ITBO20070396A1

ITBO20070396A1 - MILLING MACHINE FOR THE CONSTRUCTION OF UNDERGROUND DUCTING

Info

Publication number: ITBO20070396A1
Authority: IT
Inventors: Giovanni Campagna
Original assignee: Campagna S R L
Priority date: 2007-06-04
Filing date: 2007-06-04
Publication date: 2008-12-05
Also published as: EP2000627A2; EP2000627A3

Description

D E S C R I Z I O N E DESCRIPTION

di Brevetto per Invenzione Industriale, Patent for Industrial Invention,

La presente invenzione è relativa ad una macchina fresatrice per la realizzazione di canalizzazioni sotterranee. The present invention relates to a milling machine for making underground channels.

Solitamente, la realizzazione di canalizzazioni sotterranee, quali reti fognarie, condotte per cavi elettrici di potenza o cavi e fibre ottiche per telecomunicazioni ecc., richiede due differenti lavorazioni: una prima lavorazione è relativa al pozzo verticale di profondità compresa tra 2 e 15 metri, di sezione il più contenuta possibile (un diametro compreso tra 75 e 120 cm), ed il cui scopo è quello di raggiungere la quota idonea per la realizzazione della seconda lavorazione, che è relativa alla canalizzazione sostanzialmente orizzontale, in cui vanno posizionati i tubi con diametro compreso tra 20 e 60 cm per una lunghezza compresa tra 2 e 50 metri. Usually, the construction of underground ducts, such as sewer networks, conduits for electrical power cables or cables and optical fibers for telecommunications, etc., requires two different processes: a first process is related to the vertical well with a depth between 2 and 15 meters, of section as small as possible (a diameter between 75 and 120 cm), and whose purpose is to reach the suitable height for the realization of the second processing, which relates to the substantially horizontal channeling, in which the pipes with diameter between 20 and 60 cm for a length between 2 and 50 meters.

Generalmente, queste lavorazioni vengono eseguite per mezzo di pale meccaniche, escavatori e/o altre macchine per il movimento della terra. Una tale tecnica presenta lo svantaggio di non poter essere applicata qualora lo scavo prenda origine all'interno di un edificio, o possa compromettere la staticità di strutture nelle vicinanze oppure non sia possibile interrompere la viabilità. Generally, these processes are performed by means of mechanical shovels, excavators and / or other earth moving machines. Such a technique has the disadvantage of not being able to be applied if the excavation originates inside a building, or it can compromise the static nature of nearby structures or it is not possible to interrupt the viability.

Alternativamente, è possibile realizzare lo scavo con una sonda comandata dalla superficie. In questo caso, oltre a non essere garantita la posizione esatta di sbocco, sono richiesti grandi spazi in superficie ed il macchinario non è trasportabile all'interno di sotterranei di stabili esistenti . Alternatively, it is possible to carry out the excavation with a probe controlled from the surface. In this case, in addition to not being guaranteed the exact outlet position, large surface spaces are required and the machinery cannot be transported inside the basement of existing buildings.

Una ulteriore tecnica utilizzata riguarda lo scavo per percussione, il quale prevede l'utilizzo di un percussore a forma di ogiva che avanza nel sottosuolo per mezzo di successive percussioni ad elevata frequenza. Tale sistema, oltre a penetrare nello scavo di destinazione provocando danni notevoli causati dalla dirompente forza percussiva, non garantisce la posizione di penetrazione non essendo dotato di alcun dispositivo di correzione della traiettoria. A further technique used concerns the excavation by percussion, which involves the use of an ogive-shaped firing pin that advances underground by means of successive high-frequency percussions. This system, in addition to penetrating the target excavation causing considerable damage caused by the explosive percussive force, does not guarantee the penetration position since it is not equipped with any trajectory correction device.

Scopo della presente invenzione è quello di realizzare una macchina fresatrice per la realizzazione di canalizzazioni sotterranee, le cui caratteristiche tecniche siano tali da garantire dimensioni e peso ridotti per poter essere utilizzabili anche per lavori con a disposizione una superficie calpestabile di dimensioni ridotte senza per questo perdere in efficienza. The purpose of the present invention is to realize a milling machine for the construction of underground canalizations, whose technical characteristics are such as to guarantee reduced dimensions and weight in order to be usable also for works with a small walkable surface available without losing in efficiency.

Oggetto della presente invenzione è una macchina fresatrice per la realizzazione di canalizzazioni sotterranee, caratterizzata dal fatto di comprendere una fresa atta ad operare la rimozione del materiale, un mandrino connesso alla fresa per assicurarne la rotazione attorno ad un proprio asse, un primo attuatore atto a fare brandeggiare il mandrino attorno ad un primo asse perpendicolare all'asse di rotazione della fresa, e un secondo attuatore atto a fare brandeggiare il detto mandrino attorno ad un secondo asse perpendicolare al detto primo asse e parallelo ad un asse di scavo. The object of the present invention is a milling machine for making underground channels, characterized by the fact that it comprises a cutter suitable for removing the material, a mandrel connected to the cutter to ensure its rotation around its own axis, a first actuator suitable for making the mandrel pivot around a first axis perpendicular to the rotation axis of the cutter, and a second actuator able to pivot said mandrel around a second axis perpendicular to said first axis and parallel to an excavation axis.

L·'esempio che segue serve a scopo illustrativo e non limitativo, per una migliore comprensione dell'invenzione con l'ausilio delle figure del disegno annesso, in cui: The following example is for illustrative and not limitative purposes, for a better understanding of the invention with the aid of the figures of the attached drawing, in which:

la figura 1 è una sezione laterale di una preferita forma di realizzazione della macchina fresatrice oggetto della presente invenzione; e Figure 1 is a side section of a preferred embodiment of the milling machine object of the present invention; And

la figura 2 illustra due differenti modalità di utilizzo della macchina di figura 1. Figure 2 illustrates two different ways of using the machine of Figure 1.

In figura 1 è indicata nel suo complesso con 1 la macchina fresatrice oggetto della presente invenzione . In figure 1 the milling machine object of the present invention is indicated as a whole with 1.

La macchina fresatrice 1 comprende un mandrino 2 a cui è fissata una fresa semisferica 3. Il mandrino 2 comprende un motore idraulico 4 atto a mantenere la fresa semisferica 3 nella rotazione di esercizio attorno ad un suo asse Z. The milling machine 1 comprises a spindle 2 to which a hemispherical cutter 3 is fixed. The spindle 2 comprises a hydraulic motor 4 adapted to keep the hemispherical cutter 3 in the operating rotation around its axis Z.

La macchina fresatrice 1 comprende una struttura centrale 5 incernierata al mandrino 2 lungo un asse Y ortogonale all'asse Z di rotazione della fresa 3. In particolare, la struttura centrale 5 comprende un attuatore idraulico oleodinamico 6 dotato di uno stelo a cremagliera 7, il quale impegna un pignone 8 fissato al mandrino 2. L'accoppiamento della cremagliera 7 con il pignone 8 consente al mandrino 2 e, quindi, alla fresa 3, di ruotare attorno all'asse Y passante per il pignone 8 stesso. The milling machine 1 comprises a central structure 5 hinged to the spindle 2 along an axis Y orthogonal to the rotation axis Z of the cutter 3. In particular, the central structure 5 comprises an oleodynamic hydraulic actuator 6 equipped with a rack stem 7, the which engages a pinion 8 fixed to the spindle 2. The coupling of the rack 7 with the pinion 8 allows the spindle 2 and, therefore, the cutter 3, to rotate around the axis Y passing through the pinion 8 itself.

La macchina 1 comprende una struttura posteriore 9 comprendente un motore idraulico 10 connesso ad un riduttore epicicloidale 11, il quale, a sua volta, è connesso alla struttura centrale 5 provocandone la rotazione attorno ad un asse x parallelo ad un asse S di scavo. The machine 1 comprises a rear structure 9 comprising a hydraulic motor 10 connected to a planetary reduction gear 11, which, in turn, is connected to the central structure 5 causing it to rotate around an axis x parallel to an excavation axis S.

Come può risultare evidente ad un tecnico del ramo, i due gradi di libertà (rotazione attorno all'asse Y e rotazione attorno all'asse X) del mandrino 2 garantiscono una elevata libertà di movimento e di posizionamento della fresa 3 stessa in modo tale da poter realizzare canali sotterranei di differenti dimensioni come verrà di seguito descritto . As can be evident to a person skilled in the art, the two degrees of freedom (rotation around the Y axis and rotation around the X axis) of the spindle 2 guarantee a high freedom of movement and positioning of the cutter 3 itself so as to being able to create underground channels of different sizes as will be described below.

Come illustrato nelle figure 1 e 2, la struttura posteriore 9 viene in uso fissata all'interno di un tubo 12, il quale dovrà essere disposto in esercizio all'interno della canalina sotterranea realizzata, implicando che, una volta terminata 1'escavazione della canalina, la macchina fresatrice 1 venga sganciata e riportata in superficie mentre il tubo 12 rimane all'interno della canalina. Il fissaggio della struttura posteriore 9 al tubo 12 viene realizzato mediante tre staffe 13. in particolare, la macchina fresatrice 1 può essere disposta in posizione coassiale al tubo 12 (come illustrato in figura 1), oppure in posizione disallineata, ad esempio per ottimizzare l'efficienza di una unità di aspirazione (nota e per questo non illustrata né descritta) dei detriti di scavo disposta anch'essa all'interno del tubo 12. As illustrated in Figures 1 and 2, the rear structure 9 is in use fixed inside a tube 12, which must be placed in operation inside the underground raceway created, implying that, once the excavation of the raceway is completed , the milling machine 1 is unhooked and brought back to the surface while the tube 12 remains inside the raceway. The fixing of the rear structure 9 to the tube 12 is achieved by means of three brackets 13. in particular, the milling machine 1 can be arranged in a coaxial position to the tube 12 (as illustrated in Figure 1), or in a misaligned position, for example to optimize the efficiency of a suction unit (known and for this reason not illustrated or described) of the excavation debris also arranged inside the tube 12.

La macchina fresatrice 1 è movimentata per mezzo di attuatori oleodinamici la cui energia è generata da una centralina mossa da un motore elettrico o a scoppio che a sede alla sommità del pozzo verticale o comunque in superficie. Allo stesso modo, l'alimentazione di olio agli attuatori oleodinamici viene garantita da un generatore di olio in pressione posizionato in superficie e comandato da un motore elettrico o a scoppio. Per realizzare le connessioni elettriche e di alimentazione di olio sopra riportate è necessario un sistema di cavi e tubazioni a cui la macchina 1 è connessa. Tali sistemi di cavi e tubazioni sono noti e per questo non illustrati né descritti . The milling machine 1 is moved by means of hydraulic actuators whose energy is generated by a control unit moved by an electric or combustion motor which sits at the top of the vertical well or in any case on the surface. In the same way, the oil supply to the hydraulic actuators is guaranteed by a pressurized oil generator positioned on the surface and controlled by an electric or petrol engine. To make the above electrical and oil supply connections, a system of cables and pipes to which the machine 1 is connected is required. Such cable and pipe systems are known and therefore not illustrated or described.

Come è illustrato in figura 2, la macchina fresatrice 1 oggetto della presente invenzione, grazie alle sue caratteristiche tecniche, è in grado di realizzare escavazioni di dimensioni differenti, che per la realizzazioni di canalizzazioni sotterranee significa poter realizzare sia il pozzo verticale sia le canalizzazioni sostanzialmente orizzontali. Infatti, variando 1'angolatura della struttura centrale 5 rispetto all'asse S di scavo, è possibile variare il diametro dell'azione di escavazione tra un diametro massimo, ottenibile quando la struttura centrale 5 è disposta ortogonale all'asse S di scavo, ed un diametro minimo ottenibile quando la struttura centrale 5 è disposta parallela all'asse S di scavo. In altre parole, lo scavo viene realizzato mediante l'azione della fresa 3 per la asportazione del materiale, mentre la contemporanea rotazione del mandrino 2 attorno all'asse Y e all'asse X, rispettivamente per mezzo dell'accoppiamento pignone 8/cremagliera 7 e del riduttore epicicloidale 11, consente di definire le dimensioni dello scavo. As shown in Figure 2, the milling machine 1 object of the present invention, thanks to its technical characteristics, is capable of carrying out excavations of different dimensions, which for the construction of underground channels means being able to realize both the vertical well and the channels substantially horizontal. In fact, by varying the angle of the central structure 5 with respect to the excavation axis S, it is possible to vary the diameter of the excavation action between a maximum diameter, obtainable when the central structure 5 is arranged orthogonal to the excavation axis S, and a minimum diameter obtainable when the central structure 5 is arranged parallel to the excavation axis S. In other words, the excavation is carried out by means of the action of the cutter 3 for the removal of the material, while the simultaneous rotation of the spindle 2 around the Y axis and the X axis, respectively by means of the pinion 8 / rack 7 coupling and of the planetary reduction gear 11, allows you to define the dimensions of the excavation.

A tale riguardo, va evidenziato che è possibile realizzare escavazioni di diametri considerevoli aggiungendo alla macchina fresatrice una o più ulteriori strutture che, quindi, ne aumenterebbero il braccio di escavazione. In this regard, it should be noted that it is possible to carry out excavations of considerable diameters by adding one or more further structures to the milling machine which, therefore, would increase the excavation arm.

Inoltre, va specificato che la particolare tipologia di attuatori di rotazione in grado di permettere il brandeggio del mandrino 2 attorno all'asse x e all'asse Y non costituisce carattere limitativo della presente invenzione come evidenziato dal tenore della rivendicazione principale. Furthermore, it should be specified that the particular type of rotation actuators capable of allowing the pivoting of the spindle 2 around the x axis and the Y axis does not constitute a limitative character of the present invention as evidenced by the content of the main claim.

In uso, inizialmente la macchina fresatrice 1 viene impegnata per la realizzazione del pozzo verticale come illustrato in figura 2. In questa fase di escavazione la macchina fresatrice 1 è fissata ad una porzione di tubo 14, la quale costituirà una parte delle pareti del pozzo. Una volta che si è realizzato il pozzo verticale, la macchina fresatrice 1 viene sganciata dal tubo 14 e agganciata ad un tubo 12 di diametro notevolmente inferiore che costituirà la porzione di testa della tubazione in servizio nella canalizzazione da realizzare. In use, initially the milling machine 1 is engaged for the construction of the vertical well as illustrated in figure 2. In this excavation step the milling machine 1 is fixed to a portion of pipe 14, which will form a part of the walls of the well. Once the vertical well has been made, the milling machine 1 is unhooked from the pipe 14 and hooked to a pipe 12 with a considerably smaller diameter which will constitute the head portion of the pipe in service in the canalization to be made.

In questa nuova configurazione, la macchina fresatrice 1 viene disposta in posizione sostanzialmente orizzontale. Con l'avanzare dello scavo e, quindi, della realizzazione della canalizzazione, vengono progressivamente aggiunte ulteriori porzioni di tubo, la prima della quale sarà fissata proprio alla porzione di testa rappresentata dal tubo 12. In questo modo è possibile realizzare in contemporanea l'operazione di escavazione e l'operazione di formazione e alloggiamento della tubazione . In this new configuration, the milling machine 1 is arranged in a substantially horizontal position. As the excavation progresses and, therefore, the construction of the canalization, further portions of pipe are progressively added, the first of which will be fixed precisely to the head portion represented by the pipe 12. In this way it is possible to carry out the operation simultaneously of excavation and the operation of forming and housing the pipeline.

Una volta che si è realizzata la canalizzazione e la tubazione è stata completata, la macchina fresatrice 1 viene sganciata dal tubo 12 costituente la porzione di testa della tubazione, e tutta la tubazione formata con la progressiva aggiunta di porzioni di tubo, viene lasciata all'interno della canalizzazione realizzata. Once the ducting has been made and the pipe has been completed, the milling machine 1 is released from the pipe 12 constituting the head portion of the pipe, and all the pipe formed with the progressive addition of pipe portions is left to the inside the canalization made.

Come appare evidente dalla descrizione di cui sopra, la macchina fresatrice presenta i vantaggi di essere di dimensioni e di peso particolarmente ridotti e, allo stesso tempo, di poter realizzare tutte le operazione di escavazione necessarie per la realizzazione di escavazione, senza per questo dover impegnare larghi spazi in superficie con gli inconvenienti che questo comporta. Tali vantaggi consentono, quindi, di poter realizzare operazioni di canalizzazione anche all'interno di abitazioni o in prossimità di strade senza per questo creare disagi alla viabilità. As it appears evident from the above description, the milling machine has the advantages of being of particularly reduced size and weight and, at the same time, of being able to carry out all the excavation operations necessary for the construction of an excavation, without having to engage large spaces on the surface with the drawbacks that this entails. These advantages allow, therefore, to be able to carry out canalization operations even inside homes or near roads without creating inconvenience to traffic.

infine, un ulteriore vantaggio della macchina fresatrice della presente invenzione è relativo alla possibilità di descrivere mediante la fresa 3, non solo orbite circolari, ma anche orbite ellittiche ecc. in maniera tale da correggere l'eventuale sbandamento involontario del sistema dovuto ad errori di posizionamento o alla penetrazione del tubo 12 all'interno di terreni fortemente disomogenei. finally, a further advantage of the milling machine of the present invention relates to the possibility of describing by means of the cutter 3, not only circular orbits, but also elliptical orbits, etc. in such a way as to correct any involuntary heeling of the system due to positioning errors or to the penetration of the pipe 12 into highly uneven ground.

Claims

R IV E N D I C A Z I O N I 1. Milling machine (1) for the construction of underground channels, characterized by the fact of comprising a cutter (3) suitable for removing the material, a mandrel (2) connected to the cutter (3) to ensure its rotation around a its own axis (Z), a first actuator (6, 7, 8) adapted to swing the spindle (2) around a first axis (Y) perpendicular to the rotation axis (Z) of the cutter, and a second actuator ( 10, 11) adapted to swing said mandrel (2) around a second axis (X) perpendicular to said first axis (Y) and parallel to an excavation axis (S).

2. Milling machine according to claim 1, characterized in that said first actuator (6, 7, 8) comprises a hydraulic actuator (6), a rack rod (7) and a pinion (8); the said pinion (8) being fixed to the said mandrel (2) and engaging the said rack-and-pinion rod (7) to make the rotation of the said mandrel (2) around the axis (Y).

3. Milling machine according to claim 1 or 2, characterized in that the second actuator (10, 11) comprises a hydraulic motor (10) and a planetary reduction gear (11) connected to a central structure (5) carrying said first actuator (6, 7, 8); the said second actuator (10, 11) being able to swing the said central structure (5) around an axis (X) perpendicular to the axis (Y) and parallel to the excavation axis (S).

4. Milling machine according to one of the preceding claims, characterized in that said spindle (3) comprises a hydraulic motor (4).

5. Milling machine according to one of the preceding claims, characterized in that it is moved by hydraulic actuators whose energy is generated by a control unit moved by an electric or combustion motor positioned on the surface.

6. Milling machine according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a rear structure (9) carrying said second actuator (10, 11) and able to be fixed to the internal surface of a tube (10; 14) during operation of the milling machine (1).