ITMI20130360A1 - Macchina da perforazione per perforare per esempio terreni e/o formazioni rocciose - Google Patents

Description

MACCHINA DA PERFORAZIONE PER PERFORARE PER ESEMPIO

TERRENI E/O FORMAZIONI ROCCIOSE

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Campo dell’invenzione

[1] La presente invenzione riguarda una macchina per perforazioni di terreni o formazioni rocciose del tipo provvisto per esempio di un'antenna e di una batteria di aste di perforazione, utilizzabile per esempio per piazzare tiranti verticali o variamente inclinati. L'invenzione é particolarmente adatta ad essere applicata a perforatrici che realizzino perforazioni di diametro relativamente piccolo, per esempio variabile tra 30 mm e 400 mm.

Stato della tecnica

[2] Nell’ambito della perforazione di piccolo diametro sono note nel settore diverse tipologie di macchine semoventi comunque accomunate dalla presenza dei seguenti componenti fondamentali: un corpo macchina, una antenna che porta i mezzi di scavo, morse fissate alla base dell’antenna per l’afferraggio delle aste di perforazione e un braccio (parte di sostegno principale del cinematismo) di collegamento dell’antenna al corpo macchina. La movimentazione dell’antenna rispetto al corpo macchina avviene tramite cinematismi di diverse tipologie che sono movimentati da opportuni mezzi attuatori. I diversi cinematismi possono permettere alle macchine di lavorare in varie configurazioni di scavo ma sono generalmente ottimizzati per massimizzare le prestazioni solo in alcune lavorazioni presentando limitazioni in altre. Ad esempio se ottimizzati per lavorazioni verticali risulteranno limitati in altre lavorazioni quali ad esempio quelle per l’esecuzione di tiranti inclinati in cui l’asse di scavo à ̈ inclinato minimamente rispetto al piano orizzontale.

[3] In particolare esistono le presenti configurazioni di lavoro:

C.1) verticale con perforazione in prossimità del piano di mezzeria come mostrato dalla Figura 1;

C.2) verticale con perforazione brandeggiata in laterale come mostrato dalla Figure 2. Dalla configurazione C.1 à ̈ possibile raggiungere la configurazione C.2 ruotando il braccio rispetto al corpo macchina attorno ad un asse verticale. Tale manovra, detta di brandeggio, permette di spostare lateralmente l’asse di perforazione anche fin oltre il bordo esterno del cingolo. In questa configurazione, quando l’asse di perforazione à ̈ a filo cingolo si avrà comunque un ingombro laterale delle morse oltre il bordo del cingolo che limita la condizione di scavo in vicinanza alle pareti esistenti;

C.3) Verticale con antenna ruotata lateralmente di 90° rispetto al braccio come mostrato dalla Figura 3. Dalla configurazione C.1 à ̈ possibile raggiungere la configurazione C.3 ruotando l’antenna di 90° rispetto al braccio attorno ad uno snodo ad asse verticale, tipicamente collocato in alto, in prossimità dell’antenna. Tale manovra permette di spostare lateralmente l’asse di scavo senza spostare lateralmente il braccio rispetto al piano di mezzeria della macchina. In questa condizione si avrà il minimo ingombro delle morse oltre all’asse di perforazione in direzione laterale alla macchina, ma il cinematismo à ̈ più complesso con maggiori giochi e peggioramento della stabilità rispetto alle precedenti soluzioni.

C.4) Ancoraggio con perforazione frontale inclinata tra 0° e 45° rispetto al piano orizzontale come mostrato dalla Figura 4. Dalla configurazione C.1 à ̈ possibile raggiungere la configurazione C.4 ruotando l’antenna rispetto al braccio attorno ad uno snodo ad asse orizzontale e reclinandola indietro verso il corpo macchina. Successivamente à ̈ possibile ruotare il braccio rispetto al corpo macchina attorno ad uno snodo ad asse orizzontale in modo da ridurne l’inclinazione rispetto al terreno e in modo da avvicinare l’antenna al suolo.

C.5) Tiranti con perforazione trasversale -o lateraleinclinata tra 0° e 45° rispetto al piano orizzontale e mezzi di scavo posizionati sopra l’antenna come mostrato dalla Figura 5. Partendo dalla configurazione C.1 per raggiungere la configurazione C.5 occorre in una prima fase ruotare l’antenna rispetto al braccio attorno ad un primo snodo ad asse orizzontale reclinandola indietro verso il corpo macchina (condizione di trasporto). Successivamente à ̈ possibile ruotare il braccio rispetto al corpo macchina attorno ad uno snodo ad asse orizzontale perpendicolare al piano di mezzeria in modo da abbassare l’altezza complessiva di antenna e braccio fino alla condizione di trasporto (antenna orizzontale coricata sul corpo macchina). Da questa configurazione à ̈ possibile ruotare l’antenna rispetto al braccio attorno ad un secondo snodo ad asse verticale in modo da renderla perpendicolare al piano di mezzeria della macchina. Successivamente, dopo aver portato il braccio in condizione orizzontale à ̈ possibile ruotare il braccio stesso rispetto al corpo macchina attorno ad uno snodo ad asse orizzontale giacente sul piano di mezzeria. Quest’ultima manovra provoca una inclinazione tra 0° e 45° dell’antenna rispetto al terreno mantenendo l’attrezzatura di scavo ad una quota superiore all’antenna. Partendo invece dal cinematismo di Figura 3 à ̈ possibile reclinare lateralmente l’antenna sfruttando un ulteriore snodo ad asse orizzontale tra braccio ed antenna. Tale ulteriore snodo semplifica le manovre (rispetto al cinematismo di fig.1) ma complica ulteriormente il cinematismo stesso peggiorando la stabilità e la rigidezza della macchina.

C.6) Tiranti con perforazione trasversale -o lateraleinclinata tra 0° e 45° rispetto al piano orizzontale e mezzi di scavo posizionati a sbalzo frontalmente (di “taglio†) rispetto all’antenna (Figura 6). Partendo dalla configurazione C.1 per raggiungere la configurazione C.6 si ruota semplicemente l’antenna rispetto al braccio utilizzando l’asse orizzontale (che prima era verticale in condizione di trasporto, spiegata per la Fig.5). Nel caso di Figura 3 à ̈ possibile utilizzare un ulteriore movimento tra braccio e snodo antenna che consente attraverso una rotazione attorno ad un asse orizzontale, di ribaltare antenna e rotary in una configurazione di 90°, così da spostare la rotary in una configurazione di “taglio†sull’antenna.

E’ chiaro che alcune movimentazioni, in particolare la C.1, la C.3 la C.4 e la C.5 non possono essere contemporaneamente realizzate dai cinematismi attuali se non pagando il prezzo di rendere le macchine più instabili (a causa del collocamento degli snodi in una posizione avanzata ed alta perché oltre il braccio ed in prossimità dell’antenna) più imprecise (la rigidezza del posizionamento viene persa a causa dell’elevato numero di elementi di snodi presenti e di assi di rotazione necessari a coprire tutti i movimenti) e più costose perché complesse, con molte attuazioni e più pesanti.

[4] Nell’ambito delle macchine per piccola perforazione sono noti cinematismi come quello descritto nel DE102007012055 che mostra la macchina in configurazione di lavoro 1, verticale con perforazione in prossimità del piano di mezzeria. Tale cinematismo permette di raggiungere anche le configurazioni di lavoro C.4 e, con alcune limitazioni sugli angoli, le configurazioni C.5 e C.6. Nella configurazione C.5 à ̈ noto (anche se non raffigurato nel brevetto) che le inclinazioni dell’antenna permesse da questo cinematismo si estendono per un arco di 30° sopra e 30° sotto l’orizzontale oppure per un arco di 45° sopra e 15° sotto l’orizzontale e tale limitazione à ̈ dovuta a motivi di carattere strutturale e cinematico, alla presenza di un unico attuatore che deve avere ingombri in lunghezza non eccessivi. Infatti a seguito della rotazione del braccio rispetto al corpo macchina attorno ad un asse orizzontale giacente sul piano di mezzeria, l’aumento dell’inclinazione dell’antenna rispetto al terreno provoca un avvicinamento del piede dell’antenna al terreno fin quando a circa i 45°, il piede entra in contatto con esso impedendo il proseguimento della rotazione. Per poter proseguire la rotazione sarebbe necessario o ridurre la distanza tra il piede e il fulcro di collegamento tra braccio e antenna (che vorrebbe dire ridurre la lunghezza dell’antenna e quindi la corsa della rotary oppure fissando l’antenna in modo eccentrico sul braccio ma pagando così una notevole instabilità laterale nelle configurazioni a tiranti) oppure sollevare ulteriormente in direzione verticale la quota alla quale si trova detto fulcro (molto complesso, costoso e con problemi nella configurazione di trasporto che diverrebbe troppo alta). La prima soluzione non à ̈ però percorribile in quanto sarebbe necessario uno scorrimento dell’antenna verso l’alto rispetto al braccio così ampio che provocherebbe un urto delle morse con il braccio o con lo snodo braccio-antenna.

[5] Anche la seconda soluzione non à ̈ percorribile in quanto con braccio adagiato sul piano orizzontale e ruotato di 90° attorno al suo asse longitudinale, il cinematismo non consente di comandare un movimento verticale del braccio che ne aumenti la inclinazione rispetto al terreno e montandolo più alto si ricadrebbe nei problemi di trasporto menzionati in precedenza. Dal punto di vista strutturale va inoltre considerato che il braccio nella condizione ruotata sopra descritta risulta essere sollecitato a flessione laterale dai carichi verticali. Tale sollecitazione sarà tanto maggiore all’aumentare dell’angolo di rotazione e questo angolo potrebbe dover essere limitato anche in base alla resistenza flessionale laterale del braccio stesso.

[6] Quindi nella configurazione di lavoro C.5 il cinematismo non consente ruotare il braccio fino a portare la antenna dalla condizione orizzontale a quella verticale cioà ̈ non consente di raggiungere la configurazione di lavoro C.3. Tale configurazione di lavoro C.3 non à ̈ mai raggiungibile, neanche partendo dalla condizione di lavoro C.1 in quanto non à ̈ presente uno snodo ad asse verticale che colleghi il braccio all’antenna.

Un’altra limitazione del cinematismo consiste nel fatto che partendo dalla configurazione C.1, non permette di raggiungere la configurazione di lavoro C.2 in quanto non à ̈ presente un fulcro ad asse di rotazione verticale che colleghi il braccio al corpo macchina e contemporaneamente non sono presenti mezzi di attuazione che permettano il movimento di brandeggio (come si evince dalla Figura 2 che mostra l’antenna collocata sul piano di mezzeria).

[7] Il documento DE20311847 mostra in Figura 3 una macchina dotata di un cinematismo (simile a quello illustrato per la configurazione C.3) che permette di brandeggiare in laterale il braccio raggiungendo la configurazione di lavoro C.2 e mette in evidenza le problematiche dovute all’ingombro laterale delle morse e la necessità di ridurre la distanza minima “D†alla quale à ̈ possibile portare l’asse di perforazione rispetto ad una parete quando i cingoli della macchina sono paralleli a tale parete e l’antenna à ̈ verticale. Il cinematismo, pur complesso, non presenta uno snodo ad asse verticale tra il braccio e l’antenna come quelli indicati nella fig.3 della presente domanda e non consente di raggiungere la condizione di lavoro C.3 verticale con antenna ruotata lateralmente di 90°. La soluzione proposta in Figura 2 del DE20311847 per ridurre la quota “d†, prevede che le morse non vengano montate direttamente sull’antenna ma vengano collegate a quest’ultima tramite l’interposizione di una piastra (20) imbullonabile e di forma tale da permettere il montaggio delle morse in posizione ruotata di un angolo minore di 90°. Sempre in questa Figura, si può vedere come la quota “d†non sia la quota minima teoricamente ottenibile ma che i limiti del cinematismo descritto impediscono di ridurla ulteriormente. Infatti non à ̈ possibile brandeggiare ulteriormente il braccio in quanto la piastra (20) andrebbe in interferenza con il cingolo. Allo stesso modo non à ̈ possibile ruotare ulteriormente la morsa rispetto all’antenna, ad esempio modificando la forma della piastra (20), mantenendo invariato l’interasse tra asse di perforazione e antenna. In questo caso infatti si verificherebbe una interferenza della morsa con l’antenna. Quindi anche sfruttando l’uso della piastra 20 non à ̈ possibile raggiungere la configurazione di lavoro C.3. Un altro svantaggio di questa soluzione à ̈ che per passare da una prima configurazione adatta ad effettuare perforazioni vicine ad una parete che si trovi a destra della macchina ad una seconda configurazione adatta ad effettuare perforazioni vicine ad una parete che si trovi a sinistra della macchina à ̈ necessario sbullonare la piastra 20 dall’antenna e dalle morse e reimbullonarla in una posizione diversa.

[8] Per capire la complessità di un cinematismo che consenta di raggiungere la configurazione di lavoro C.3, basta analizzare il brevetto EP1696100A1 che mostra solo la parte di elementi cinematici da montare tra antenna e braccio, quindi una serie di elementi snodati che stanno a quote elevate da terra e lontane dal corpo macchina, costituendo motivo sufficiente per la instabilità, poca rigidezza e complicazione strutturale.

[9] Uno scopo della presente invenzione à ̈ fornire una macchina e un procedimento di scavo che superino almeno alcune delle limitazioni e degli inconvenienti, precedentemente esposte, delle macchine di scavo attualmente note.

Sommario dell’invenzione

[10] In un primo aspetto della presente invenzione, tale scopo viene conseguito con una macchina da perforazione avente le caratteristiche secondo la rivendicazione 1.

In un secondo aspetto dell'invenzione, tale scopo viene conseguito con un metodo per utilizzare una macchina da perforazione avente le caratteristiche secondo la rivendicazione 11.

In un terzo aspetto dell'invenzione, tale scopo viene conseguito con un metodo per utilizzare una macchina da perforazione avente le caratteristiche secondo la rivendicazione 12.

In un quarto aspetto dell'invenzione, tale scopo viene conseguito con un metodo per utilizzare una macchina da perforazione avente le caratteristiche secondo la rivendicazione 16.

Ulteriori caratteristiche del dispositivo sono oggetto delle rivendicazioni dipendenti.

I vantaggi conseguibili con la presente invenzione risulteranno più evidenti, al tecnico del settore, dalla seguente descrizione dettagliata di un esempio di realizzazione particolare a carattere non limitativo, illustrato con riferimento alle seguenti Figure schematiche.

Elenco delle Figure

Le Figure 1, 1A mostrano rispettivamente una vista laterale e una vista dall'alto di una macchina di scavo nota in una prima configurazione di lavoro, con antenna verticale e perforazione in prossimità del piano di mezzeria;

Figura 2 mostra una vista dall'alto di una macchina di scavo nota in una seconda configurazione di lavoro, con antenna verticale brandeggiata in laterale;

le Figure 3, 3A mostrano rispettivamente una vista laterale e una vista dall'alto di una macchina di scavo nota in una terza configurazione di lavoro, con antenna verticale ruotata lateralmente di 90° rispetto al braccio;

Figura 4 mostra una vista laterale di una macchina di scavo nota in una quarta configurazione di lavoro, per perforazioni frontali inclinate;

le Figure 5, 5A mostrano rispettivamente una vista frontale e una vista laterale di una macchina di scavo nota in una quinta configurazione di lavoro, per perforazioni trasversali inclinate rispetto all'orizzontale, e tavola rotante e mezzi di scavo disposte sopra l'antenna;

le Figure 6, 6A mostrano rispettivamente una vista frontale e una vista laterale di una macchina di scavo nota in una sesta configurazione di lavoro, per perforazioni trasversali inclinate rispetto all'orizzontale, e tavola rotante e mezzi di scavo posizionati a sbalzo frontalmente;

Figura 7 mostra una vista laterale di una macchina per perforazioni secondo una forma di realizzazione particolare dell'invenzione, in posizione per eseguire perforazioni verticali in prossimità del piano di mezzeria;

le Figure 8, 9 mostrano rispettivamente una vista frontale e una vista dall'alto della macchina di Figura 7, in posizione per eseguire perforazioni orizzontali trasversali – o laterali-;

Figura 10 mostra una vista frontale della macchina di Figura 7, in posizione per eseguire perforazioni inclinate trasversali –o laterali-;

le Figure 11 e 12 mostrano rispettivamente una vista laterale e una vista dall'alto della macchina di Figura 7, con antenna verticale e ruotata lateralmente di 90° rispetto al braccio;

Figura 13A mostra una vista prospettica in esploso di alcuni componenti dello snodo prossimale 103 della macchina di Figura 7;

Figura 13B mostra una vista prospettica del supporto cinematismo 19 dello snodo di Figura 13A;

Figura 14 mostra una vista prospettica della piastra posteriore del supporto cinematismo 19 di Figura 7, e degli attuatori di rollio predisposti per azionare tale supporto cinematismo.

Figura 15 mostra, in vista prospettica, uno schema cinematico del cinematismo antenna della macchina di Figura 7;

le Figure 16, 16A mostrano, rispettivamente in una vista laterale e dall'alto, la macchina in configurazione di trasporto, con antenna sostanzialmente orizzontale e coricata sul corpo macchina.

Descrizione dettagliata

[11] Le Figure 7-15 sono relative a una macchina di perforazione, indicata con il riferimento complessivo 100, secondo una forma di realizzazione particolare dell'invenzione. La macchina da perforazione 100 può essere predisposta per perforare per esempio terreni e/o formazioni rocciose, e comprendere:

a) un corpo macchina 15, contenente o comunque a sua volta comprendente per esempio un eventuale motore termico per fornire potenza a tutta la macchina e un circuito idraulico per azionare gli attuatori e i cinematismi nel seguito descritti;

b) un'antenna di perforazione 1 di forma complessivamente oblunga e idonea a guidare i mezzi di azionamento utensile montati scorrevoli lungo il suo asse longitudinale;

c)una batteria di perforazione costituita generalmente da un’asta o un tubo di tipo giuntabili connessi inferiormente a utensili o mezzi di scavo (non mostrati ma comunemente noti, quali per esempio triconi, scalpelli, punte eliche, …) e disposti longitudinalmente all'antenna 1. Talvolta come batterie di perforazione vengono utilizzate anche eliche o soluzioni complesse costituite da tubi esterni ed aste o eliche interne, in alcuni casi la macchina può essere utilizzata per la infissione di elementi nel terreno, quali profilati d’acciaio, tubolari, ed in questo caso potrebbero anche essere inseriti semplicemente spingendo e/o facendo vibrare la batteria di perforazione senza farla ruotare;

d) mezzi di azionamento utensile 12 fissati all'antenna di perforazione 1 e predisposti per azionare la batteria di perforazione, per esempio facendola ruotare su se stessa attorno al proprio asse longitudinale AT in modo da scavare il terreno o la formazione rocciosa, essendo l’asse AT sostanzialmente parallelo all’asse longitudinale dell’antenna 1;

e) un cinematismo antenna 102, a sua volta comprendente:

e.1) un braccio meccanico 4;

e.2) uno snodo prossimale 103 comprendente a sua volta un supporto-cinematismo 19 e un supporto braccio brandeggiabile 21;

e.3) uno snodo distale 104 disposto sostanzialmente più lontano dal corpo macchina 15 rispetto allo snodo prossimale e che fissa l'antenna di perforazione 1 al braccio meccanico 4 permettendole di variare almeno l'orientazione rispetto al braccio meccanico 4 stesso. Lo snodo distale 104 comprende preferibilmente un supporto slitta 10 ed una slitta 11.

La macchina 100 é preferibilmente semovente, e a tale scopo può essere provvista di cingoli 27A, 27B.

I mezzi di azionamento utensile 12 possono comprendere una tavola rotante, detta comunemente anche rotary.

Il braccio meccanico 4 può essere sostanzialmente una trave, più o meno allungata e anche formata da un'unica barra rigida priva di articolazioni intermedie (Figure 7-15). Il supporto-cinematismo 19 può avere forma più o meno complessa come quella indicativamente mostrata nelle Figure 13, 14.

[12] Secondo un aspetto dell'invenzione:

-lo snodo prossimale 103, e in particolare il relativo supporto cinematismo 19 e il supporto braccio brandeggiabile 21 fissano il braccio meccanico 4 al corpo macchina permettendo al braccio stesso di variare la propria orientazione, cioà ̈ la propria inclinazione nello spazio, rispetto al corpo macchina 15 ruotando attorno ad almeno un primo 20, un secondo 23 e un terzo asse prossimale 22 (Figura 15);

-il primo 20 e il terzo asse prossimale 22 sono solidali almeno con il supporto-cinematismo 19 mentre il secondo asse prossimale 23 Ã ̈ solidale al supporto braccio brandeggiabile 21.

- almeno in una condizione di funzionamento il secondo asse prossimale 23 Ã ̈ non ortogonale al piano individuato dagli altri due assi 20 e 22;

- lo snodo distale 104 permette di ruotare l'antenna di perforazione 1 rispetto al braccio meccanico 4 attorno a un primo asse distale 9 e a un secondo asse distale (3); il primo 9 e il secondo asse distale 3 sono ortogonali fra loro, e l'antenna 1 si estende perpendicolarmente al primo asse distale 9.

[13] I tre assi prossimali sono a due a due ortogonali fra loro, e non giacciono tutti e tre in uno stesso piano; così facendo, in una qualsiasi configurazione in cui si trovi il braccio 4, il cinematismo oggetto della presente invenzione permette di ruotare il braccio rispetto a due assi di rotazione 20, 22 perpendicolari tra loro e rispetto ad un terzo asse di rotazione 23 che à ̈ sempre perpendicolare ad almeno uno dei due assi precedenti 20, 22; a tale scopo il primo 20, il secondo 23 e il terzo asse prossimale 22 possono coincidere con dei reali e rispettivi perni di incernieramento 200, 230, 220 ciascuno dei quali rende liberamente svincolato un solo grado di libertà rotazionale, oppure essere solo assi di rotazione ideali (Figure 13, 15); in questo secondo caso il braccio 4 può essere fissato al supporto-cinematismo 19 non con due distinti perni di incernieramento 220, 230 e il supporto braccio brandeggiabile 21 -in tal caso formando sostanzialmente un giunto cardanico- bensì per esempio con un giunto sferico;

-preferibilmente il primo asse prossimale 20 é predisposto per estendersi parallelamente o comunque longitudinalmente al suolo su cui la macchina da perforazione 100 appoggia in una normale condizione di utilizzo;

-la macchina 100 é predisposta per azionare il supporto cinematismo 19 facendogli compiere rotazioni su se stesso di un angolo γ, attorno al primo asse prossimale 20, sostanzialmente pari o maggiori di 90°. Tale rotazione à ̈ da considerarsi orientata in un unico verso, tale da portare l’antenna 1 giacente su un piano sostanzialmente orizzontale (piano X-Y con asse longitudinale antenna disposto parallelamente a Y) ad uno finale che à ̈ almeno sostanzialmente verticale (piano X-Z con asse longitudinale antenna disposto parallelamente a Z) in cui l’antenna à ̈ stata quindi ruotata attorno all’asse 20 (parallelo a X) di un angolo complessivo pari ad almeno 90°. A rotazioni maggiori corrispondono posizioni dell’antenna inclinate rispetto al piano verticale (X-Z). In particolare, in una prima soluzione preferenziale tale rotazione deve avvenire in modo che il terzo asse prossimale (22) partendo da una posizione sostanzialmente perpendicolare al terreno raggiunga una posizione almeno sostanzialmente parallela al terreno.

Per convenzione l'asse ideale X é parallelo alla direzione anteriore-posteriore della macchina 100, l'asse Z indica la direzione verticale o comunque perpendicolare al terreno o pavimento su cui ma macchina 100 appoggia, e l'asse Y é parallelo alla direzione fianco destro-fianco sinistro della macchina 100.

[14] A tale scopo il supporto cinematismo 19 può essere per esempio fissato tramite un perno 200, coassiale al primo asse prossimale 20, ad una faccia piana e sostanzialmente verticale opportunamente predisposta nella parte frontale del corpo macchina 15.

Il collegamento svincolato in rotazione tra supporto cinematismo 19 e relativa faccia piana anteriore del corpo macchina può essere realizzato per esempio tramite un supporto cuscinetto, una bronzina (entrambi connessi al perno 200), pattini di guida o una ralla interposta tra il corpo macchina 15 e la superficie di centraggio 200A del supporto cinematismo 19 per la rotazione relativa. Il fissaggio tra le parti à ̈ preferibilmente con mezzi amovibili, viti, bulloni o perni.

[15] Vantaggiosamente la macchina 100 é predisposta per azionare il supporto cinematismo 19 facendogli compiere rotazioni γ attorno al primo asse prossimale 20, sostanzialmente pari o maggiori di 90° orientati in un unico verso, più vantaggiosamente pari o maggiori di 120° (per effettuare le correzioni dell’antenna 1 sulla verticale) e ancor più vantaggiosamente pari o maggiori di 180° in modo da consentire la perforazione da entrambi i fianchi della macchina.

Le posizioni di fine corsa delle rotazioni γ sono preferibilmente, anche se non necessariamente, simmetriche rispetto al piano verticale di mezzeria ovvero piano XZ- del corpo macchina 15. Preferibilmente il primo asse prossimale 20 é parallelo alla direzione anteriore-posteriore della macchina 100, ovvero alla sua direzione di avanzamento, per esempio l'asse X di una terna ideale di assi cartesiani XYZ solidale con il corpo macchina (Figura 7).

[16] Preferibilmente lo snodo prossimale 103 é predisposto per far ruotare il braccio meccanico 4 anche attorno al secondo asse prossimale 23 -rotazione α- ed al terzo asse prossimale 22 -rotazione Î ̧. A tale scopo il braccio meccanico 4 può essere fissato al corpo macchina 15 tramite due cerniere realizzate ad esempio sul supporto braccio brandeggiabile 21 interposto tra i due. La prima comprende per esempio l'estremità prossimale del braccio 4, il supporto braccio brandeggiabile 21 e il perno di incernieramento 230 che li collega, la seconda cerniera comprendente per esempio il supporto braccio brandeggiabile 21, il supporto cinematismo 19 e il perno di incernieramento 220 che li collega (Figura 13A). I perni 230 e 220 sono coassiali rispettivamente agli assi 23, 22. Preferibilmente inoltre la macchina 100 é provvista di almeno due attuatori 5 e 25A, indicati anche come attuatore movimentazione braccio 5 e primo attuatore di brandeggio 25A, predisposti per far ruotare il braccio 4 rispettivamente attorno al secondo asse prossimale 23 e attorno al terzo asse prossimale 22.

[17] Preferibilmente la macchina 100 é inoltre provvista di un secondo attuatore di brandeggio 25B, anch'esso predisposto per far ruotare il braccio 4 attorno al terzo asse prossimale 22. Vantaggiosamente il primo 25A e il secondo attuatore prossimale 25B sono disposti da due opposti lati del braccio meccanico 4, preferibilmente affiancati tra loro e al braccio 4 stesso.

[18] Il primo 25A e il secondo attuatore 25B possono essere fissati, a una loro estremità, al supporto cinematismo 19, e all'altra al braccio 4. Il primo 25A e il secondo attuatore prossimale 25B possono essere collegati al supporto-cinematismo 19 tramite un primo attacco dotato di snodo cardanico a due assi oppure di uno snodo sferico, e sono collegati al fianco del braccio 4 tramite un secondo attacco dotato di snodo cardanico a due assi o di uno snodo sferico. La presenza dei due snodi cardanici 31 o degli snodi sferici (non mostrati) permette a ciascun cilindro 25A, 25B di accompagnare i movimenti del braccio 4, sia quando esso ruota rispetto all’asse 22 che quando ruota rispetto all’asse 23, in quanto il cilindro à ̈ libero di variare la propria inclinazione rispetto al braccio senza venire mai sollecitato da carichi flessionali. L'attuatore movimentazione braccio 5 può essere fissato per esempio a una sua estremità al braccio 4, e all'altra estremità al supporto braccio brandeggiabile 21. Preferibilmente l'attuatore movimentazione braccio 5 é fissato longitudinalmente al braccio 4 e lungo il suo fianco inferiore, in posizione sostanzialmente simmetrica rispetto al primo 25A e al secondo attuatore di brandeggio 25B, per esempio in modo da poter sollevare o abbassare il braccio 4 rispetto a un piano orizzontale passante per l'asse prossimale 23.

[19] Vantaggiosamente la macchina 100 é predisposta per azionare lo snodo distale 104 in modo da far ruotare l'antenna di perforazione 1 rispetto al braccio meccanico 4 ruotando attorno ad un primo asse distale 9 solidale con la slitta 11 collegata all’antenna 1 o solidale al supporto slitta 10 collegato al braccio 4, preferibilmente tramite almeno un primo attuatore distale 26A -rotazione β. A tale scopo lo snodo distale 104 può essere provvisto di un perno 90 coassiale all'asse 9 e che incerniera la slitta 11 al supporto slitta 10. O analogamente ai precedenti, essere dotato di bronzine o ralla che consentono lo svincolamento della rotazione attorno a quell’asse.

[20] Vantaggiosamente la macchina 100 é predisposta per azionare lo snodo distale 104 e in particolare il supporto slitta 10 in modo da far ruotare l'antenna di perforazione 1 rispetto al braccio meccanico 4 ruotando anche attorno a un secondo asse distale 3 (rotazione ω, sempre parallelo all’asse 23) preferibilmente tramite un secondo attuatore distale 2, indicato anche come attuatore di inclinazione antenna. A tale scopo lo snodo distale 104 può essere provvisto di un perno 30 coassiale all'asse 3 e che incerniera il supporto slitta 10 al braccio 4. Il secondo attuatore distale 2 può comprendere per esempio un cilindro idraulico fissato a un'estremità al braccio 4 in modo diretto o rinviato attraverso delle bielle 6.

Il secondo asse distale 3 é preferibilmente ortogonale o trasversale al primo asse distale 9 e all’asse longitudinale del braccio meccanico 4.

Analogamente agli assi di rotazione dello snodo prossimale, anche gli assi di rotazione 3, 9 dello snodo distale possono essere realizzati ciascuno con un relativo perno di incernieramento che consente un unico grado di libertà rotazionale, oppure con giunti cardanici, sferici o altri giunti che permettono ciascuno due o più gradi di libertà rotazionali.

[21] Vantaggiosamente lo snodo distale é provvisto anche di un terzo attuatore distale 26B anch'esso predisposto per far ruotare la slitta 11 -e quindi anche l'antenna di perforazione 1- rispetto al supporto slitta 10 e quindi al braccio meccanico 4 ruotando attorno al primo asse distale 9. Ciascuno degli attuatori 26A, 26B comprende vantaggiosamente un cilindro idraulico o altro attuatore lineare disposto dal lato opposto, rispetto all'antenna 1, in cui si trova l'altro attuatore lineare distale (rispettivamente 26B, 26A).

Preferibilmente ma non necessariamente l'attuatore movimentazione braccio 5, il primo 25A e il secondo attuatore di brandeggio 25B, l'attuatore di inclinazione antenna 2, il primo 26A, il secondo 2, il terzo 26B e il quarto attuatore distale 18 sono o comprendono cilindri idraulici o altri tipi di attuatori lineari, quali per esempio cilindri pneumatici, motori lineari a induzione, motori rotativi che azionano sistemi vite/madrevite. Potendo sfruttare maggiori bracci di leva, gli attuatori lineari possono vantaggiosamente avere dimensioni minori. Alternativamente, parte degli attuatori 2, 5, 18, 25A, 25B, 26A, 26B o tutti possono essere sostituiti da uno o più attuatori in grado di azionare ciascuno più gradi di libertà del cinematismo antenna 102.

Il supporto-cinematismo 19 può comprendere per esempio una piastra anteriore 190 e una piastra posteriore 192, entrambe per esempio metalliche (Figure 13A, 13B, 14).

[22] La rotazione frontale del supporto-cinematismo 19 e, assieme ad esso, del braccio 4 di un angolo γ (gamma) rispetto al primo asse prossimale 20 viene preferibilmente attuata tramite almeno un attuatore 24A -indicato convenzionalmente anche come primo attuatore di rollio 24A- che in una prima soluzione preferenziale può essere un cilindro idraulico vincolato (incernierato) in un punto opportuno 240A al corpo macchina 15 e in un altro punto 242A preferibilmente incernierato al supporto-cinematismo 19 in modo che l'estensione e il ritiro dello stelo 244A del cilindro 24A applichi al supporto 19 un momento non nullo e provochi la rotazione del supporto stesso. Tale rotazione γ (gamma) di almeno 90° può avvenire preferibilmente tramite un'unica corsa continua del cilindro 24A. Alternativamente quando sono necessarie corse maggiori, l’almeno un cilindro 24A può far eseguire al supporto 19 rotazioni maggiori a 90° con riprese a più passi, cioà ̈ con più corse di distensione e ritiro dello stelo 244A, effettuando almeno un secondo azionamento sequenziale del cilindro 24A dopo che l'estremità esterna dello stelo 244A viene disconnessa per essere riconnessa in una configurazione diversa.

[23] Preferibilmente, in questo ultimo caso, à ̈ prevista la presenza sul supporto-cinematismo 19 di più punti di fissaggio-attuatore 192A-192D predisposti per fissare il supporto 19 all'attuatore 24A. Tali punti di fissaggio 192A-192D si trovano preferibilmente su una medesima circonferenza concentrica al primo asse di rotazione prossimale 20 e distanziati tra loro di un certo angolo, in modo che una corsa completa del cilindro 24 permetta una rotazione parziale del supporto-cinematismo 19. Terminata tale corsa sarà possibile bloccare il movimento tra corpo macchina 15 e supporto-cinematismo 19 tramite un opportuno arresto meccanico, ad esempio un perno di blocco amovibile -manualmente o in modo automatico- e procedere a scollegare lo stelo 244A del cilindro 24 dal supporto 19, per esempio dal punto di fissaggio 192B. Il perno di blocco può essere per esempio una spina infilata a mano in una delle coppie di fori 192A-192E in modo da attraversare almeno una tra la piastra 192 e la 190 e impegnandosi in un opportuno riscontro sul telaio 15 in modo da impedire al supporto cinematismo 19 di ruotare.

[23] Le lamiere periferiche del supporto 19, che collegano la piastra anteriore 190 a quella posteriore 192, sono realizzate con una sagoma “a camma†32 in modo che quando lo stelo 244A del cilindro viene scollegato esso si appoggi alle suddette lamiere arrestandosi dopo una minima rotazione del cilindro e sgravando l’operatore dalla necessità di dover trattenere in sollevamento il cilindro stesso; pesando esso molte decine di kg si agevola in questo modo l’operazione di disimpegno dei perni.

Nella successiva fase di movimentazione del cilindro per andare a ricollegarlo ad un nuovo punto di fissaggio -per esempio 192C- del supporto 19, la forma a camma 32 guida la testa dello stelo 244A fino a posizionarla in corrispondenza di tale punto 192C e facilitando l’inserimento del perno di collegamento.

[24] Dopo aver sbloccato il movimento tra supportocinematismo 19 e corpo macchina 15, ad esempio disimpegnando il perno di blocco, sarà possibile eseguire una nuova corsa del cilindro di rotazione 24A in modo da far ruotare di un ulteriore arco il supporto-cinematismo 19. In sintesi le fasi sono le seguenti:

-prima rotazione frontale per un primo angolo γ1 (gamma 1);

- impegno del perno di blocco della rotazione o altro dispositivo di arresto meccanico;

-disconnessione dell’attuatore 24A;

-ritiro dello stelo 244A se esso era disteso o distensione dello stelo se esso era ritratto;

-movimento dello stelo 244A guidato dalla camma 32 senza richiesta di intervento umano;

-nuovo fissaggio dello stelo 244A al supportocinematismo 19;

- disimpegno del perno di blocco della rotazione o altro dispositivo di arresto meccanico;

-nuova rotazione γ2 (gamma 2) del supporto cinematismo 19 attorno al piano frontale.

[25] In una seconda alternativa, preferibile, à ̈ possibile utilizzare due cilindri -o altri attuatoridi rollio 24A, 24B vincolati sui lati opposti del corpo macchina 15 rispetto al primo asse prossimale 20 e collegati entrambi al supporto-cinematismo 19 in modo che cooperino durante la rotazione di quest’ultimo, dimezzando i carichi a cui sono sottoposti e potendo quindi avere taglia e ingombri minori. Durante le movimentazioni mentre un primo cilindro -p.es. 24A-lavora in estensione il secondo -p.es. 24B- lavora in rientro. In questo modo, al termine di una rotazione parziale à ̈ possibile scollegare solo uno dei due cilindri -p.es. il 24A- mentre l’altro 24B, ancora impegnato svolge il compito di blocco della rotazione.

[25] Una volta ricollegato il primo cilindro 24A in un nuovo punto di vincolo 192A-192E sul supporto 19, sarà possibile scollegare il secondo cilindro 24B mentre il primo 24A svolge la funzione di antirotazione e ricollegare anch’esso in un nuovo punto di fissaggio 192A-192E del supporto 19. Questa variante più complessa come tempistiche risulta più favorevole in termini di dimensionamenti ottimizzati delle strutture e degli attuatori e in termini di sicurezza.

In entrambe le soluzioni qui indicate à ̈ possibile sostituire il perno di blocco con un attuatore lineare, preferibilmente a comando idraulico per far avvenire in modo automatico lo sblocco ed il blocco successivo degli attuatori 24A, 24B nelle rispettive sedi 192a, 192b, 242a, 242b, ecc. Tali attuatori lineari sono preferibilmente a comando remoto.

[26] Anziché da uno o più attuatori lineari, in una terza forma di realizzazione la rotazione γ (gamma) del supporto cinematismo 19 può essere azionata da almeno un motoriduttore o altro attuatore rotativo equivalente. In questo secondo caso si può prevedere un collegamento del tipo corona-pignone tra il corpo macchina 15 e il supporto 19 in cui il pignone del motoriduttore à ̈ solidale al supporto-cinematismo 19 mentre la corona à ̈ solidale al corpo macchina 15 o viceversa, in modo che la rotazione del pignone comporti una rotazione relativa tra supporto cinematismo 19 e corpo macchina 15.

[27] Vantaggiosamente il giunto distale 104 può far ruotare l'antenna 1 attorno al primo asse distale 9 grazie ad attuatori e cinematismi analoghi a quelli precedentemente descritti per far ruotare il supporto cinematismo 19 attorno al primo asse prossimale 20. Più precisamente un'estremità del primo 26A e dell'eventuale terzo attuatore distale 26B, che preferibilmente come si é detto sono cilindri idraulici o altri attuatori lineari, sono fissati alla slitta 11 su cui à ̈ montata l’antenna 1 in modo da poter scorrere longitudinalmente a se stessa, e le loro altre estremità -per esempio le teste esterne dei relativi steli- sono fissate a una piastra 33 solidale al supporto slitta 10 in modo da poter applicare, distendendosi o ritirandosi, un braccio e un momento non nulli rispetto al primo asse distale 9.

[28] Analogamente all'azionamento del supporto cinematismo 19, il primo 26A e l'eventuale terzo attuatore distale 26B possono far eseguire la corsa di rotazione β (beta) desiderata dell'antenna 1 attorno all'asse 9:

-con un'unica corsa di traslazione continua, per esempio di distensione o di ritiro dei loro steli; oppure, più preferibilmente

-con più corse di traslazione con ripresa a passi, per esempio facendo eseguire agli steli dei cilindri idraulici 26A, 26B una prima corsa di distensione o contrazione, e procedendo scollegando uno dei due cilindri -p.es. il 26A- mentre l’altro 26B, ancora impegnato svolge il compito di blocco della rotazione.

[29] Una volta ricollegato il primo cilindro 26A in un nuovo punto di vincolo sulla piastra 33, sarà possibile scollegare il secondo cilindro 26B mentre il primo 26A svolge la funzione di antirotazione e ricollegare anch’esso in un nuovo punto della piastra 33. Nel caso sia presente un solo cilindro, durante la fase di scollegamento si provvederà a bloccare la rotazione con un arresto meccanico, ad esempio un perno. Si procede quindi facendo eseguire agli steli dei cilindri idraulici 26A, 26B un'altra corsa di distensione o contrazione, fino a completare la rotazione β desiderata, che può essere pertanto anche maggiore di 90° rispetto ad una condizione iniziale in cui l’antenna di perforazione 1 à ̈ appartenente ad un piano sostanzialmente verticale (piano X-Z con asse longitudinale antenna parallelo a Z) ed una finale in cui l’antenna à ̈ appartenente almeno ad un piano sostanzialmente orizzontale (piano X-Y con asse longitudinale antenna parallelo a Y). In particolare l’antenna 1 e il braccio 4 sono sostanzialmente complanari e l’antenna viene ruotata in un unico verso attorno all’asse 9 per compiere rotazioni pari ad almeno 90°, , oppure almeno 180° o anche di 360° attorno all'asse 9;

-con una o più corse di rotazione, essendo in quest'ultimo caso gli attuatori 26A, 26B di tipo rotativo.

[30] Come ulteriore alternativa, per eseguire in modo diretto rotazioni β dell'antenna 1 di ampiezza sostanzialmente uguale a 180° (consentendo quindi di poter operare nella configurazione C.3 da entrambi i lati della macchina) attorno al primo asse distale 9 é possibile usare due cilindri idraulici montati su bielle come descritto nella Figura 2 del brevetto DE102007012055.

Preferibilmente il cinematismo antenna 102 é predisposto per permettere all'antenna 1 di traslare longitudinalmente a se stessa (freccia F1 in Figura 7) rispetto al braccio 4 e in particolare rispetto alla slitta 11 che viene vincolata al braccio tramite il supporto slitta 10. A tale scopo l'antenna 1 e la slitta 11 possono essere fissati assieme per esempio tramite un accoppiamento prismatico o altra opportuna guida di scorrimento, ed essere preferibilmente azionati tramite un quarto attuatore distale 18, detto anche attuatore di sfilo antenna 18 (Figura 7)che sarà collegato ad una sua estremità alla slitta 11 e all’altra estremità all’antenna 1.

[31] Vengono ora descritti alcuni esempi di funzionamento della macchina di perforazione 100.

Partendo dalla condizione di Figura 7, azionando il cilindro di inclinazione antenna 2 l'antenna 1 viene reclinata all'indietro (rotazione oraria con riferimento alla Figura 7) facendola ruotare attorno al secondo asse distale 3. Successivamente, azionando l'attuatore movimentazione braccio 5 si abbassa il braccio 4 con una rotazione α attorno al secondo asse prossimale 23, raggiungendo la condizione di lavoro C.4 per eseguire ancoraggi frontali inclinati con rotary 12 appoggiata sopra l'antenna 1.

[32] E' quindi possibile proseguire le rotazioni attorno al secondo asse prossimale 23 e al secondo asse distale 3 fino a portare l'antenna 1 in posizione sostanzialmente orizzontale a un'altezza di poco superiore a quella del corpo macchina 15. Quindi il primo 26A e l'eventuale terzo attuatore distale 26B ruotano l'antenna 1 di un angolo β = 90° attorno al primo asse distale 9, il quale si trova ora in posizione sostanzialmente verticale. Tale rotazione dell’antenna si sviluppa quindi su un piano sostanzialmente orizzontale. Quando l'antenna 1 raggiunge il piano trasversale YZ della macchina 100, si raggiunge la condizione di lavoro C.5 mostrata nelle Figure 8, 9, a tiranti con rotary appoggiata sull’antenna 1 per la perforazione trasversale nel caso particolare di inclinazione nulla visibile. Nelle Figure 8 e 9 l’antenna 1 à ̈ orizzontale rispetto al terreno e perpendicolare rispetto al braccio 4, il braccio 4 à ̈ sostanzialmente parallelo all'asse longitudinale X della macchina 100, non à ̈ ruotato rispetto al primo asse prossimale 20 e i mezzi di scavo si trovano sopra all’antenna 1, cioà ̈ l’asse di scavo si trova ad una quota superiore all’antenna 1.

[33] Nella configurazione di figura 8 i carichi eccentrici verticali dovuti ai pesi delle strutture tenderebbero a far ruotare il braccio 4 rispetto al secondo asse prossimale 23 (rotazione α). Il secondo asse prossimale 23 é ora parallelo all’asse trasversale Y e la suddetta rotazione α é impedita dalla spinta del cilindro di movimentazione braccio 5. L’eccentricità o comunque l'asimmetria trasversale dei pesi dei componenti del cinematismo e dell’antenna 1 rispetto al primo asse prossimale 20 tenderebbero a far ruotare il cinematismo attorno all’asse 20 e tale rotazione γ à ̈ contrastata dall’azione di almeno uno degli attuatori di rollio 24A, 24B.

[34] Quindi nella configurazione delle figure 8 e 9, quando non si à ̈ in fase di perforazione, nessun carico tende a far ruotare il braccio 4 attorno al terzo asse prossimale 22 il quale si trova sostanzialmente parallelo all'asse verticale Z. In questa condizione quindi i cilindri di brandeggio 25A, 25B non devono opporsi ad alcun carico e non svolgono la funzione di sostenere il cinematismo 102. In questa configurazione cilindri di brandeggio 25A, 25B possono comunque essere azionati ed in tal caso svolgono una funzione solo di posizionamento, facendo ruotare il braccio 4 attorno al terzo asse distale 22 e dovendo solo vincere gli attriti di tale rotazione.

[35] Viene ora descritto un modo preferito per passare dalla condizione delle Figure 8, 9 alla condizione di Figura 11. Il primo e l'eventuale secondo attuatore di rollio 24A, 24B possono ruotare il supporto cinematismo 19, e conseguentemente il braccio 4 e l'antenna 1 di un angolo γ < 90° -per esempio γ = circa 45°- attorno al primo asse prossimale 20 fino a raggiungere la condizione di Figura 10, nella quale anche il secondo 23 e terzo asse prossimale 22 avranno subito una rotazione di un angolo γ. Nella condizione di Figura 10 i cilindri di brandeggio 25A, 25B si trovano in posizioni asimmetriche rispetto al piano verticale XZ e i carichi verticali dovuti ai pesi tenderebbero a far ruotare il braccio 4 sia rispetto al secondo 23 sia rispetto al terzo asse di rotazione prossimale 22, agendo sul braccio 4 come un carico laterale. In questa condizione quindi vengono caricati sia il cilindro di movimentazione braccio 5 sia i cilindri di brandeggio 25A, 25B. In particolare, partendo dalla condizione di figura 8, man mano che aumenta l’angolo di rotazione γ rispetto al primo asse prossimale 20 il carico gravante sul cilindro di movimentazione braccio 5 si riduce e contemporaneamente il carico che grava sui cilindri di brandeggio 25A, 25B aumenta.

[36] Il cinematismo 102 permette quindi di usare l'almeno un cilindro di brandeggio 25A o 25B anche per sostenere i carichi verticali e sollevare il braccio 4. Inoltre nella condizione di figura 10 i carichi agenti in direzione laterale al braccio 4 -cioé lungo l'asse Z- possono essere contrastati almeno in parte dai cilindri 25A, 25B evitando che sia la sola resistenza flessionale del braccio 4 a contrastarli e consentendo un dimensionamento ridotto del braccio. Dalla figura 10 si può notare come in tale condizione, azionando il cilindro di movimentazione braccio 5 in modo da sollevare secondo il verso positivo dell'asse Z lo snodo distale 104 del braccio 4, tale snodo viene contemporaneamente spostato nel verso positivo dell’asse trasversale Y. Azionando invece i cilindri di brandeggio 25A, 25B in modo da spostare lo snodo distale 104 nel verso positivo dell’asse Z, lo snodo distale 104 viene contemporaneamente spostato nel verso negativo dell’asse Y. Quindi il cinematismo oggetto della presente invenzione, tramite un azionamento combinato e opportunamente modulato dei cilindri 5, 25A, 25B permette di realizzare un movimento (rotazione) del braccio 4 su un piano verticale -per esempio XZ annullando le componenti di spostamento in direzione trasversale Y.

[37] Tale movimento verticale à ̈ inoltre ottenibile indipendentemente dall’angolo di rotazione γ del braccio 4 rispetto al primo asse prossimale 20 ed indipendentemente dal valore dell’angolo φ (phi) di inclinazione del braccio 4 rispetto al terreno.

Questo movimento permette quindi, con riferimento alla figura 10, di sollevare in direzione verticale l’antenna 1 senza aumentarne lo sbalzo trasversale, quindi senza andare a compromettere la stabilità laterale della macchina. Analogamente a quanto descritto in precedenza, con riferimento alla figura 10 si può notare come in tale condizione azionando il cilindro di movimentazione braccio 5 in modo da spostare lo snodo distale 104 nel verso positivo dell’asse trasversale Y, si sposta contemporaneamente tale snodo anche nel verso positivo dell’asse verticale Z. Invece azionando i cilindri di brandeggio 25A, 25B in modo da spostare lo snodo distale 104 nel verso positivo dell’asse Y, lo snodo 104 viene contemporaneamente spostato nel verso negativo dell’asse Z. Quindi un azionamento combinato e opportunamente modulato dei cilindri 5, 25A, 25B permette di ottenere un movimento in cui le componenti di spostamento in direzione Z si annullano. Il risultato ottenuto à ̈ quindi un brandeggio laterale del braccio 4 e dell’antenna 1 su un piano X-Y mantenendo lo snodo distale 104 a quota Z costante. Tale movimento à ̈ inoltre ottenibile indipendentemente dall’angolo di rotazione γ del braccio 4 rispetto al primo asse prossimale 20 ed indipendentemente dal valore dell’angolo φ (phi) di inclinazione del braccio 4 rispetto al terreno.

[38] Nella configurazione di figura 10 la distanza tra il piede 17 dell’antenna e lo snodo distale 104 à ̈ stata ridotta al valore minimo consentito facendo scorrere verso l’alto l’antenna 1 rispetto alla slitta 11 tramite azionamento del cilindro di sfilo antenna 18. Come si vede dalla figura 10, nonostante l’adozione di un lunghissimo attuatore 18 che consenta sul tutto chiuso di avere l’antenna 1 centrata rispetto al braccio 4 potendo così lavorare a tiranti in una configurazione non troppo eccentrica (ridotto problema di stabilità laterale) e sul tutto aperto di poter sollevare alla massima quota da terra il piede 17, senza ulteriori accorgimenti non sarebbe possibile evitare il contatto piede – terreno quando l’inclinazione gamma dell’antenna sul piano verticale raggiunge angoli oltre i 30-45°. Ulteriori sfili verso l’alto comporterebbero problemi di instabilità laterale e problematiche di interferenze tra parte inferiore dell’antenna che à ̈ dotata di impianti di alimentazione per le morse e i diversi attuatori e la slitta 11. Pertanto partendo dalla configurazione di figura 10, una volta sollevato sufficientemente lo snodo distale 104 e quindi anche l’antenna 1 rispetto al terreno mediante il movimento verticale precedentemente descritto del braccio 4, à ̈ vantaggiosamente possibile effettuare una ulteriore rotazione del supportocinematismo 19 aumentando quindi l’angolo di rotazione γ senza che il piede dell’antenna 17 entri in contatto con il terreno. In particolare l’inclinazione dell’antenna 1 può essere aumentata fino a realizzare una rotazione finale γ di almeno 90° rispetto alla condizione di partenza visibile in figura 8 in cui l’antenna 1 era orizzontale. Nella condizione raggiunta in Figura 11, il terzo asse prossimale 22 à ̈ parallelo all’asse Y. Il secondo asse prossimale 23, a causa del sollevamento del braccio 4 di un angolo φ (phi) rispetto al terreno, risulterà ora inclinato anch’esso di un angolo φ (phi) rispetto all’asse verticale Z ma risulterà comunque perpendicolare al terzo asse prossimale 22. Sempre a causa del sollevamento del braccio 4 di un angolo φ (phi), l’antenna 1 che si trovava ruotata di un angolo β pari a 90° rispetto al piano longitudinale del braccio, in seguito alla rotazione di 90° del supporto-cinematismo 19 risulterà inclinata di un angolo φ (phi) rispetto alla verticale.

[39] Il cinematismo antenna 102 permette a questo punto di effettuare una ulteriore rotazione β' della slitta 11, e quindi dell’antenna 1, rispetto al primo asse distale 9. Questa ulteriore rotazione porta quindi il valore complessivo dall’angolo β ad essere maggiore di 90° e permette di riportare l’antenna 1 in posizione verticale, consentendo alla macchina 100 di raggiungere la condizione di lavoro C.3 con antenna 1 verticale e ruotata lateralmente di 90° rispetto al braccio 4 come visibile in figura 12.

Nella configurazione delle figure 11 e 12, i carichi verticali dovuti ai pesi delle strutture tenderebbero a provocare la rotazione del braccio 4 e del supportobraccio brandeggiabile 21 rispetto al terzo asse prossimale 22 che si trova ad essere parallelo all’asse trasversale Y. La suddetta rotazione viene impedita dall’azione di sostenimento (mediante spinta o tiro) dei cilindri di brandeggio 25A, 25B.

[40] L’eccentricità dei pesi dei componenti del cinematismo e dell’antenna 1 rispetto al primo asse prossimale 20 tende a far ruotare il cinematismo 102 attorno al primo asse prossimale 20. Tale rotazione à ̈ contrastata dall’azione degli attuatori di rollio 24A, 24B. Quindi nella configurazione delle figure 11 e 12, nessun carico tende a far ruotare il braccio 4 rispetto al secondo asse prossimale 23 che ora giace nel piano X-Z.

In questa condizione quindi l'attuatore movimentazione braccio 5 non deve contrastare alcun carico e non svolge una funzione di sostenimento del cinematismo 102. In questa configurazione il cilindro 5 può comunque essere azionato ed in tal caso svolge una funzione solo di posizionamento del braccio 4, consentendo la rotazione di brandeggio del braccio 4 attorno al secondo asse prossimale 23 e dovendo solo vincere gli attriti di tale rotazione. Nel cinematismo 102 lo stesso cilindro di movimentazione braccio 5, che nella configurazione di lavoro di figura 7 svolge una funzione di sollevamento del braccio 4, può anche svolgere una funzione di prevalente movimento di brandeggio del braccio 4 quando la macchina 100 à ̈ nella configurazione di figura 11 o 12. Allo stesso modo permette che gli attuatori di brandeggio 25A, 25B, che nella configurazione di lavoro di figura 7 svolgono una funzione di brandeggio del braccio 4, possano anche svolgere una funzione di sollevamento del braccio quando la macchina 100 à ̈ nella configurazione di figura 11 o 12.

[41] Nelle configurazioni di lavoro a tiranti con perforazione trasversale inclinata visibili nelle figure 8 , 9 e 10 il cinematismo 102 permette di inclinare il braccio 4 rispetto al terreno con un angolo φ (phi) che può essere anche negativo, in modo da portare l’antenna 1 e i mezzi di scavo 12 ad una quota minore possibile al fine di abbassare i baricentri e migliorare la stabilità della macchina. Partendo dalla configurazione di lavoro mostrata in figura 8 à ̈ possibile ruotare lo snodo distale 104 rispetto al secondo asse distale 3 in modo da portare l’antenna 1 e la tavola rotante 12 in posizione a sbalzo frontale rispetto al braccio 4. Tale rotazione à ̈ realizzabile tramite il secondo cilindro distale 2 e permette di portare il primo asse distale 9 in posizione orizzontale. Successivamente, azionando il primo 26A e il terzo attuatore distale 26B à ̈ possibile ruotare la slitta 11 e conseguentemente l’antenna 1 rispetto al primo asse distale 9 raggiungendo la condizione di lavoro C.6 a tiranti con perforazione trasversale inclinata tra 0° e 45° rispetto al piano orizzontale e la tavola rotante 12 posizionata a sbalzo frontalmente rispetto all’antenna 1 e rispetto al corpo macchina 15.

[42] Il cinematismo 102 consente di raggiungere tutte le configurazioni di lavoro 1,2,3,4,5 e 6 con un'unica macchina per perforazioni di piccolo diametro, superando le limitazioni dei cinematismi dell’arte nota e consentendo di massimizzare le prestazioni in tutte le condizioni di lavoro.

Con riferimento alle figure 10, 11 e 12 si può notare come il cinematismo 102 una volta raggiunta la condizione di lavoro C.5 visibile in figura 10, permette di inclinare l’antenna 1 con inclinazione γ maggiore di quelle massime consentite dai cinematismi noti quando l’antenna à ̈ disposta per lavorazioni a tiranti con perforazione trasversale. In particolare questa inclinazione può essere aumentata in modo da portare l’antenna 1 da una posizione orizzontale ad una posizione verticale rispetto al terreno e questo può essere effettuato indipendentemente dall’inclinazione φ (phi) del braccio 4 rispetto al terreno.

[43] Nella figura 12, che à ̈ una vista da B della figura 11, si può vedere come la configurazione raggiunta permetta di eseguire perforazioni verticali e contemporaneamente avere un orientamento delle morse 13 tale da generare un ingombro minimo possibile in direzione Y rispetto all’asse di perforazione. Tale configurazione à ̈ ottenibile sia con braccio 4 disposto con il suo asse longitudinale su un piano orizzontale che con braccio 4 inclinato di un angolo φ (phi) non nullo rispetto all’orizzontale, e inoltre à ̈ ottenibile con uno sbalzo laterale ridotto dell’asse di perforazione AT rispetto alla macchina. Questo risulta particolarmente vantaggioso qualora si debbano eseguire sequenze di perforazioni allineate rispetto ad una parete e più vicine possibile ad essa, applicazione tipica nei consolidamenti di costruzioni. In questa condizione infatti, il cinematismo 102 permette di portare l’asse di perforazione AT molto vicino alla parete e contemporaneamente di avere i cingoli orientati parallelamente alla parete. Questo permette di velocizzare l’esecuzione della sequenza di perforazioni in quanto terminata una perforazione à ̈ sufficiente una semplice traslazione della macchina per portarsi sul punto previsto per l’esecuzione della perforazione successiva.

[44] Nella configurazione di figura 12, il posizionamento trasversale dell’asse di scavo AT in direzione Y, può essere corretto quando il braccio 4 à ̈ ruotato di 90° attorno al proprio asse longitudinale, cioà ̈ quando à ̈ stata eseguita una rotazione di 90° rispetto al primo asse prossimale 20 azionando l’attuatore movimentazione braccio 5 che svolgerà in questa configurazione una funzione di brandeggio del braccio 4. Così sarà possibile portare l’asse di scavo AT leggermente all’interno rispetto alla posizione dei cingoli 27A, 27B in modo che le morse 13 siano a filo con la parte esterna dei cingoli stessi.

[45] Inoltre quando il braccio à ̈ ruotato di un angolo diverso da 90°, tramite un azionamento combinato dei cilindri 5, 25A e 25B à ̈ sempre possibile traslare trasversalmente l'asse di scavo AT nella direzione dell’asse Y regolandone quindi lo sbalzo laterale rispetto ai cingoli 27A, 27B. A seguito di questa traslazione, tramite il secondo cilindro distale 2 à ̈ possibile ruotare lo snodo distale 104 rispetto al secondo asse distale 3 in modo da mantenere minimo l’ingombro delle morse in direzione Y rispetto all’asse di perforazione. A seguito di questa rotazione, tramite gli attuatori 26A, 26B à ̈ possibile ruotare la slitta 11 rispetto al primo asse distale 9 in modo da riportare in posizione verticale l’antenna 1.

[46] Il cinematismo 102 inoltre può permettere di raggiungere la condizione di lavoro C.3 con l’antenna 1 verticale ruotata di 90° rispetto al braccio 4 e disposta verso il cingolo sinistro 27A della macchina oppure con l’antenna 1 verticale ruotata di 90° rispetto al braccio 4 e disposta verso il cingolo destro 27B della macchina. Per raggiungere questa duplice posizione di lavoro à ̈ necessario che la rotazione al fronte effettuata da almeno un attuatore di rotazione (per esempio un cilindro 24A, 24B o un motoriduttore con pignone) copra un settore di almeno 180°. Mentre per eseguire la perforazione in almeno una delle due parti laterali, la rotazione al fronte deve essere di almeno 90°. Queste due condizioni permettono di avere l’ingombro laterale minimo delle morse e il cinematismo 102 rende possibile passare da una all’altra delle due condizioni sopradette senza la necessità di smontare le morse. Infine à ̈ evidente come questo cinematismo comporti la presenza di elementi di snodo aggiuntivi 19, 21, 24 che sono posizionati in prossimità del corpo macchina 15 quindi poco sbracciati in avanti e bassi in altezza in modo da conferire la massima stabilità rispetto ai noti cinematismi nei quali si aggiunge un ulteriore snodo in prossimità dell’antenna 1.

[47] Il cinematismo 102 può raggiungere la condizione di lavoro C.3 oppure quella di Figura 7 partendo per esempio da una condizione di trasporto mostrata in Figura 16, 16A, nella quale:

-il primo asse prossimale 20 é sostanzialmente parallelo alla direzione anteriore-posteriore della macchina 100, e il braccio 4 é preferibilmente longitudinale, e quindi orientato nel piano X-Z;

- il terzo asse prossimale 22 si trova in una posizione sostanzialmente perpendicolare al terreno, quindi orientato sostanzialmente come Z;

-l'antenna di perforazione 1 giace in un piano sostanzialmente orizzontale X-Y ed il suo asse longitudinale à ̈ orientato lungo X;

-i mezzi di azionamento utensile 12 si trovano ad una quota superiore all’antenna 1.

[48] Gli esempi di realizzazione precedentemente descritti sono suscettibili di diverse modifiche e variazioni pur senza fuoriuscire dall’ambito di protezione della presente invenzione. Inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da elementi tecnicamente equivalenti. Per esempio i materiali utilizzati, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze tecniche. Si deve intendere che un'espressione del tipo "A comprende B, C, D" o "A é formato da B, C, D" comprenda e descriva anche il caso particolare in cui "A é costituito da B, C, D". Gli esempi ed elenchi di possibili varianti della presente domanda sono da intendersi come elenchi non esaustivi.

Claims (16)

1. RIVENDICAZIONI 1) Macchina da perforazione (100), per perforare per esempio terreni e/o formazioni rocciose, comprendente -un corpo macchina (15); -un'antenna di perforazione (1); -una batteria di perforazione comprendente un utensile di scavo; -mezzi di azionamento utensile (12) fissati all'antenna di perforazione (1) e predisposti per azionare l'utensile di scavo, per esempio facendolo ruotare su se stesso attorno a un asse di scavo predeterminato (AT) in modo da scavare il terreno o la formazione rocciosa; -un cinematismo antenna (102), a sua volta comprendente almeno: -un braccio meccanico (4); -uno snodo prossimale (103) comprendente a sua volta un supporto-cinematismo (19) e un supporto braccio brandeggiabile (21); -uno snodo distale (104), disposto sostanzialmente più lontano dal corpo macchina (15) rispetto allo snodo prossimale (103) e che fissa l'antenna di perforazione (1) al braccio meccanico (4) permettendole di variare almeno l'orientazione rispetto al braccio meccanico (4) stesso; e in cui: -lo snodo prossimale (103) fissa il braccio meccanico al corpo macchina permettendo al braccio (4) di variare la propria orientazione rispetto al corpo macchina ruotando attorno ad almeno un primo (20), un secondo (23) e un terzo asse prossimale (22); - il primo (20) e il terzo asse prossimale (22) sono sostanzialmente ortogonali fra loro e solidali almeno con il supporto-cinematismo (19); - almeno in una condizione di funzionamento il secondo asse prossimale (23) à ̈ non ortogonale al piano individuato dagli altri due assi (20) e (22); - lo snodo distale (104) permette di ruotare l'antenna di perforazione (1) rispetto al braccio meccanico (4) attorno a un primo asse distale (9) e a un secondo asse distale (3), dove il primo (9) e il secondo asse distale (3) sono ortogonali fra loro e l'antenna (1) si estende perpendicolarmente al primo asse distale 9; -la macchina (100) é predisposta per azionare il supporto cinematismo (19) facendogli compiere rotazioni su se stesso attorno al primo asse prossimale (20), sostanzialmente pari o maggiori di 90° orientati in un unico verso; -la macchina (100) é predisposta per azionare lo snodo distale (104) facendo compiere all’antenna (1) rotazioni attorno al primo asse distale (9), di almeno 90° orientati in un unico verso.
2. 2) Macchina secondo la rivendicazione 1, predisposta per azionare il supporto cinematismo (19) facendogli compiere rotazioni su se stesso, attorno al primo asse prossimale (20), sostanzialmente pari o maggiori di 180°.
3. 3) Macchina secondo la rivendicazione 1, predisposta per azionare lo snodo distale (104) facendo compiere all’antenna (1) rotazioni attorno al primo asse distale (9), maggiori di 180°.
4. 4) Macchina secondo la rivendicazione 1, predisposta per azionare lo snodo prossimale (103) facendo ruotare il braccio meccanico (4) attorno al secondo asse prossimale (23).
5. 5) Macchina secondo la rivendicazione 1, provvista almeno di un primo attuatore di brandeggio (25A) per azionare lo snodo prossimale (103) facendo ruotare il braccio meccanico (4) attorno al terzo asse prossimale (22).
6. 6) Macchina secondo la rivendicazione 5, provvista di di un secondo attuatore di brandeggio (25B), dove detti primo e secondo attuatori di brandeggio (25A, 25B) sono predisposti per far ruotare il braccio meccanico (4) attorno al terzo asse prossimale (22), il primo (25A) e il secondo attuatore di brandeggio (25B) essendo disposti da due lati opposti rispetto al braccio meccanico (4).
7. 7) Macchina secondo una o più rivendicazioni precedenti, in cui almeno uno tra il primo (25A) e il secondo attuatore di brandeggio (25B), gli altri eventuali attuatori che azionano lo snodo prossimale o gli attuatori che azionano lo snodo distale é uno tra i seguenti: motoriduttore rotativo, gruppo pignone-corona dentata o attuatore lineare.
8. 8) Macchina secondo la rivendicazione 7, comprendente un primo (24A) e un secondo attuatore di rollio (24B), dei quali almeno uno é di tipo lineare e a sua volta comprende uno stelo di azionamento (244A, 244B) predisposto per eseguire le seguenti operazioni: - estendersi o ritrarsi in modo da far ruotare il supporto cinematismo (19) di un primo angolo di rotazione (γ1) rispetto al primo asse prossimale (20), essendo lo stelo di azionamento (244A, 244B) fissato al supporto cinematismo (19) o al corpo macchina (15) in un primo punto di fissaggio-attuatore (192A-192D); -disconnettersi dal primo punto di fissaggio-attuatore (192A-192D) e fissarsi a un secondo punto di fissaggioattuatore (192B-192D, 192A) del supporto cinematismo (19) o del corpo macchina (15); -estendersi o ritrarsi in modo da far ruotare il supporto cinematismo (19) di un secondo angolo di rotazione (γ2) di verso concorde al primo angolo di rotazione (γ1) rispetto al primo asse prossimale (20).
9. 9) Macchina secondo la rivendicazione 7, in cui lo snodo distale (104) comprende almeno un supporto slitta (10) collegato al braccio (4) ed una slitta (11) collegata all’antenna (1), detta macchina comprendente inoltre un primo attuatore distale (26A) di tipo lineare collegato alle sue estremità al supporto slitta (10) e alla slitta (11), il quale comprende a sua volta uno stelo di azionamento predisposto per eseguire le seguenti operazioni: - estendersi o ritrarsi in modo da far ruotare l'antenna (1) di un primo angolo di rotazione (β1) rispetto al primo asse distale (9), essendo lo stelo di azionamento fissato in un primo punto di fissaggioattuatore al supporto slitta (10); -disconnettersi dal primo punto di fissaggio-attuatore e fissarlo a un secondo punto di fissaggio-attuatore presente sul supporto slitta (10); -estendersi o ritrarsi in modo da far ruotare l'antenna (1) di un secondo angolo di rotazione (β2) di verso concorde al primo angolo di rotazione (β1) rispetto al primo asse distale(9).
10. 10) Macchina secondo la rivendicazione 1, comprendente un primo (26A) e un terzo attuatore distale (26B) predisposti per azionare lo snodo distale (104) in modo da ruotare l'antenna (1) rispetto al braccio (4) attorno a un primo asse distale 9, dove il primo (26A) e il terzo attuatore distale (26B) sono di tipo lineare e sono disposti da due lati opposti rispetto all'antenna (1) o al braccio (4).
11. 11) Metodo per utilizzare una macchina da perforazione (100) avente le caratteristiche secondo la rivendicazione 5, comprendente le seguenti operazioni: -ruotare il supporto-cinematismo (19) attorno al primo asse prossimale (20) in modo da portare l’asse prossimale (22) da una posizione iniziale in cui à ̈ orientato sostanzialmente come l’asse Z ad una finale in cui à ̈ sostanzialmente orientato secondo l’asse Y; -azionare almeno un primo attuatore di brandeggio (25A) in modo da inclinare il braccio (4) attorno all’asse prossimale (22) per metterlo in una condizione inclinata di un angolo φ (phi) rispetto al piano orizzontale (X-Y) su cui la macchina (100) appoggia.
12. 12) Metodo per utilizzare una macchina da perforazione (100) avente le caratteristiche secondo una delle rivendicazioni 1-10 e sostanzialmente simmetrica rispetto al proprio piano sagittale, cioà ̈ a un piano parallelo alla direzione anteriore-posteriore della macchina (100) quindi sul piano X-Z, dove il metodo comprende le seguenti operazioni: a) predisporre la macchina da perforazione (100) in una posizione iniziale nella quale: -il primo asse prossimale (20) é sostanzialmente parallelo alla direzione anteriore-posteriore della macchina (100), e il braccio (4) é preferibilmente longitudinale, e quindi orientato nel piano X-Z; - il terzo asse prossimale (22) si trova in una posizione sostanzialmente perpendicolare al terreno, quindi orientato sostanzialmente come Z; -l'antenna di perforazione (1) giace in un piano sostanzialmente orizzontale (X-Y) ed il suo asse 5 longitudinale à ̈ orientato lungo X -i mezzi di azionamento utensile (12) si trovano ad una quota superiore all’antenna (1); b) portare la macchina da perforazione (100) in una posizione di lavoro finale nella quale: 10 -il braccio (4) é sostanzialmente inclinato rispetto al terreno o piano XY su cui la macchina (100) appoggia di un angolo φ (phi); -l'antenna (1) é sostanzialmente perpendicolare al terreno e con antenna (1) verticale e ruotata 15 lateralmente rispetto al braccio (4) per effetto della rotazione del supporto (19) attorno all’asse prossimale (20); dove il passaggio dalla posizione iniziale alla posizione di lavoro finale comprende le seguenti 20 operazioni: c1)- effettuare una prima rotazione parziale dell’antenna di perforazione (1) di un angolo β almeno pari a circa 90° attorno al primo asse distale (9), il quale si trova in una posizione sostanzialmente 25 verticale, fino a che l’asse longitudinale antenna à ̈ parallelo all’asse trasversale Y; c2)- effettuare una rotazione del supporto cinematismo (19) di un angolo γ almeno di 90° attorno al primo asse prossimale (20) in modo che il terzo asse prossimale 30 (22) partendo da una posizione iniziale sostanzialmente perpendicolare al terreno raggiunga una posizione finale sostanzialmente parallela al terreno.
13. 13) Metodo per utilizzare una macchina da perforazione (100) avente le caratteristiche della rivendicazione 12) in cui sono previste le seguenti ulteriori due fasi: c3)- il braccio (4) viene sollevato di un angolo φ (phi) rispetto al piano di riferimento del terreno XY agendo almeno sugli attuatori (25A) e (25B); c4)- l’antenna (1) viene ulteriormente inclinata attorno all’asse distale (9) per un angolo ß (beta) che compensa l’inclinazione φ (phi) del braccio (4) potendo riposizionare l’antenna (1) con il suo asse longitudinale ortogonale al terreno.
14. 14) Metodo per utilizzare una macchina da perforazione (100) avente le caratteristiche della rivendicazione 13) in cui le fasi c3 e c4 sono contemporanee.
15. 15) Metodo per utilizzare una macchina da perforazione (100) avente le caratteristiche della rivendicazione 12) in cui à ̈ prevista una fase intermedia tra le fasi c1 e c2 così definita: c5- effettuare una rotazione parziale del supporto cinematismo (19) attorno all’asse prossimale (20) in modo che l’antenna di perforazione (1) assuma una configurazione di lavoro con asse AT inclinato rispetto al piano orizzontale XY e con i mezzi di scavo (12) posizionati sopra l’antenna (1).
16. 16) Metodo per utilizzare una macchina da perforazione (100) avente le caratteristiche secondo la rivendicazione 6 e comprendente inoltre un attuatore movimentazione braccio (5) predisposto per far ruotare il braccio (4) attorno al secondo asse prossimale (23), dove il metodo comprende l'operazione di azionare il primo (25A) e il secondo attuatore di brandeggio (25B) e l'attuatore movimentazione braccio (5) in modo coordinato in modo da traslare l'antenna (1) solo perpendicolarmente al terreno o pavimento (Z) su cui la macchina (100) appoggia, o solo il direzione (Y) parallela al terreno o pavimento e perpendicolare alla direzione anteriore-posteriore della macchina (100).