los cables, con los aparatos dispuestos a tal fin, y se desciende todo hasta que los estabilizadores estén dentro de la franja B; se maniobra con los cabrestantes, en conjunto o por separado, hasta lograr una aceptable horizontalidad en el bastidor. Se actúa sobre los estabilizadores, se les da presión y se fijan en su nueva posición. Se desciende el brazo telescópico, equipado con su excavador, hasta el fondo de la franja C y se comienza un nuevo ciclo.

Descripción de los dibujos

Fig. 1.- Perspectiva del conjunto. Figuran los elementos fundamentales que configuran el dispositivo: estructura portante del brazo telescópico (1) bastidor soporte de la estructura portante del brazo telescópico, con esta situada en un extremo (2), primer tramo desplegado del brazo telescópico (3), segundo tramo desplegado del brazo telescópico (4), prolongación del tramo anterior (5), brazo excavador (seccionado) anclado al elemento anterior (6).

Fig. 2.- Muestra una sección del pozo con el dispositivo en posición de comenzar a trabajar. Este tiene el brazo recogido y los estabilizadores extendidos, acodalados contra las paredes de la franja A. La franja B, recién excavada se muestra encofrada y hormigonada. Es el estado que antecede al comienzo de la excavación de la siguiente franja C.

Fig. 3.- Alzado con el primer tramo del brazo telescópico (3), retraído, el segundo desplegado (4) y la prolongación (5) con el brazo excavador (6).

Fig. 4.- Alzado con la totalidad del brazo telescópico desplegado, incluso el brazo excavador: (3), (4), (5) y (6). Además la estructura portante del brazo (1) y el bastidor (2).

Fig. 5.- Alzado del bastidor (2) con la estructura portante (1) en la posición central, con el brazo telescópico plegado. Se aprecian los enclavamientos de seguridad del brazo (9) y de fijación de la estructura portante (13). Se han señalado una serie de cortes para la mejor definición del dispositivo.

Fig. 6.- Vista superior del bastidor que muestra la estructura portante del brazo telescópico (1), encajada entre los largueros, los cilindros de extensión del primer tramo del brazo telescópico (15) y los estabilizadores (7).

Fig. 7.- Corte vertical, marcado en Fig. 5, que muestra la estructura portante del brazo telescópico con sus vigas verticales (14),sus marcos transversales (11) y (12); rodillos (8) para desplazamiento, husillos para la traslación diametral (10) uno de los cilindros de extensión del primer tramo del brazo (15) y la prolongación del segundo tramo (5), parcialmente seccionado, con sus enclavamientos antigiro
(17).

Fig. 8.- Corte vertical localizado por los largueros superiores del bastidor, que muestra los husillos de desplazamiento de la estructura portante (10).

Fig. 9.-Corte transversal por el brazo telescópico, estando este plegado. Se muestra la disposición de los cilindros, (15 y (16), para despliegue de los dos tramos del brazo y las vigas de la estructura portante (14).

Fig. 10.- Corte vertical por el eje de la estructura portante, situada sobre el bastidor, mostrando los cilindros de expansión del primer tramo (15) y el del segundo (16), del brazo telescópico. Los enclavamientos de seguridad de este (9), los de fijación de la estructura portante (13) y la sección del tramo inferior (5) donde se sitúa el brazo excavador.

Modo de realización

Tras las figuras descritas y el funcionamiento del conjunto, esbozado anteriormente, se puede concretar la forma de realizar su construcción y forma de trabajo.

En la Fig. 1 y 2, se puede ver que el fundamento del dispositivo es situar en el fondo de un pozo una base donde se pueda anclar un brazo excavador que permita la excavación, remoción de los productos y, por tanto, su profundización. Para ello se conforma un brazo telescópico, 3 y 4, en cuyo extremo inferior, 5, situado en el fondo, se ancla el brazo excavador 6. La formación de este elemento y la consecución de las prestaciones necesarias, para que el brazo excavador cubra todo el fondo del pozo, se realiza de la siguiente forma:

Se construye un bastidor, fig. 5 (2), de forma paralepipédica, constituido por dos parejas de largueros y travesaños que le dan gran rigidez. Tiene ocho apéndices, que llamamos estabilizadores, situados contiguos a sus vértices superiores e inferiores (7) con una terminal telescópica que permite que estos se acodalen contra las paredes del pozo y lo inmovilicen. Las caras internas de los largueros van equipadas con unos perfiles en u, fig. 7 (8), por los que ruedan unos rodillos que equipan la estructura portante del brazo telescópico y facilitan su traslación diametral. En los largueros inferiores, fig. 5 (9), se disponen unos enclavamientos hidraúlicos de seguridad que anclan el brazo telescópico cuando está plegado y en reposo, impidiendo cualquier movimiento descontrolado de este. Sobre los largueros superiores van sendos husillos, fig. 5 (10), accionados por un motor hidraúlico, que atacan en sendos puntos, transversalmente simétricos, de la estructura portante del brazo telescópico, para el movimiento de este en sentido diame-
tral.

Se construye una estructura portante para el brazo telescópico, fig. 1,2,3,4,5 elemento 1, constituida por tres marcos transversales que hacen de soporte de seis vigas tubulares dispuestas como se muestra en la fig. 9. De estos, los situados en su parte inferior, (11), se entroncan con el bastidor (elemento 2) mediante unos sobreanchos que hacen tope en sus largueros, lo fijan a este e impiden su desplazamiento vertical. Estos van provistos de unos rodillos, para rodar sobre los perfiles (8), que permiten el desplazamiento diametral del elemento. El situado sobre los largueros superiores, lleva sendos puntos donde atacan los husillos (10) que realizan este desplazamiento. El situado sobre los largueros inferiores va provisto de unos taladros verticales en los que, los enclavamientos hidraúlicos (13), introducen la pieza móvil que hace la retención; esta se realiza según tres posiciones posibles: la estructura portante centrada, se retiene con los dos pares de enclavamientos; en una de las dos posiciones extremas, en este caso la retención se efectúa con el enclavamiento mas próximo y la del correspondiente travesaño del bastidor. El marco de la parte superior, tiene misión rigidizadora de las vigas tubulares longitudinales. Estas, de forma tubular, se disponen de forma que su perímetro exterior tenga una longitud igual a 1/3 de la longitud interior del bastidor y una anchura igual a la anchura interior de este. De esta forma se consiguen las tres posiciones enclavadas, en sentido diametral, y su acodalamiento transversal entre los largueros del bastidor. Las seis vigas que constituyen el cuerpo de la estructura portante, son de sección rectangular. Se dispones cuatro de ellas en dos parejas con sus lados mayores transversales dejando un espacio para intercalar sendos cilindros hidraúlicos, fig. 9 (14) y (15), las dos restantes en las caras longitudinales con sus caras mayores adosadas a estas. Su perímetro interno envuelve el contorno de la viga tubular que constituye la primera extensión de del brazo telescópico (16).

El primer tramo del brazo telescópico se forma con una viga de sección tubular cuadrada que, como hemos expuesto, desliza por el gálibo interior de las vigas tubulares que forman el cuerpo de la estructura portante. Los cilindros hidraúlico, (15), anclados en esta, cuyos émbolos están conectados con el extremo inferior de la viga cuadrada, posibilitan el despliegue de esta, fig. 3 (3).

El segundo tramo del brazo telescópico se forma con una viga de sección tubular cuadrada, de dimensiones exteriores compatibles con el gálibo interior del tramo anterior, con el que tiene que solaparse precisamente por su interior. El deslizamiento de este tramo a lo largo del primero se realiza mediante un cilindro hidraúlico, emplazado en el interior de la sección cuadrada, anclado a la parte superior del primer tramo y a la base del tubular cuadrado del segundo, fig. 10 (16). El segundo tramo se prolonga en un tramo fijo, circular con posibilidad de girar sobre su propio eje. En la fig. 7 elemento 5, se puede ver que si se desactivan los enclavamientos (17), que impiden el giro, la pieza inferior se libera y puede girar libremente. El par de giro, necesario para que este se produzca, se logra con el propio brazo excavador, para ello se clava en el terreno el extremo de su brazo (equipado con un cazo o un martillo) y se actúa sobre el mecanismo de giro de este, como la base no presenta ninguna coacción, no puede reaccionar por lo que es ella la que gira. Esta parte termina en una amplia zapata de apoyo en el terreno, provista de una serie de aguijones, dispuestos en varias filas, que se clavan en el terreno por la acción del peso propio y los esfuerzos procedentes de los cilindros del brazo: El objetivo es conseguir una reacción vertical que active la coacción del brazo telescópico al suelo, con la aparición de las fuerzas de rozamiento, de este modo, la mayor parte de los esfuerzos horizontales procedentes del brazo excavador, los absorberá el terreno. No obstante, el dispositivo, está preparado para resistir estos esfuerzos en caso de que el terreno no tenga suficiente capacidad portante y falle. En ese caso el brazo telescópico trabajaría como en voladizo empotrado en el bastidor que tendría que aguantar el par resultante mediante las reacciones, producidas por la presión de los estabilizadores, en las zapatas apoyadas contra el revestimiento.

El sistema propuesto pretende poder adaptar a su base uno cualquiera de los brazos excavadores que equipan las llamada excavadoras "mixtas" o las "minis", Esta adaptación se haría en cada caso en concreto.

La energía para el funcionamiento de todos los componentes mecánicos del conjunto, a saber: cabrestantes de cuelgue, cilindros horizontales de estabilizadores, cilindros para el despliegue de los dos tramos del brazo, enclavamientos accionados hidráulicamente, brazo excavador completo equipado con cazo o con martillo; se obtienen de una central oleohidraúlica a instalar en una plataforma que se situaría, transversalmente al bastidor, entre las partes fijas de los estabilizadores horizontales. El o los motores eléctricos para el accionamiento de la central, tomarían la electricidad mediante un cable, desde la superficie, que se prolongaría con el avance del pozo. El mando de las operaciones, excepto las de excavación, se realizan a través de botonera, alámbrica o inalámbrica.

La forma de operar del dispositivo se ha expuesto en el párrafo final del apartado DESCRIPCIÓN. A él nos remitimos.

Claims (1)

1. Soporte estático de brazo excavador para pozos, caracterizado por posibilitar la excavación mecánica de pozos de diámetro reducido y hacer esta compatible con el revestimiento de sus paredes. Constituido por un bastidor (2), suspendido de cuatro cables accionados por sus respectivos cabrestantes, situados sobre una estructura auxiliar apoyada sobre el pretil del pozo; acodalado contra el revestimiento mediante ocho estabilizadores telescópicos (7), a través de unas zapatas rectangulares, articuladas a los brazos estabilizadores, con el plano de apoyo guarnecido con una lámina de elastómero antideslizante. Un brazo telescópico constituido por una estructura portante (1), soporte de uno o varios tramos desplegables, (3) (4), mediante sus cilindros correspondientes, (15) (16); posibilidad de poder emplazarlo en varias posiciones a lo largo de un diámetro con los husillos (10) y los enclavamientos (13). Extremo inferior, prolongación del segundo tramo, de sección circular terminado en una zapata provista de varios aguijones, que puede girar alrededor de su eje y quedar fija, en varias posiciones predeterminadas, mediante los mecanismos de enclavamiento (17) y con los accesorios necesarios para la fijación de un brazo escalador con cazo o martillo, especial o de serie.