FR3138156A1

FR3138156A1 - Machine d’excavation comportant des disques de découpe et procédé de découpe correspondant

Info

Publication number: FR3138156A1
Application number: FR2207608A
Authority: FR
Inventors: Frédéric NEGRINI; Boris MAGAND; Killian DUMONTIER
Original assignee: Soletanche Freyssinet SA
Current assignee: Soletanche Freyssinet SA
Priority date: 2022-07-25
Filing date: 2022-07-25
Publication date: 2024-01-26
Also published as: US20240026640A1

Abstract

Machine d’excavation comportant des disques de découpe et procédé de découpe correspondant L’invention concerne une machine d’excavation comportant une tête de coupe (24) avec : un premier tambour (40’) et un deuxième tambour (40’’) positionnés côte à côte, à proximité l’un de l’autre, et configurés pour tourner respectivement autour d’un premier et d’un deuxième axe de rotation, le premier tambour (40’) et le deuxième tambour (40’’) comportant, selon leur axe de rotation respectif, une extrémité proximale reliée à la tête de coupe (24), et une extrémité distale (44’, 44’’) opposée à l’extrémité proximale, dans laquelle : - ledit premier tambour (40’) comporte, à son extrémité distale (44’), un premier disque de découpe (50’) ou bien un premier moyen de montage configuré pour permettre le montage d’un premier disque de découpe, - ledit deuxième tambour (40’’) comporte, à son extrémité distale (44’’), un deuxième disque de découpe (50’’) ou bien un deuxième moyen de montage configuré pour permettre le montage d’un deuxième disque de découpe, dans laquelle les premier (50’) et deuxième (50’’) disques de découpe sont positionnés sensiblement dans un même plan, ou bien les premier et deuxième moyens de montage sont configurés pour positionner les premier et deuxième disques de découpe sensiblement dans un même plan. L’invention concerne également un disque de découpe pour une telle machine d’excavation, ainsi qu’un procédé de découpe correspondant. Figure pour l’abrégé : Fig. 5

Description

Machine d’excavation comportant des disques de découpe et procédé de découpe correspondant

La présente invention a pour objet le domaine des machines d'excavation et de découpe de sol, à fraises rotatives, permettant notamment la réalisation de parois moulées dans le sol.

Pour réaliser de telles parois moulées, il est tout d'abord nécessaire de creuser une tranchée dont la géométrie correspond à la paroi à réaliser. Ensuite, on remplit la tranchée avec un coulis ou un béton éventuellement muni d'armatures pour obtenir la paroi moulée.

Lorsque la paroi présente une certaine profondeur et qu'elle doit être réalisée avec une grande précision, on utilise le plus souvent des machines d'excavation du type hydrofraise dans lesquelles la tête de coupe est équipée de deux ensembles rotatifs munis d'outils d'excavation. Ces outils, sous l'effet de la poussée verticale, désagrègent le terrain ou la roche, ce qui produit d'importantes quantités de déblais. Lors de l'opération de forage, la tranchée est maintenue remplie de liquide de forage. Les déblais de forage présents dans le liquide de forage sont ensuite évacués hors de la tranchée par pompage.

En se référant aux figures annexées 1 et 2, on va décrire un exemple de réalisation d’une machine d'excavation de type connu.

Sur la , on a représenté un ensemble d'excavation 9, similaire à celui décrit dans la demande FR 2 806 111 qui comprend un porteur 10 muni d'une flèche 12. Sur l'extrémité 14 de la flèche 12, passent des câbles de sustentation 16 à l'extrémité 18 desquels est montée la machine d'excavation 20 proprement dite. Cette machine 20 comprend un châssis vertical 22 à l'extrémité inférieure duquel est montée une tête de coupe 24. La tête de coupe est essentiellement constituée par deux ensembles rotatifs de coupe 26 et 28 à axes de rotation horizontaux, X-X' parallèles entre eux. De préférence, chaque ensemble rotatif de coupe est constitué par deux fraises ou tambours montés symétriquement sur le châssis. La machine d'excavation peut comporter également, pour permettre la remontée des déblais, une bouche d'aspiration 30 disposée à l'extrémité inférieure du châssis entre les deux ensembles rotatifs de coupe 26 et 28, une conduite d'aspiration 32 reliant la bouche d'aspiration 30 à un dispositif d'aspiration 34, par exemple une pompe, et un conduit 36 qui permet d'aspirer le liquide de forage contenant les déblais en vue de l'évacuer vers une installation de récupération. En surface, une autre conduite est également prévue pour remplir la tranchée avec le liquide de forage.

Dans les machines d'excavation connues, les tambours cylindriques tournent à l'intérieur d'un volume de boue constitué en partie basse de deux demi-cylindres créés par la découpe réalisée par les outils d'excavation montés sur les tambours, ce volume s'étendant essentiellement jusqu'au bord inférieur du châssis.

Cependant, de telles machines d’excavation ne sont pas adaptées pour travailler dans n’importe quel sol. Ainsi, lors du creusement de certaines tranchées, la machine d’excavation peut rencontrer des corps étrangers, notamment des câbles ou tirants, susceptibles de bloquer la tête de coupe en s’enroulant autour des ensembles rotatifs de coupe, voire d’endommager la tête de coupe, par exemple lors du sectionnement de tirants sous tension.

Lorsque de tels corps étrangers sont détectés, ou même préalablement localisés avant même le travail de la machine d’excavation, il est alors prévu d’utiliser d’autres machines ou systèmes destinés à retirer ou à neutraliser les corps étrangers en question.

Tel que le cas par exemple des câbles d’ancrage, ou tirants, pouvant être présents dans des sols en raison de travaux antérieurs et laissés en place par la suite. De tels câbles peuvent compliquer les travaux de creusement par les machines d’excavation qui vont être amenées à les couper pour pouvoir creuser. En particulier, lorsque le câble vient à être coupé, il peut se produire une libération d’une énergie de tension emmagasinée dans le câble initialement, et susceptible d’endommager la machine d’excavation. De plus, les câbles peuvent venir bloquer voire endommager la machine d’excavation, notamment les tambours ou éventuellement le système d’aspiration, par exemple en venant s’enrouler autour des tambours de la tête de coupe.

Dans de telles situations, il est connu de venir détendre et éventuellement retirer de tels câbles présents dans le sol, préalablement aux opérations de forage par la machine d’excavation. Cependant, de telles opérations sur les câbles peuvent être compliquées à réaliser, sans pour autant garantir l’absence d’autres câbles non-identifiés ou non-répertoriés dans la zone.

Il existe un réel besoin de pouvoir gérer la présence de corps étrangers, tels que des câbles, dans le sol à excaver, afin de permettre un fonctionnement normal et sûr d’une machine d’excavation munie de tambours rotatifs.

La présente invention vise à résoudre les différents problèmes techniques énoncés précédemment. En particulier la présente invention vise à proposer une machine d’excavation permettant de creuser une tranchée dans un sol pouvant comporter des corps étrangers. Plus précisément, la présente invention vise à proposer une machine d’excavation capable de découper des câbles ou tirants présents dans le sol, lors du creusement de la tranchée.

Ainsi, selon un aspect, il est proposé une machine d’excavation comportant :
- un châssis vertical présentant une extrémité inférieure ;
- une tête de coupe montée à ladite extrémité inférieure du châssis, ladite tête de coupe comprenant un premier tambour et un deuxième tambour positionnés côte à côte, à proximité l’un de l’autre, et configurés pour tourner respectivement autour d’un premier et d’un deuxième axe de rotation, le premier tambour et le deuxième tambour comportant, selon leur axe de rotation respectif, une extrémité proximale reliée à la tête de coupe, et une extrémité distale opposée à l’extrémité proximale.

Ledit premier tambour comporte, à son extrémité distale, un premier disque de découpe ou bien un premier moyen de montage configuré pour permettre le montage d’un premier disque de découpe. Ledit deuxième tambour comporte, à son extrémité distale, un deuxième disque de découpe ou bien un deuxième moyen de montage configuré pour permettre le montage d’un deuxième disque de découpe. Ledit premier et deuxième disque de découpe présentent respectivement un diamètre supérieur ou égal à celui dudit premier et deuxième tambour.

Les premier et deuxième disques de découpe sont positionnés sensiblement dans un même plan, ou bien les premier et deuxième moyens de montage sont configurés pour positionner les premier et deuxième disques de découpe sensiblement dans un même plan.

Ainsi, la machine d’excavation comporte deux disques de découpe, ou deux moyens de montage pour disque de découpe, montés dans un même plan et côte à côte de manière à permettre, lors de la rotation des deux tambours de la tête de coupe, de découper d’éventuels câbles ou tirants présents dans le sol et traversant le tracé de la tranchée. Plus précisément, la machine d’excavation est conçue pour découper les câbles ou tirants lorsque ceux-ci viennent se positionner entre lesdits deux disques de découpe. La machine d’excavation peut ainsi neutraliser des câbles ou tirants présents dans le sol, puis effectuer les opérations de creusement du sol habituelles, sans nécessiter un changement de machine. Afin de couper les câbles ou tirants, il suffit de venir positionner ledit câble ou tirant entre les deux disques de découpe, par exemple en faisant tourner les tambours de manière à ce que leurs extrémités inférieures se rapprochent l’une de l’autre, puis de faire tourner les deux tambours, de préférence dans le sens inverse, jusqu’à ce que le câble ou tirant soit sectionné.

Préférentiellement, la tête de coupe comprend également un troisième tambour et un quatrième tambour positionnés côte à côte, à proximité l’un de l’autre, et configurés pour tourner respectivement autour du premier et du deuxième axes de rotation, le troisième tambour et le quatrième tambour comportant, selon leur axe de rotation respectif, une extrémité proximale reliée à la tête de coupe, et une extrémité distale opposée à l’extrémité proximale.

Ledit troisième tambour comporte, à son extrémité distale, un troisième disque de découpe ou bien un troisième moyen de montage configuré pour permettre le montage d’un troisième disque de découpe. Ledit quatrième tambour comporte, à son extrémité distale, un quatrième disque de découpe ou bien un quatrième moyen de montage configuré pour permettre le montage d’un quatrième disque de découpe. Ledit troisième et quatrième disque de découpe présentent respectivement un diamètre supérieur ou égal à celui dudit troisième et quatrième tambour.

Les troisième et quatrième disques de découpe sont positionnés sensiblement dans un même plan, ou bien les troisième et quatrième moyens de montage sont configurés pour positionner les troisième et quatrième disques de découpe sensiblement dans un même plan.

De manière classique, les machines d’excavation comportent deux ensembles rotatifs de coupe comportant, chacun, deux tambours entraînés en rotation autour d’un même axe de rotation, généralement horizontal, et s’étendant sensiblement sur toute la largeur de la tranchée à creuser, de part et d’autre du châssis vertical de la machine d’excavation. Ainsi, avec une telle machine d’excavation avec quatre tambours, il devient possible de sectionner uniquement la partie du câble ou du tirant s’étendant dans le volume de la tranchée à creuser : les disques de découpe s’étendant aux extrémités distales des tambours, c’est-à-dire le long des parois d’extrémité, ou flancs, de la tranchée, ils peuvent venir couper les câbles ou tirants à l’interface avec la tranchée de manière à permettre le retrait complet de la portion traversant la tranchée.

Par ailleurs, les tambours étant montés selon le même axe de rotation, deux à deux, les deux extrémités d’une portion de câble ou de tirant peuvent être découpées en même temps, puisque chaque paire de disques de découpe pourra venir sectionner, simultanément chaque extrémité de la portion de câble ou tirant.

Préférentiellement, la machine d’excavation comprend également au moins une bouche d’aspiration fixée à la tête de coupe entre les premier et deuxième tambours, et un dispositif d’aspiration relié à la bouche d’aspiration pour l’évacuation des déblais excavés par les premier et deuxième tambours.

La bouche d’aspiration permet d’extraire de la tranchée, les déblais formés par le creusement de la tranchée, en particulier le sol excavé mais pas les portions de câble ou de tirant découpées par les disques de découpe. Ces déblais sont ainsi acheminés en-dehors de la tranchée, par aspiration avec le liquide de forage circulant au niveau de la tête de coupe. La bouche d’aspiration est positionnée entre les deux tambours, de manière à faciliter le charriage des déblais vers elles par lesdits tambours lorsque ceux-ci tournent dans le sens représenté en , c’est-à-dire lorsque les outils d’excavation, ou dents, de ceux-ci décrivent un mouvement ascendant au niveau du plan central de symétrie de la tête de coupe.

Selon un premier mode de réalisation, lesdits premier et deuxième tambours comportent lesdits premier et deuxième moyens de montage, et lesdits premier et deuxième moyens de montage comportent chacun : une surface d’appui pour le disque de découpe, par exemple de forme circulaire ou en forme de couronne, et des moyens de fixation du disque de découpe, par exemple des trous taraudés.

Dans ce premier mode de réalisation, les disques de découpe sont montés de manière amovible sur les tambours de la tête de coupe. Ainsi, les tambours comportent des moyens de montage sur lesquels les disques de découpe peuvent être montés, ou non, selon la présence, ou non, de câbles ou tirants dans la tranchée à creuser. Les moyens de montage sont configurés pour permettre un montage efficace et fiable des disques de découpe à l’extrémité distale des tambours. A cet effet, les moyens de montage peuvent comprendre d’une part des moyens de fixation, par exemple des trous taraudés, permettant de venir y serrer des vis de fixation du disque de découpe sur le moyen de montage ; et d’autre part une surface d’appui, par exemple en forme de disque ou de couronne, sur laquelle le disque de découpe va venir en appui. Les moyens de montage sont ainsi conçus pour faciliter le montage du disque de découpe, mais également le maintien, en utilisation, du disque de découpe sur le tambour.

Préférentiellement, la surface d’appui comporte également des ouvertures configurées pour permettre l’accès à des moyens d’attache du tambour sur la tête de coupe.

La surface d’appui est configurée pour laisser un ou plusieurs regards, par exemple des ouvertures, permettant d’accéder à l’extrémité proximale du tambour au niveau de laquelle ce dernier est monté sur la tête de coupe. Le regard, ou ouverture, permet ainsi de monter ou de démonter le tambour de la tête de coupe, en passant par ledit regard.

Préférentiellement, la machine d’excavation comprend également un premier disque de découpe monté sur ledit premier tambour et un deuxième disque de découpe monté sur ledit deuxième tambour.

L’invention concerne donc également la machine d’excavation comportant des moyens de montage et un disque de découpe monté sur chacun des moyens de montage.

Préférentiellement, les premier et deuxième disques de découpe comportent, sur leur pourtour périphérique, un matériau de coupe, de préférence du carbure de tungstène ou de la poudre de diamants.

Les disques de découpe sont conçus pour permettre une découpe efficace tout en garantissant une tenue mécanique élevée. A cet effet, les disques de découpe sont prévus avec un diamètre supérieur à celui des tambours, voire supérieure à celui des tambours avec dents : il est alors possible d’obtenir une distance inter-disques réduite, et en particulier inférieure au diamètre des câbles ou tirants à découper. Par ailleurs, le chant des disques de découpe sont prévus avec des matériaux présentant une résistance mécanique élevée, notamment une dureté élevée. Ainsi, les disques de découpe peuvent comporter du carbure de tungstène, de la poudre de diamants ou tout autre matériau adapté à un tel usage. Lors de leur découpe, le sens de rotation des tambours est de préférence inversé par rapport à celui utilisé lors du creusement de la tranchée, c’est-à-dire que la périphérie des tambours décrit un mouvement descendant au niveau du plan central de symétrie de la tête de coupe. Les câbles ou tirants sont ainsi soumis à l’action simultanée des chants des deux disques de découpe qui viennent d’une part en appui sur le câble ou tirant, sous l’effet de la gravité, et d’autre part exercer une contrainte vers le bas sous l’effet du sens de rotation des disques. Par ailleurs, une telle rotation des tambours permet également d’éloigner de la bouche d’aspiration, la section de câble ou de tirant découpée : on limite ainsi les risques d’endommagement ou de blocage au niveau de l’aspiration de la machine d’excavation. Par contre, dans le cas d’une tête de coupe dépourvue de bouche d’aspiration, il est possible de garder en permanence le même sens de rotation des tambours, que ce soit pendant les phases de creusement ou pendant les phases de découpe.

Préférentiellement, les premier et deuxième disques de découpe comportent également des premier et deuxième moyens de préhension, par exemple des ouvertures, configurées pour coopérer avec des moyens de levage, et/ou comportent des premières et deuxièmes ouvertures, de préférence chanfreinées, pour la fixation sur les premier et deuxième moyens de montage.

Afin de faciliter la manipulation des disques de découpe et limiter les risques de blessure, notamment lors des phases de montage et de démontage sur les moyens de montage des tambours, les disques de découpe peuvent comporter des moyens de préhension, par exemple des ouvertures, pour coopérer avec des moyens de levage, par exemple des crochets. De même, les disques de découpe peuvent également comporter des ouvertures chanfreinées pour leur fixation sur les moyens de montage à l’aide de vis. En particulier, les chanfreins permettent de protéger les têtes de vis lors de l’utilisation des disques de découpe dans la tranchée.

Préférentiellement, les premier et deuxième disques de découpe sont positionnés sensiblement dans un même plan avec un espacement radial inférieur ou égal à 30mm, de préférence inférieur ou égal à 10mm, et plus préférentiellement inférieur ou égal à 5mm.

L’espace entre les deux disques montés sur deux tambours côte à côte, ou adjacents, est choisi petit pour obtenir une découpe aussi complète que possible du câble ou tirant, l’espace libre entre les deux disques adjacents définissant la taille résiduel du câble ou du tirant susceptible de passer entre les deux disques de découpe.

Selon un autre aspect, il est également proposé un disque de découpe configuré pour être monté sur le moyen de montage d’un tambour d’une machine d’excavation comportant lesdits premier et deuxième moyens de montage, telle que décrite précédemment.

L’invention concerne également le disque de découpe en tant que tel, destiné à être monté sur le tambour d’une machine d’excavation, en vue de découper des corps étrangers présents dans un sol à creuser.

Selon un deuxième mode de réalisation, lesdits premier et deuxième tambours comportent lesdits premier et deuxième disques de découpe, et les premier et deuxième disques de découpe comportent, sur leur pourtour périphérique, un matériau de coupe, de préférence du carbure de tungstène, ou de la poudre de diamants et/ou des ouvertures configurées pour permettre l’accès à des moyens d’attache du tambour sur la tête de coupe.

Dans ce deuxième mode de réalisation, les tambours comportent directement les disques de découpe à leur extrémité distale : les disques de découpe ne sont donc pas montés et démontés sur les tambours en fonction des besoins du chantier, mais ce sont les tambours munis des disques de découpe, ou bien la tête de coupe avec de tels tambours, qui sont montés ou démontés sur la machine d’excavation en fonction des besoins du chantier.

Comme pour le premier mode de réalisation, la distance entre les disques de découpe de la machine d’excavation selon le deuxième mode de réalisation est choisie réduite, pour découper un maximum de section de câble ou de tirant, et limiter la taille résiduelle de ceux-ci qui pourrait passer entre les deux disques de découpe.

Selon un autre aspect, il est également proposé un procédé de découpe d’un élément métallique, par exemple un câble, avec une machine d’excavation selon le premier mode de réalisation avec des disques de découpe montés sur les moyens de montage ou bien selon le deuxième mode de réalisation, dans lequel on fait tourner les tambours dans des sens opposés, avec leurs extrémités inférieures s’éloignant ou s’approchant l’une de l’autre, et on translate la tête de coupe vers le bas lorsque celle-ci est positionnée au-dessus de l’élément métallique à découper.

Comme indiqué précédemment, le sens de rotation des tambours peut être choisi de manière à ce que leurs extrémités inférieures s’éloignent l’une de l’autre. Un tel sens de rotation peut notamment être opposé à celui utilisé lors du creusement de la tranchée. Ainsi, lors du creusement, les tambours tournent de manière à acheminer les déblais entre les deux tambours, là où se trouve la bouche d’aspiration permettant d’évacuer lesdits déblais avec le liquide de forage, tandis que lors de la découpe, les tambours acheminent les déblais, et notamment les sections de câbles ou de tirants loin de la bouche d’aspiration. Il convient également de noter que, préalablement à la découpe, notamment lorsque les câbles ou tirants ne sont pas initialement positionnés dans l’axe de l’intervalle séparant les deux tambours, les tambours peuvent être mis en rotation avec leurs extrémités se rapprochant l’une de l’autre, de manière à venir positionner lesdits câbles ou tirants situés dans ledit intervalle séparant les deux tambours, puis, dans la phase de découpe, les tambours peuvent être mis en rotation dans le sens de rotation opposé, pour effectuer la découpe. Par ailleurs, afin d’améliorer l’effet de coupe du pourtour des disques de découpe, la machine d’excavation utilise également le poids de la tête de coupe pour maintenir les disques de découpe en contact avec le câble ou le tirant, durant l’opération de découpe.

Alternativement, le sens de rotation des tambours, lors de la phase de découpe de l’élément métallique, peut être choisi de manière à ce que leurs extrémités inférieures se rapprochent l’une de l’autre. Un tel sens de rotation correspond notamment à celui utilisé lors du creusement de la tranchée. Un tel sens de rotation peut notamment être utilisé lors de la phase de découpe de l’élément métallique, lorsque la tête de coupe est dépourvue de bouche d’aspiration : dans un tel cas, il n’y a pas de risque que la portion d’élément métallique découpée vienne se bloquer ou endommager la bouche ou le système d’aspiration. Le sens de rotation des tambours peut alors rester le même, que ce soit pendant les phases de creusement de la tranchée ou pendant les phases de découpe d’un élément métallique.

Ainsi, lorsque la machine d’excavation selon la présente invention est dépourvue de bouche d’aspiration, la rotation des tambours pourra se faire tout le temps dans le même sens, avec les extrémités inférieures se rapprochant l’une de l’autre, ou bien dans des sens différents pendant les phases de creusement et pendant les phases de découpe. Plus précisément, en phase de creusement, les tambours peuvent tourner de manière à rapprocher leurs extrémités inférieures l’une de l’autre, de manière notamment à venir positionner des câbles ou tirants dans l’intervalle séparant les deux tambours, puis, en phase de découpe, les tambours peuvent être entraînés en rotation dans le même sens, ou bien dans le sens opposé, avec leurs extrémités inférieures s’éloignant l’une de l’autre.

Préférentiellement, avec une machine d’excavation selon le premier mode de réalisation, on fixe, éventuellement après avoir enlevé des dents des tambours, les premier et deuxième disques de découpe sur les premier et deuxième moyens de montage de deux tambours de la machine d’excavation, les premier et deuxième disques de découpe s’étendant sensiblement dans un même plan.

Dans le cadre du premier mode de réalisation, les disques de découpe sont montés sur les moyens de montage préalablement aux opérations de découpe. Dans ce cas, il est effectivement nécessaire d’extraire la machine d’excavation de la tranchée, afin d’y monter les disques de découpe, mais il n’est pas nécessaire d’utiliser une autre machine, distincte, pour découper les tirants ou câbles : la machine d’excavation peut rester sur site, et effectuer successivement les étapes de creusement, découpe puis à nouveau creusement, ce qui limite les opérations à effectuer par les opérateurs et donc le temps nécessaire pour les effectuer.

Enfin, les dents peuvent être préalablement retirées des tambours, notamment afin d’éviter que la section de câble ou de tirant découpée ne vienne s’y enrouler et s’y bloquer.

Préférentiellement, avec une machine d’excavation selon le deuxième mode de réalisation, on fixe les tambours comportant les premier et deuxième disques de découpe, ou la tête de découpe comportant de tels tambours, sur la machine d’excavation, les premier et deuxième disques de découpe s’étendant sensiblement dans un même plan.

Dans le cadre du deuxième mode de réalisation, les tambours avec disque de découpe, ou la tête de découpe correspondante, sont montés sur la machine d’excavation préalablement aux opérations de découpe. Dans ce cas, il est effectivement nécessaire d’extraire la machine d’excavation de la tranchée, afin d’y monter les tambours avec disque de découpe, ou bien la tête de découpe correspondante, mais il n’est pas nécessaire d’utiliser une autre machine, distincte, pour découper les tirants ou câbles : la machine d’excavation peut rester sur site, et effectuer successivement les étapes de creusement, découpe puis à nouveau creusement, ce qui limite les opérations à effectuer par les opérateurs et donc le temps nécessaire pour les effectuer.

Préférentiellement, les tambours comportant un disque de découpe peuvent être dépourvus de dents.

La , déjà décrite, représente un ensemble d’excavation de type connu ;

La , déjà décrite, représente de manière plus détaillée la tête de coupe de la machine d’excavation de la ;

La est une vue schématique en perspective d’un tambour, ou fraise, pour une machine d’excavation selon un premier mode de réalisation de l’invention ;

La est une vue schématique en perspective d’un disque de découpe pour une machine d’excavation selon le premier mode de réalisation ; et

La est une vue schématique en perspective d’une tête de coupe d’une machine d’excavation selon le premier mode de réalisation de l’invention avec disques de découpe, ou bien selon un deuxième mode de réalisation.

Les figures 3 et 4 représentent un exemple de tambour 40 et un exemple de disque de découpe 50 pour une machine d’excavation selon le premier mode de réalisation de l’invention.

Le tambour 40 comporte, de manière classique, une extrémité proximale 42 s’étendant sensiblement dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation du tambour 40, et une extrémité distale 44 opposée à l’extrémité proximale 42 et s’étendant sensiblement dans un plan parallèle à celui de l’extrémité proximale. Les extrémités proximale 42 et distale 44 délimitent sensiblement la largeur du tambour 40 dans la direction de son axe de rotation. Ainsi, l’axe de rotation du tambour 40 étant destiné à être sensiblement horizontal en utilisation, les extrémités proximale 42 et distale 44 s’étendent sensiblement verticalement lorsque le tambour 40 est monté et utilisé sur la tête de coupe 24.

Afin de permettre le montage et l’entraînement en rotation du tambour 40, la tête de coupe 24 comporte des moyens de coopération (non représentés) sur lesquels est monté le tambour 40. Plus précisément, le tambour 40 est monté sur la tête de coupe 24 par son extrémité proximale 42, tandis que l’extrémité distale 44 s’étend à l’opposé de la tête de coupe 24.

Par ailleurs, le tambour 40 comporte également, le long de sa périphérie, des outils d’excavation, par exemple des dents 46 montées sur des goussets 48 munis de portes-dents, entraînés en rotation par le tambour 40 et permettant de creuser le sol lors de l’excavation. Les dents 46 et les goussets 48 peuvent s’étendre dans différents plans de creusement qui sont, par exemple, perpendiculaires à l’axe de rotation du tambour 40 et qui sont répartis sur la largeur du tambour 40. Ainsi, sur la , les goussets 48 et les dents 46 sont positionnés selon deux plans parallèles disposés respectivement à proximité des extrémités proximale 42 et distale 44 du tambour 40. Les goussets 48 et les dents 46 peuvent former une couronne s’étendant tout le long de la périphérie du tambour 40, ou bien ne former que des segments entourant partiellement le tambour 40. De tels segments sont alors définis directement par les différents goussets 48. En particulier, les positions des différents segments formés par les goussets 48 sur le pourtour du tambour 40 peuvent être choisies en quinconce entre les différents plans de creusement, éventuellement avec des portions de recouvrement entre les différents segments en quinconce.

Les dents 46 de l’extrémité distale 44 permettent donc de creuser au niveau de la paroi latérale de la tranchée réalisée par la machine d’excavation, tandis que les dents situées au niveau de l’extrémité proximale 42 ou bien entre l’extrémité proximale 42 et l’extrémité distale 44 permettent de creuser à l’intérieur de la tranchée réalisée par la machine d’excavation.

Toutefois, lors du creusement de certaines tranchées, la machine d’excavation peut rencontrer des corps étrangers, notamment des câbles ou tirants, susceptibles de bloquer la tête de coupe 24 en s’enroulant autour des ensembles rotatifs de coupe, voire d’endommager la tête de coupe 24, par exemple lors du sectionnement de tirants sous tension.

Ainsi, afin de neutraliser de tels corps étrangers, et continuer l’excavation de la tranchée, la machine d’excavation 20 selon la présente invention peut comprendre deux ou plusieurs disques de découpe 50 tels que représentés à la .

Selon le premier mode de réalisation illustré à la , le tambour 40 peut comporter des moyens de montage 52 destinés à permettre le montage d’un disque de découpe à l’extrémité distale 44 du tambour 40. Les moyens de montage 52 peuvent notamment comprendre d’une part des moyens de fixation 54 permettant la fixation du disque de découpe 50 sur l’extrémité distale 44 du tambour 40. Les moyens de fixation 54 peuvent par exemple être des trous taraudés destinés à coopérer avec des vis de fixation du disque de découpe 50.

En particulier, les moyens de montage 52, et plus particulièrement les moyens de fixation 54, sont configurés pour permettre un montage réversible du disque de découpe 50 sur le tambour 40, c’est-à-dire que le disque de découpe 50 est amovible. Un tel mode de réalisation permet donc d’utiliser de manière classique la tête de coupe 24 de la machine d’excavation 20 lors de travaux d’excavation, et de l’améliorer avec des disques de découpe 50 lorsque des corps étrangers, notamment des câbles ou tirants, sont présents dans la zone à excaver.

Par ailleurs, les moyens de montage 52 peuvent également comporter une surface d’appui 56. La surface d’appui 56 est destinée à former un support stable pour le disque de découpe 50, permettant de reprendre les éventuels efforts ou contraintes pouvant s’exercer à l’interface entre le tambour 40 et le disque de découpe 50 pendant l’utilisation de la tête de coupe 24. La surface d’appui 56 est montée à l’extrémité distale 44 du tambour 40 et présente une surface exposée destinée à venir en contact avec le disque de découpe 50 lorsque celui-ci est monté sur le tambour 40.

Dans le cas illustré à la , la surface d’appui 56 présente une forme générale de couronne, et présente une surface exposée, pour le contact avec le disque de découpe 50, plus importante que la section transversale d’un tambour dépourvu d’une telle surface d’appui. La surface d’appui 56 est solidaire du tambour 40, par exemple est soudée à la section transversale du tambour 40.

La forme en couronne de la surface d’appui 56 permet de garder un libre accès au volume intérieur du tambour 40, tout autour de l’axe de rotation. Cependant, une telle surface d’appui 56 pourrait limiter l’accès aux moyens d’attache du tambour 40 sur la tête de coupe 24 (au niveau de l’extrémité proximale 42 du tambour 40). Ainsi, la surface d’appui 56 peut comprendre des ouvertures 58, dans le cas présent au nombre de six, réparties sur le pourtour de la surface d’appui et donnant un accès aux moyens d’attache du tambour 40 sur la tête de coupe 24. Ainsi, pour fixer ou retirer le tambour 40 de la tête de coupe 24, il suffit de retirer le disque de découpe 50 des moyens de fixation 52, puis d’accéder aux moyens d’attache du tambour 40 via les ouvertures 58.

Le tambour 40 selon le premier mode de réalisation présente donc une géométrie et un usage très similaires à ceux des tambours traditionnels, à l’exception des moyens de montage 52 prévus à l’extrémité distale 44 du tambour 40 et configurés pour permettre le montage d’un disque de découpe 50 à l’extrémité distale 44 du tambour 40. En particulier, en l’absence de corps étrangers dans la tranchée à excaver, les opérations d’attache/retrait du tambour sur la tête de coupe, et les opérations de creusement de la tranchée restent identiques à celles déjà mises en œuvre avec les tambours traditionnels.

La illustre un exemple de disque de découpe 50. Le disque de découpe 50 illustré à la est un disque de découpe 50 amovible utilisé avec un tambour 40 selon le premier mode de réalisation.

Le disque de découpe 50 présente de préférence une forme générale de couronne, c’est-à-dire une forme de disque avec un trou central. Le trou central est destiné à laisser un accès libre au volume intérieur du tambour 40 sur lequel il est monté, tout autour de l’axe de rotation dudit tambour 40.

Afin de monter le disque de découpe 50 sur le tambour 40, le disque de découpe 50 peut comporter des ouvertures chanfreinées 60 dans lesquelles des vis de fixation (non représentées) peuvent être montées puis vissées dans les moyens de fixation 54 du tambour 40. Le chanfrein permet notamment, lors de l’utilisation des disques de découpe 50 pendant les opérations d’excavation, d’éviter d’user, voire de casser, les têtes de vis par frottement sur la paroi de la tranchée en cours d’excavation.

Par ailleurs, afin de faciliter la manipulation du disque de découpe 50 lors de sa fixation ou de son retrait du tambour 40, des moyens de préhension 62, par exemple sous forme d’ouvertures permettant d’y insérer un crochet de levage, sont prévus, de préférence à proximité du pourtour périphérique du disque de découpe 50.

Enfin, le disque de découpe 50 comporte avantageusement un matériau de coupe 64 sur tout ou partie de son pourtour. Le disque de découpe 50 étant destiné à couper des corps étrangers présents dans le sol, notamment des câbles ou des tirants, le matériau de coupe a pour but d’une part d’obtenir une coupe plus rapide dudit corps étranger, et d’autre part de limiter l’usure du pourtour périphérique du disque de découpe 50. A cet effet, le matériau de coupe est avantageusement choisi parmi des matériaux présentant une dureté élevée, par exemple de la poussière de diamants, du carbure de tungstène ou tout autre matériau adapté pour un tel usage.

La illustre une tête de coupe 24 avec des disques de découpe selon le premier mode de réalisation. En particulier, la tête de coupe 24 comprend des tambours, par exemple quatre tambours 40’, 40’’, 40’’’, 40’’’’ montés par paire sur les deux axes de rotation horizontaux X-X’, et des disques de découpe, par exemple quatre disques de découpe 50’, 50’’, 50’’’, 50’’’’ associés respectivement à chacun des quatre tambours 40’, 40’’, 40’’’, 40’’’’.

Dans le premier mode de réalisation, chaque tambour 40’, 40’’, 40’’’, 40’’’’ de la machine d’excavation correspond au tambour 40 illustré sur la , et chaque disque de découpe 50’, 50’’, 50’’’, 50’’’’ correspond au disque de découpe 50 illustré à la .

Comme on peut le constater, les disques de découpe sont disposés par paire, dans deux plans parallèles. Ainsi, les premier et deuxième disques de découpe 50’ et 50’’ sont positionnés sensiblement dans un même plan qui correspond au plan des extrémités distales 44’, 44’’ des premier et deuxième tambours 40’, 40’’, tandis que les troisième et quatrième disques de découpe 50’’’ et 50’’’’ sont positionnés sensiblement dans un même plan qui correspond au plan des extrémités distales 44’’’, 44’’’’ des troisième et quatrième tambours 40’’’, 40’’’’.

Ainsi associés, chaque paire de disques de découpe permet de couper des éléments étrangers, notamment des câbles ou tirants, traversant la tranchée à excaver par au moins l’une de ses parois latérales. Dans ce cas, la tête de coupe 24 est placée dans la tranchée de manière à positionner ledit corps étranger entre les deux disques de découpe d’un même plan. Le mouvement de chaque disque de découpe permet ainsi de venir couper ledit corps étranger par deux côtés opposés, jusqu’à obtenir la coupe complète.

Afin d’obtenir une coupe rapide et totale, les disques de découpe d’une même paire (c’est-à-dire positionnés dans un même plan) sont proches l’un de l’autre, par exemple distants d’une distance inférieure à 30mm, de préférence inférieure à 10mm et plus préférentiellement inférieure à 5mm.

Selon un second mode de réalisation, chaque tambour 40’, 40’’, 40’’’, 40’’’’ comporte, à son extrémité distale, un disque de découpe 50’, 50’’, 50’’’, 50’’’’ solidaire dudit tambour.

Dans ce cas, le disque de découpe n’est plus amovible, et ne comporte donc plus d’ouvertures pour fixation 60. Le tambour ne comprend plus de moyens de montage 52. Par contre, des ouvertures d’accès au moyen d’attache du tambour sur la tête de coupe, peuvent être prévues dans le disque de découpe.

Lors de la mise en œuvre de la machine d’excavation pour découper le corps étranger, notamment le câble ou le tirant, la tête de coupe 24 est configurée pour permettre une rotation des tambours, et donc des disques de découpe correspondants, dans le sens inverse de celui utilisé lors du creusement de la tranchée. Plus précisément, la tête de coupe 24 est configurée pour faire tourner les tambours de manière à ce que, au point le plus étroit entre les deux disques de découpe, le pourtour périphérique descende, c’est-à-dire de manière à ce que l’extrémité inférieure des disques de découpe tournent en s’éloignant l’une de l’autre. Un tel mouvement correspond à un sens de rotation horaire pour le premier disque de découpe 50’ et un sens de rotation anti-horaire pour le deuxième disque de découpe 50’’.

Dans le même temps, la tête de coupe 24 peut être translatée vers le bas, c’est-à-dire vers le corps étranger, ou peut tout simplement exercer une pression sur le corps étranger sous l’effet de son propre poids. On augmente ainsi la force de contact entre le corps étranger et le matériau de coupe des disques de découpe, ce qui permet d’améliorer l’effet d’usure ou de découpe du matériau de coupe sur le corps étranger.

Toutefois, avant de faire tourner les tambours tels que décrit précédemment pour effectuer la découpe, il est possible de les faire tourner dans le sens opposé, de manière à venir positionner naturellement le corps étranger dans l’intervalle séparant les deux disques, en particulier lorsque le corps étranger n’est pas initialement positionné dans l’axe dudit intervalle. Une fois le corps étranger positionné entre les deux disques de découpe, les tambours peuvent alors être mis en rotation dans l’autre sens, de manière à effectuer la découpe du corps étranger.

Dans le cas d’une tête de coupe dépourvue de bouche d’aspiration, les tambours peuvent être mis en rotation, pendant la phase de découpe du corps étranger, dans le même sens que pendant la phase de creusement, c’est-à-dire avec l’extrémité inférieure des disques de découpe se rapprochant l’une de l’autre. Dans ce cas, le sens de rotation des tambours reste le même pendant toute la durée de fonctionnement de la tête de coupe.

De plus, et préalablement à la découpe du corps étranger, il est également possible de prévoir un retrait des dents 46 des tambours 40 de la tête de coupe 24. En effet, et même si les disques de découpe 50 s’étendent radialement au-delà des dents 46, le corps étranger à couper pourrait néanmoins se retrouver entraîné par les dents 46 et venir endommager, voire bloquer, le tambour 40 en s’y enroulant autour. Afin de limiter un tel risque, les dents 46 peuvent être enlevées des goussets 48 préalablement à la découpe.

Ainsi, grâce au tambour et au disque de découpe selon la présente invention, il devient possible de creuser une tranchée comportant des corps étrangers, de manière plus sure et plus rapide. Les disques de découpe permettent en effet une découpe in situ et rapide des corps étrangers présents dans la tranchée, sans nécessiter l’utilisation d’une autre machine et tout en limitant les risques de détérioration du matériel utilisé. En particulier, les tambours selon la présente invention tirent profit du fonctionnement de la tête de coupe pour permettre une découpe efficace et complète d’éventuels câbles ou tirants s’étendant à travers la tranchée.

Claims

Machine d’excavation (20) comportant :
- un châssis vertical (22) présentant une extrémité inférieure ;
- une tête de coupe (24) montée à ladite extrémité inférieure du châssis (22), ladite tête de coupe (24) comprenant un premier tambour (40’) et un deuxième tambour (40’’) positionnés côte à côte, à proximité l’un de l’autre, et configurés pour tourner respectivement autour d’un premier (X) et d’un deuxième (X’) axe de rotation, le premier tambour (40’) et le deuxième tambour (40’’) comportant, selon leur axe de rotation respectif, une extrémité proximale (42’, 42’’) reliée à la tête de coupe (24), et une extrémité distale (44’, 44’’) opposée à l’extrémité proximale (42’, 42’’),
la machine d'excavation (20) étant caractérisée en ce que :
- ledit premier tambour (40’) comporte, à son extrémité distale (44’), un premier disque de découpe (50’) ou bien un premier moyen de montage (52) configuré pour permettre le montage d’un premier disque de découpe (50’),
- ledit deuxième tambour (40’’) comporte, à son extrémité distale (44’’), un deuxième disque de découpe (50’’) ou bien un deuxième moyen de montage (52) configuré pour permettre le montage d’un deuxième disque de découpe (50’’),
dans laquelle ledit premier et deuxième disque de découpe (50’, 50’’) présentent respectivement un diamètre supérieur ou égal à celui dudit premier et deuxième tambour (40’, 40’’),
et dans laquelle les premier et deuxième disques de découpe (50’, 50’’) sont positionnés sensiblement dans un même plan,
ou bien les premier et deuxième moyens de montage (52) sont configurés pour positionner les premier et deuxième disques de découpe (50’, 50’’) sensiblement dans un même plan.
Machine d’excavation (20) selon la revendication 1, dans laquelle lesdits premier et deuxième tambours (40’, 40’’) comportent lesdits premier et deuxième moyens de montage (52), et dans laquelle lesdits premier et deuxième moyens de montage (52) comportent chacun : une surface d’appui (56) pour le disque de découpe, par exemple de forme circulaire ou en forme de couronne, et des moyens de fixation (54) du disque de découpe, par exemple des trous taraudés.
Machine d’excavation (20) selon la revendication 2, dans laquelle la surface d’appui (56) comporte également des ouvertures (58) configurées pour permettre l’accès à des moyens d’attache du tambour (40) sur la tête de coupe (24).
Machine d’excavation (20) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle lesdits premier et deuxième tambours (40’, 40’’) comportent lesdits premier et deuxième moyens de montage (52), et dans laquelle la machine d’excavation (20) comprend également un premier disque de découpe (50’) monté sur ledit premier tambour et un deuxième disque de découpe (50’’) monté sur ledit deuxième tambour.
Machine d’excavation (20) selon la revendication précédente, dans laquelle les premier et deuxième disques de découpe (50’, 50’’) comportent, sur leur pourtour périphérique, un matériau de coupe (64), de préférence du carbure de tungstène ou de la poudre de diamants.
Machine d’excavation (20) selon la revendication 4 ou 5, dans laquelle les premier et deuxième disques de découpe (50’, 50’’) comportent également des premier et deuxième moyens de préhension (62), par exemple des ouvertures, configurées pour coopérer avec des moyens de levage, et/ou comportent des premières et deuxièmes ouvertures (60), de préférence chanfreinées, pour la fixation sur les premier et deuxième moyens de montage (52).
Machine d’excavation (20) selon la revendication 1, dans laquelle lesdits premier et deuxième tambours (40’, 40’’) comportent lesdits premier et deuxième disques de découpe (50’, 50’’), et dans laquelle les premier et deuxième disques de découpe (50’, 50’’) comportent, sur leur pourtour périphérique, un matériau de coupe (64), de préférence du carbure de tungstène, ou de la poudre de diamants et/ou des ouvertures configurées pour permettre l’accès à des moyens d’attache du tambour sur la tête de coupe.
Machine d’excavation (20) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle :
- lesdits premier et deuxième tambours (40’, 40’’) comportent lesdits premier et deuxième disques de découpe (50’, 50’’), et les premier et deuxième disques de découpe sont positionnés sensiblement dans un même plan avec un espacement radial inférieur ou égal à 30mm, de préférence inférieur ou égal à 10mm, et plus préférentiellement inférieur ou égal à 5mm
ou bien
- lesdits premier et deuxième tambours (40’, 40’’) comportent lesdits premier et deuxième moyens de montage (52), et les premier et deuxième moyens de montage sont configurés pour positionner les premier et deuxième disques de découpe (50’, 50’’) sensiblement dans un même plan avec un espacement radial inférieur ou égal à 30mm, de préférence inférieur ou égal à 10mm, et plus préférentiellement inférieur ou égal à 5mm.
Machine d’excavation (20) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la tête de coupe (24) comprend également un troisième tambour (40’’’) et un quatrième tambour (40’’’’) positionnés côte à côte, à proximité l’un de l’autre, et configurés pour tourner respectivement autour du premier et du deuxième axes de rotation, le troisième tambour et le quatrième tambour comportant, selon leur axe de rotation respectif, une extrémité proximale (42’’’, 42’’’’) reliée à la tête de coupe, et une extrémité distale (44’’’, 44’’’’) opposée à l’extrémité proximale;
la machine d'excavation étant caractérisée en ce que :
- ledit troisième tambour (40’’’) comporte, à son extrémité distale, un troisième disque de découpe (50’’’) ou bien un troisième moyen de montage (52) configuré pour permettre le montage d’un troisième disque de découpe (50’’’),
- ledit quatrième tambour (40’’’’) comporte, à son extrémité distale, un quatrième disque de découpe (50’’’’) ou bien un quatrième moyen de montage (52) configuré pour permettre le montage d’un quatrième disque de découpe (50’’’’),
dans laquelle ledit troisième et quatrième disque de découpe (50’’’, 50’’’’) présentent respectivement un diamètre supérieur ou égal à celui dudit troisième et quatrième tambour (40’’’, 40’’’’),
et dans laquelle les troisième et quatrième disques de découpe sont positionnés sensiblement dans un même plan,
ou bien les troisième et quatrième moyens de montage sont configurés pour positionner les troisième et quatrième disques de découpe sensiblement dans un même plan.
Machine d’excavation (20) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant également au moins une bouche d’aspiration (30) fixée à la tête de coupe entre les premier et deuxième tambours (40’, 40’’), et un dispositif d’aspiration (34) relié à la bouche d’aspiration pour l’évacuation des déblais excavés par les premier et deuxième tambours.
Disque de découpe (50) configuré pour être monté sur le moyen de montage (52) d’un tambour (40) d’une machine d’excavation comportant lesdits premier et deuxième moyens de montage, selon l’une quelconque des revendications 1 à 6 et 8 à 10.
Procédé de découpe d’un élément métallique, par exemple un câble, avec une machine d’excavation (20) selon les revendications 1 et 4, dans lequel on fait tourner les tambours (40’, 40’’) dans des sens opposés, avec leurs extrémités inférieures s’éloignant ou se rapprochant l’une de l’autre et on translate la tête de coupe (24) vers le bas lorsque celle-ci est positionnée au-dessus de l’élément métallique à découper.
Procédé de découpe selon la revendication précédente avec une machine d’excavation selon la revendication 4, dans lequel on fixe, éventuellement après avoir enlevé des dents (46) des tambours, les premier et deuxième disques de découpe (50’, 50’’) sur les premier et deuxième moyens de montage de deux tambours de la machine d’excavation, les premier et deuxième disques de découpe s’étendant sensiblement dans un même plan.