ITTO20090230A1 - Macchina perforatrice provvista di dispositivo per la guida di aste di perforazione contenute in un caricatore. - Google Patents

Description

MACCHINA PERFORATRICE PROVVISTA DI DISPOSITIVO PER LA GUIDA DI ASTE DI PERFORAZIONE CONTENUTE IN UN CARICATORE.

La presente invenzione si riferisce ad una macchina perforatrice provvista di dispositivo per la guida di aste di perforazione contenute in un caricatore.

In particolare, la presente invenzione riguarda caratteristiche del dispositivo che consente di guidare le aste di perforazione nella giusta direzione di avanzamento delle stesse, determinata dall’inclinazione della perforazione che deve essere realizzata.

Le macchine di perforazione comprendono una struttura portante comprendente una torre di guida (chiamata mast), provvista di una apposita testa motrice atta a mettere in movimento le aste di perforazione, alla quale sono impartiti sia i movimenti di avanzamento nel terreno che di successivo ritorno e capace di erogare direttamente e di trasmettere i movimenti di rotazione.

Le aste di perforazione quando previsto, possono essere disposte in batterie ed alloggiate all’interno di caricatori associati alla struttura portante. Una batteria di perforazione à ̈ composta generalmente da aste di lunghezza variabile (ad esempio 1m; 1,5m; 2m; 3m; 6m) che vengono giuntate attraverso accoppiamenti di tipo filettato, per ottenere profondità di perforazione sempre crescenti.

La torre di guida infatti à ̈ normalmente limitata in lunghezza per contenere le dimensioni della perforatrice e sono comuni corse comprese tra 4 e 7 metri.

E’ comune richiesta nei progetti delle fondazioni ottenere prestazioni di scavo a profondità di 20 – 50 metri, mentre lavori specifici nel settore geognostico, pozzi acqua, geotermia possono richiedere profondità di scavo anche superiori alle centinaia di metri.

Le perforazioni verticali a grandi profondità sono eseguite con macchine perforatrici che vengono alimentate con continuità, attraverso l’utilizzo di mezzi di sollevamento, che favoriscono le movimentazioni delle aste rendendo tali manovre sicure ed ergonomiche.

Una delle manovre richieste con questo tipo di perforatrici à ̈ per esempio quella che prevede di dover centrare manualmente l’asta tra gli elementi di blocco (morse) posizionati alla base della torre di guida, che sostengono le aste nel foro e vengono utilizzate per trattenere la batteria sospesa nel foro e per produrre lo svitamento di due aste adiacenti.

I dispositivi di caricamento chiamati “caricatori aste†sono solidali alla macchina ed hanno il compito di portare l’asta da inserire in batteria in prossimità della mezzeria del foro.

Tali dispositivi possono essere di diversi forme, ma generalmente sono distinguibili in due tipologie: sistemi di caricamento a pinza e sistemi di caricamento a revolver.

Nel primo caso l’asta contenuta in un contenitore di stoccaggio, viene prelevata da un braccio comandato in remoto che porta l’asta al centro foro dove viene poi avvitata alla testa motrice tenuta in posizione dalla stessa pinza di caricamento.

Nei sistemi di caricamento a revolver invece, le aste sono stoccate su un contenitore, di norma rotante, e supportate da elementi di sostegno (bicchieri) e centratori (distanziali o molle a sezione aperta) che le mantengono in guida, all’interno della struttura del caricatore. Il caricatore viene portato a centro foro da un braccio a comando remoto (generalmente di tipo idraulico), che dispone l’asta in fase di caricamento a centro foro, la quale viene prelevata utilizzando i movimenti della stessa testa motrice. Questi tipi di caricatori sono generalmente limitati nelle capacità, ma sicuri in quanto l’asta à ̈ sempre meccanicamente supportata dal braccio inferiore del caricatore a differenza dei precedenti dove à ̈ possibile la caduta dell’asta se la pinza non à ̈ correttamente serrata o ben funzionante.

Quando le perforazioni vengono eseguite con inclinazioni angolari rispetto alla verticale, i caricatori a revolver devono essere accoppiati a dispositivi di guida che mantengono centrata l’asta nella direzione voluta, in quanto la forza peso delle parti, tenderebbero a provocare deviazioni tali da rendere impossibile il centraggio tra due aste adiacenti con conseguente impossibilità di avvitarle e di procedere alla perforazione senza ausilio di interventi manuali.

La guida di centraggio é normalmente fissata sulla torre di guida, generalmente in posizione fissa, al di sopra della quota corrispondente alla zona interessata dal movimento del braccio inferiore del caricatore.

La guida pertanto, posizionata ad una quota forzatamente distante rispetto alla base (zona in cui sono collocati gli elementi di blocco delle aste, comunemente chiamate “morse†) limita la corsa effettiva della testa motrice che non può scendere più alla quota minima, facendogli perdere corsa utile.

Questo provoca, come conseguenza, la realizzazione di torri di guida con corse maggiori del necessario, perché in presenza di caricatori a revolver che lavorano in condizioni inclinate (fino all’orizzontale o anche oltre), occorre inserire la guida per centrare le aste.

Ovviamente questa soluzione porta a dimensionamenti dell’attrezzatura di scavo nel suo complesso molto maggiori al necessario, con proporzionali incrementi di costo.

La presente invenzione si propone di ovviare ai sopraccitati inconvenienti realizzando una macchina perforatrice provvista di un dispositivo per la guida di aste di perforazione che sia mobile lungo tale torre di guida e la cui posizione sia sempre controllabile. In tale modo, il dispositivo può essere disposto in un una posizione di lavoro superiore, quando si deve posizionare un asta utilizzando il caricatore e condotto in una posizione inferiore di minimo ingombro sulla torre di guida, durante le operazioni di perforazione.

Un aspetto della presente invenzione riguarda una macchina perforatrice avente le caratteristiche della allegata rivendicazione 1.

Ulteriori caratteristiche della macchina secondo la presente invenzione sono contenute nelle allegate rivendicazioni dipendenti.

Le caratteristiche ed i vantaggi della macchina perforatrice secondo la presente invenzione saranno meglio chiari ed evidenti dalla descrizione seguente, esemplificativa e non limitativa, di una forma di realizzazione con riferimento alle figure allegate in cui:

• la figura 1 illustra schematicamente in vista prospettica una struttura portante di una macchina perforatrice provvista di torre di guida , di dispositivo di caricamento a revolver e di dispositivo di guida per le aste secondo la presente invenzione;

• la figura 2 illustra schematicamente in vista prospettica il dispositivo di guida per le aste secondo la presente invenzione;

• la figura 3 illustra in vista prospettica un particolare di figura 1 in cui à ̈ evidenziato il dispositivo di guida per le aste in posizione di superiore di caricamento secondo la presente invenzione;

• la figura 4 illustra in vista prospettica il dispositivo di guida per le aste nella posizione inferiore di minimo ingombro associato alla testa motrice durante la discesa della stessa lungo la torre di guida secondo la presente invenzione;

• le figure 5a 5b e 5c illustrano rispettivamente in altrettanti viste laterali la torre di giuda, il caricatore di aste ed il dispositivo di guida per le aste, durante le operazioni di caricamento delle aste sulla torre secondo la presente invenzione;

• le figure 6a e 6b illustrano schematicamente un gruppo antirotazione associato al dispositivo di caricamento a revolver secondo la presente invenzione.

Con riferimento alle citate figure la macchina perforatrice secondo la presente invenzione comprende una torre di guida 2 provvista di elementi di guida allo scorrimento 21, sulle quali si muove almeno un carrello 22 di una testa motrice 23. Inoltre, preferibilmente sulle stesse guide si muove anche almeno un dispositivo di guida per le aste, in modo da favorire il rispetto dell’asse di perforazione X dell’asta A, a centro foro.

La macchina comprende, inoltre, un dispositivo di caricamento a revolver 3 avente almeno un contenitore rotante sul quale le aste sono stoccate, formato da una coppia di piatti rotanti uno superiore 31 ed uno inferiore 32, tra i quali sono disposte, preferibilmente parallele tra loro, le aste stesse. Su tale piatto inferiore sono preferibilmente provvisti una pluralità di bicchieri 33 (che in figura 3 sono rappresentati più semplicemente da una lamiera forata con diametri dei fori idonei da accogliere e guidare l’asta contenuta) che sostengono le aste 34 e centratori, che le mantengono in guida all’interno della struttura del caricatore.

Il dispositivo caricatore o di caricamento à ̈ mobile tra una posizione aperta, in cui le aste 34 nel caricatore sono posizionate alla massima distanza dall’asta A a centro foro ed una posizione chiusa in cui l’asse di perforazione X coincide con quello dell’asta contenuta sul tamburo rotante in posizione di caricamento o di scaricamento da esso. Tale movimento à ̈ ottenuto tramite una coppia di bracci inferiore 35 e superiore 36 che lo rendono capace di ruotare rispetto alla torre di guida.

Il dispositivo di guida 4 per le aste comprende preferibilmente un telaio di supporto 41, provvisto di mezzi di scorrimento 42 sugli elementi di guida allo scorrimento 21 della torre 2, eventualmente provvisti di elementi 43 per la pulizia delle degli elementi stessi generalmente realizzati in gomma e di elementi di guida e di centraggio 44 per l’asta, vantaggiosamente smontabili, per adattarsi al diametro di aste differenti tra loro.

Il dispositivo di guida per le aste à ̈ inoltre provvisto di mezzi di bloccaggio del dispositivo stesso, in una posizione di lavoro predeterminata lungo la torre di guida. Tale posizione di lavoro corrisponde alla fase di caricamento o scaricamento aste dal caricatore, in cui à ̈ necessario effettuare posizionamento e orientazione dell’asta nella direzione corretta di perforazione.

Il dispositivo di guida comprende, inoltre, mezzi di aggancio alla testa motrice 23 quando quest’ultima à ̈ in movimento verso il basso durante l’operazione di perforazione con l’asta e raggiunge il dispositivo di guida in tale posizione di lavoro predeterminata. Quando la testa motrice di perforazione raggiunge il contatto con il dispositivo di guida, lo sospinge verso il basso, determinando lo sblocco di tali mezzi di bloccaggio, e contestualmente lo aggancia solidamente ad essa. In tal modo, la testa stessa ed il dispositivo scendono insieme agganciati l’uno all’altro verso il basso lungo la torre di guida, fino a che il dispositivo di guida raggiunga una posizione inferiore di minimo ingombro sulla torre durante le operazioni di perforazione. Durante la successiva risalita una volta raggiunta di nuovo la posizione prestabilita mezzi di contrasto posizionati tra torre di guida e guida mobile, determinano lo sgancio del dispositivo di guida dalla testa ed il suo riposizionamento nella posizione di lavoro.

Tali mezzi di bloccaggio comprendono preferibilmente almeno un riscontro meccanico 45 in contrasto a primi mezzi elastici 46 che sospingono i suddetti riscontri ad inserirsi in almeno una sede di trattenimento 24 realizzata sulla torre di guida 2 nella citata posizione predeterminata di lavoro (superiore).

Tali sedi e i mezzi elastici, sono opportunamente dimensionati per sostenere il peso della guida e gli sforzi di lavoro.

Tali mezzi di aggancio comprendono preferibilmente almeno un gancio 47 che agisce in contrasto a secondi mezzi elastici 48 idoneo ad agganciarsi ad almeno un elemento sporgente 25 solidale al carrello 22 (non rappresentato in fig. 2 ma visibile in fig. 4) della testa motrice 23 e trasmettere i movimenti di spostamento lungo la torre di guida da esso impartiti.

I mezzi di contrasto comprendono almeno una camma 26 che agisce direttamente su uno spallamento 49 del gancio o su un rullo libero di ruotare 49A per ridurre gli attriti ed i consumi tra le parti in strisciamento (camma 26 e spallamento 49), determinando la sua rotazione attorno all’asse Y ed il suo disimpegno dall’elemento sporgente 25 fisso al carrello 22.

Le operazioni di perforazione nella macchina di perforazione avvengono nel modo seguente.

La guida mobile si trova inizialmente bloccata nella posizione di lavoro superiore S con i riscontri 45 impegnati nelle sedi 24 della torre di guida.

Nella fase di caricamento asta, dopo aver raggiunto la massima profondità con le aste in batteria, il caricatore viene chiuso e portato a centro foro in corrispondenza dell’asse di caricamento coincidente con quello di scavo X.

Durante il movimento di chiusura l’asta in caricamento viene sostenuta dal braccio inferiore del caricatore ed in prossimità dell’asse di scavo X i mezzi di guida centrano l’asta e la mantengono in posizione tramite gli elementi di guida e di centraggio 44 per l’asta.

La testa motrice avvita l’asta in caricamento e dopo averla serrata viene sollevata dal caricatore.

Il caricatore, trovandosi con l’asta non più inserita nei bicchieri 33, può essere allontanato per tornare nella configurazione di riposo, lontano dall’asse di scavo e mentre l’asta in questa fase rimane sospesa tra la testa motrice e l’elemento di centraggio 44 sulla guida.

La guida 44 ha forma aperta per consentire il movimento libero di ingresso e di uscita dell’asta da e verso il caricatore e dotata di mezzi elastici che tengono serrata l’asta in posizione richiudendosi ad un diametro inferiore a quello dell’asta da movimentare.

La testa motrice scendendo avvita l’asta alla batteria di perforazione e fa ripartire la perforazione. Avvicinandosi alla guida, il carrello si predispone a trascinarla in posizione inferiore di minimo ingombro B.

Il gancio 47 à ̈ mantenuto in posizione sollevata da alla camma 26. Quando il carrello della testa motrice si avvicina alla struttura del dispositivo di guida e inizia a spingerla, tale azione sblocca i riscontri 45 dalle loro sedi di trattenimento 24 vincendo la resistenza dei mezzi elastici 46 e contemporaneamente il gancio scendendo dalla camma 26 si aggancia all’elemento sporgente 25 fisso al carrello 22.

Da questo momento il carrello trascina solidamente il dispositivo di guida, accompagnandolo da una posizione superiore ad una inferiore, controllandone la posizione in entrambe le direzioni di movimento. Raggiunta la posizione inferiore di minimo ingombro B la perforazione à ̈ completa e si può procedere al caricamento di una nuova asta.

Dopo aver staccato la batteria di perforazione dalla testa motrice 23, utilizzando le morse e lasciandola appesa ad esse, secondo le pratiche usuali e note, quindi qui non descritte, si procede con la fase di rialimentazione di una nuova asta.

Nel movimento di ritorno o risalita il carrello riporta il dispositivo di guida verso la posizione superiore S. I riscontri 45 arrivano per primi ad impegnarsi sulle sedi di trattenimento 24 e successivamente il gancio 47, spinto dalla camma si alza sganciando il dispositivo di guida dal carrello 22.

A questo punto il dispositivo di guida à ̈ rilasciato in posizione superiore A rimanendo bloccato in questa posizione fino al successivo caricamento. Per il corretto funzionamento del meccanismo à ̈ fondamentale posizionare gli elementi solidali alla torre di guida (sedi e camme), in modo tale che la sequenza sia quella descritta.

Per le fasi di scaricamento asta dalla batteria di perforazione al caricatore tutte le fasi descritte possono intendersi specularmente valide.

In una forma preferita di realizzazione il gancio 47 à ̈ in accoppiamento alla camma con un elemento rotante 49A che riduce gli attriti ed i consumi dei due elementi. Infatti per essere sufficientemente reattivo nel movimento, il gancio ha bisogno di una molla di richiamo molto rigida e questa, esercitando una rilevante forza di spinta, crea una usura rapida delle superfici in strisciamento, che à ̈ molto rilevante anche in virtù dei movimenti veloci. Inserendo un elemento volvente tale problema à ̈ risolto.

Secondo una ulteriore caratteristica della presente invenzione al caricatore a revolver 3 viene associata una unica piastra antirotazione 6 posizionata sul braccio 35 del caricatore che tiene bloccata in rotazione la sola asta in caricamento e scaricamento. Così facendo la piastra antirotazione può essere una sola per tutto il caricatore, invece che una per ogni sede di asta e montata in prossimità del contenimento 33 e tutto il sistema risulta così essere semplificato.

Tal piastra 6 comprende preferibilmente un dente d’incastro 61 (vantaggiosamente smontabile per adattarsi ai differenti tipi di asta) imperniato su tale piastra che si impegna contro opportune sedi 34a ricavate sulla parte terminale dell’asta 34. La rotazione del dente 61 à ̈ contrastata dall’azione di una molla 62 preferibilmente fissata ad una parete della piastra tramite un morsetto 63 e che favorisce il contatto tra dente 61 e riscontri di blocco 34a ricavati sull’asta 34.

Utilizzando una guida mobile al posto di una fissa si recupera corsa necessaria alla perforazione e conseguentemente le macchine possono essere ridimensionate e più economiche. Questo à ̈ un enorme vantaggio soprattutto per le macchine studiate che lavorano torre di guida prossima all’orizzontale, in cui la maggior lunghezza inciderebbe molto sfavorevolmente sulla stabilità laterale e sugli ingombri in pianta che vengono richiesti.

L’utilizzo di dispositivi meccanici in contrasto a mezzi elastici consente di realizzare le fasi di caricamento in maniera automatica, senza dover azionare comandi per impartire le singole manovre. Tutta la fase di movimento della guida à ̈ automatica a differenza di sistemi controllati mediante attuatori (p.e. idraulici – martinetti) posti tra guida mobile e carrello che andrebbero invece azionati manualmente. Così anche il bloccaggio dell’asta non richiede l’intervento manuale dell’operatore, ma la testa motrice stessa con la sola rotazione à ̈ in grado di svitare le aste agendo in contrasto alle piastre di antirotazione.

In tutte le fasi di lavoro e per tutta la capacità di contenimento del caricatore, non à ̈ necessario far intervenire l’operatore per eseguire adattamenti manuali necessari al centraggio esponendolo a potenziali rischi in una zona molto pericolosa.

Infine il controllo continuo di posizione in tutte le fasi di spostamento tra la posizione superiore S e quella di minimo ingombro B, in ogni direzione di marcia, consente di operare in assoluta sicurezza senza avere movimenti incontrollati che sono tipici di sistemi mobili che sfruttano la semplice gravità (limitatamente utilizzabili in perforazioni verticali o prossime ad essa, ma che lasciano invariati i rischi di sicurezza contro possibili incastri durante i movimenti e successive ricadute degli oggetti da quote diverse e con impatti dinamici sulle strutture).

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Macchina perforatrice comprendente • una struttura portante comprendente una torre di guida (2) provvista di elementi di guida allo scorrimento (21), sui quali scorre una testa motrice (23) atta a mettere in movimento sequenzialmente aste di perforazione, alle quali sono impartiti sia i movimenti di rotazione sia quelli di avanzamento nel terreno e di successivo ritorno, • un dispositivo caricatore (3) associato a tale torre di guida, nel quale sono alloggiate in batteria una pluralità di aste di perforazione, • un dispositivo di guida (4) atto a mantenere centrata l’asta di perforazione presente in batteria e/o prelevata dal caricatore ed associata alla testa motrice nella direzione di perforazione voluta, caratterizzato dal fatto che tale dispositivo di guida à ̈ scorrevole lungo tale torre di guida e comprende • mezzi di bloccaggio del dispositivo stesso, in una posizione di lavoro predeterminata lungo la torre di guida, • mezzi di aggancio alla testa motrice (23) quando quest’ultima à ̈ in movimento verso il basso durante l’operazione di perforazione con l’asta e raggiunge in tale posizione predeterminata il dispositivo di guida e • mezzi di contrasto che determinano lo sgancio del dispositivo di guida dalla testa motrice ed il suo riposizionamento nella posizione di lavoro durante la risalita della testa motrice stessa.
2. 2. Macchina secondo la rivendicazione 1 in cui tali mezzi di bloccaggio comprendono almeno un riscontro meccanico (45) in contrasto a primi mezzi elastici (46), che sospingono i suddetti riscontri ad inserirsi in almeno una sede di trattenimento (24) realizzata sulla torre di guida nella citata posizione predeterminata.
3. 3. Macchina secondo la rivendicazione 1 in cui tali mezzi di aggancio comprendono almeno un gancio (47) che agisce in contrasto a secondi mezzi elastici (48), idoneo ad agganciarsi ad almeno un elemento sporgente (25) solidale alla testa motrice.
4. 4. Macchina secondo la rivendicazione 3, in cui i mezzi di contrasto comprendono almeno una camma (26) che agisce su almeno uno spallamento (49) del gancio, determinando il suo disimpegno dall’elemento sporgente (25).
5. 5. Macchina secondo la rivendicazione 3, in cui tale dispositivo di guida (4) scorre sugli stessi elementi di guida (21) della testa motrice (23).
6. 6. Macchina secondo la rivendicazione 1, in cui il dispositivo di caricamento (3) à ̈ vincolato snodabilmente alla torre di guida tramite una coppia di bracci inferiore (35) e superiore (36) ed à ̈ un dispositivo di caricamento a revolver e comprende un contenitore rotante sul quale le aste sono stoccate, formato da una coppia di supporti rotanti uno superiore (31) ed uno inferiore (32), tra i quali sono disposte le aste stesse
7. 7. Macchina secondo la rivendicazione 6, comprendente ulteriormente una piastra antirotazione (6) posizionata sul braccio inferiore (35) del caricatore, che tiene bloccata in rotazione la sola asta in caricamento e scaricamento sul caricatore.
8. 8. Macchina secondo la rivendicazione 7, in cui la piastra (6) comprende un dente d’incastro (61) che si impegna contro riscontri (34A) presenti sull’asta (34), imperniato su tale piastra in contrasto a mezzi elastici(62).
9. 9. Macchina secondo la rivendicazione 3, in cui il gancio (47) Ã ̈ in accoppiamento alla camma con un elemento rotante (49A).