FR2725931A1 - Procede et dispositif pour couper une surface dans un bloc de matiere et machine comprenant un tel dispositif - Google Patents

Abstract

Il s'agit de couper dans un bloc de matière une surface (116h) délimitée par n côtés. Pour cela, on creuse le bloc depuis sa face extérieure (12) pour délimiter périphériquement la surface à couper, sur au moins n-1 côtés. On place ensuite un câble (16) de coupe le long d'au moins certains des n-1 côtés, en le faisant ressortir à l'extérieur, et on manoeuvre ce câble depuis l'extérieur pour le faire pénétrer dans la matière dudit bloc, à partir des côtés le long desquels il a été placé, de sorte que son déplacement provoque une coupure dans le bloc suivant la surface (116h) . L'invention s'applique notamment dans les carrières ou les chantiers, pour réaliser des cavités.

Description

L'invention se rapporte notamment à un procédé et à un dispositif pour couper une surface dans un bloc de béton, de roche ou de tout autre matériau équivalent, en particulier pour la réalisation de cavités dans ce bloc.

Notamment dans les carrières, les industries extractives ou du bâtiment, on utilise des machines de découpe comprenant un câble disposé autour du bloc à couper. Le contour du bloc doit donc nécessairement être accessible.

On connaît également des machines de coupe pourvue d'une scie discoïde. Dans la pratique, la profondeur de la surface coupée est alors relativement faible (environ 30 à 40 cm depuis l'extérieur du bloc).

Pour réaliser une cavité, ces scies discoïdes coupent les surfaces de contour de la cavité. La matière du bloc découpé est ensuite brisée par un engin du type brisebéton. Lorsque la cavité est relativement profonde, seul un engin du type brise-béton peut être utilisé au-delà de la profondeur de coupe de la scie, avec des inconvénients tels que des vibrations importantes dans le bloc.

Les machines précitées à câble ou à scie ne permettent donc pas du tout, ou peu aisément et dans des conditions restrictives (profondeur limitée, coupe nécessairement plane), de couper une surface dans un bloc de matière, lorsque ce bloc n'est accessible à l'opérateur que d'un seul côté (depuis une face externe). En particulier pour réaliser une cavité ces machines ne permettent pas non plus de couper la paroi de fond de la cavité.

Face à cela, l'invention propose tout d'abord un procédé de coupe d'une surface délimitée par n côtés, dans lequel
a) on creuse le bloc de matière depuis une face extérieure de celui-ci, de manière à délimiter périphériquement la surface à couper, sur au moins n-l côtés,
b) on place un câble de coupe le long d'au moins certains des n-l côtés, en faisant ressortir le câble à l'extérieur, et
c) on manoeuvre le câble depuis l'extérieur pour le faire pénétrer dans la matière du bloc, à partir des côtés le long duquel il a été placé, de sorte que son déplacement provoque une coupure dans le bloc suivant la surface.

L'invention se rapporte également à un dispositif comprenant
- un câble de coupe,
- un organe-support du câble qui comporte des bras porteurs du câble (propres à être introduits à l'intérieur de trous formés dans ledit bloc) et des moyens de guidage du câble pour qu'une partie frontale de ce câble soit disposée entre ces bras, et
- des moyens de déplacement du câble pour déplacer sa partie frontale dans la matière du bloc, en provoquant une coupure.

La mise en oeuvre du procédé ou l'utilisation du dispositif de l'invention permettent de couper aisément des surfaces de formes et des dimensions variées, notamment des surfaces de fond de cavité situées dans une zone intérieure d'un bloc.

L'invention a également pour objet une machine qui comprend le dispositif précité et un véhicule motorisé équipé d'au moins un bras orientable.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels
- la figure 1 est une vue d'ensemble, en perspective, de la machine de l'invention,
- la figure 2 est une vue de face et partielle du dispositif de coupe,
- la figure 3 est une vue de côté, à plus petite échelle, du dispositif de la figure 2,
- la figure 4 est une vue agrandie faite selon les flèches IV-IV de la figure 2,
- la figure 5 est une vue en coupe, agrandie et partielle, du câble de coupe de la figure 2,
- les figures 6, 7, 8 et 9 sont des vues schématiques montrant quatre étapes de coupe d'une cavité,
- la figure 10 est une vue agrandie d'une pièce intermédiaire de fixation du dispositif de coupe,
- la figure 11 montre une variante de réalisation de la pièce intermédiaire de la figure 10, et
- la figure 12 est une vue agrandie et partielle, faite selon la flèche XII de la figure 1, de la tête fixée à l'extrémité du bras de la machine.

Figure 1, on voit représentée une machine porteoutil 1 comprenant un véhicule 2 motorisé et équipé d'une flèche ou bras télescopique 4. Ce bras, orientable à la fois en site (verticalement) et en gisement (horizontalement), est terminé à son extrémité libre par une tête 6. Cette tête comprend une pièce de liaison 8, ou glissière, pour la fixation de manière amovible et de préférence coulissante d'un outil 10, tel en particulier un dispositif de coupe.

Le dispositif 10, détaillé figures 2 et 3, comprend ici notamment un bâti (constitué en l'espèce par une colonne 14 d'axe 22), un câble 16 propre à couper le bloc et formant ici une boucle continue, des moyens d'entraînement de la boucle dans un mouvement circulaire et des moyens de tension du câble. Des moyens de déplacement du câble à travers le bloc sont également prévus. Ils comportent ici une pièce 20 axialement mobile le long de la colonne 14, sous l'action d'un moteur 24.

Le chariot 20 porte les moyens d'entraînement, en l'espèce montés de manière glissante, grâce à tous moyens de fixation autorisant un glissement (tels des glissières 26 et les organes 28 de prise des glissières). Ces moyens d'entraînement comprennent ici une poulie d'entraînement 30, mue par un moteur hydraulique 32.

Pour que le câble soit suffisamment tendu pour réaliser la coupure du bloc, les moyens de tension comprennent en l'espèce un vérin (pneumatique) 34 dont le corps 35 est fixé à la pièce 20 et dont la tige 36 est liée au moteur 32, pour le déplacer axialement, l'une des chambres du vérin étant reliée à une source de gaz (compresseur 38).

La figure 5 détaille le câble 16 qui comprend par exemple un fil métallique 40 sur lequel sont enfilés des tubes 42 portant un revêtement extérieur coupant 44. Ce revêtement est constitué de poudres de métal et de diamant, mélangées et compactées par frittage. Une gaine protectrice 46 recouvre le fil et les tubes, en laissant les revêtements 44 découverts.

Pour plus de détails concernant le dispositif 10, on pourra se reporter notamment à la demande française N"94 07719 déposée le 23/06/1994.

Conformément à l'invention, le dispositif 10 comporte en outre des moyens de soutien et de guidage du câble qui comprennent un organe-support 18 de ce câble et des éléments de guidage du câble, liés à l'organe 18.

L'organe amovible 18 peut être fixé sur le chariot 20 (tel qu'illustré) ou sur une pièce de maintien 52, fixe sur la colonne 14. I1 présente ici une forme générale en "U" avec deux bras 48 et 50 porteurs du câble, l'écartement entre ces bras étant réglable pour qu'ils puissent, chacun, être introduit dans un trou réalisé dans le bloc (figure 6), comme expliqué ci-après.

Les éléments de guidage (voire d'entraînement) consistent ici en au moins deux poulies de renvoi 54a et 54b. Elles sont fixées chacune sur un bras 48, 50 pour être ainsi distantes l'une de l'autre et permettre un changement de direction du câble, sensiblement dans un même plan, de telle sorte qu'il présente une partie frontale 56, s'étendant entre les bras, pour venir la première en contact avec le bloc à couper.

Les poulies 54a et 54b font chacune partie d'un groupe 58 (schématisée figure 2) d'au moins deux poulies transversales entre elles. Ces groupes sont liés fixement aux bras 48 et 50, de préférence vers leur extrémité libre 48a, 50a.

A la figure 4, seul le groupement 58 ici soudé sur le bras 50 a été détaillé, un groupement symétrique étant monté sur le bras 48. Le groupement 58 comprend un corps 60 sur lequel sont fixés des moyens, tels la roulette 61, pour aider au déplacement du bras dans un trou (représenté par les pointillés 120). La poulie 54b est montée sur le corps 60, de préférence sensiblement parallèlement au plan de l'organe en "u" et de la poulie 30. Avantageusement, elle est propre à être disposée près de la paroi 121 du trou 120 pour autoriser la coupe, par la partie frontale 56 du câble, d'une surface qui soit la plus possible écartée de la ligne fictive fermée 41 passant par les centres des trous (figure 6).

En l'espèce, le groupement 58 comprend encore une seconde poulie 62 et une troisième poulie 64 qui est ici sensiblement parallèle à la poulie 54b. Ces poulies de renvoi 62 et 64 sont transversales (de préférence sensiblement normales) l'une à l'autre pour guider le câble lorsqu'il est engagé dans leur gorge (en B), en le renvoyant d'une surface de déplacement (de préférence sensiblement plane et parallèle au plan de l'organe 18) vers une seconde surface de déplacement qui est sécante (ici sensiblement perpendiculaire) à la première. L'organesupport 18 porte d'autre poulies de guidage 66a, 66b et 68a et 68b le long de ses bras.

Figure 10, le dispositif 10 (schématisé) comprend également une pièce amovible 70 pour sa liaison avec la tête 6 du véhicule. Cette pièce intermédiaire 70 comprend une barre d'assemblage 72 avec la tête 6 et des moyens de pivotement de l'organe 18 par rapport à l'axe 22 du bâti 14. La barre 72 est montée sur le porte-glissière 8, de manière amovible et glissante, grâce à tous moyens de fixation autorisant le déplacement de la barre 72, par exemple sous l'action d'un vérin. La colonne 14 est fixée de manière amovible à la barre 72 par l'intermédiaire de bras d'espacement 76 et 78 soudés, à une de leurs extrémités, à la barre 72 et comprenant, chacun, une extrémité opposée formant un palier 80 dans lequel est engagé la colonne 14. Un volant de manoeuvre 82 assure la commande en rotation de la colonne, laquelle peut être bloquée dans une position angulaire par une clavette 84.

La figure 11 montre une variante 70' de la pièce intermédiaire de liaison, dont les bras d'espacement sont plus longs (leur fixation à la barre 72 étant renforcée par des barres obliques 71). Ces bras comportent à leur extrémité libre, au lieu des paliers 80, des moyens de fixation 80', sans possibilité de mouvement, de la colonne 14 (tels des plaques pour le vissage de la colonne).

Figure 12, la tête 6 est articulée par rapport à trois axes d'articulation 86, 88 et 90, pour le positionnement correct de l'outil 10 dans sa zone de travail. Chaque axe est sécant (de préférence sensiblement normal) aux deux autres, la droite 86 étant ici sensiblement horizontale et normale au plan de la flèche 4.

Cette tête comprend des premiers moyens, propres à coopérer avec des moyens complémentaires de la flèche 4, pour l'articulation en rotation de l'outil 10 autour de la droite 86 et, avantageusement, la fixation de la tête à la flèche. Ces premiers moyens comprennent ici un organe 92 de fixation et d'articulation, qui est pourvu d'un arbre 96. Cet arbre 96 est adapté pour tourner dans deux paliers 97a et 97b, ou équivalents, constitués par l'extrémité fourchue 99 de la flèche. La tête comporte également des premiers moyens de commande en rotation de l'organe 92 par rapport à la fourche 99, tels un premier vérin 94 dont le corps est fixé à la flèche 4 et dont le bras est relié à l'organe 92, via un système de bielles 93 et 95 articulées entre elles (figure 1).

La tête comprend également un organe intermédiaire 102 de jonction de la pièce 8 avec l'organe 92, qui comporte un manchon de réception 98 propre à recevoir un arbre 100 qui y est disposé mobile en rotation (sans translation). Cet arbre 100, qui est lié fixement (de préférence sensiblement perpendiculairement) à la pièce 8, et le manchon 98 constituent essentiellement des seconds moyens d'articulation de la tête autour de l'axe 88. Pour la manoeuvre en rotation de l'arbre 100 dans son manchon 98, un second vérin (non représenté), ou équivalent, est prévu. Le corps de ce vérin est en l'espèce lié au manchon 98, par l'intermédiaire des oreilles de maintien 106, le bras du vérin étant fixé à la glissière 8.

Les troisièmes moyens de la tête 6 pour l'articulation de l'outil 10 autour de l'axe 90 comprennent un arbre 108 reçu à l'intérieur d'un manchon 104, avec possibilité de rotation (sans translation). Cet arbre 108 fait partie de l'organe de jonction 102 et est soudé extérieurement au manchon 98 (ici sensiblement perpendiculairement). Quant au manchon de réception 104, il fait partie de l'organe 92, en étant lié fixement à l'arbre 96 qu'il prolonge. La commande en rotation de l'arbre 108 dans son manchon 104 est assurée par un troisième vérin 110, ou équivalent, dont le corps est monté sur l'organe 92 et dont le bras 103 est lié au manchon 98 par l'intermédiaire des oreilles 112.

Nous allons maintenant décrire l'utilisation de la machine 1 pour la réalisation, par exemple dans un bloc de béton (armé), d'une cavité débouchant sur l'extérieur, cette cavité (en 101 figure 9) présentant ici une paroi de fond 124 à n côtés (en l'espèce quatre) et n (quatre) parois latérales 126g, 126d, 126b et 126h également quadrilatères qui délimitent son contour 118.

Après avoir disposé la machine 1 près de la paroi externe 12 du bloc, un outil de carottages est monté sur la tête 6 par l'intermédiaire de la pièce 70'. Cet outil est orienté de telle sorte que l'axe des carottages soit ici sensiblement normal à la paroi 12. Quatre trous 120, 122, 124 et 126 sont alors réalisés, chacun présentant une ouverture 120a, 122a, 124a et 126a sur la face externe 12 et une extrémité opposée borgne 120b, 122b, 124b et 126b.

Ensuite, pour couper dans la matière du bloc les surfaces qui vont définir, chacune, une des parois de la cavité, le dispositif de coupe 10, avec sa pièce de liaison 70, est monté sur la tête 6, à la place de l'outil de carottage et de la pièce 70'. Par articulation de la tête, le dispositif 10 est orienté pour que son axe 22 soit sensiblement parallèle aux axes des trous réalisés.

Pour couper la surface du haut 116h, le dispositif 10 est placé avec chacun de ses bras en regard d'une ouverture 120a et 122a. La partie frontale 56 du câble, lequel est engagé dans les gorges des poulies 54a et 54b, se trouve ainsi placée le long de la paroi 12 et jusqu'en regard des trous 120 et 122.

Après avoir mis le câble 16 en mouvement sur lui-même grâce à la poulie 30 et l'avoir tendu grâce au vérin 34, le chariot 20, équipé de l'organe-support 18 est avancé (flèche 47) le long de la colonne 14 en direction de la paroi 12 pour que les bras 48 et 50 se déplacent à l'intérieur des trous. Ces bras porteurs entraînent la partie frontale 56 du câble suivant un mouvement sensiblement de translation depuis les ouvertures 120a et 122a jusque vers les extrémités 120b et 122b des trous.

Cette partie frontale, soumise à une force d'entraînement et de tension et déplacée à travers la matière du bloc, coupe ce dernier suivant la surface 116h. Cette surface 116h est complètement coupée lorsque les bras arrivent au fond des trous. L'organe 18 est alors écarté du bloc par un mouvement de translation arrière du chariot 20.

En manoeuvrant le volant 82 de la pièce 70, le dispositif est basculé vers la droite, ici d'environ 90 degrés (si nécessaire, l'organe 18 est désolidarisé du chariot 20 pour le basculement, puis fixé à nouveau). Les bras viennent en regard des trous 122 et 124. La surface 116d est alors coupée comme décrit ci-dessus. Après avoir réalisé cette surface 116d, le dispositif 10 est à nouveau basculé, de telle sorte que ses bras 48 et 50 viennent en regard des trous 124 et 126, pour couper la surface 116b.

Les trois (n-l) surfaces ainsi coupées 116h, 116d et 116b présentent chacune un côté avant défini par la paroi externe 12, un côté arrière opposé et des côtés latéraux définis par les trous. Elles sont adjacentes, c'est-à-dire qu'elles présentent deux à deux un côté latéral commun et permettent d'avoir accès à une zone intérieure du bloc pour la réalisation de la surface de fond 114.

Pour couper cette surface 114, l'organe 18 est monté sur la pièce fixe 52 pour autoriser un déplacement relatif par rapport au chariot 20. Cet organe 18 est ensuite positionné pour que ces bras viennent en regard des trous 120 et 126. Le câble est engagé dans les gorges des poulies de renvoi 62 et 64 pour que sa partie frontale 56 puisse être guidée vers une surface de déplacement, en l'espèce sensiblement normale au plan défini par les bras 48 et 50.

A la figure 8, avant de couper la surface de fond 114, les bras 48 et 50 sont complètement introduits dans les trous 120 et 126. La partie frontale 56 du câble est introduite dans la fente continue (schématisée en 29) formée par les surfaces d'accès 116h, 116d et 116b et les trous, jusqu'à ce qu'elle soit placée le long des côtés arrières de ces trois surfaces.

Une fois le câble correctement positionné, il est mis en mouvement pour la coupe du bloc. Le chariot 20 est déplacé par rapport à l'organe 18 (maintenu fixe), en étant éloigné de la paroi 12 (flèche 123). Le câble se trouve tiré vers l'extérieur et sa partie frontale 56 pénètre dans la matière du bloc en se déplacant ici vers la gauche, à partir des côtés le long desquels elle a été placée.

Une fois la surface 114 coupée, le câble et l'organe 18 sont retirés de l'intérieur du bloc. Le câble est à nouveau monté sur les poulies 54a et 54b. La surface de gauche qui définie la paroi 126g est alors coupée comme décrit précédemment.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus. Ainsi, on aurait pu envisager de couper les quatre surfaces d'accès 116g, 116h, 116d et 116b avant de couper la surface de fond.

Suivant une autre variante de coupe d'une des surfaces latérales 116, on pourrait engager complètement les bras 48 et 50 dans deux trous, avant la mise en mouvement du câble de coupe. La partie 56 du câble est alors disposée le long de la face externe 12 et dans les trous jusqu'à leur extrémité borgnes (cette partie s'étend donc sur trois côtés de la surface à couper). L'organe 18 étant monté sur la pièce fixe 52, lorsque le chariot 20 est déplacé, le câble est tiré à l'écart de la paroi 12 du bloc et force sa partie 56 à pénétrer dans la matière du bloc.

A noter que le procédé décrit ci-dessus permet de couper des surfaces délimitées par un nombre n de côtés différent de quatre.

De plus, pour réaliser une cavité peu profonde, les surfaces d'accès à la zone intérieure du bloc pourraient être coupées grâce à une scie discoïde, la surface de fond étant réalisée avec le dispositif 10.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Procédé pour couper dans un bloc de matière une surface délimitée par n côtés, dans lequel

a) on creuse le bloc depuis une face extérieure de celui-ci, de manière à délimiter périphériquement ladite surface à couper sur au moins n-l côtés,

b) on place un câble de coupe le long d'au moins certains des n-l côtés, en faisant ressortir le câble à l'extérieur, et

c) on manoeuvre le câble depuis l'extérieur pour le faire pénétrer dans la matière dudit bloc, à partir desdits côtés le long desquels il a été placé, de sorte que son déplacement provoque une coupure dans le bloc suivant ladite surface.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour la réalisation d'une coupure quadrilatère délimitée, sur un côté avant, par ladite face extérieure du bloc de matière

- à l'étape a), on réalise deux carottages pour obtenir deux trous qui, chacun, présentent une ouverture sur la face extérieure dudit bloc et définissent un côté latéral de ladite coupure,

- à l'étape b), on place une partie frontale du câble le long de ladite surface extérieure du bloc, entre lesdites ouvertures des trous, et on place également le câble dans ou en regard desdits trous, et

- à l'étape c), on excerce une force sur le câble de manière à déplacer au moins ladite partie frontale de celui-ci à travers le bloc, depuis lesdites ouvertures des trous en direction de leur extrémité opposée.

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, en particulier pour la réalisation dans le bloc de matière d'une cavité débouchant sur l'extérieur, ladite surface à couper définissant une paroi de fond de ladite cavité

- à l'étape a), on creuse ledit bloc en coupant dans la matière de celui-ci au moins n-l surfaces pour l'accès à une zone intérieure dudit bloc, chaque surface d'accès étant délimitée par un côté arrière, des côtés latéraux et par ladite face extérieure du bloc formant un côté avant, les surfaces d'accès présentant deux à deux un côté latéral commun,

- à l'étape b), on place ledit câble de coupe le long d'au moins certains desdits côtés arrière des surfaces d'accès.

4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la coupe de chacune des surfaces d'accès est réalisée selon le procédé de la revendication 2.

5. Dispositif pour couper une surface dans un bloc de matière, comprenant

- un câble de coupe (16),

- un organe-support (18) du câble comportant

des bras (48, 50) porteurs du câble, espacés l'un de l'autre et propres à être introduits à l'intérieur de trous formés dans ledit bloc, et

des moyens de guidage du câble, liés aux bras, pour qu'une partie frontale (56) de ce câble soit disposée entre lesdits bras, et

- des moyens de déplacement (20) du câble pour déplacer sa partie frontale dans la matière dudit bloc, en provoquant une coupure suivant ladite surface.

6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens de guidage comprennent au moins deux poulies de renvoi (54a, 54b) fixées, chacune, à l'un desdits bras porteurs, vers une extrémité libre de celui-ci.

7. Dispositif selon la revendication 5 ou la revendication 6, caractérisé en ce que chacun desdits bras (48, 50) porte, un groupe d'au moins deux poulies de renvoi (54, 62, 64) diposées transversalement l'une par rapport à l'autre pour guider ledit câble en le renvoyant depuis une première surface de déplacement vers une seconde surface de déplacement sécante à la première.

8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une pièce intermédiaire (70) de liaison du dispositif (10) avec une machine porteuse (1), cette pièce intermédiaire, propre à être montée de manière amovible sur un bâti (14) du dispositif, comprenant des moyens (82) de pivotement dudit organe-support (18) par rapport à l'axe (22) du bâti.

9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une tête (6) amovible articulée, propre à être fixée à un bras (4) d'un véhicule porteur (2), ladite tête comportant

des premiers moyens (92) d'articulation, propre à coopérer avec des moyens complémentaires (97a, 97b, 99) dudit bras du véhicule porteur, pour l'orientation du dispositif autour d'un premier axe (86) de rotation,

des seconds moyens (98, 100) d'articulation pour l'orientation du dispositif autour d'un second axe (88) de rotation, et

àes troisièmes moyens (102, 104, 108) d'articulation pour l'orientation du dispositif autour d'un troisième axe (90) de rotation,

lesdits premier, second et troisième axes étant deux à deux sécants.

10. Machine (1) pour couper une surface dans un bloc de matière, comprenant

- un véhicule (2) motorisé équipé d'au moins un bras orientable (4) en site et en gisement, et

- un dispositif (10) selon l'une quelconque des revendication 5 à 9 fixé sur ledit bras orientable.