FR2476737A1 - Auger for boring stony ground - has spaced teeth on pointed base to commence bore before helical part is operating - Google Patents

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Abstract

The tool is for boring stony ground and uses augers having a point at the end of an axial shaft (4), followed by a helicoidal blade to remove material. The perforating head (1) has several teeth (2) on the outside of a conical blade (13a,13b). The teeth are arranged differently radially and axially on the head. They are more widely spaced diametrically opposite to each other but have the same angular inclination to the axial shaft (4). The shaft has concentric breaking teeth (5) at its end to commence the bore.

Description

La présente invention concerne les outils pour perforer les matériaux pierreux, et plus particulièrement les mèches de grand diamètre munies d'une tête perforatrice située à la pointe d'une tige axiale et suivie d'une ailette hélicoidale de transport extractrice du matériau désagrégé, employées pour forer les sols comportant plus ou moins de roches, ou encore composés intégralement de roches. The present invention relates to tools for perforating stony materials, and more particularly large diameter wicks provided with a perforating head located at the tip of an axial rod and followed by a helical fin for transporting the disaggregated material, used to drill soils with more or less rocks, or composed entirely of rocks.

Actuellement, les mèches utilisées dans un but d'extraction possèdent une ou plusieurs séries de dents de grande dureté convenablement réparties avec des repères pour atteindre la plus grande efficacité de perçage. Currently, the bits used for extraction purposes have one or more series of teeth of high hardness suitably distributed with marks to achieve the greatest drilling efficiency.

Dans certains cas, les dents mentionnées se trouvent dans un même plan frontal, réparties avec un arrangement dans des positions radiales semblables ou distinctes. Dans d'autres cas, les dents mentionnées sont disposées en échelonnements corrélatifs, avec des positions radiales semblables pour chacune d'entre elles, et avec une correspondance de position entre ces échelonnements.In some cases, the teeth mentioned are in the same frontal plane, distributed with an arrangement in similar or distinct radial positions. In other cases, the teeth mentioned are arranged in correlative steps, with similar radial positions for each of them, and with a positional correspondence between these steps.

Les présents perfectionnements se proposent d'augmenter les rendements de perçage obtenus jusqutà présent, de diminuer la fatigue des outils ainsi que l'usure subie par les éléments actifs de ces outils, et sont caractérisés fondamentalement en ce que la tête de perforation comprend plusieurs dents de perforation contenues successivement sur la trajectoire d'une héli- ce conique de pas croissant à partir du point d'attaque jusqu'à la zone de transport, lesdites dents adoptant une disposition progressive différenciée radialement et axialement dans la tête mentionnée, auxquelles fins celles-ci sont réparties corrélativement diamétralement opposées deux à deux, et toutes avec une distance radiale croissante et des niveaux croissants à partir de la pointe, le plan médian des dents de perforation mentionnées présentant également une valeur angulaire d'inclinaison déterminée par rapport à un plan perpendiculaire à la tige. The present improvements are intended to increase the drilling yields obtained so far, to reduce the fatigue of the tools as well as the wear and tear undergone by the active elements of these tools, and are basically characterized in that the perforation head comprises several teeth of perforation successively contained on the trajectory of a conical helix of increasing pitch from the point of attack to the transport zone, said teeth adopting a progressive arrangement radially and axially differentiated in the head mentioned, for which those -these are distributed correlatively diametrically opposite two by two, and all with an increasing radial distance and increasing levels from the point, the median plane of the mentioned perforation teeth also having an angular value of inclination determined with respect to a plane perpendicular to the stem.

D'autres objets et caractéristiques de l'invention apparattront à la lecture de la description détaillée qui suit, et en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemple non limitatif et sur lesquels
La figure 1 représente de façon schématique la position des dents d'un outil selon l'invention, vue dans une projection en plan de front, avec l'indication des sillons concentriques parcourus par chaque dent.
Other objects and characteristics of the invention will appear on reading the detailed description which follows, and with reference to the appended drawings given by way of non-limiting example and in which
FIG. 1 schematically represents the position of the teeth of a tool according to the invention, seen in a projection in the front plane, with the indication of the concentric grooves traversed by each tooth.

La figure 2 correspond au développement plan de la disposition des dents de l'outil par rapport au développement plan d'un trou pratiqué dans une roche, représentée sur la figure 1. FIG. 2 corresponds to the planar development of the arrangement of the teeth of the tool relative to the planar development of a hole made in a rock, represented in FIG. 1.

La figure 3 est une représentation schématique de l'inclinaison et de la déviation d'une dent par rapport à un système de coordonnées en trois dimensions. Figure 3 is a schematic representation of the tilt and deflection of a tooth relative to a three-dimensional coordinate system.

La figure 4 est une représentation pratique de l'inclinaison et de la déviation d'une dent par rapport aux plans de taille dans un trou. FIG. 4 is a practical representation of the inclination and the deviation of a tooth relative to the size planes in a hole.

La figure 5 représente en perspective une mèche réalisée avec un arrangement selon l'invention, en vue laterale. Figure 5 shows in perspective a wick made with an arrangement according to the invention, in side view.

La figure 6 est une vue schématique de la mèche de la figure 3 depuis le point d'attaque. Figure 6 is a schematic view of the wick of Figure 3 from the point of attack.

L'outil de perforation selon l'invention se compose d'une tête de perforation 1 dont la caractéristique essentielle est qu'elle possède plusieurs dents de perforation 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f, ... , disposées progressivement à des niveaux distincts 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f.... , respectivement, depuis le point d'attaque et dans une trajectoire hélicoidale, ces dents de perforation sont en outre diamétralement opposées deux à deux, pour les niveaux adjacents, et avec une distance croissante r1, r2, r3, r4, r5 et r6, par rapport à l'axe de l'outil comme cela est représenté sur les figures 1 et 2. Cette disposition des dents leur confère un positionnement diffé rencié dans les sens axial et radial, sur la tige axiale 4. The perforation tool according to the invention consists of a perforation head 1, the essential characteristic of which is that it has several perforation teeth 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f, ..., arranged progressively at separate levels 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f ...., respectively, from the point of attack and in a helical trajectory, these perforation teeth are also diametrically opposite two by two, for the adjacent levels , and with an increasing distance r1, r2, r3, r4, r5 and r6, relative to the axis of the tool as shown in FIGS. 1 and 2. This arrangement of the teeth gives them a differentiated positioning in the axial and radial directions, on the axial rod 4.

D'autres dents 5 ayant une action de rupture sont situées concentriquement à l'extrémité de la tige mentionnée 4, leur fonction étant d'ouvrir le passage nécessaire à l'avance des dents de perforation 2a, 2b, 2c, 2d qui travaillent en échelonnement radial. Entre les dents de rupture 5 s'intercalent d'autres dents auxiliaires 6 ayant une action de désagrégation. Other teeth 5 having a breaking action are located concentrically at the end of the mentioned rod 4, their function being to open the necessary passage in advance of the perforation teeth 2a, 2b, 2c, 2d which work in radial staggering. Between the breaking teeth 5 are interposed other auxiliary teeth 6 having a disintegration action.

Les dents de perforation 2a, 2b, 2c, 2d. ., doivent être disposées de façon à ce que leur action de coupe dans la roche se produise de maniere oblique telle qu'elles attaquent conjointement les faces intérieure 7 et supérieure 8 des échelons successifs qui se forment dans le trou de la roche en cours de perforation, ainsi on atteint la plus grande capacité de taille avec le plus petit effort, ou la plus petite consommation d'énergie et la plus faible usure de l'outil
Pour avoir les effets mentionnés ci dessus, les dents de perforation présentent plusieurs valeurs angulaires déterminées par rappart à la tige axiale 4 de l'outil, selon les figures 3 et 4. Pour une part, l'une desdites valeurs est calculée on fonction de la résultaifte de deux vecteurs, comme la pression axiale en kg sur ladite tige de l'outil, et du couple de torsion de ladite mèche applique également sur l'axe, en mètres/kg, qui fournissent l'angle d'inclinaison entre le plan médian de la dent et le plan perpendiculaire à la tige 4, et représenté par l'angle g . L'importance de cette valeur angulaire est primordiale étant donné qu'elle détermine le rendement de la mèche avec une usure minimale.
The perforation teeth 2a, 2b, 2c, 2d. ., must be arranged so that their cutting action in the rock occurs obliquely such that they jointly attack the inner faces 7 and upper 8 of the successive steps which form in the hole of the rock being perforation, thus achieving the largest cutting capacity with the least effort, or the lowest energy consumption and the lowest tool wear
To have the effects mentioned above, the perforation teeth have several angular values determined by reference to the axial rod 4 of the tool, according to FIGS. 3 and 4. On the one hand, one of said values is calculated on the basis of the result of two vectors, such as the axial pressure in kg on said tool rod, and the torque of said drill bit also applied to the axis, in meters / kg, which provide the angle of inclination between the median plane of the tooth and the plane perpendicular to the rod 4, and represented by the angle g. The importance of this angular value is paramount since it determines the performance of the bit with minimal wear.

D'autre part, on considère la valeur angulaire définie entre le fil d'attaque de la dent et le plan mentionné perpendiculaire à la tige de l'outil, cette valeur angulaire sera dite dans la suite "déviation" pour la distinguer de l'inclinaison précédemment définie, cette dévia tion se détermine en relation avec la dureté dans l'échelle de Mohs des formations géologiques qui font l'objet d'une perforation et est représentée dans les figures 2 à 4 par l'angle B.Cet angle ss permet d'attaquer l'a- rête formée par les surfaces intérieure 7 et supérieure 8, ou la contremarche et la foulée de l'échelon qui dans le trou de la roche est attaqué par la dent correspondante, de façon à obtenir une désintégration plus facile de la masse rocheuse, étant donné qu'elles attaquent l'angle vif de l'échelon cité du creux cylindrique, ce qui fait que l'action de perforation est réellement un agrandissement pour évaser ce trou cylindrique.Le vide intérieur ainsi existant évite les contrepressions et la possibilité de compactages de la matière rocheuse, comme celà se produit ordinairement en raison de la-pression à laquelle est soumise la matière rocheuse par les dents qui ne sont pas disposées dans la forme adéquate; ces inconvénients sont également évités grâce aux valeurs angulaires K et données, lesquelles sont modifiées en fonction de la vitesse de rotation de la tige 4 de l'outil, lequel à son tour dépend de la dureté des roches. On the other hand, we consider the angular value defined between the leading edge of the tooth and the mentioned plane perpendicular to the tool shank, this angular value will be called in the following "deviation" to distinguish it from the previously defined inclination, this deviation is determined in relation to the hardness in the Mohs scale of the geological formations which are the subject of a perforation and is represented in FIGS. 2 to 4 by the angle B. This angle ss makes it possible to attack the edge formed by the inner surfaces 7 and upper 8, or the riser and the stride of the rung which in the hole of the rock is attacked by the corresponding tooth, so as to obtain a more disintegration easy of the rock mass, since they attack the sharp angle of the mentioned echelon of the cylindrical hollow, which makes that the perforation action is really an enlargement to widen this cylindrical hole. The internal vacuum thus existing avoids counterpressures and po ssibility of compaction of the rocky material, as usually occurs due to the pressure to which the rocky material is subjected by teeth which are not arranged in the proper shape; these drawbacks are also avoided thanks to the angular values K and given, which are modified as a function of the speed of rotation of the rod 4 of the tool, which in turn depends on the hardness of the rocks.

Eu égard aux considérations antérieures, chaque outil de perforation répond normalement à une gamme de types de roche de duretés voisines, ce qui fait que l'on doit disposer de divers outils appropriés aux différentes gammes de dureté. In view of the foregoing considerations, each perforation tool normally responds to a range of rock types of similar hardness, which means that there must be various tools suitable for different hardness ranges.

Ce qui a été dit à propos des dents de perforation 2, au sujet de leurs angles d'inclinaison < et de déviation ss s'applique également aux dents de rupture 5 et de désagrégation 6 situées à l'extrémité de latige 4. What has been said about the perforation teeth 2, about their angles of inclination <and deflection ss also applies to the rupture teeth 5 and disintegration 6 located at the end of latige 4.

Quant à la largeur des dents de perforation 2, il reste prévu qu'elle soit légèrement supérieure à celle de son sillon de travail dans la roche, ou à celle du plan supérieur 8, afin qu'il y ait un chevauchement entre les actions des diverses dents pour avoir un travail exhaustif. As for the width of the perforation teeth 2, it is intended to be slightly greater than that of its working groove in the rock, or that of the upper plane 8, so that there is an overlap between the actions of the various teeth to have exhaustive work.

On doit également observer le fait que la distance du centre de la perforation aux échelonnements successifs, ou celle de sa face intérieure 7, croît progressivement à partir de l'échelon inférieur ayant la plus faible valeur radiale. It should also be observed that the distance from the center of the perforation to successive staggerings, or that of its inner face 7, increases progressively from the lower rung having the lowest radial value.

On observe sur les figures 1 et 2 la répartition de base des dents de perforation 2, de rupture 5 et de désagrégation 6, mentionnées, tandis que les figures 5 et 6 montrent une réalisation concrète se référant à une mèche 9. Cette mèche 9 se compose d'une tige axiale 4 portant une ailette hélicoldale de transport 10, et d'une tête de perforation 1 dotée de quelques paires de dents de perforation 2a, 2b, 2c, 2d, 2e et 2f, échelonnées successivement en progression radiale, montées sur des supports Il fixés sur des renforts radiaux 12 de deux hélices opposées 13a et 13b qui font partie de la tête de perforation et qui permettent d'extraire le matériau résultant de la perforation.Les supports Il pour les dents respectives sont emboRtés dans des entailles successives du bord des hélices 13a et 13b. FIGS. 1 and 2 show the basic distribution of the perforation 2, rupture 5 and disintegration teeth 6, mentioned, while FIGS. 5 and 6 show a concrete embodiment referring to a wick 9. This wick 9 is consists of an axial rod 4 carrying a helical transport fin 10, and a perforation head 1 provided with a few pairs of perforation teeth 2a, 2b, 2c, 2d, 2e and 2f, successively staggered in radial progression, mounted on supports Il fixed on radial reinforcements 12 of two opposite helices 13a and 13b which form part of the perforation head and which make it possible to extract the material resulting from the perforation. The supports Il for the respective teeth are fitted in notches successive from the edge of the propellers 13a and 13b.

La mèche 9 proprement dite possède des dents de rupture 5 à la pointe de guidage antérieure de la tige 4, concentriques, réparties régulièrement et avec une inclinaison de même valeur angulaire, ainsi que des dents de désagrégation 6. The wick 9 proper has breaking teeth 5 at the anterior guide tip of the rod 4, concentric, regularly distributed and with an inclination of the same angular value, as well as disintegration teeth 6.

La tige axiale 4 possède à son extrémité postérieure, selon le procédé classique, une tête d'assujetissement 14 avec un boulon transversal 15 appliqué par un orifice 16 doté d'une clavette de sécurité 17. The axial rod 4 has, at its rear end, according to the conventional method, a securing head 14 with a transverse bolt 15 applied by an orifice 16 provided with a safety key 17.

Les diverses dents de perforation 2, de rupture 5 et de désagrégation 6 de la mèche 9 sont obtenues dans un matériau de grande dureté, tel que le carbure de tungstène, comme on fait actuellement. The various perforation 2, rupture 5 and disintegration teeth 6 of the wick 9 are obtained in a material of great hardness, such as tungsten carbide, as is currently done.

Les mèches 9 dont il est question sont de grand diamètre, ayant une valeur comprise entre 200 et 1000 mm, dont la taille n'a été adoptée jusqu'à présent que pour les travaux effectués dans des sols tendres, ou composés par des terres ou de petites pierres désagrégées. L'utilisation des mèches de perforation 9 de la présente invention convient pour l'exécution de trous pour planter des poteaux ou pour construire des pilots, et encore pour d'autres travaux qui nécessitent une cimentation d'une certaine profondeur dans des terrains plus ou moins rocheux.  The bits 9 in question are of large diameter, having a value of between 200 and 1000 mm, the size of which has so far been adopted only for work carried out in soft soils, or composed of earth or small disaggregated stones. The use of the drill bits 9 of the present invention is suitable for the execution of holes for planting posts or for constructing pilings, and also for other works which require cementing of a certain depth in more or less less rocky.

Claims (6)

REVENDICATIONS 1) Outil pour perforer des matériaux pierreux, en particulier dans les mèches munies d'une tête de perforation située à la pointe d'une tige axiale et suivie d'une ailette hélicoidale de transport disposée tout au long de ladite tige pour l'extraction du matériau désagrégé, caractérisé en ce que la tête de perforation (1) comprend plusieurs dents de perforation (2a-2f) contenues successivement sur la trajectoire d'une hélice conique (13a-13b) de pas croissant à partir de la pointe d'attaque jusqu'à la zone de transport, lesdites dents (2) ayant une disposition progressive différenciée radialement et axialement sur la tête mentionnée, des dents (2) étant de plus réparties corrélativement diamétralement opposées deux à deux, et toutes avec une distance radiale croissante et dans des niveaux croissants depuis la pointe de la tige, le plan médian des dents de perforation mentionnées présentant également une valeur angulaire ( g) d'inclinaison déterminée par rapport à un plan perpendiculaire à la tige axiale (4).1) Tool for perforating stony materials, in particular in wicks provided with a perforation head located at the tip of an axial rod and followed by a helical transport fin disposed along said rod for extraction of disaggregated material, characterized in that the perforation head (1) comprises several perforation teeth (2a-2f) successively contained on the trajectory of a conical helix (13a-13b) of increasing pitch from the tip of attack up to the transport zone, said teeth (2) having a progressive arrangement differentiated radially and axially on the mentioned head, teeth (2) being moreover distributed correlatively diametrically opposite two by two, and all with an increasing radial distance and in increasing levels from the tip of the rod, the median plane of the mentioned perforation teeth also having an angular value (g) of inclination determined relative to a perpendicular plane e to the axial rod (4). 2) Outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fils d'attaque des dents de perforation (2) présentent en outre une déviation (B) d'une certaine va- leur angulaire, par rapport à un plan perpendiculaire à la tige axiale (4), de façon que l'action desdites dents (2) s'exerce en forme d'agrandissement à partir de l'arête formée par les plans intérieur (7) et supérieur (8) de l'échelon respectif du trou de la roche en cours de perforation2) Tool according to claim 1, characterized in that the lead wires of the perforation teeth (2) further have a deviation (B) of a certain angular value, relative to a plane perpendicular to the rod axial (4), so that the action of said teeth (2) is exerted in the form of an enlargement from the edge formed by the internal (7) and upper (8) planes of the respective rung of the hole of rock during perforation 3) Outil selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le front de la tige axiale (4) possède des dents de rupture (5) concentriques, régulièrament réparties, de préSerence au nombre de 3, entre lesquelles s'intercalent d'autres dents auxiliaires (6) ayant une action de désagrégation, et dont toutes possèdent lesdites inclinaisons et lesdites déviations angulaires. 3) Tool according to one of claims 1 and 2, characterized in that the front of the axial rod (4) has breaking teeth (5) concentric, regularly distributed, preSerence 3 in number, between which s intercalate other auxiliary teeth (6) having a disintegrating action, and all of which have said inclinations and said angular deviations. 4) Outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les diverses dents de perforations (2) sont capables de faire des échelonnements dans la roche, qui consistent en des sillons annulaires dans lesquels la dent (2) respective laboure la roche dans son avance, lesdits sillons étant d'une largeur légèrement plus petite que la largeur desdites dents, de manière que le travail s'effectue avec un certain chevauchement entre les échelons successifs.4) Tool according to claim 1, characterized in that the various perforation teeth (2) are capable of making staggerings in the rock, which consist of annular grooves in which the respective tooth (2) plows the rock in its advance , said grooves being of a width slightly smaller than the width of said teeth, so that the work is carried out with a certain overlap between the successive steps. 5) Outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tête de perforation (1) de l'outil contient deux filets hélicoidaux (13a, 13b), diamétralement opposés et en spirale, capables d'extraire le matériau résultant de la perforation.5) Tool according to claim 1, characterized in that the perforation head (1) of the tool contains two helical threads (13a, 13b), diametrically opposite and in a spiral, capable of extracting the material resulting from the perforation. 6) Outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la hauteur des échelonnements successifs de la tête de perforation (1) de l'outil présente une progression croissante à partir de l'échelon inférieur de plus faible envergure radiale. 6) Tool according to claim 1, characterized in that the height of the successive staggerings of the perforation head (1) of the tool has an increasing progression from the lower rung of smaller radial span.
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