EP1253286A1 - Dispositif de fixation d'un outil de travail sur une machine de creusement de tunnels - Google Patents

Dispositif de fixation d'un outil de travail sur une machine de creusement de tunnels Download PDF

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EP1253286A1
EP1253286A1 EP02291028A EP02291028A EP1253286A1 EP 1253286 A1 EP1253286 A1 EP 1253286A1 EP 02291028 A EP02291028 A EP 02291028A EP 02291028 A EP02291028 A EP 02291028A EP 1253286 A1 EP1253286 A1 EP 1253286A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
support
working tool
zone
working
tool
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02291028A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
François Pradier
Gilbert Fontanille
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NFM Technologies SAS
Original Assignee
NFM Technologies SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NFM Technologies SAS filed Critical NFM Technologies SAS
Publication of EP1253286A1 publication Critical patent/EP1253286A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21C—MINING OR QUARRYING
    • E21C35/00—Details of, or accessories for, machines for slitting or completely freeing the mineral from the seam, not provided for in groups E21C25/00 - E21C33/00, E21C37/00 or E21C39/00
    • E21C35/18—Mining picks; Holders therefor
    • E21C35/19—Means for fixing picks or holders
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21C—MINING OR QUARRYING
    • E21C35/00—Details of, or accessories for, machines for slitting or completely freeing the mineral from the seam, not provided for in groups E21C25/00 - E21C33/00, E21C37/00 or E21C39/00
    • E21C35/18—Mining picks; Holders therefor
    • E21C35/188—Mining picks; Holders therefor characterised by adaptations to use an extraction tool
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21C—MINING OR QUARRYING
    • E21C35/00—Details of, or accessories for, machines for slitting or completely freeing the mineral from the seam, not provided for in groups E21C25/00 - E21C33/00, E21C37/00 or E21C39/00
    • E21C35/18—Mining picks; Holders therefor
    • E21C35/19—Means for fixing picks or holders
    • E21C35/193—Means for fixing picks or holders using bolts as main fixing elements
    • E21C35/1936—Means for fixing picks or holders using bolts as main fixing elements the picks having a square- or rectangular-section shank
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/10—Making by using boring or cutting machines
    • E21D9/1006—Making by using boring or cutting machines with rotary cutting tools
    • E21D9/104—Cutting tool fixtures

Definitions

  • the present invention relates to a device for fixing a tool working on a excavation or collecting machine for cuttings or ores, such as a cutting head from a digging machine of a tunnel or a backhoe bucket or a bucket wheel.
  • the invention also relates to a digging machine or for collecting cuttings or ores equipped with such fixing devices work tools.
  • tunnel boring machines which have a large mobile structure dimensions including a cylindrical envelope at the front of which is arranged a shield having a substantially circular section whose diameter corresponds to the diameter of the tunnel which is dug.
  • the front part of the shield which comes into contact with the forehead large enough to cut the formation crossed by the tunnel, has a cutting head formed by a circular plate driven in rotation around an axis which corresponds substantially to the longitudinal axis of the machine digging, at a determined speed which depends on the nature of the ground to dig.
  • the digging machine also includes means for axial movement of the machine, a segment storage store, a installation device for these segments inside the tunnel as well as a system evacuation of the material resulting from the felling of the land under the advance of the digging machine.
  • the circular plate forming the cutting head has openings delimited by radial arms supporting the work tools intended for the felling of the ground and which consist, for example, of tools planers, picks tools or tooth tools that have shapes and uses variety.
  • the front part of the cylindrical envelope has also a fixed vertical partition, located behind the cutting head and forming therewith a slaughter chamber from which the material torn off is discharged towards the rear of the digging machine.
  • the felling of the ground is obtained by the rotation of the cutting head and the simultaneous advance of this generated by a strong push against the front of size.
  • the working tools are subject to the geological nature of the ground crossed by strong mechanical stresses and abrasion so that they wear out, sometimes break, and they should be replaced periodically.
  • the maintenance or replacement operation is carried out at from the slaughter room which is overpressure so that the operator evolves in difficult conditions.
  • work tools are mounted on the faces lateral of the radial arms by means of fixing devices which must allow disassembly of used tools and reassembly of new, easy tools and fast, with portable and usual tools and also avoid excessive long standstill of the digging machine.
  • fasteners must minimize the weight of the tools to be used by the operators and they must be adapted to operating conditions and in particular the forces and shocks they undergo and the presence of spoil and water.
  • This work tool is fixed on the arm by means of several countersunk head screws which are screwed into tapped holes formed in the radial arm.
  • the housing of the screw heads is very often clogged and there is also destruction of the threads of the holes provided in the radial arm due to corrosion.
  • the axial position of the work tool depends on the position of the front face of the radial arm of the cutting head and the position tolerances axial of this work tool are such that they generally require to adjust the leveling of the support face for example by means of shims adjustment or by reloading this bearing face or by grinding of it.
  • a fixing device which comprises, for each work tool, a jumper-shaped support, welded to the side a radial arm and which determines with said lateral face a shaped housing general frustoconical.
  • the work tool has a tail also shaped general frustoconical which fits into the housing of the support and which takes support on the front face of the corresponding radial arm by means of a heel.
  • the device comprises a stop plate fixed to the part bottom of the tail of the work tool to prevent it from coming out of its housing.
  • the disassembly of the working tool requires a large axial movement of the latter forward which causes a prior recoil of the cutting head relative to the cutting face.
  • the digging machine must therefore be equipped with a device of translation of the assembly constituted by the cutting head and the motorization or of the assembly constituted by the cutting head, the motorization and the shield which has important implications for the design and cost of the machine digging.
  • the receding of the cutting head compared to the cutting face no longer allows to benefit from the mechanical shoring of this face by the cutting head during the work tool change operation thereby increasing the risks for operators.
  • the invention aims to avoid these drawbacks by proposing a device for fixing a working tool to an excavation or digging machine collection of cuttings or ores which allows easy replacement and fast working tools without requiring a significant displacement of the tool, while minimizing the handling of the work tool and tools during different disassembly and reassembly operations.
  • the invention therefore relates to a device for fixing a tool work on a machine for digging or collecting cuttings or ores, said machine comprising at least one surface for mounting tools work, characterized in that it comprises, for each work tool, a part, a support fixed on the mounting surface and determining with the work corresponding to three interlocking zones each formed by a part female carried by the support and by a male part carried by the working tool and of form conjugate to said female part and a support zone of the working tool on the support and, on the other hand, a holding element in position of said tool work in the support.
  • the invention also relates to a digging machine or collecting cuttings or ores of the type comprising at least one mounting surface for work tools, characterized in that said work surface assembly includes devices for fixing work tools such as previously mentioned.
  • a digging a tunnel the invention being generally applicable machines for excavating or collecting cuttings or ores, like for example a cutting head of a tunneling machine or a backhoe bucket or a bucket wheel.
  • FIG. 1 there is shown schematically a head of section of a generally designated tunneling machine by mark 1.
  • the cutting head 1 constitutes the part front of a tunnel digging machine shield which has a cylindrical body inside which are arranged, in particular, a device for removing material torn from the ground by the cutting head and means rotary mounting of rotation of this cutting head 1 around the axis horizontal of the digging machine.
  • the machine has at least one mounting surface 2 of the work tools 10.
  • each mounting surface is constituted by a radial arm 2 of the cutting head 1.
  • the radial arms 2 support working tools 10 intended for felling the ground under the advance of the digging machine and delimit between them openings 3 for the evacuation of the material torn off in the slaughter chamber located behind the cutting head.
  • each radial arm 2 has a rounded outer edge and the working tools 10 are fixed on the lateral faces 2a of each radial arm 2 by means of a support 30.
  • Each working tool 10 extends beyond the front face of the radial arm 2 corresponding and is therefore in direct contact with the working face during rotation and movement of the cutting head 1.
  • the working tools 10 consist for example of tools planers, pick tools or tooth tools with various shapes depending on the ground to be dug.
  • the support 30 fixed on a lateral face 2a of a radial arm 2 determines with the work tool 10 corresponding three nesting zones, respectively A, B and C, each formed by a part female carried by the support 30 and by a male part carried by the working tool 10 and of form conjugate to said female part and a support zone D of the tool working 10 on the support 30.
  • the working tool 10 is held in the support 30 at by means of an element 50, as shown in FIG. 3.
  • This working tool 10 comprises a part 11 of general shape in T comprising, on the one hand, a head 12 provided at its upper part with an edge section 13 and, on the other hand, a tail 14 of frustoconical shape and positioning in the support 30, as will be seen later.
  • the part 11 of the working tool 10 also comprises two tenons 15 arranged below the head 12 and arranged on either side of the tail 14 and, at the bottom of this tail 14, a stud 16 projecting from relative to the base of said tail 14.
  • the tenons 15 and 16 have an identical height "e" between 0.5 and 3cm, preferably 1.5cm.
  • the side walls 14a of the tail 14 are flat and inclined towards the lower part of said tail 14.
  • the support 30 includes a part 31 of general U-shape comprising a central branch 32 fixed by weld beads 4 on the lateral face 2a of the corresponding arm 2 and two lateral branches 33 parallel and defining an internal housing 34 of reception of the tail 14 of the working tool 10.
  • the two branches lateral 33 of the part 31 are separated, at their upper edges, by an opening 35 extending over the entire length of said branches 33 and opening onto the front face of the part 31 of the support 30.
  • the two lateral branches 33 are connected, at level of their lower edges, by a connecting portion 36 forming two openings, a first transverse opening 37 with a closed contour and a second longitudinal opening 38 with open outline and opening on the face front of part 31 of support 30.
  • each lateral branch 33 has a groove 39 of depth "e" substantially equal to the height of the studs 15 of the working tool 10 and between 0.5 and 3 cm, preferably equal to 1.5 cm.
  • the first nesting zone A is formed by the tenons 15 and the grooves 39 whose lateral faces, respectively 15a and 39a, determine two planar and opposite functional faces, respectively A1, A2, A3, A4 and A5, A6, A7, A8.
  • the second nesting zone B is formed by the two side walls 14a of the shank 14 of the working tool 10 and by the two walls internal 33a of the lateral branches 33 of the support 30. These two lateral walls 14a and these two internal walls 33a determine two planar functional faces and opposite, respectively B1, B2, B3, B4 and B5, B6, B7, B8.
  • the second nesting zone B blocks the working tool 10 in translation along the OY axis and in rotation along the OX and OZ axes.
  • the third nesting zone C is formed by the pin 16a and the closed contour opening 37 including the side walls 16a and the internal walls 37a determine two opposite parallel functional faces, respectively C1, C2, C3, C4 and C5, C6, C7, C8.
  • the first nesting area formed by the faces functional A1, A2, A3, A4 and A5, A6, A7, A8 and the third zone nesting formed by the functional faces C1, C2, C3, C4 and C5, C6, C7, C8 block the working tool 10 in translation along the OZ axis and in rotation along the axes OX and OY.
  • the first nesting zone A and the third zone socket C form a short socket along the axis OX which is the direction of assembly and disassembly of the working tool 10 in the support 30 and the second nesting zone C is a long nesting along the axis OX.
  • This second nesting zone B is open on the front face B3, B4, B7, B8 of the support 30 and the working tool 10 is assembled and disassembled in said support 30 along the axes OX and OZ.
  • the support area D of the working tool 10 on the support 30 is formed by the bottom wall 15b of the studs 15 and the bottom 39b of the grooves 39 of the first nesting zone A.
  • the bottom walls 15b of the studs 15 and the bottoms 39b of the grooves 39 determine a support surface D1, D2, D3, D4 which blocks the translation of the working tool 10 along the axis OX.
  • this bearing surface blocks the relative movement of the working tool 10 in the direction OX- and authorizes the disassembly of the tool according to OX + management.
  • the walls of the nesting zones A, B and C have entry chamfers which facilitate the introduction of the working tool 10 in the housing 34 formed in the support 30.
  • the element 50 for holding in position of the working tool 10 in the support 30 is formed by a screwing 51 cooperating with a threaded orifice 20 formed in the shank 14 of the tool working 10.
  • This screwing member 51 has a stop shoulder 52 of said screwing member 51 in the threaded orifice 20.
  • this working tool 10 is held by the screwing member 51.
  • the screwing 51 has a direction close to the axis OX and the head 53 of this member screwing 51 stops the translation of the working tool 10 in the direction OX + in coming to bear on the lower wall of the support 30.
  • the stop shoulder 52 in the threaded opening 20 ensures a clearance "j" between the head 53 of said screwing member 51 and the bottom wall of the support 30 in order to take into account the functional clearances of the nesting zones A, B and C, necessary for mounting the work tool 10.
  • the working tool 10 is positioned in the support 30 by placing the tail 14 in the housing 34 of this support 30 and by screwing the member screwing 51 in order to keep said working tool 10 in position.
  • This working tool 10 is therefore positioned and maintained by the nesting zones A, B and C and by the support zone D which include all the forces applied by the working face on said working tool 10 during rotation and advance of the cutting head 1.
  • This screwing member 51 has the sole role of preventing that the working tool 10 disengages from the support 30 during rotation and advance of the cutting head 1.
  • Disassembly of a used work tool 10 is carried out according to the following operations.
  • the operator unlocks the screwing member 51 and the unscrews with a length between 15 and 20mm. Then it unlocks the work 10 by striking on the head 53 of the screwing member 51.
  • the operator moves the working tool 10 in a direction along the OX + axis from a distance between 0.5 and 3cm, then in a direction along the axis OZ of a distance substantially equal to 10cm and finally in a direction along the axis OX- to completely disengage the work tool 10 of support 30.
  • the mounting of a working tool 10 in the support 30 corresponding is achieved by performing the operations in reverse order.
  • the fixing device according to the invention makes it possible to be able perform maintenance and change of work tools by performing fast and simple operations.
  • the internal surfaces of the housing formed in the support are easily accessible for cleaning before reassembling a new tool, because there is no blind hole that can hold the cuttings.
  • the head of the screwing member or the threaded orifice can serve as a socket for manual handling tools for the work tool.
  • the small disassembly stroke of the working tool towards the front size avoids equipping the digging machine with a recoil system of the assembly constituted by the cutting head and its motorization.
  • each support is fixed on a lateral face of the arms radial by two weld beads also has advantages.
  • weld beads are well positioned relative to the forces exerted on the work tool and the position of this work tool according to the axes OX and OY is independent of the manufacturing precision of the structure of the cutting head.
  • the supports can be welded at the end of the manufacture of the cutting head and weld beads remain accessible and achievable when the supports are mounted side by side in line which allows changing support without touching others.

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Abstract

L'invention a pour objet un dispositif de fixation d'un outil de travail (10) sur une machine de creusement ou de ramassage de déblais ou de minerais comprenant, pour chaque outil de travail (10), d'une part, un support (30) fixé sur une surface de montage (2) de la machine et déterminant avec l'outil de travail (10) correspondant trois zones d'emboîtement formées chacune par une partie femelle portée par le support (30) et par une partie mâle portée par l'outil de travail (10) et de forme conjuguée à ladite partie femelle et une zone d'appui de l'outil de travail (10) sur le support (30). L'invention a également pour objet une machine de creusement ou de ramassage de déblais ou de minerais équipée de tels dispositifs de fixation des outils de travail. <IMAGE>

Description

La présente invention concerne un dispositif de fixation d'un outil de travail sur une machine de creusement ou de ramassage de déblais ou de minerais, comme par exemple une tête de coupe d'une machine de creusement d'un tunnel ou un godet de pelleteuse ou encore une roue à godets.
L'invention concerne également une machine de creusement ou de ramassage de déblais ou de minerais équipée de tels dispositifs de fixation des outils de travail.
On connaít des machines de creusement par exemple d'un tunnel, appelées tunneliers, qui comportent une structure mobile de grandes dimensions comprenant une enveloppe cylindrique à l'avant de laquelle est disposé un bouclier ayant une section sensiblement circulaire dont le diamètre correspond au diamètre du tunnel dont on réalise le creusement.
La partie antérieure du bouclier qui vient en contact avec le front de taille pour réaliser le découpage de la formation traversée par le tunnel, comporte une tête de coupe formée par un plateau circulaire entraíné en rotation autour d'un axe qui correspond sensiblement à l'axe longitudinal de la machine de creusement, à une vitesse déterminée qui est fonction de la nature du terrain à creuser.
La machine de creusement comporte aussi des moyens de déplacement axial de la machine, un magasin de stockage de voussoirs, un dispositif de pose de ces voussoirs à l'intérieur du tunnel ainsi qu'un système d'évacuation du matériau résultant de l'abattage du terrain sous l'avance de la machine de creusement.
Le plateau circulaire formant la tête de coupe comporte des ouvertures délimitées par des bras radiaux supportant les outils de travail destinés à l'abattage du terrain et qui sont constitués par exemple par des outils rabots, des outils pics ou des outils à dents qui ont des formes et des utilisations diverses.
La partie antérieure de l'enveloppe cylindrique comporte également une cloison verticale fixe, disposée derrière la tête de coupe et formant avec celle-ci une chambre d'abattage à partir de laquelle le matériau arraché est évacué vers l'arrière de la machine de creusement.
L'abattage du terrain est obtenu par la rotation de la tête de coupe et l'avance simultanée de celle-ci générée par une forte poussée contre le front de taille.
Les outils de travail sont soumis du fait de la nature géologique du terrain traversé à de fortes sollicitations mécaniques et à l'abrasion si bien qu'ils s'usent, parfois se cassent et ils doivent être remplacés périodiquement.
L'opération de maintenance ou de remplacement est réalisée à partir de la chambre d'abattage qui est en surpression si bien que l'opérateur évolue dans des conditions difficiles.
Généralement, les outils de travail sont montés sur les faces latérales des bras radiaux au moyen de dispositifs de fixation qui doivent permettre un démontage des outils usés et un remontage des outils neufs, faciles et rapides, avec des outillages portatifs et usuels et également éviter une trop longue immobilisation de la machine de creusement.
De plus, les dispositifs de fixation doivent minimiser le poids de l'outillage à manipuler par les opérateurs et ils doivent être adaptés aux conditions d'exploitation et notamment aux efforts et aux chocs qu'ils subissent et à la présence de déblais et d'eau.
On connaít un dispositif de fixation dans lequel l'outil de travail est appliqué directement sur une face latérale d'un bras radial de la tête de coupe et cet outil de travail prend appui sur la face avant du bras avant correspondant au moyen d'un talon.
Cet outil de travail est fixé sur le bras par l'intermédiaire de plusieurs vis du type à tête noyée qui sont vissées dans des trous taraudés ménagés dans le bras radial.
Cette disposition présente des inconvénients.
En effet, l'accessibilité des têtes de vis est délicate et ces vis supportent les efforts appliqués sur l'outil et elles doivent être serrées à la clé dynamométrique ce qui entraíne des manipulations importantes pour l'opérateur.
De plus, les logements des têtes de vis sont très souvent colmatés et il se produit aussi une destruction du filetage des trous ménagés dans le bras radial du fait de la corrosion.
Dans le cas d'une rupture des vis de fixation au niveau supérieur du trou taraudé, l'extraction de cette vis est une opération délicate pour l'opérateur.
Enfin, la position axiale de l'outil de travail dépend de la position de la face avant du bras radial de la tête de coupe et les tolérances de la position axiale de cet outil de travail sont telles qu'elles nécessitent généralement d'ajuster la mise à niveau de la face d'appui par exemple au moyen de cales d'ajustement ou par rechargement de cette face d'appui ou bien par meulage de celle-ci.
Par conséquent, le démontage et le remontage des outils de travail sont des opérations longues et difficiles qui nécessitent la manipulation de nombreuses pièces et le maintien de l'outil de travail en position lors du montage de la première vis de fixation.
On connaít aussi un dispositif de fixation qui comporte, pour chaque outil de travail, un support en forme de cavalier, soudé sur la face latérale d'un bras radial et qui détermine avec ladite face latérale un logement de forme générale tronconique.
L'outil de travail comporte une queue également de forme générale tronconique qui s'emboíte dans le logement du support et qui prend appui sur la face avant du bras radial correspondant par l'intermédiaire d'un talon.
Enfin, le dispositif comporte une plaquette d'arrêt fixée à la partie inférieure de la queue de l'outil de travail pour empêcher celui-ce de sortir de son logement.
Dans ce cas, le démontage de l'outil de travail nécessite un grand déplacement axial de celui-ci vers l'avant ce qui entraíne un recul préalable de la tête de coupe par rapport au front de taille.
La machine de creusement doit donc être équipée d'un dispositif de translation de l'ensemble constitué par la tête de coupe et la motorisation ou de l'ensemble constitué par la tête de coupe, la motorisation et le bouclier ce qui a des implications importantes sur la conception et le coût de la machine de creusement.
Par ailleurs, le recul de tête de coupe par rapport au front de taille ne permet plus de bénéficier de l'étayage mécanique de ce front de taille par la tête de coupe pendant l'opération de changement des outils de travail augmentant de ce fait les risques encourus par les opérateurs.
Enfin, pour respecter la tolérance de position axiale des outils de travail, il est souvent nécessaire d'ajuster la face avant du bras radial correspondant au niveau des appuis de chaque outil de travail.
On connaít aussi des machines de ramassage de déblais ou de minerais, comme par exemple des pelleteuses à godet ou des roues à godets qui comportent au moins une surface de montage d'outils de travail par l'intermédiaire de dispositifs de fixation qui, jusqu'à présent, ne permettent pas un démontage des outils usés et un remontage des outils neufs, faciles et rapides.
L'invention a pour but d'éviter ces inconvénients en proposant un dispositif de fixation d'un outil de travail sur une machine de creusement ou de ramassage de déblais ou de minerais qui permet un remplacement facile et rapide des outils de travail sans nécessiter un déplacement important de l'outil, tout en minimisant les manipulations de l'outil de travail et de l'outillage lors des différentes opérations de démontage et de remontage.
L'invention a donc pour objet un dispositif de fixation d'un outil de travail sur une machine de creusement ou de ramassage de déblais ou de minerais, ladite machine comportant au moins une surface de montage des outils de travail, caractérisé en ce qu'il comprend, pour chaque outil de travail, d'une part, un support fixé sur la surface de montage et déterminant avec l'outil de travail correspondant trois zones d'emboítement formées chacune par une partie femelle portée par le support et par une partie mâle portée par l'outil de travail et de forme conjuguée à ladite partie femelle et une zone d'appui de l'outil de travail sur le support et, d'autre part, un élément de maintien en position dudit outil de travail dans le support.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention :
  • l'outil de travail comprend une pièce de forme générale en T comportant une tête et une queue de forme tronconique et de positionnement dans le support,
  • le support comprend une pièce de forme générale en U comportant une branche centrale fixée sur la face latérale du bras correspondant et deux branches latérales parallèles, déterminant un logement de réception de la queue de l'outil de travail,
  • les deux branches latérales sont séparées, au niveau de leur bords supérieurs, par une ouverture s'étendant sur toute la longueur desdites branches et débouchant sur la face avant du support et sont reliées au niveau de leurs bords inférieurs par une portion de liaison formant deux ouvertures, une première ouverture à contour fermé et une seconde ouverte à contour ouvert et débouchant sur ladite face avant du support,
  • la première zone d'emboítement est formée par deux tenons ménagés au-dessous de la tête de l'outil de travail et disposés de part et d'autre de la queue et par deux rainures ménagées chacune sur le bord supérieur d'une des branches latérales du support et de forme conjuguée au tenon correspondant,
  • chaque tenon et chaque rainure déterminent deux faces fonctionnelles planes, opposées et parallèles entre elles et à un plan contenant la face latérale correspondante du bras latéral,
  • la deuxième zone d'emboítement est formée par les deux parois latérales de la queue de l'outil de travail et par les deux parois internes des branches latérales du support,
  • les deux parois latérales et les deux parois internes déterminent deux faces fonctionnelles planes, opposées et s'étendant perpendiculairement à un plan contenant la face latérale correspondante du bras radial, lesdites faces fonctionnelles étant inclinées vers le fond du logement du support,
  • la troisième zone d'emboítement est formée par un tenon ménagé à la partie inférieure de la queue de l'outil de travail et par l'ouverture à contour fermé ménagée à la partie inférieure du support,
  • la zone d'appui de l'outil de travail sur le support est formée par la paroi inférieure des tenons et le fond des rainures de la première zone d'emboítement,
  • l'élément de maintien de l'outil comprend un organe de vissage coopérant avec un orifice fileté ménagé dans la queue de l'outil de travail et traversant l'orifice à contour fermé prévu à la partie inférieure du support.
L'invention a également pour objet une machine de creusement ou de ramassage de déblais ou de minerais du type comprenant au moins une surface de montage des outils de travail, caractérisée en ce que ladite surface de montage comporte des dispositifs de fixation des outils de travail tels que précédemment mentionnés.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaítront au cours de la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
  • la Fig. 1 est une vue de face en élévation d'une tête de coupe d'une machine de creusement d'un tunnel,
  • la Fig. 2 est une vue partielle et de côté d'un bras de la tête de coupe équipée de dispositifs de fixation des outils de travail, conformes à l'invention,
  • la Fig. 3 est une vue schématique en élévation d'un dispositif de fixation d'un outil de travail, conforme à l'invention,
  • la Fig. 4 est une vue schématique en perspective d'un outil de travail,
  • la Fig. 5 est une vue schématique en perspective d'un support d'un outil de travail,
  • la Fig. 6 est une vue de dessous en perspective du support d'un outil de travail, et
  • la Fig. 7 est un diagramme montrant la disposition des faces fonctionnelles des zones d'emboítement et d'appuis de l'outil de travail dans le support.
Dans ce qui suit, la description sera faite pour une machine de creusement d'un tunnel, l'invention pouvant s'appliquer d'une manière générale aux machines de creusement ou de ramassage de déblais ou de minerais, comme par exemple une tête de coupe d'une machine de creusement d'un tunnel ou un godet de pelleteuse ou encore une roue à godets.
Sur la Fig. 1, on a représenté schématiquement une tête de coupe d'une machine de creusement de tunnel désignée d'une manière générale par le repère 1.
De manière classique, la tête de coupe 1 constitue la partie antérieure d'un bouclier de la machine de creusement de tunnel qui comporte un corps cylindrique à l'intérieur duquel sont disposés, en particulier, un dispositif d'évacuation du matériau arraché au terrain par la tête de coupe et des moyens de montage rotatif de mise en rotation de cette tête de coupe 1 autour de l'axe horizontal de la machine de creusement.
La machine comporte au moins une surface de montage 2 des outils de travail 10.
Dans l'exemple de réalisation représenté sur les figures, chaque surface de montage est constituée par un bras radial 2 de la tête de coupe 1. Les bras radiaux 2 supportent des outils de travail 10 destinés à l'abattage du terrain sous l'avance de la machine de creusement et délimitent entre eux des ouvertures 3 pour l'évacuation du matériau arraché dans la chambre d'abattage située derrière la tête de coupe.
Dans l'exemple de réalisation représenté sur les Figs. 1 et 2, chaque bras radial 2 comporte un bord extérieur arrondi et les outils de travail 10 sont fixés sur les faces latérales 2a de chaque bras radial 2 au moyen d'un support 30.
Chaque outil de travail 10 déborde de la face avant du bras radial 2 correspondant et est donc en contact directement avec le front de taille lors de la rotation et du déplacement de la tête de coupe 1.
Les outils de travail 10 sont constitués par exemple par des outils rabots, des outils pics ou encore des outils à dents possédant des formes variées en fonction du terrain à creuser.
D'une manière générale, le support 30 fixé sur une face latérale 2a d'un bras radial 2 détermine avec l'outil de travail 10 correspondant trois zones d'emboítement, respectivement A, B et C, formées chacune par une partie femelle portée par le support 30 et par une partie mâle portée par l'outil de travail 10 et de forme conjuguée à ladite partie femelle et une zone d'appui D de l'outil de travail 10 sur le support 30.
De plus, l'outil de travail 10 est maintenu dans le support 30 au moyen d'un élément 50, ainsi que représenté à la Fig. 3.
En se reportant maintenant à la Fig. 4, on va décrire un outil de travail 10.
Cet outil de travail 10 comprend une pièce 11 de forme générale en T comportant, d'une part, une tête 12 munie à sa partie supérieure d'une arête de coupe 13 et, d'autre part, une queue 14 de forme tronconique et de positionnement dans le support 30, comme on le verra ultérieurement.
La pièce 11 de l'outil de travail 10 comporte également deux tenons 15 ménagés au-dessous de la tête 12 et disposés de part et d'autre de la queue 14 et, à la partie inférieure de cette queue 14, un tenon 16 en saillie par rapport à la base de ladite queue 14.
Les tenons 15 et 16 ont une hauteur "e" identique comprise entre 0,5 et 3cm, de préférence égale à 1,5cm. Les parois latérales 14a de la queue 14 sont planes et inclinées vers la partie inférieure de ladite queue 14.
Ainsi que représenté sur les Figs. 5 et 6, le support 30 comprend une pièce 31 de forme générale en U comportant une branche centrale 32 fixée par des cordons de soudure 4 sur la face latérale 2a du bras 2 correspondant et deux branches latérales 33 parallèles et déterminant un logement interne 34 de réception de la queue 14 de l'outil de travail 10.
Comme représenté sur les Figs. 5 et 6, les deux branches latérales 33 de la pièce 31 sont séparées, au niveau de leurs bords supérieurs, par une ouverture 35 s'étendant sur toute la longueur desdites branches 33 et débouchant sur la face avant de la pièce 31 du support 30.
Par ailleurs, les deux branches latérales 33 sont reliées, au niveau de leurs bords inférieurs, par une portion de liaison 36 formant deux ouvertures, une première ouverture transversale 37 à contour fermé et une seconde ouverture longitudinale 38 à contour ouvert et débouchant sur la face avant de la pièce 31 du support 30.
Le bord supérieur de chaque branche latérale 33 comporte une rainure 39 de profondeur "e" sensiblement égale à la hauteur des tenons 15 de l'outil de travail 10 et comprise entre 0,5 et 3 cm, de préférence égale à 1,5 cm.
Dans ce qui suit, on désignera, par O le point de montage d'un outil de travail 10 sur un bras 2 de la tête de coupe 1 et les axes principaux orthonormés de cet outil de travail 10 de la manière suivante :
  • OX : axe situé dans un plan radial contenant le point O et normal en ce point à la tête de coupe 1. Cet axe est perpendiculaire au front de taille et correspond à l'axe longitudinal de l'outil de travail 10.
  • OY : axe situé dans un plan tangent au point O à la tête de coupe. L'arête de coupe 13 de l'outil de travail 10 est parallèle à cet axe.
  • OZ : axe tangent au cercle décrit par l'outil de travail 10 lors de la rotation de la tête de coupe 1.
    • En se reportant maintenant aux Figs. 4 à 7, on va décrire les trois zones d'emboítement A, B et C de l'outil de travail 10 dans le support 30.
    La première zone d'emboítement A est constituée par les tenons 15 et les rainures 39 dont les faces latérales, respectivement 15a et 39a, déterminent deux faces fonctionnelles planes et opposées, respectivement A1, A2, A3, A4 et A5, A6, A7, A8.
    Ces faces fonctionnelles sont parallèles entre elles et au plan OXY, c'est à dire au plan contenant la face latérale 2a correspondante du bras radial 2.
    La deuxième zone d'emboítement B est formée par les deux parois latérales 14a de la queue 14 de l'outil de travail 10 et par les deux parois internes 33a des branches latérales 33 du support 30. Ces deux parois latérales 14a et ces deux parois internes 33a déterminent deux faces fonctionnelles planes et opposées, respectivement B1, B2, B3, B4 et B5, B6, B7, B8.
    Ces faces fonctionnelles sont inclinées vers le fond du logement 34 du support 30 et sont perpendiculaires au plan OXY, c'est à dire au plan contenant la face latérale 2a correspondante du support 2.
    La deuxième zone d'emboítement B bloque l'outil de travail 10 en translation selon l'axe OY et en rotation selon les axes OX et OZ.
    La troisième zone d'emboítement C est formée par le tenon 16a et l'ouverture à contour fermé 37 dont les parois latérales 16a et les parois internes 37a déterminent deux faces fonctionnelles opposées parallèles, respectivement C1, C2, C3, C4 et C5, C6, C7, C8.
    Ces faces fonctionnelles sont parallèles entre elles et au plan OXY contenant la face latérale 2a correspondant du bras radial 2.
    La première zone d'emboítement formée par les faces fonctionnelles A1, A2, A3, A4 et A5, A6, A7, A8 et la troisième zone d'emboítement constituée par les faces fonctionnelles C1, C2, C3, C4 et C5, C6, C7, C8 bloquent l'outil de travail 10 en translation selon l'axe OZ et en rotation selon les axes OX et OY.
    La première zone d'emboítement A et la troisième zone d'emboítement C forment un emboítement court selon l'axe OX qui est la direction de montage et de démontage de l'outil de travail 10 dans le support 30 et la deuxième zone d'emboítement C est un emboítement long selon l'axe OX. Cette deuxième zone d'emboítement B est ouverte sur la face avant B3, B4, B7, B8 du support 30 et l'outil de travail 10 se monte et se démonte dans ledit support 30 selon les axes OX et OZ.
    La zone d'appui D de l'outil de travail 10 sur le support 30 est formée par la paroi inférieure 15b des tenons 15 et le fond 39b des rainures 39 de la première zone d'emboítement A.
    Les parois inférieures 15b des tenons 15 et les fonds 39b des rainures 39 déterminent une surface d'appui D1, D2, D3, D4 qui bloque la translation de l'outil de travail 10 selon l'axe OX.
    De plus, cette surface d'appui bloque le déplacement relatif de l'outil de travail 10 selon la direction OX- et autorise le démontage de l'outil selon la direction OX+.
    De préférence, les parois des zones d'emboítement A, B et C comportent des chanfreins d'entrée qui favorisent l'introduction de l'outil de travail 10 dans le logement 34 ménagé dans le support 30.
    Ainsi que représenté à la Fig. 3, l'élément 50 de maintien en position de l'outil de travail 10 dans le support 30 est formé par un organe de vissage 51 coopérant avec un orifice fileté 20 ménagé dans la queue 14 de l'outil de travail 10.
    Cet organe de vissage 51 comporte un épaulement 52 d'arrêt dudit organe de vissage 51 dans l'orifice fileté 20.
    Dans la position montée de l'outil de travail 10 dans le support 30, cet outil de travail 10 est maintenu par l'organe de vissage 51. L'organe de vissage 51 a une direction voisine de l'axe OX et la tête 53 de cet organe de vissage 51 arrête la translation de l'outil de travail 10 dans la direction OX+ en venant prendre appui sur la paroi inférieure du support 30.
    L'épaulement d'arrêt 52 dans l'orifice fileté 20 assure un jeu "j" entre la tête 53 dudit organe de vissage 51 et la paroi inférieure du support 30 afin de tenir compte des jeux fonctionnels des zones d'emboítement A, B et C, nécessaires pour le montage de l'outil de travail 10.
    L'outil de travail 10 est positionné dans le support 30 en plaçant la queue 14 dans le logement 34 de ce support 30 et en vissant l'organe de vissage 51 afin de maintenir en position ledit outil de travail 10.
    Cet outil de travail 10 est donc positionné et maintenu par les zones d'emboítement A, B et C et par la zone d'appui D qui reprennent tous les efforts appliqués par le front de taille sur ledit outil de travail 10 lors de la rotation et de l'avance de la tête de coupe 1.
    L'organe de vissage 51 implanté dans la queue 14 de l'outil de travail 10 et les surfaces associées de la paroi inférieure du support 30 et de la tête 53 de l'organe de vissage 51 ne supportent pas les efforts appliqués sur l'outil de travail 10. Cet organe de vissage 51 a pour unique rôle d'empêcher que l'outil de travail 10 se déboíte du support 30 au cours de la rotation et de l'avance de la tête de coupe 1.
    Le démontage d'un outil de travail 10 usé s'effectue selon les opérations suivantes.
    Tout d'abord, l'opérateur débloque l'organe de vissage 51 et le dévisse d'une longueur comprise enter 15 et 20mm. Ensuite, il débloque l'outil de travail 10 en frappant sur la tête 53 de l'organe de vissage 51.
    Ensuite, l'opérateur déplace l'outil de travail 10 dans une direction selon l'axe OX+ d'une distance comprise entre 0,5 et 3cm, puis dans une direction selon l'axe OZ d'une distance sensiblement égale à 10cm et enfin dans une direction selon l'axe OX- pour dégager complètement l'outil de travail 10 du support 30.
    Le montage d'un outil de travail 10 dans le support 30 correspondant est réalisé en effectuant les opérations dans l'ordre inverse.
    Le dispositif de fixation selon l'invention permet de pouvoir effectuer une maintenance et un changement des outils de travail en réalisant des opérations rapides et simples.
    En effet, un seul organe de vissage est nécessaire pour le maintien de chaque outil de travail dans son support ce qui diminue le nombre d'opérations et la tête de cet organe de vissage est bien orientée permettant ainsi une prise et une manoeuvre faciles avec une visseuse portative.
    De plus, pour monter ou démonter un outil de travail, il suffit à l'opérateur de dévisser l'organe de vissage d'une longueur supérieure à "e" et cet organe de vissage reste implanté dans l'outil de travail si bien que l'opérateur ne manipule qu'un seul élément au cours des différentes opérations.
    Les surfaces internes du logement ménagé dans le support sont facilement accessibles pour effectuer leur nettoyage avant le remontage d'un outil neuf, car il n'existe aucun trou borgne pouvant retenir les déblais.
    Les surfaces mécaniques délicates, comme par exemple l'orifice fileté et l'organe de vissage, susceptibles de se corroder sont changées avec l'outil de travail. De plus, la tête de l'organe de vissage ou l'orifice fileté peuvent servir de prise pour un outillage de manutention manuel de l'outil de travail.
    La faible course de démontage de l'outil de travail vers le front de taille permet d'éviter d'équiper la machine de creusement d'un système de recul de l'ensemble constitué par la tête de coupe et sa motorisation.
    Le fait que chaque support soit fixé sur une face latérale des bras radiaux par deux cordons de soudure présente également des avantages.
    En effet, les cordons de soudure sont bien positionnés par rapport aux efforts exercés sur l'outil de travail et la position de cet outil de travail selon les axes OX et OY est indépendante de la précision de fabrication de la structure de la tête de coupe.
    Les supports peuvent être soudés à la fin de la fabrication de la tête de coupe et les cordons de soudure restent accessibles et réalisables lorsque les supports sont montés côte à côte en ligne ce qui permet de changer un support sans toucher aux autres.
    Dans le cas d'un montage côte à côte des outils à la périphérie courbe de la tête de coupe, les mêmes outils de travail et les mêmes supports peuvent être utilisés.

    Claims (16)

    1. Dispositif de fixation d'un outil de travail (10) sur une machine de creusement ou de ramassage de déblais ou de minerais, ladite machine comportant au moins une surface de montage (2) des outils de travail (10), caractérisé en ce qu'il comprend, pour chaque outil de travail (10), d'une part, un support (30) fixé sur la surface de montage (2) et déterminant avec l'outil de travail (10) correspondant trois zones d'emboítement A, B et C formées chacune par une partie femelle portée par le support (30) et par une partie mâle portée par l'outil de travail (10) et de forme conjuguée à ladite partie femelle et une zone d'appui D de l'outil de travail (10) sur le support (30) et, d'autre part, un élément (50) de maintien en position dudit outil de travail (10) dans le support (30).
    2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'outil de travail (10) comprend une pièce (11) de forme générale en T comportant une tête (12) et une queue (14) de forme tronconique et de positionnement dans le support (30).
    3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support (30) comprend une pièce (31) de forme générale en U comportant une branche centrale (32) fixée sur la face latérale (2a) du bras radial (2) correspondant et deux branches latérales (33) parallèles déterminant un logement (34) de réception de la queue (14) de l'outil de travail (10).
    4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les deux branches latérales (33) sont séparées, au niveau de leurs bords supérieurs, par une ouverture (35) s'étendant sur toute la longueur desdites branches (33) et débouchant sur la face avant du support (30) et sont reliées, au niveau de leurs bords inférieurs, par une portion de liaison (36) formant deux ouvertures, une première ouverture (37) à contour fermé et une seconde ouverture (38) à contour ouvert et débouchant sur ladite face avant du support (30).
    5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première zone d'emboítement A est formée par deux tenons (15) ménagés au-dessous de la tête (12) de l'outil de travail (10) et disposés de part et d'autre de la queue (14) et par deux rainures (39) ménagées chacune sur le bord supérieur d'une des branches latérales (33) du support (30) et de forme conjuguée au tenon (15) correspondant.
    6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que chaque tenon (15) et chaque rainure (39) déterminent deux faces fonctionnelles planes, opposées et parallèles entre elles et à un plan contenant la face latérale (2a) correspondante du bras radial (2).
    7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que la hauteur des tenons (15) est sensiblement égale à la profondeur des rainures (39) et comprise entre 0,5 et 3cm, de préférence égale à 1,5cm.
    8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième zone d'emboítement B est formée par les deux parois latérales (14a) de la queue (14) de l'outil de travail (10) et par les deux parois internes (33a) des branches latérales (33) du support (30).
    9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les deux parois latérales (14a) et les deux parois internes (33a) déterminent deux faces fonctionnelles planes, opposées et s'étendant perpendiculairement à un plan contenant la face latérale (2a) correspondante du bras radial (2), lesdites faces fonctionnelles étant inclinées vers le fond du logement (34) du support (30).
    10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la troisième zone d'emboítement C est formée par un tenon (16) ménagé à la partie inférieure de la queue (14) de l'outil de travail (10) et par l'ouverture (37) à contour fermé ménagée à la partie inférieure du support (30).
    11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que le tenon (16) et l'ouverture à contour fermé (37) déterminent deux faces fonctionnelles planes, opposées et parallèles entre elles et au plan contenant la face latérale (2a) correspondante du bras radial (2).
    12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la hauteur du tenon (16) de la troisième zone d'emboítement C est sensiblement égale à la hauteur des tenons (15) de la deuxième zone d'emboítement B.
    13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la zone d'appui D de l'outil de travail (10) sur le support (30) est formé par la paroi inférieure (15b) des tenons (15) et le fond (39b) des rainures (39) de la première zone d'emboítement A.
    14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément (50) de maintien de l'outil de travail (10) comprend un organe de vissage (51) coopérant avec un orifice fileté (20) ménagé dans la queue (14) de l'outil de travail (10) et traversant l'orifice (38) à contour ouvert prévu à la partie inférieure du support (30).
    15. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'organe de vissage (51) comporte un épaulement (52) d'arrêt dans l'orifice fileté (20) pour ménager un jeu entre la face inférieure du support (30) et la tête (53) de l'organe de vissage (51).
    16. Machine de creusement ou de ramassage de déblais ou de minerais, du type comprenant au moins une surface de montage (2) des outils de travail (10), caractérisé en ce que ladite surface de montage (2) comporte des dispositifs de fixation des outils de travail (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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