CA2128252A1 - Foreuse automatique - Google Patents

Abstract

Cette machine se rapporte à un camion de forage dont la boîte arrière comprend un pivot sur lequel est installé un système hydraulique sur lequel siège un opérateur. L'opérateur peut activer sélectivement les différents contrôles d'un bras hydraulique auquel se rattache une foreuse pneumatique sur rail. Un des principaux avantages de cette machine est que le foreur peut forer sans effort physique et peut faire des trous de 10 pieds de creux sans changer de foret, et; c'est donc beaucoup plus rapide que le forage manuel. Avec une foreuse conventionnelle manuelle, le foreur doit supporter son marteau, qu'il installe sur un foret de 2 pieds et doit appliquer une pression manuelle sur le marteau lors du forage. Quand le trou de 2 pieds de profond est achevé et réinstaller son marteau pneumatique dessus et ainsi de suite, de 2 pieds en 2 pieds, jusqu'à la profondeur désirée, ce qui demande beaucoup de travail musculaire et d'équilibre parce que les trous doivent être forés bien droits.

Description

g ~

M~MOIR~ DESCRIPTIF 3LA~8748.OPA
TITR~: ~OREUSE AUTOMATIQUE
DO~ATN~ DE L' lN VL.. llON
La présente invention se rapporte à un rail de forage muni d'un marteau pneumatique qui circule de haut en bas et vice-versa, le tout rattaché à un bras hydraulique qui, lui, est fixé à l'arrière d'un camion.
ART ANTÉRIEUR
Une revue de l'art antérieur a révélé certains brevets ayant trait aux principes se rapprochant de mon invention et les brevets suivants ont retenu notre attention.
* CN 942288 Toppila & al. 19 Février 1974 montre un système de positionnement de bras de forage dont le mécanisme de positionnq ent horizontal ressemble à celui de mon invention mais dont le mécanisme de rotation est un système d'engrenage et non pas un simple cylindre hydraulique comme mon invention. Mon système est donc plus simple d'utilisation par rapport au système à engrenages.
* CN 1132530 Montabert, 28 Septembre 1982 montre un système de positionnement de foreuse asservie sur 3 axes par des vérins hydrauliques. Ce système comporte une multitude de cylindres et ne permet pas une grande polyvalence de mouvement une fois mis en place pour le forage. C'est un système qui est dit fixe et qui doit etre maintenu en place à l'aide d'un point d'ancrage. Mon système offre une mobilité plus grande en plus de simplifier la mécanique en n'utilisant qu'un nombre restreint de vérins pour le positionnement.
* CN 2099981 Bonca, 7 Mai 1993 montre un système de forage basculé en place par des vérins hydrauliques. Ce système ne peut bouger que sur un axe et il ne peut fonctionner qu'en mode de forage vertical. Il n'est donc pas polyvalent comme mon invention.

* US 5310011 ~aakkurivaara, 10 Mai 1994 montre un système de positionnement de foreuse. Encore ici le positionnement ne se fait que sur un axe contrairement à trois (3) axes pour mon invention .
~ US 4334599 Herron 17 Août 1982 montre un système de forage que l'on peut positionner sur deux (2) axes et monté sur un chariot de transport. Mon invention possède plus de degrés de liberté pour son positionnement en plus d'être montée sur un camion pour un transport plus rapide. Mon invention est en plus stabilisée par des pattes hydrauliques, ce que Herron ne possède pas.
* D~ 1805226 Schell 14 Mai 1970 montre un système de forage monté sur véhicule avec des moyens hydrauliques de positionnement de la foreuse. Cette invention ne peut forer que difficilement à la verticale, bien qu'elle soit adaptée pour les utilisations dans les mines ou carrières.
~ On trouve aussi un modèle COMMANDO 100 et 300 de la compagnie TAMROC~ qui montre un véhicule autopropulsé qui supporte un bras de forage articulé. Ce système, si moderne soit-il, possède un prix d'achat très élevé et comporte deux carences majeures qui sont: le système ne peut être transporté sur de longues distances qu'avec l'aide d'un autre transporteur et la manoeuvre de retournement du rail de forage doit se faire manuellement. Mon système permet un certain retournement du rail grâce au vérin hydraulique affecté à
la rotation du même rail. Le principal avantage de mon invention est sa simplicité et son prix de revient par rapport au modèle de TAMROC~.
OBJ~CTIFS DE L'lNV~.~lON
Le premier objectif de la pr~sente invention est de placer l'opérateur assis face à son tableau de contrôle d~où il peut positionner son rail de forage à l'endroit voulu par simple pression des cl ~ndes hydrauliques. Le rall étant muni d'un ,f niveau, il obtient des trous parfaitement verticaux. Un autre avantage est qu'on peut fixer à cette foreuse un marteau manuel de tout type, ce qui facilite l'entretien. Le rail de forage peut être muni de tiges d'une longueur pouvant atteindre dix pieds, 3 mètres, pour un forage continu. Le rail de forage est muni d~un support de foret qui glisse le long du rail, suspendu sous le marteau pneumatique. Avantage ~upplémentaire, le foreur peut faire un forage dans une circonférence de 15 pieds, 5 mètres, autour de la souche de montage, sans avoir à déplacer le véhicule. C'est un objectif de fournir un système de forage économique qui peut être installé sur divers modèles de camions ou de tracteurs.
~SSl~
Relativement au dessin qui illustre la réalisation de l'invention, on décrira plus en détail ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, un dispositif conforme à la présente invention en référence au dessin annexé sur lequel:
Fig.1 montre une vue en élévation de l'unité de forage montée, en position de transport. ~-Fig.2 montre une vue en élévation de l'unité de forage de la Flg.1 en position de forage vertical.
Fig.3 montre une vue agrandie de la zone 3 de la Fig.2.
Fig.4 montre une vue de face de la zone 3.
Fig.5 montre une coupe selon la ligne 5-5 de la ~ig.4.
Fig.6 montre une coupe selon la ligne 6-6 de la Fig.4.
Fig.7 montre une coupe selon la ligne 7-7 de la Fig.4.
Fig.8 montre une vue agrandie de face selon la ligne 8-8 de Fig.2.
Fig.9 montre une vue agrandie selon la ligne 9-9 de la Fig.2.
Fig.10 montre une vue telle que la Fig.9 illustrant une pla~ue en position abaissée.
Fig.11 montre une coupe selon la ligne 11-ll de la Fig.8.

l'"' Fig.12 montre une perspective agrandie d'un détall de rail.
Fig.13 montre une vue agrandie d'un second détail de rail.
Fig.14 montre une vue de la foreuse en position de forage de plafond.
Fig.15 montre une vue de détail d'un poste de commande.
Fig.16 montre une alternatlve à la Fig.2.
Fig.17 montre une alternative ~ la Fig.13.
Fig.18 montre une vue de détail d'un guide de forage.
Fig.19 montre une vue de détail d'un mécanisme de rotation.
Fig.20 montre une alternative à la Fig.12.
D~SCRIPTION DE L'INVENTION
La réalisation préférée de l'invention est illustrée aux Fig.1 et suivantes où les mêmes éléments caractérisants sont identifiés par les mêmes numéros et où on voit:
une unité de forage 22 destinée à être montée, en position de transport, sur un camion 24 porteur d'une colonne articulée 26 et d'une boîte 28 renfermant un ensemble d'éléments hydrauliques. Le pointillé montre la position de transport et les lignes pleines illustrent l'unité en mouvement de déplacement vers la position de forage;
à la vue en élévation de la Fig.2, l'unité de forage de la Flg.1 en position de forage vertical. La colonne 26 pouvant faire une rotation de 360, est pivotée de 180. Un opérateur 30 prend place sur un siège 32 adapté une colonne de rotation 34;
à la vue de côté de la Fig.3, un boîtier 42 de rotation articulé
par un cylindre hydraulique d'articulation 44, orienté à la verticale. Un rail de forage 46 est retenu par un étau central 48 ajustable et un étau éloigné 49 ajustable du boîtier 42 articulé.
Ce système permet d'ajuster le rail de forage 46 au niveau désiré
selon la profondeur du forage et la situation relative de la face ~1 a ~
;

à forer par rapport à la plateforme. Un cylindre hydraulique de rotation 50 relié aux étaux 48 et 49 et au boîtier 42 permet au rail de forage 46 de se positionner à des angles composés grâce au joint de mouvement latéral 52 --Fig.4--. La tige de forage 54 est guidée par une plaque guide-foret mobile 56 qui glisse sur le rail de forage 46 du côté opposé de la prise des étaux 48 et 49 du boîtier 42 articulé;
à la Fig.4, une vue frontale de la Fig.3 où les lignes pointillées montrent la possibilité du pivotement du rail de forage 46 à partir du centre 47 du boîtier 42 articulé. Ce mouvement est produit ~ar le cylindre hydraulique d~articulation 50 fixé à la plaque d'ancrage 58 du boîtier 42, pour compléter le déplacement tridimentionnel de l'ensemble. La plaque guide-foret mobile 56 qui glisse sur le rail de forage 46 est retenue par des câbles 60 provenant de la plaque de support 69 --FIG.8--. Cette plaque guide-foret mobile 56 élimine les risques de flambage de la tige de forage 54; à la Fig.5, un rail de forage 46 composé de deux (2) poutres en acier en "U" 64 --Fig.6-- et comprenant un espace entre les deux au moyen de tenons 66. En cet espace se déplace une chaîne d~entraînement 68 qui translate verticalement un marteau pneumatique manuel 70 --Fig.8--. On voit aussi l'étau éloigné 49 ajustable --FIG.3-- où le rail de forage 46 est fixé;
a la Fig.6, une plaque guide-foret mobile 56 sur le rail de forage 46 et un doigt-guide 72 sur la plaque 56;
à la Fig.7, un joint pour mouvement latéral 52 ancré à la fois à
l'étau central 48 ajustable et à la plaque mobile 62 qui fait partie du boîtier 42. On voit aussi le cylindre hydraulique de rotation 50 placé entre la plaque mobile 62 et le boîtier 42 pour permettre la rotation du rail de forage 46;
à la Fig.8, l'extrémité supérieure 73 du rail de forage 46 où se 5 ~

situe un moteur hydraulique 74 muni d'un arbre de traction 76 avec un barbotin 78 qui cc ~nde une chaîne d'entraînement 68. Cette même ch~îne entraîne à son tour la plaque de support 69 où est flxé
un marteau pneumatique 70 manuel. On peut aussi voir les câbles 60 qui soutiennent la plaque guide-foret mobile 56 pour prévenir le flambage--FIG.10--;
à la Fig.9, l'extrémité inférieure 79 du rail de forage 46 et la tige de forage 54 en position de travail, le pignon de retour 80 de la chaîne d'entra~nement 68. On peut voir aussi partiellement un indicateur de verticalité 82 qui agit par gravité;
à la Fig.10, la même vue qu'à la Fig.9 mais avec la plaque guide-foret mobile 56 en position de fin de course au bas de l'extrémité
inférieure 79 du rail de forage 46. On peut aussi voir l'indicateur de verticalité 82 dans sa totalité et une plaque guide-foret fixe 84 qui dirige le foret dans la dernière partie de sa course. Le rail de forage 46 se termine par une base de forage 86 qui sert de support pour le rail 46 et qui ancre le tout au sol lors du forage pour prévenir les mouvements non désirés du système;
à la Fig.11, une coupe qui montre le marteau pneumatique 70 manuel fixé à la plaque de support 69 qui glisse sur le rail de forage 46.
La plaque de support 69 est fixée à la chaîne d'entraînement 68 au moyen d'une fixation de chaîne d'entraînement 88;
à la Fig.12, une vue agrandie de l'extrémité inférieure 79 du rail de forage 46 et de l'indicateur de verticalité 82 ainsi que du pignon de retour 80 qui sert à soutenir la chaîne d'entraînement 68 --Fig.11--;
à la Fig.13, une vue partielle de l'extrémité supérieure 73 du rail de forage 46 avec le moteur hydraulique 74 actionnant le barbotin 78 à l'aide de l'arbre de traction 76. Des vis de tension 90 sont appuyées sur l'arbre de traction 76 pour tendre la chaîne d'entr~în~cnt 68 et lui enlever tout jeu qul pourrait survenir durant la vie de la chaîne 68;
à la Fig.14, l'unité de forage dont le rail de forage 46 est positionné au maximum de la course du cylindre hydraulique d'articulation 44 et qui repose sur un accotoir de rail de forage 98 --Fig.2-- pour être maintenu bien droit pendant son utilisation.
Un cylindre hydraulique d'exten~ion 96 est à sa course mlnlrAle et maintient le rail de forage 46 et un bras avant 99 de la colonne articulée 26 rectiligne. Un cylindre hydraulique d'élévation 94 est à son extension a~' Al e et donne un angle de 60 entre le sol et le rail de forage 46. On voit aussi des pattes hydrauliques 24a qui servent à stabiliser le camion 24 durant les opérations de forage surplombant, soit surtout du forage de plafond;
à la Fig.15, la disposition d'un poste de commandes 92 ainsi que le siège 32 de l'opérateur 30 --Fig.2--. On peut voir l'extension du cylindre hydraulique d'élévation 94 et en lignes pointillées, une cabine 102 optionnelle pour protéger l'opérateur 30 --Fig.2--durant les opérations. On voit aussl une vanne de commande pneumatique 104 parmi d'autres vannes sur le poste de commandes 92.
FIG.16 montre comme alternative, une vue générale du système de forage sur une plateforme en position déployée.
FIG.17 montre une vue schématique du système de translation de l'unité de forage sur un rail de forage.
FIG.18 est une perspective d'une plaque guide mobile 56 située sur le rail de forage.
FIG.19 est une vue schématique du mécanisme de rotation du rail de forage.
FIG.20 est une vue schématique du système d~alignement de niveau sur le rail de forage pour un forage vertical.
UTTTT~ATION DE L'lNv~r.llON

5 ~L

Un moteur hydraulique 74, situé au sommet d'un rail de forage 46, actionne un engrenage à chaine auquel est rattaché un marteau pneumatique 70 sur le rail de forage 46. Le rail de forage 46 est fixé sur la colonne articulée 26 au moyen d'un joint pour mouvement latéral 52. Des c~ an~es de vannes sont fixées sur le poste de c~ es 92, dont une vanne de commande pneumatique 104 servant à
activer le marteau pneumatique 70 et d'autre vannes servant à
contrôler les cylindres hydrauliques 44, 50, et 94 pour mouvoir la tige de forage 54 dans les trois (3) axes. Le poste de commandes 92 et la vanne de cl 2n~e pneumatique 104 sont aussi fixés sur la partie verticale de la colonne articulée 26. Des pattes hydrauliques 24a sont fixées en dessous de la colonne articulée 26 et à l'arrière d'une plateforme de camion 24, sur laquelle sont aussi fixés une boîte 28 renfermant un compresseur 71 à l'air ainsi que des éléments hydrauliques, et un appui de transport 36 où vient reposer la colonne articuIée 26 lors du transport du système.
LISTE DES PIECES:
22. Unité de forage 44 Cylindre hydraulique 24. Camion à 6 roues 4x4 d'articulation 24a. Pattes hydrauliques 44a. Pivot d'atriculation 24b. Plateforme arrière 46. Rail de forage 26. Colonne articulée 47. Centre 28. Bo~te 47'. Ecrou central 30. Opérateur 48. Etau central 32. Siège 48'. Plaque d~étau 32a. Poutre de siège 48b. Vis de serrage d'étau 34. Colonne de rotation central 36. Appui de transport 49. Etau éloigné
42. Boîtier articulé 49~. Plaque d~étau 49a. ~xtension d'ancrage 79. Extrémité inférieure 49b. Vis de serrage d'étau 80. Pignon de retour éloigné 82. Indicateur de verticalité
50. Cylindre hydraulique de 84. Plaque guide-foret fixe rotation 86. Base de forage 50a. Ancre supérieure 88. Fixation de la ch~qSne 50b. Ancre inférieure , d'entr~î ne ~nt 51. Pivot 90. Vis de tension 51b. Pivot 92. Poste de c~ -qn~es 52. Joint pour mouv~ ~nt de 94. Cylindre hydraulique rotation d'élévation 54. Tige de forage 96. Cylindre hydraulique 56. Plaque guide-foret mobile d'extension 58. Plaque d'ancrage 97. Bras arriere 60. Câble 98. Accotoir du rail de forage 61. Anneau soudé 99 Bras avant 62. Plaque mobile 100 Pivot 64. Poutre en "U" 102. Cabine 66. Tenons 104. Vanne de commande 68. ~-ha~nQ d'entra~ n~ ~t pneumatique 69. Plaque de support 106. Anneau soudé
70. Marteau Fn- qtique 108. Tige d'align~ ent 71. Compresseur à air 110. Pointe contrepoids 72. Doigt-guide de la tige 112. Oeillet d'alignement foreuse 116. Arbre de pignon 73. E~. ;té supérieure 118. Oeillet de câble 74. Moteur hydraulique 120. Plaque de soutien 75. Pompe hydraulique superieure 76. Arbre de traction 122. Plaque de soutien 78. Barbotin inferieure f' 124. Boulon de serrage 126. Vis de maintient 1Z8. Vis d'ajustement 130. Contre-écrou 132. Plaque 134. kcrou 138. Appui des vis 138a. Appui des vis 140. Col1ssinet 142. Fi~ation de collcs; net 144. Renfort 146. Trou d'ajustement 150. Plateforme vissée 152. Bras de siège 154. Bras de support des c ~ -n~leq 156. Vitres ;nc1;nées Il est du reste bien entendu que le mode de réalisation de la présente invention qui a été décrit ci-dessus, en référence aux dessins annexés, a été donné à titre indlcatif et nullement limitatif, et que des modifications et adaptatlons peuvent etre apportées sans que l'on s'écarte pour autant du cadre de la présente invention. D'autre réalisations sont possibles et limitées seulement par l'étendue des revendications qui suivent:

....

Claims (14)

1. Une unité de forage 22 destinée à être montée sur un camion 24 comprenant une ligne axiale longitudinale et une plateforme ayant une partie arrière 24b surplombante, ladite unité de forage 22 comprenant:
- une colonne articulée 26 installée sur une colonne de rotation 34 aussi installée verticalement sur ladite partie arrière, ladite colonne 34 pouvant être pivotée de 180° de chaque côté de ladite ligne axiale longitudinale dudit camion, et comprenant un moyen d'aménagement pour un opérateur tournant de concert avec ladite colonne de rotation 34, - un moyen de forage par impact comprenant une tige de forage 54 montée sur un rail de forage 46 et un moyen de déplacement hydraulique de ladite tige de forage 54 sur ledit rail de forage 46, - un moyen de positionnement dudit rail de forage 46 dans les trois (3) axes, dans l'espace, et rattaché à ladite colonne articulée 26, - un ensemble d'éléments hydrauliques pouvant être installés sur ladite plateforme dans un moyen de boîte 28 et destiné à fournir des moyens de fluides audits moyens de positionnement et de déplacement,

2. L'unité de forage définie à la revendication 1 dont le moyen de positionnement dudit rail de forage comprend:
- un bras arrière 97 rattaché de façon pivotante à ladite colonne articulée 26, et déplacé par un moyen de cylindre hydraulique d'élévation 94 rattaché à ladite colonne articulée 26, - un bras avant 99 rattaché de façon pivotante audit bras arrière 97, et déplacé par un moyen de cylindre hydraulique d'extension 96 rattaché audit bras arrière 97, - un boîtier 42 rattaché de façon pivotante audit bras avant 99, et déplacé par un moyen de cylindre hydraulique d'articulation 44 rattaché audit bras avant 99, - deux étaux rattachés à une certaine distance l'un de l'autre audit rail de forage 46 dont un étau central 48, et plaque d'étau 48', rattachés axialement par rapport à un centre 47 audit rail 47 et audit boîtier 42 par un moyen de joint de rotation 52, et un étau eloigné 49, avec une plaque d'étau 49', rattachés, de façon pivotante audit boîtier 42, par un moyen de cylindre hydraulique de rotation 50.

3. L'unité de forage définie à la revendication 2 où lesdits deux étaux sont ajustables et destiné à ajuster ledit rail de forage 46 au niveau désiré selon la profondeur du forage et la situation relative d'une face à forer par rapport à ladite plateforme.

4. L'unité de forage définie à la revendication 1 où ledit moyen de déplacement hydraulique de ladite tige de forage 54 sur ledit rail de forage 46 comprend un moyen de moteur hydraulique 74 faisant tourner un arbre de traction 76 relié à un barbotin 78 qui transmet un tension à une chaîne d'entraînement 68 qui entraîne une plaque mobile 62 fixée à ladite chaîne par un moyen de fixation de la chaîne d'entraînement 88, ladite plaque de support 69 entraînant aussi un marteau pneumatique 70 sur lequel est monté ladite tige de forage 54, ladite tige de forage 54 comprenant de plus une plaque guide-foret mobile 56 destinée à glisser sur ledit rail de forage 46.

5. L'unité de forage définie à la revendication 2 où le boîtier 42 comprend aussi une plaque d'ancrage 58 installée en cantilevier pour décentrer le point d'appui de la tige dudit cylindre hydraulique de rotation 50 , ledit cylindre 50 étant déjà installé
de façon pivotante sur ledit étau éloigné 49 ajustable dudit rail de forage 46 et étant ainsi destiné à déplacer ledit rail de forage de façon circulaire par rapport audit centre 47.

6. L'unité de forage définie à la revendication 5 comprenant un joint pour mouvement latéral 52 ancré à la fois audit étau central ajustable 48 et à ladite plaque d'ancrage 58 faisant partie dudit boîtier 42, facilitant le déplacement de la tige dudit cylindre hydraulique de rotation 50, ladite tige étant placée entre ladite plaque d'ancrage 58 et le boîtier 42 et permettant la rotation dudit rail de forage 46.

7. L'unité de forage définie à la revendication 4 dont la plaque guide-foret mobile 56 qui glisse sur ledit rail de forage 46 est retenue par des câbles 60 provenant de ladite plaque de support 69, ladite plaque guide-foret mobile 56 comprenant de plus un doigt-guide de la tige foreuse 72 destiné à être installé autour de ladite tige de forage 54, lesdits câbles 60 étant destinés à
soutenir ladite plaque guide-foret mobile 56 pour prévenir le flambage.

8. L'unité de forage définie dans la revendication 1 dont ledit rail de forage 46 comprend deux (2) poutres en "U" 64 et comprend un espace entre lesdites deux poutres maintenu au moyen de tenons 66; ledit rail de forage 46 comprenant de plus une chaîne d'entraînement 68 destinée à déplacer longitudinalement un marteau pneumatique 70 manuel.

9. L'unité de forage définie à la revendication 8 dont le rail de forage 46 comprend une extrémité supérieure 73 où se situe un moteur hydraulique 74 muni d'un arbre de traction 76 avec un barbotin 78 qui commande une chaîne d'entraînement 68, ladite chaîne entraînant à son tour ladite plaque de support 69 où est fixé ledit marteau pneumatique 70 manuel au moyen de boulon de serrage 124.

10. L'unité de forage définie à la revendication 9 dont ledit rail de forage comprend de plus une extrémité supérieure 73 et un pignon de retour 80 de ladite chaîne d'entraînement 68 installé à ladite extrémité inférieure 79.

11. L'unité de forage définie à la revendication 10 dont ladite extrémité inférieure comprend de plus un indicateur de verticalité
82 qui agit par gravité, ledit indicateur comprenant un anneau soudé 106 fixé à une desdites poutres en "U" 64, une tige d'alignement 108 accrochée audit anneau, une pointe contrepoids 110 attachée à ladite tige d'alignement 108 passant à travers un oeillet d'alignement 112.

12. L'unité de forage définie à la revendication 10 dont ladite extrémité inférieure comprend de plus une plaque guide-foret fixe 84 qui dirige ladite tige de forage dans la dernière partie de sa course, ladite plaque guide-foret mobile 56 en position de fin de course étant au bas de ladite extrémité inférieure 79 dudit rail de forage 46, le rail de forage 46 de plus se terminant par une base de forage 86 destinée à servir de support pour ledit rail de forage 46 et qui ancre ledit rail de forage au sol lors du forage pour prévenir les mouvements latéraux non désirés;

13. L'unité de forage définie à la revendication 9 dont ledit marteau pneumatique 70 manuel est fixé à ladite plaque de support 69 qui glisse sur ledit rail de forage 46; ladite plaque de support 69 étant fixée à ladite chaîne d'entrainement 68 au moyen d'une fixation de chaîne d'entraînement 88 et de vis de maintient 126.

14. L'unité de forage définie à la revendication 4 dont ledit barbotin 78 comprend une vis de tension 90 appuyée perpendiculairement audit arbre de traction 76 et localisée à