LU88462A1 - Dispositif pour changer des tiges de forage et/ou de perçage sur une machine de perçage d'un trou de coulée - Google Patents

Description

Mémoire Descriptif déposé à l'appui d'une demande de

BREVET D’INVENTION

au

Luxembourg au nom de: paül wurth s.a.

32, rue d'Alsace L-1122 LUXEMBOURG

pour : Dispositif pour changer des tiges de forage et/ou de perçage sur une machine de perçage d'un trou de coulée DISPOSITIF POUR CHANGER DES TIGES DE FORAGE ET/OU DE PERÇAGE SUR UNE MACHINE DE PERÇAGE D'UN TROU DE COULEE La présente invention concerne un dispositif pour changer des tiges de forage et/ou de perçage sur une machine de perçage d'un trou de coulée, notamment sur une machine de perçage du trou de coulée d'un four à cuve, comme par exemple un haut fourneau.

Pour percer le trou de coulée d'un haut fourneau il est connu d'utiliser des tiges de forage et de perçage d'une longueur de 5 mètres qui pèsent plus de 50 kg. Ces tiges doivent être échangées en principe après chaque perçage du trou de coulée. Pour monter une nouvelle tige de forage ou de perçage dans la machine de perçage, deux ouvriers doivent d'abord transporter la tige d'un magasin jusqu'à la machine de perçage et ensuite l'aligner manuellement sur l'affût de cette dernière. Si cette opération de montage de la tige de perçage ou de forage sur la machine de perçage constitue déjà un travail pénible, l'opération de démontage d'une tige usée est une opération qui est encore plus pénible. En effet, la tige de forage ou de perçage est, après son extraction du trou de coulée, chaude, déformée et encrassée. En bref, l'échange manuel d'une tige de forage ou de perçage sur une machine de perçage d'un trou de coulée est un travail dur, incommode et qui présente de plus un risque élevé du point de vue accidents de travail.

Le problème technique à la base de la présente invention est de mécaniser ce travail pénible et dangereux.

Selon la présente invention ce problème technique trouve sa solution dans un dispositif pour changer des tiges de forage et/ou de perçage sur une machine de perçage d'un trou de coulée qui comprend: un magasin avec des compartiments pouvant recevoir plusieurs types de tiges, et un dispositif de manutention de tiges, capable de saisir une tige dans ledit magasin et de l'aligner dans un axe défini sur la machine de perçage.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description détaillée de quelques exemples d'exécution, décrits ci-dessous, à titre d'illustration, sur base des figures annexées, dans lesquelles: - la Figure 1 représente, dans une vue en perspective, un premier mode d'exécution d'un dispositif selon 1'invention; - la Figure 2 représente une coupe transversale à travers un magasin de tiges de perçage et/ou de forage d'un dispositif selon la présente invention; - la Figure 3 représente une coupe longitudinale à travers le magasin selon la Figure 2; - la Figure 4 illustre dans neuf étapes successives l'opération de chargement d'une nouvelle tige de perçage avec la machine de la Figure 1; - la Figure 5 représente une vue en perspective d'une machine en tandem selon l'invention, qui est capable de servir deux machines de perçage; - la Figure 6 montre, dans une vue en plan, un autre mode d'exécution d'une machine selon l'invention qui est également capable de servir deux machines de perçage représentées sur cette Figure dans leur position de chargement/déchargement; la Figure 7 montre une vue en perspective du dispositif de manutention des tiges de la machine selon la Figure 6; - la Figure 8 montre une variante d'exécution du dispositif de manutention de la Figure 7; - la Figure 9 montre un agrandissement de l'organe de préhension des tiges de la machine de la Figure 1.

La Figure 1 représente un premier mode d'exécution d'un dispositif pour changer des tiges de forage et/ou de perçage sur une machine de perçage d'un trou de coulée. Ce dispositif comprend un magasin de tiges de forage et/ou de perçage, repéré globalement par la référence 10, et un dispositif de manutention des tiges, repéré globalement par la référence 12.

Le magasin 10 pour tiges de forage et/ou de perçage est décrit à l'aide des Figures 1, 2 et 3. Sur les Figures 1 et 3 on voit que ce magasin 10 comprend plusieurs compartiments séparés 14, 16, 18 et 20. Un premier compartiment 14, sur les Figures 1 et 3 il s'agit par exemple du compartiment de gauche, reçoit une réserve de tiges de forage 14' (c'est-à-dire des tiges avec têtes tranchantes pour le forage rotatif); un deuxième compartiment 16 reçoit par exemple une réserve d'un premier type de tiges de perçage 16'; un troisième compartiment 18 reçoit par exemple une réserve d'un deuxième type de tiges de perçage 18' (qui se distingue du premier type par exemple par un diamètre plus grand); et un quatrième compartiment 20 est destiné à recevoir les tiges de perçage et/ou de forage usées 20'. Naturellement ce magasin 10 pourrait aussi comporter moins de quatre compartiments séparés, ou plus de quatre compartiments séparés. En règle général il comporte cependant au moins deux compartiments séparés, dont le premier est destiné à recevoir des tiges de forage et le deuxième est destiné à recevoir des tiges de perçage.

Les compartiments séparés 14, 16, 18 et 20 sont aménagés sur un chariot 22 qui est coulissable dans des rails 24', 24''. Ces rails 24', 24'' qui sont par exemple directement montés sur le plancher de travail 26, permettent un déplacement, de préférence horizontal, du chariot 22 par rapport au dispositif de manutention des tiges 12. Sur les Figures 2 et 3 on voit que le chariot 22 est par exemple guidé dans les rails 24' et 24'' à l'aide de galets 28. Il sera encore noté que les tiges 14', 16' et 18' sont de préférence agencées dans le compartiment respectif de façon que leur axe soit perpendiculaire à la direction de déplacement du chariot 22.

Chacun des compartiments séparés 14, 16 et 18 définit un plan incliné 30, sur lequel les tiges 14', 16' ou 181 reposent en contact 1'une contre 1'autre perpendiculairement à la pente de ce plan incliné 30 (cf. Figure 3). Des butées 32 arrêtent dans chaque compartiment séparé 14, 16, 18 la première des tiges 14', 16', 18’ au pied du plan incliné 30. Sur les Figures 1 et 2 on voit que les plans inclinés 30 sont par exemple définis par deux rebords latéraux 34' et 34'1 et un rebord central 34111 du chariot 22. Chacun de ces rebords 34', 34'' et 34''· est plus précisément découpé en dents de scie, afin de définir lesdits plans inclinés 30. Le compartiment 20 qui reçoit les tiges usées 20' ne définit pas nécessairement un plan incliné.

Sur la Figure 3 la référence 36 repère la trace d'un plan vertical fictif, qui est perpendiculaire au plan de la figure et fixe par rapport au dispositif de manutention 12, et qui sera utilisé dans la suite pour décrire les agencements relatifs des différents éléments. Le chariot 22 peut être déplacé dans ses rails 24', 24'' entre au moins trois positions différentes. Dans une première position c'est la tige en appui contre les butées 32 du compartiment 18 qui se trouve alignée dans le plan 36. Dans la deuxième position ce sera la tige en appui contre les butées 32 du compartiment 16 qui se trouvera alignée dans ledit plan 36. Enfin, dans la troisième position ce sera la tige en appui contre les butées 32 du compartiment 14 qui se trouvera alignée dans le plan 36. Le déplacement du chariot 22 entre les trois positions se fait par exemple à l'aide d'un vérin 38 ou d'une chaîne sans fin (non représentée).

Dans le plan 36 est agencé, entre les deux rails 24' et 24'', l'axe longitudinal d'un mécanisme de soulèvement 40 (cf. Figure 2, qui constitue une coupe parallèle au plan 36 à travers le magasin 10) . Ce mécanisme de soulèvement 40 est immobile par rapport au dispositif de manutention 12. Il sert à saisir une tige 18 ', 16 ' ou 14 ' qui dans la première, la deuxième, respectivement la troisième position du chariot 22 se trouve alignée dans le plan 36, et de la soulever au-dessus du niveau des autres tiges. A cette fin ce mécanisme 40 comprend avantageusement deux bras 42', 42'1 ; le premier bras 42 ' étant agencé entre les rebords 34' et 34" et le deuxième bras 42 *' étant agencé entre les rebords 34 ' ' ' et 34 * *. Chacun de ces bras 42', respectivement 42 ' ' est articulé avec une première de ces deux extrémités sur un support fixe 44·, respectivement 44'1, de façon à pouvoir pivoter dans le plan vertical 36 entre une position rabattue, dans laquelle il ne gène pas le passage du chariot 22, et une position soulevée, dans laquelle les deux bras coopèrent pour supporter la tige alignée dans le plan 36 au-dessus du niveau des autres tiges. Il sera noté que chacun des deux bras 42' et 42'1 est avantageusement muni à son extrémité libre d'une roue à gorge 46', respectivement 46 ' ’ . Les deux roues à gorge 46 et 46'' définissent alors un siège pour la tige à soulever.

Pour pouvoir actionner les deux bras 42' et 42'' de façon synchrone par un seul vérin 48, ces deux bras sont avantageusement reliés par une tringle 50 qui est déplacée dans un plan horizontal par le vérin 48. Sur la Figure 2 les flèches 52 indiquent le sens de pivotement des bras 42' et 42'', si la tringle 50 est déplacée par le vérin 48 dans le sens de la flèche 53.

Le dispositif de manutention 12 de la Figure 1 comprend trois éléments principaux: une colonne de support verticale 60, un bras de manutention 62 et un organe de préhension 64. La fonction du dispositif de manutention 12 est de saisir la tige 100, qui est soulevée par le mécanisme 40 au-dessus du magasin 10, et de la positionner dans l'axe de l'affût de la machine de perçage en position de chargement.

La colonne de support verticale 60 est, on l'a vu plus haut, fixe par rapport aux rails de guidage 24', 24 * 1 du chariot 22 et, a fortiori, par rapport au mécanisme de soulèvement 40. Il sera noté que ceci n'empêche cependant pas que l'ensemble colonne de support 60, rails de guidage 24', 24'' et mécanisme de soulèvement 40 soient déplaçables comme unité sur le plancher de travail 26. Ainsi cet ensemble pourrait par exemple être monté sur un chariot automoteur ou être déplaçable lui-même dans des rails de guidage intégrés dans le plancher de travail 26.

La colonne de support 60 comprend deux rails de guidage 66' et 66'', qui définissent un canal de coulissement 68 pour une embase 70 du bras de manutention 62. Cette embase 70 est déplaçable verticalement dans le canal de coulissement 68 par l'intermédiaire d'un vérin 72. Il est évident qu'on pourrait cependant aussi utiliser une chaîne sans fin, ou tout autre moyen d'entraînement linéaire, pour déplacer l'embase 70 dans son canal de coulissement 68. Le bras de manutention 62 définit, de préférence dans un plan horizontal, un parallélogramme délimité par quatre articulations cylindriques 74', 74'', 76', 76'', dont les axes sont parallèles entre eux. Les deux articulations 74' et 74'' sont localisées du côté de l'embase 70. Les deux articulations 76' et 76'' sont localisées à l'extrémité opposée du bras 62 et servent à supporter un bloc de support 78 pour l'organe de préhension 64. Il sera noté que dans un mécanisme de ce genre le bloc de support 78 reste parallèle à lui-même lorsque le bras de manutention 62 subit un pivotement autour des axes 74' et 74''. Un tel pivotement peut par exemple être engendré par un vérin 80, qui est articulé avec une extrémité sur l'embase 70 et avec l'autre extrémité sur un des deux membres latéraux 82', 82''du parallélogramme du bras de manutention.

L'organe de préhension 64 est décrit à l'aide de la Figure 9. Il comprend deux bras de préhension 84' et 84'' supportés par une base commune 86. Cette base commune est de préférence montée à l'aide d'une articulation cylindrique 88 sur le bloc de support 78. L'articulation cylindrique 88 est par exemple connectée à un moteur pas-à-pas 90, ce qui permet de pivoter la base 86 de façon contrôlée autour d'un axe de pivotement 92, et d'ajuster avec précision l'angle d'inclinaison de la base commune 86. Il sera encore noté que cet axe de pivotement 92 est de préférence horizontal et parallèle à la direction de déplacement du chariot 22. De plus, cet axe de pivotement reste parallèle à lui-même lorsque le bras de manutention 62 est pivoté autour des articulations 74' et 74·'.

Chaque bras de préhension 84 ' et 84 ' ' comprend à son extrémité libre un crochet pivotable inférieur 90', 90'', qui est actionné par exemple par un vérin 92', 92''. Ces crochets pivotables inférieurs 90', 90” peuvent être engagés par pivotement en-dessous de la tige 100, de façon à former un siège à deux appuis espacés axialement en-dessous de la tige 100. Au moins un des deux bras de préhension 84' et 84'' est équipé d'un crochet fixe supérieur 94 ', 94'' qui forme pour le crochet pivotable inférieur 90', 90'' du même bras de préhension un contre-appui, permettant d'agripper la tige 100. Il sera noté que dans le dispositif dé la Figure 1, le bras de préhension 84' n'est pas muni de crochet fixe. Lors de l'extraction d'une tige usée de la machine de perçage, ce bras de préhension 84' doit en effet supporter cette tige usée à l'extrémité avant. Or, cette extrémité avant risque d'être déformée et encrassée, ce qui pourrait éventuellement gêner son saisissement entre deux crochets. De plus, pour immobiliser une tige ÎOO dans l'organe de préhension 64, il est largement suffisant de l'agripper à un seul endroit.

Le fonctionnement de la machine de la Figure 1 est décrit plus en détail à l'aide des neuf images séquentielles de la Figure 4. Il est conseillé de se référer simultanément aux Figures 1, 2, 3 et 9 pour certains détails structurels de la machine qui ont déjà été décrit plus haut. Sur toutes les images 1 à 9 de la Figure 4 la croix 102 indique un axe défini par une machine de perçage en position de chargement, avec lequel la tige 100 doit être alignée. Il sera noté que cet axe 102 est de préférence contenu dans le plan 36, dans lequel est aussi aligné l'axe longitudinal du mécanisme de soulèvement 40.

La première image de la Figure 4 montre le chariot 22 du magasin 10 dans une position dans laquelle une tige de forage 14' est agencée dans le plan 36. Comme on admet qu'on veut charger une tige de perçage 100 du type 18' dans la machine de perçage, il faut d'abord déplacer le chariot 22 dans une position dans laquelle la première des tiges 18', c'est-à-dire celle qui est en appui sur les butées 32 du compartiment 18, est alignée dans le plan 36. Ce déplacement du chariot 22 est suggéré par la flèche 104.

L'image 2 de la Figure 4 représente le chariot 22 dans la position souhaitée. De plus, le mécanisme de soulèvement 40 a été actionné pour soulever la tige 100 au-dessus du magasin 10 (cf. aussi Figure 2) . Il sera noté que dans cette position soulevée, la tige 100 est alignée dans le plan de déplacement 106 du bras de manutention 62, lorsque l'embase 70 est dans sa position inférieure sur la colonne de support 60.

De 1 ' image 2 à 1 ' image 3 de la Figure 4, le bras de manutention 62 a été pivoté dans le plan 106, dans le sens de la flèche 108, pour agencer 1'extrémités avant de chaque bras de préhension 84', 84'* dans le plan 36.

Sur 1 ' image 4 de la Figure 4 on constate que les crochets de support inférieur 90' et 90'' ont été pivotés en-dessous de la tige 100. Cette dernière se trouve maintenant supportée et saisie par l'organe de préhension 64, ce qui permet de descendre le mécanisme de soulèvement 40 dans sa position de garage. Sur l'image 4 cette dernière opération est déjà accomplie.

Comme le plus souvent le chargement de la machine de perçage doit se faire latéralement, le bras de manutention 62 est pivoté dans le sens de la flèche 108', dans sa position initiale. L'image 5 de la Figure 4 montre le bras de manutention 62 dans cette position, l'organe de préhension 64 supporte maintenant la tige 100.

La prochaine étape consiste à déplacer l'embase 70 du bras de manutention 62 verticalement de sa position inférieure dans sa position supérieure. Ce mouvement est suggéré par la flèche 110. L'image 6 de la Figure 4 montre le bras de manutention 62 aligné dans un plan 112, qui passe par l'axe 102 et qui est parallèle au plan 106.

La flèche 114 suggère le mouvement suivant, à savoir un pivotement du bras de manutention 62 dans le plan 112. Vu que l'axe 102 est aligné dans le plan 36, ce pivotement a exactement la même amplitude que le pivotement dans le plan 106, qui a été décrit à l'aide des images 2 et 3 de la Figure 4. Il sera encore noté que pendant ce déplacement la tige 100 reste strictement parallèle à elle-même.

Sur l'image 7 de la Figure 4, la tige 100 est agencée dans le plan 36. Il se peut que la tige 100 ne soit pas encore strictement parallèle à l'axe 102 dans le plan 36. En d'autres termes, l'axe 102 n'est pas parallèle au plan 112. Un tel défaut d'alignement est alors corrigé en faisant pivoter l'organe de préhension 64 autour de l'axe 93. Le moteur pas-à-pas 90 permet un ajustage précis de l'inclinaison de la tige 100 dans le plan 36.

Une fois alignée avec l'axe 102, la tige 100 peut être reprise par les organes de support (non montrés) de la machine de perçage, et les crochets de support 90', 90'' de l'organe de préhension 64 peuvent être rabattus. L'image 8 de la Figure 4 montre la tige 100 supportée sur la machine de perçage (non montrée) en alignement avec l'axe 102 après que les crochets de support 90', 90'' ont été rabattus.

En dernier lieu le bras de manutention 62 est pivoté dans le plan 112 dans sa position initiale, ce qui est suggéré par la flèche 114'. L'image 9 de la Figure 4 montre la machine selon l'invention dans la position dans laquelle elle se trouve après accomplissement de ce dernier mouvement. Le plus souvent elle restera dans cette position pour être prête à enlever une tige usée de la machine de perçage.

Pour enlever cette tige usée de la machine de perçage, les opérations des images 9 à 4 sont réalisées dans l'ordre inverse (le sens des flèches 114', 114, 110 et 108' est bien entendu inversé). Arrivé à la position représentée par l'image 4 de la Figure 4, il y a deux variantes possibles pour décharger la tige usée dans le compartiment 20 du magasin 10. Selon la première variante, le chariot 22 est déplacé jusqu'à ce que le compartiment 20 soit situé en-dessous de la tige usée. Selon la deuxième variante, le bras de manutention est pivoté au-delà de son arrêt normal, défini par l'agencement de la tige supportée par l'organe de préhension 64 dans le plan 36, dans une position extrême, dans laquelle les crochets 90', 90'' surplombent le compartiment 20. Dans les deux variantes, les crochets de support 90', 90'' sont alors ouverts et la tige usée tombe dans le compartiment 20 réservé aux tiges usées 20'. Il sera noté que la machine de la Figure 1 est conçue, pour des raisons d'encombrement notamment, pour appliquer la variante 2 pour la décharge d'une tige usée dans son compartiment 20.

La Figure 5 montre une exécution en tandem de la machine de la Figure 1. Elle se distingue de la machine de la Figure 1 essentiellement en deux points. Premièrement, elle comprend deux magasins symétriques 210' et 210'', qui sont situés de part et d'autre de la colonne de support 260. Chacun de ces deux magasins 210' et 210'' est identique au magasin 10. Deuxièmement, elle comprend deux organes de préhension 264' et 264'' agencés symétriquement sur un bloc de support 278, qui est l'équivalent du bloc de support 78 de la Figure 1. Chacun de ces organes de préhension est identique à l'organe de préhension de la Figure 9. Une telle machine en tandem permet de changer des tiges de forage et/ou de perçage sur deux machines de perçage.

Sur la Figure 6 est notamment représenté une situation dans laquelle deux machines de perçage 300', 300'' attendent d'être chargées. A cette fin leurs affûts 302' et 302'', qui sont supportés de façon connue en soi par un support pivotable 304,. 304'', ont été agencés de part et d'autre d'une machine selon l'invention repérée globalement par la référence 306. Cette machine pourrait bien entendu être la machine en tandem de la Figure 5. Sur la Figure 6 la référence 306 repère cependant une variante d'exécution de la machine de la Figure 1 qui permet de servir les deux machines de perçage 302' et 302'' en n'utilisant qu'un seul magasin 310, identique au magasin 10 de la figure 1, et un dispositif de manutention 312 avec un seul organe de préhension 364, identique à l'organe de préhension 64 de la Figure 9.

La Figure 7 montre plus en détail le dispositif de manutention 312 de la Figure 6. Ce dernier se distingue du dispositif 12 de la Figure 7 essentiellement par le fait que le dispositif de préhension 3 64 est pivotable par rapport au bloc de support 378 autour d'un axe vertical 395. Un moteur rotatif 379, à sens de rotation réversible, assure alors le pivotement de l'organe de préhension 364 autour de l'axe 395 entre une première position (montrée sur le Figure 6), dans laquelle il sait saisir une tige de perçage dans le magasin 310 (ou décharger une tige usée dans celui-ci) et dans lequel il est aussi capable de servir l'affût 302', et une deuxième position, dans laquelle il est capable de servir l'affût 302''. Le pivotement de l'organe de préhension 364 de la première position dans la deuxième position s'effectue lorsque le bras de manutention 362 est en position basse, afin de permettre le passage de la tige 100, supportée par l'organe de préhension 364, en-dessous des deux affûts 302' et 302''. Il sera noté qu'il faut prévoir dans le magasin 310 des compartiments séparés pour les tiges qui doivent être montées sur l'affût 302' et celle qui doivent être montées sur l'affût 302'·; à moins que ces tiges n'aient des extrémités symétriques.

Dans 1'exécution selon la Figure 8 cet inconvénient du dispositif de la Figure 7 est supprimé. L'organe de préhension 364' peut en effet pivoter par rapport au bloc 378' autour d'un axe horizontal 395'. En d'autres termes, la tige saisie par l'organe de préhension 364' est pivotée par au-dessus de la colonne de support 360. Ce pivotement s'effectue de préférence lorsque le bras de manutention 362' est en position haute, afin de permettre le passage de la tige 100, supportée par l'organe de préhension 364', au-dessus de la colonne 360.

Claims (1)

1. REVENDICATION Dispositif pour changer des tiges de forage et/ou de perçage sur une machine de perçage d'un trou de coulée comprenant un magasin avec des compartiments pouvant recevoir plusieurs types de tiges, et un dispositif de manutention de tiges, capable de saisir une tige dans ledit magasin et de l'aligner dans un axe défini sur la machine de perçage.