ITTO20090593A1 - Macchina per la perforazione del terreno. - Google Patents

Description

Titolo: “Macchina per la perforazione del terreno†.

La presente invenzione si riferisce a macchine per la perforazione del terreno.

In particolare, la presente invenzione riguarda una attrezzatura utilizzata in macchine per la miscelazione, consolidamento e costipamento dei terreni.

Sono noti vari procedimenti per il consolidamento del suolo mediante la formazione di colonne cilindriche di terreno consolidato, basati sulla miscelazione delle particelle del suolo stesso con leganti, solitamente miscele cementizie.

Il procedimento tradizionale, con cui si esegue una miscelazione prevalentemente meccanica, sfrutta il movimento rotatorio di utensili in grado di scavare e disgregare il terreno tramite appendici che si estendono radialmente all'asse dell’utensile stesso. Il terreno così disgregato viene impastato con una miscela cementante pompata solitamente a bassa pressione (1-2 MPa) attraverso bocche ricavate nell’albero tubolare che supporta l’utensile di scavo.

Una variante nota al procedimento appena descritto à ̈ quella di utilizzare per le miscele cementanti pressioni più elevate. Questa tecnica, sfruttando la combinazione dell’azione meccanica degli organi disgregatori dell’utensile e dell'energia cinetica dei getti pressurizzati, si distingue per una notevole velocità di esecuzione, con considerevoli vantaggi economici.

Nella figura 1 si illustra una tipica macchina M per la perforazione del terreno di norma cingolata, che può supportare le caratteristiche della presente invenzione.

Tale macchina à ̈ munita di una torre verticale 2 o antenna lungo la quale scorre un gruppo 3 per la movimentazione di aste di perforazione comunemente denominato “tavola rotary†.

Questo gruppo motorizzato si muove lungo le guide 21 della torre ed à ̈ appeso ad uno o più dispositivi di movimentazione (p.e.: argani) di tiro e spinta. I tiri possono essere diretti o moltiplicati (tipiche le taglie in seconda od in quarta). La tavola rotary à ̈ di tipo prevalentemente idraulico e trasforma l’energia fornita da un fluido in pressione in energia meccanica. Uno o più motori idraulici imprimono il moto rotatorio ad uno o più ingranaggi accoppiati ad una corona. Nel centro della corona un manicotto flangiato 31 alla stessa corona e munito di listelli verticali interni 32 normalmente tre o sei, imprime la rotazione ad un’asta cilindrica munita anch’essa di listelli esterni. I listelli del manicotto entrano in contatto con quelli dell’asta cilindrica trascinando quest’ultima nel movimento di rotazione.

Quando l’asta cilindrica à ̈ dotata di listelli esterni per la trasmissione dei movimenti o se si estende almeno parzialmente sopra la “tavola rotary†, viene comunemente chiamata cannotto 4.

Nella parte inferiore del cannotto à ̈ fissata la prima delle aste della batteria 5. Ogni asta à ̈ fissata alla successiva con un giunto di varia foggia, avvitato, flangiato con viti o bloccato tramite spine. L’ultima asta porta nella sua parte inferiore l’utensile di scavo 6.

Il cannotto à ̈ quindi una parte fondamentale della macchina poiché riceve la coppia il tiro e la spinta della tavola rotary e li trasmette alle aste e convoglia nello stesso tempo il fluido in pressione in direzione dell’utensile di scavo.

Il fluido di scavo à ̈ tipicamente un fluido consolidante, generalmente una miscela cementizia, miscela chimica o calcestruzzo.

Nel tentativo di incrementare la profondità di scavo, si à ̈ pensato di aumentare la lunghezza dei cannotti di tipo tradizionale

In quest’ottica à ̈ stata realizzata la possibilità di far sostare a vari livelli del cannotto la tavola Rotary, inserendo punti di innesto ed appoggio 41. In tal modo quando la rotary à ̈ a finecorsa inferiore rispetto alle guide della torre, il cannotto può essere infisso nel terreno per alcuni metri tanto da riuscire a realizzare delle profondità di trattamento maggiori della lunghezza della torre (tipicamente fino ad 8 - 9 metri).

Per far fronte all’allungamento del cannotto viene allora montato un timone 7 che ha la funzione di bloccare la rotazione della parte fissa della testa di adduzione boiacca 8 montata sulla sommità del cannotto. In assenza di questo accessorio i tubi in gomma di alimentazione del fluido di trattamento si avvolgerebbero attorno al cannotto ad ogni giro di asta. Il timone à ̈ quindi un elemento indispensabile, anche se estremamente esile o quanto meno poco maneggevole ed à ̈ per di più generalmente sollecitato da grandi oscillazioni nel momento in cui il regime di rotazione della rotary assume valori alti.

La tecnologia ed i materiali a disposizione suggeriscono prudenzialmente di non realizzare cannotti troppo lunghi, aventi ad esempio lunghezza superiore ad 8-9 metri, anche per non mettere in pericolo la stabilità della macchina.

Un tipo di cannotto à ̈ descritto nella domanda di brevetto TO2004A000457 che à ̈ relativo ad una attrezzatura di perforazione del terreno ad elica continua avente un’ asta di prolunga dotata di almeno due sfili coassiali, i quali potendosi muovere tra loro, determinano un fittizio prolungamento della perforazione. Essi sono connessi alla batteria di eliche inferiormente e portano un elica nell’elemento più esterno.

Tale sistema in realtà consente uno spostamento relativo tra i due elementi scorrevoli ma a fronte di un ingombro in lunghezza pari a “x†, consentono una prolungamento della perforazione pari all’ingombro stesso, ovvero a “x†. Il movimento relativo tra le parti ha la sola funzione di spostare l’elica in una posizione più idonea a generare il sollevamento del terreno provocato dalle spirali e non incrementa invece la profondità di perforazione.

La presente invenzione si propone di realizzare una macchina per la perforazione del terreno provvista di un cannotto telescopico in grado di incrementare sostanzialmente la sua lunghezza (per esempio raddoppiandola ad un valore pari a circa 2 volte “x†), senza perdere le suddette caratteristiche di trasmissione coppia, tiro/spinta e soprattutto di tenuta della pressione del fluido.

Un aspetto della presente invenzione riguarda una macchina perforatrice avente le caratteristiche della allegata rivendicazione 1.

Ulteriori caratteristiche della macchina secondo la presente invenzione sono contenute nelle allegate rivendicazioni dipendenti.

Le caratteristiche ed i vantaggi della presente invenzione saranno meglio chiari ed evidenti dalla descrizione seguente, esemplificativa e non limitativa, di una forma di realizzazione con riferimento alle figure allegate in cui:

• la figura 1 illustra una macchina perforatrice dotata del cannotto secondo la presente invenzione; • le figure 2a e 2b illustrano un particolare del gruppo per la movimentazione di aste di perforazione della macchina perforatrice;

• le figure 3a e 3b illustrano il cannotto telescopico rispettivamente in condizione chiusa ed in condizione aperta e sfilata;

• la figura 4a illustra il cannotto di figura 3a in sezione longitudinale;

• la figura 4b illustra il cannotto di figura 3b in sezione longitudinale;

• la figura 5 illustra un particolare sezionato della zona delle tenute di pressione tra le aste del cannotto in condizione sfilata;

• le figure 6a e 6b illustrano rispettive sezioni radiali nella zona di innesto a cannotto chiuso e cannotto aperto rispettivamente;

• la figura 7 illustra la zona di vincolo tra il gruppo per la movimentazione di aste di perforazione ed il cannotto telescopico.

Con riferimento alle citate figure il cannotto telescopico 4 secondo la presente invenzione comprende un elemento allungato esterno 42, l’elemento allungato intermedio 43 ed un elemento allungato interno 44 aventi tutti circa la stessa lunghezza ed essendo coassiali tra loro.

Inoltre, l’elemento interno e l’elemento esterno sono solidali tra loro e l’elemento intermedio essendo sfilabile rispetto agli altri due.

Sul cannotto sono, inoltre, forniti un adattatore delle aste 45, disposto all’estremità inferiore del cannotto ed associato all’elemento allungato intermedio sfilabile, un collare di bloccaggio 46, un manicotto (preferibilmente cromato) 47, ed almeno un collare di appoggio/incastro 48 provvisto sostanzialmente all’estremità inferiore dell’elemento allungato intermedio.

L’elemento esterno 42 à ̈ munito di listelli esterni 421 di trasmissione coppia sostanzialmente per tutta la sua lunghezza che si associano ai listelli verticali interni 32 del gruppo di movimentazione delle aste (tavola rotary).

Inoltre nella sua parte interna l’elemento esterno, presenta altri listelli 422, che trasmettono la medesima coppia all’elemento intermedio quando rispettivamente quest’ultimo à ̈ tutto chiuso, o tutto aperto cioà ̈ quando à ̈ sfilato. L’elemento esterno 42 supporta nella sua parte inferiore il collare di bloccaggio 46 realizzato ad esempio ad apertura manuale, che vincola in modo sicuro e definitivo gli elementi quando lo sfilo del cannotto non à ̈ richiesto.

Nella forma di realizzazione illustrata l’elemento interno 44 assicura il convogliamento del fluido consolidante in pressione dalla testa di adduzione 8 flangiata nella sua parte superiore del cannotto, fino ad un canale realizzato all’interno dell’elemento intermedio 43.

L’elemento interno 44 non à ̈ sollecitato a coppia torcente e porta nella sua parte esterna inferiore un pacco guarnizioni di tenuta 49.

L’elemento intermedio 43 riceve la coppia dall’elemento esterno 42 per mezzo di listelli radiali collocati nella sua parte superiore 431. Questi listelli si innestano nei corrispondenti listelli interni 422 dell’elemento esterno 42, quando il cannotto à ̈ rispettivamente tutto chiuso e tutto aperto o sfilato.

L’elemento intermedio 43 non à ̈ provvisto di alcuna tenuta e si presenta come un tubo tornito esternamente ed internamente, avente nella sua parte superiore esterna i listelli di trasmissione coppia e spinta 431 e nella sua parte inferiore un giunto esagonale maschio 432, con sedi per spine di fissaggio 433 che garantisce l’interfaccia, tramite l’adattatore 45, con la prima delle aste di perforazione 5. L’adattatore può essere vantaggiosamente cambiato in funzione della tipologia di aste adottate.

L’elemento intermedio 43 presenta vantaggiosamente su tutte le sue superfici un trattamento di indurimento superficiale ed antiossidazione per preservare il più a lungo possibile le tenute montate nelle gole degli elementi e di fronte alle quali, internamente ed esternamente, l’elemento telescopico sfilabile scorre.

L’elemento intermedio 43 à ̈ quindi lo sfilo del cannotto telescopico e viene comandato sollevando od abbassando gli elementi esterno ed interno (vincolati assieme) tramite ad esempio un tiro di funi, fissate direttamente sull’elemento esterno o indirettamente sulla tavola rotary dentro alla quale l’elemento esterno à ̈ innestato.

Per agevolare queste movimentazioni sono presenti nel cannotto, adeguati dispositivi di sfiato. Sull’elemento esterno 42 sono per esempio presenti aperture sulla sommità allo scopo di evacuare il fluido contenuto nella camera racchiusa tra questo elemento e quello intermedio 43 durante la chiusura o di immetterlo nel caso di apertura.

Sono anche previste aperture temporanee sui alcuni elementi per consentire un accesso diretto per il lavaggio delle parti o per la necessaria pulizia. Il manicotto 47 à ̈ fissato alla bocca inferiore dell’elemento intermedio 43 ed ha una doppia funzionalità. E’ innanzitutto un elemento di usura, facilmente sostituibile, poiché le guarnizioni di tenuta boiacca di cemento, lavorano sul suo diametro interno, quando il cannotto telescopico à ̈ tutto chiuso. Inoltre, smontando il manicotto dall’elemento intermedio, si ha accesso alla quasi totalità delle guarnizioni di tenuta, senza dover sfilare i tre elementi che compongono il cannotto telescopico, l’uno rispetto all’altro.

Per poter agevolare ulteriormente la sostituzione delle tenute, nella fattispecie quelle nella parte terminale dell’elemento interno 44, sono montati i pacchi tenuta maggiormente sollecitati non direttamente sull’elemento interno ma su anelli porta-tenuta montati assialmente sull’elemento interno ed ivi mantenuti in posizione corretta tramite un seeger 436.

Una guida apribile 11, preferibilmente a comando idraulico, collocata in posizione fissa o scorrevole nella parte bassa della torre 2 vicino a terra, ha il compito di trattenere la batteria delle aste alla quale l’elemento intermedio à ̈ vincolato, nelle manovre di sfilo e/o chiusura dell’elemento telescopico del cannotto. Il collare di appoggio/incastro 48, montato nella sua apposita sede presente sull’adattatore 45 e che trova un adeguato riscontro nella suddetta guida 11 agevola il compito di bloccare assialmente il telescopico del cannotto mentre gli altri elementi vi scorrono relativamente, in salita (apertura) o in discesa (chiusura).

Una forma di realizzazione secondaria prevede di ricavare il cannotto telescopico con due elementi allungati, sfilabili relativamente l’uno rispetto all’altro. In questo caso l’elemento allungato esterno 42 e quello intermedio 43 sono realizzati identicamente a quanto già descritto, mentre l’elemento interno 44 non risulta presente. Secondo questa forma realizzativa, quando il cannotto telescopico à ̈ sfilato, il fluido consolidante proveniente dalla testa di adduzione 8 viene a contatto con la parte interna dell’elemento esterno 42 riempiendo completamente tutto il vano interno. Il fluido si trova quindi in contatto diretto con i listelli 422 e 431 durante le fasi di movimentazioni e lavoro e questo può produrre una rapida usura delle parti in contatto o il relativo grippaggio. Per queste ragioni la forma realizzativa primaria risulta più vantaggiosa in quanto consente di isolare in un ambiente pulito le parti adibite alla trasmissione del moto. Per contro però la soluzione preferita risulta più complessa in quanto richiede di inserire un terzo elemento allungato dotato di tenute e fissato all’elemento esterno 42 già presente.

Alcune tipologie di lavoro richiedono di operare in ambienti ribassati, per esempio per realizzare consolidamenti sotto strutture ed edifici esistenti, sotto ponti o viadotti. In questo caso l’altezza limitata implica una quota massima raggiungibile dalla torre che à ̈ relativamente piccola (5-8m le altezze tipiche). Le perforazioni, ed in particolare i trattamenti di consolidamento, in questo caso sono a carattere discontinuo in quanto la batteria di aste non sempre à ̈ sufficiente a coprire la profondità di perforazione richiesta. Quindi si opera aggiungendo e togliendo batterie di perforazione per ottenere le profondità richieste.

Il cannotto telescopico può essere vantaggiosamente utilizzato per evitare la movimentazione di aste di perforazione e potrebbe essere montato su tutta l’estensione della torre ed essere collegato direttamente all’utensile di perforazione attraverso un opportuno giunto (tipicamente come l’adattatore 45 già descritto).

In questo caso la perforazione potrebbe raggiungere profondità circa doppie rispetto alle altezze disponibili senza richiedere la movimentazione di aste.

Claims (13)

1. RIVENDICAZIONI 1. Macchina per la perforazione del terreno comprendente: • una torre di guida (2) lungo la quale scorre un gruppo (3) per la movimentazione di una batteria di aste di perforazione (5) che si muove lungo guide (21) della torre, • detto gruppo comprendendo un manicotto (31) che imprime la rotazione ad un cannotto (4) alla cui parte inferiore può essere vincolata almeno un asta di perforazione (5) con un utensile di scavo (6) o direttamente un utensile di scavo (6), caratterizzato dal fatto che • tale cannotto à ̈ un cannotto telescopico e comprende almeno due elementi allungati coassiali tra loro e sfilabili reciprocamente, • e che tale cannotto à ̈ idoneo ad operare con un fluido interno in pressione che scorre all’interno di almeno uno degli elementi allungati .
2. 2. Macchina secondo la rivendicazione 1, in cui tale cannotto telescopico comprende un elemento allungato esterno (42), un elemento allungato intermedio (43) ed un elemento allungato interno (44) coassiali tra loro, • l’elemento interno e l’elemento esterno essendo solidali tra loro e l’elemento intermedio essendo sfilabile rispetto agli altri due.
3. 3. Macchina secondo la rivendicazione 1, in cui il fluido in pressione à ̈ un fluido consolidante.
4. 4. Macchina secondo la rivendicazione 1, in cui sul cannotto à ̈ presente un adattatore delle aste (45), disposto all’estremità inferiore del cannotto stesso ed associato all’elemento allungato intermedio.
5. 5. Macchina secondo la rivendicazione 1, in cui sul cannotto à ̈ presente almeno un collare di bloccaggio (46).
6. 6. Macchina secondo la rivendicazione 1, in cui sul cannotto à ̈ presente almeno un collare di appoggio/incastro (48) provvisto sostanzialmente all’estremità inferiore dell’elemento allungato intermedio.
7. 7. Macchina secondo la rivendicazione 1, in cui l’elemento esterno (42) à ̈ munito sostanzialmente per tutta la sua lunghezza di listelli esterni (421) di trasmissione della coppia che si associano a listelli verticali interni (32) del manicotto (31) del gruppo di movimentazione delle aste (3).
8. 8. Macchina secondo la rivendicazione 1, in cui l’elemento intermedio (43) à ̈ comandato sollevando od abbassando gli elementi esterno ed interno tramite un tiro di funi, fissate direttamente sull’elemento esterno o indirettamente agendo sul gruppo di movimentazione (3) dentro al quale l’elemento esterno à ̈ innestato.
9. 9. Macchina secondo la rivendicazione 1, in cui l’elemento intermedio (43) presenta su tutte le sue superfici allungate un trattamento di protezione contro l’ossidazione e l’erosione.
10. 10. Macchina secondo la rivendicazione 1, in cui una guida apribile (11) collocata in posizione fissa o scorrevole nella parte bassa della torre ha il compito di trattenere la batteria delle aste (5) alla quale l’elemento intermedio à ̈ vincolato, nelle manovre di sfilo e/o chiusura del telescopico del cannotto.
11. 11. Macchina secondo la rivendicazione 10, in cui detta guida apribile (11) Ã ̈ a comando non manuale.
12. 12. Macchina secondo la rivendicazione 10, in cui detta guida apribile (11) Ã ̈ a comando idraulico.
13. 13. Macchina secondo la rivendicazione 10, in cui il collare di appoggio/incastro (48), montato nella sua apposita sede presente sull’adattatore (45) trova un adeguato riscontro nella suddetta guida (11) che blocca assialmente il movimento telescopico del cannotto.