MXPA00012130A - Cuchara para maquinas excavadoras de muros pantalla y pilotes rectangulares, y maquina dotada de dicha cuchara. - Google Patents

Abstract

La cuchara comprende dos patines (11,12) de apoyo contra las paredes del hoyo (4) que la cuchara esta excavando, y medios para desplazar los patines (11,12) entre una posicion replegada junto al bastidor (1) y una posicion desplegada en la cual presionan contra las paredes del hoyo (4) . Preferiblemente, el despliegue de los patines (11,12) se realiza automaticamente cuando la cuchara alcanza el fondo del hoyo (4). La maquina de la invencion presenta una cuchara de este tipo. Sin aumentar ni el volumen ni el peso de la cuchara o la maquina, se consigue ejercer una fuerza de excavacion muy elevada.

Description

CUCHARA PARA MÁQUINAS EXCAVADORAS DE MUROS PANTALLA Y PILOTES RECTANGULARES, Y MÁQUINA DOTADA DE DICHA CUCHARA La presente invención se refiere a una cuchara para máquinas excavadoras de muros pantalla y pilotes rectangulares, que comprende un bastidor y dos garras substancialmente simétricas, articuladas al bastidor, que se pueden abrir y cerrar una respecto a otra.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Se conocen varios tipos de máquinas excavadoras de muros pantalla, que se utilizan en la realización de zanjas para la cimentación de muros y similares. En particular, las máquinas clásicas disponen de una cuchara que incluye un bastidor y dos garras simétricas, articuladas al bastidor, que se pueden abrir y cerrar una respecto a otra gracias a sendos cilindros hidráulicos. El conjunto de cuchara está montado sobre un vehículo, y puede estar o bien suspendido de un cable o bien montado en el extremo inferior de una barra de soporte, generalmente cuadrada, que puede deslizar verticalmente y que recibe el nombre de "kelly" . La cuchara se hace descender abierta hasta quedar sobre el terreno a excavar y a continuación se cierra, de manera que recoge la tierra que queda atrapada entre las dos garras y la puede extraer del terreno . Todas estas máquinas conocidas tienen un mismo inconveniente: la fuerza que la cuchara ejerce sobre el terreno cuando se cierra, es decir, la fuerza de excavación, es relativamente pequeña, sobre todo en el caso de cucharas suspendidas de un cable, porque se basa exclusivamente en el peso de la cuchara. Con las cucharas montadas sobre un kelly se puede ejercer una fuerza superior que con cucharas suspendidas, sobre todo si se frena el kelly, porque la reacción se transmite al vehículo; pero sigue siendo una fuerza relativamente pequeña, y en algunos casos las reacciones sobre el kelly llegan a levantar el vehículo, con el consiguiente peligro. Por otro lado, las máquinas con kelly pueden ejercer más fuerza pero tienen inconvenientes respecto a las máquinas con cable; por ejemplo, un mayor coste y la limitación de la profundidad de excavación a la longitud del propio kelly, que puede estar formado por un número limitado de elementos telescópicos . A fin de disponer de una mayor fuerza de excavación en cucharas suspendidas de cable, en los últimos tiempos se tiende a cucharas cada vez más pesadas; sin embargo, esta solución con lleva muchas desventa-jas, por ejemplo el hecho de que el vehículo también debe ser más pesado y robusto, con el consiguiente aumento de coste y volumen. Las máquinas excavadoras que han conseguido una potencia '"superior a base de peso sólo son manejables en zonas despejadas, y no pueden trabajar en lugares de accesibilidad más complicada. Una solución alternativa a las máquinas con cuchara que se ha propuesto recientemente consiste en una máquina excavadora con un cabezal fresador que reduce la roca a polvo y un sistema de extracción por bombeo con agua: estas máquinas resuelven satisfactoriamente el problema de la potencia de excavación en roca viva, pero tienen otros inconvenientes que hacen que su uso sea muy restringido: por un lado, su tamaño y su coste son muy superiores a los de máquinas con cuchara, y, por otro lado, son inadecuadas en la mayoría de terrenos, porque si existen piedras sueltas éstas no se rompen, sino que escapan a las fresas y atascan los sistemas de extracción.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN El objetivo de la presente invención, es resolver los inconvenientes mencionados, desarrollando una cuchara del tipo mencionado en la introducción que sea capaz de ejercer una mayor fuerza contra el terreno y que al mismo tiempo pueda ser ligera y de coste relativamente reducido. De acuerdo con este objetivo, la cuchara para máquinas excavadoras de muros pantalla y pilotes rectangulares de la presente invención se caracteriza por el hecho de que comprende por lo menos dos elementos de apoyo contra las paredes del hoyo que la cuchara está excavando, y medios para desplazar dichos elementos de apoyo entre una posición replegada en la cual se mantienen junto al bastidor y una posición desplegada en la cual quedan presionados contra las paredes del hoyo. Gracias a la presencia de estos medios de apoyo, la cuchara puede excavar ejerciendo mucha más fuerza que si únicamente contara con su propio peso, y además esta ventaja se consigue sin aumentar significativamente ni el volumen ni el peso de la máquina y la cuchara. Adicionalmente, la cuchara de la invención proporciona estas ventajas tanto si está asociada a un kelly simple o telescópico como si está suspendida de un cable. Otra ventaja de los medios de apoyo es que colaboran a mantener la cuchara firme en el hoyo evitando que se desvíe, por ejemplo a causa de la ligera asimetría entre las garras o de la desigualdad del terreno. Preferiblemente, los medios para desplazar los elementos de apoyo entre la posición replegada y la posición desplegada actúan automáticamente cuando la cuchara alcanza el fondo del hoyo durante el movimiento de descenso de la misma. De este modo, los medios de apoyo se van activando de manera sincronizada con el funcionamiento de la cuchara y no es necesario accionarlos manualmente cada vez que se hace descender la cuchara. De acuerdo con la realización preferida de la invención, la cuchara comprende al menos un tramo de kelly, al cual el bastidor con las garras está acoplado con posibilidad de desplazarse verticalmente entre un tope superior y un tope inferior, de manera que cuando la cuchara no está apoyada en el suelo el bastidor está suspendido del kelly, mientras que cuando la cuchara está apoyada en el suelo el kelly descansa sobre el bastidor. Esta realización es mecánicamente sencilla, y permite utilizar el desplazamiento entre el kelly y el bastidor para accionar mecánicamente los medios de apoyo. En este caso, los medios para desplazar los elementos de apoyo incluyen ventajosamente una cadena cinemática que vincula el kelly, el bastidor y los elementos de apoyo, de modo que cuando las garras y el bastidor alcanzan el fondo del hoyo el kelly desciende hasta apoyarse sobre el bastidor, y durante este movimiento de descenso la cadena cinemática provoca el desplazamiento de los elementos de apoyo hasta que quedan presionados contra las paredes del hoyo. Esta solución es sólida y poco costosa, y permite el funcionamiento automatizado mencionado más arriba. En una realización, dicha cadena cinemática comprende dos brazos, cada uno de las cuales está articulado por un extremo al kelly y por otro extremo a por lo menos un eslabón que, a su vez, está articulado al bastidor y a un elemento de apoyo; cada elemento de apoyo puede incluir un patín alargado con una superficie vertical de contacto con la pared del hoyo, y la cadena cinemática puede comprender además, para cada patín, un paralelogramo articulado montado entre el bastidor y el patín, de manera que éste se mantiene substancialmente vertical durante su movimiento. Preferiblemente, la cuchara comprende medios para regular el desplazamiento máximo entre el kelly y el bastidor. Esta característica permite regular la presión de los medios de apoyo contra las paredes del hoyo, para adaptarla a distintos tipos de terreno y situaciones. También preferiblemente, la cuchara comprende medios para bloquear entre sí el kelly y el bastidor, de manera que puede anularse el mecanismo en algunos casos en que podría suponer un estorbo.

En una realización, los elementos de apoyo presentan una superficie de contacto con las paredes del hoyo que es lisa; alternativamente, los elementos de apoyo pueden presentar una superficie de contacto con las paredes del hoyo que está dotada de dientes o tacos de goma. Esta última opción es útil para permitir una mayor adherencia contra las paredes o para provocar un fresado de la pared del hoyo, que es deseable por ejemplo si una de las paredes del hoyo es hormigón perteneciente a un tramo adyacente del muro pantalla. En otro aspecto, la invención se refiere a una máquina excavadora de muros pantalla y pilotes rectangulares, que se caracteriza por el hecho de que está provista de una cuchara con las características descritas . En una realización de la máquina, la cuchara está montada en el extremo de un kelly que es desplazable verticalmente en un correspondiente soporte de la máquina; el kelly puede además ser telescópico. Esta realización tiene las ventajas habituales de las máquinas con kelly, es decir, mayor control de la posición de la cuchara y mayor fuerza de excavación, por la" transmisión de esfuerzos a la máquina, aunque en el caso de la invención la mayor parte de la fuerza es soportada por los elementos de apoyo. Alternativamente, la cuchara puede estar montada en el extremo de un tramo de kelly que a su vez está suspendido de un cable asociado a la máquina. En este caso, la máquina sigue teniendo todas las ventajas de la nueva cuchara de la invención en cuanto a fuerza de excavación, y además la profundidad de perforación puede ser más elevada.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Para mayor comprensión de cuanto se ha expuesto se acompañan unos dibujos en los que, esquemáticamente y sólo a título de ejemplo no limitativo, se representa un caso práctico de realización. En dichos dibujos, la figura 1 es una vista en alzado lateral de la cuchara de acuerdo con la invención representada durante su descenso, con los patines laterales replegados; la figura 2 es una vista de la cuchara ya apoyada en el fondo del pozo a excavar y con los patines laterales en posición de trabajo; la figura 3 es una vista de la cuchara cerrada durante su subsiguiente elevación para la extracción de la tierra; y las figuras 4 y 5 son vistas esquemáticas de la cuchara en alzado y en planta, respectivamente, en las cuales uno de los patines laterales de la cuchara se ha representado replegado y el otro patín se ha representado desplegado.

DESCRIPCIÓN DE UNA REALIZACIÓN PREFERIDA En las figuras 1 a 3 se puede ver una cuchara para máquinas excavadoras de muros pantalla, pilotes rectangulares y otras excavaciones similares, que consta de un bastidor 1, al cual están articuladas dos garras 2,3, también denominadas "cazos", que constituyen los elementos de excavación propiamente dichos . Las figuras 1 y 2 muestran la cuchara abierta, mientras desciende hacia el terreno, mientras que la figura 3 muestra la cuchara una vez que se ha cerrado atrapando una carga de tierra y se eleva para extraer la tierra del hoyo 4 que se está excavando. Las garras 2,3 se abren y cierran mediante sendos cilindros hidráulicos 5,6 montados sobre el bastidor 1, que se pueden apreciar extendidos en la figura 3. En las cucharas convencionales, el bastidor 1 está fijado al extremo de un kelly que se desplaza en un correspondiente soporte de la máquina, o bien está suspendido de un cable asociado a la máquina. Por el contrario, en la realización preferida de la cuchara de acuerdo con la invención, el bastidor 1 está acoplado a un tramo de kelly 7, a su vez suspendido de un cable, de manera que entre el bastidor y el kelly exista la posibilidad de un desplazamiento en dirección vertical entre un tope superior y un tope inferior. Para ello, el kelly 7 comprende un coliso 8, mientras que el bastidor 1 comprende una serie de orificios 9 alineados verticalmente y coincidentee con el coliso 8 del kelly. En uno de los orificios 9 se introduce un pasador 10, de modo que cuando la cuchara está suspendida del cable (figuras 1 y 3) , el bastidor 1 queda suspendido del kelly por el pasador 10 y el desplazamiento entre el bastidor y el kelly es máximo, mientras que cuando la cuchara está apoyada en el suelo (figura 2) el kelly descansa sobre el bastidor por el mismo pasador 10 y el desplazamiento entre ambos es mínimo. El desplazamiento máximo entre kelly y bastidor se puede variar insertando el pasador 10 en uno u otro de los orificios 9, e incluso pueden bloquearse los dos elementos uno respecto a otro insertando pasadores en los dos orificios 9 extremos . La posibilidad de desplazamiento entre el bastidor y el kelly se utiliza para provocar la actuación de un mecanismo que bloquea el bastidor contra las paredes del hoyo 4, de manera que la cuchara pueda ejercer más fuerza contra el terreno. La actuación del mecanismo de bloqueo del bastidor contra las paredes del hoyo se describirá a continuación con referencia más particularmente a las figuras 4 y 5, en las cuales se han simplificado los elementos de la cuchara a fin de facilitar la comprensión del mecanismo. Como se puede apreciar en estas figuras, la cuchara de la invención presenta dos patines laterales 11 y 12, constituidos por elementos alargados con sección en forma de U (ver figura 3) cuya alma es la superficie destinada a entrar en contacto con la pared del hoyo. Los patines 11 y 12 están vinculados tanto al bastidor 1 como al kelly 7 a través de un mecanismo articulado que provoca su desplazamiento entre una posición en la cual el patín está replegado junto al bastidor (parte izquierda de las figuras 4 y 5) y una posición en la cual el patín está desplegado y queda presionado contra las paredes del hoyo. El mecanismo articulado de unión de los patines 11,12 al bastidor 1 y al kelly 7 comprende dos pares de barras 13 , 14 articuladas por un extremo al kelly 7 y por otro extremo a dos pares de eslabones 15,16 que están articulados asimismo a un patín 11,12 y al bastidor 1. A fin de reforzar el conjunto y para que el movimiento de los patines entre una posición y otra se realice en traslación, el mecanismo incluye otros dos pares de eslabones 17,18, cada uno de los cuales está articulado al bastidor, a uno de los patines 11,12 y al extremo de una barra 19,20 cuyo otro extremo está articulado a los eslabones 17,18 en el mismo punto que las barras 13 , 14. Comparando las partes izquierda y derecha de las figuras 4 y 5 se puede apreciar las diferentes posiciones que adoptan los patines, los eslabones y las barras del mecanismo articulado. La posición replegada de la parte izquierda de la figura corresponde a la situación en la cual la cuchara está suspendida, por ejemplo durante su descenso o elevación (figuras 1 y 3, respectivamente), mientras que la posición desplegada de la parte derecha de la figura corresponde a la situación en que la cuchara está apoyada contra el terreno (figura 2 ) . A continuación se hará referencia a las diferentes etapas del funcionamiento de la cuchara, con referencia a las figuras 1 a 3. Durante la excavación del hoyo 4 para un muro pantalla o una cimentación similar, la cuchara desciende (figura 1) con el bastidor 1 suspendido del kelly 7 a través del pasador 10, es decir, con los patines 11,12 replegados junto al bastidor. Las garras 2,3 se mantienen abiertas Cuando el bastidor 1 con las garras 2,3 se ha apoyado en el fondo del hoyo 4 (figura 2) , el kelly 7 desciende un tramo adicional, mientras el pasador 10 asociado al bastidor recorre el coliso 8 del kelly, hasta que este último queda apoyado sobre el bastidor a través del propio pasador 10. Durante este desplazamiento del kelly con respecto al bastidor, los patines 11,12 se despliegan gracias al mecanismo articulado y quedan presionados contra las paredes del hoyo. A continuación se accionan los cilindros hidráulicos 5,6 para cerrar las garras 2,3 encerrando la tierra del fondo del hoyo. Gracias a la presencia de los patines, las garras pueden ejercer una fuerza sobre el terreno muy superior que en el caso de máquinas convencionales con cucharas del mismo peso, ya que la fuerza de los patines contra las paredes impide que las garras se vayan levantando y "rascando" el terreno a medida que se cierran. Hay que destacar en este sentido que, aunque la presión de los patines contra las paredes del hoyo se debe sólo al peso del kelly y de los patines, la reacción del terreno sobre las garras mientras éstas se cierran tiende precisamente a apretar más los patines contra las paredes. Una vez cerradas las garras 2,3, se eleva nuevamente la cuchara, a fin de extraer la tierra del hoyo (figura 3); la presión de los patines contra las paredes cesa en cuanto se estira hacia arriba el cable o kelly, puesto que inicialmente el bastidor no se mueve y es sólo el kelly 7 el que asciende, replegando al mismo tiempo los patines, hasta que el pasador 10 fijado al bastidor recorre todo el coliso 8 del kelly. A partir de este momento, el bastidor también se eleva, suspendido del pasador 10. Durante las primeras fases de excavación del hoyo, cuando éste todavía no es suficientemente hondo para utilizar los patines, el mecanismo de despliegue de los patines se bloquea como ya se ha descrito, utilizando dos pasadores 10. El bloqueo también puede aplicarse cuando se excavan terrenos blandos, para evitar que la presión contra las paredes provoque una desviación de la -cuchara. La presión que los patines ejercen contra las paredes puede regularse con una mayor o menor carrera del kelly respecto al bastidor, es decir insertando el pasador 10 en uno u otro de los orificios 9. En algunos casos la superficie de los patines 11,12 que entra en contacto con las paredes del hoyo se puede dotar de dientes o tacos de goma (no representados) , que se alojan en rebajes 21 de la superficie de contacto (ver figuras 1,2,3) . Estos dientes o tacos de goma pueden ser útiles en algunos casos para fresar la pared del hoyo o para aumentar la adherencia del patín a la pared. Con esta realización, no es necesario insertar entre dos tramos adyacentes de un muro pantalla una "llave de cierre", es decir, una pieza metálica que enlaza un tramo de hormigón con el tramo adyacente (con una unión de tipo machiembrado) , y que proporciona un acabado liso.

Mientras se excava un tramo, los dientes de la cuchara de la invención rascan la pared de hormigón del tramo anterior del muro pantalla, lo dejan vertical y forman ranuras que se llenarán con el hormigón vertido en el tramo actual, de modo que se forma una unión de tipo machiembrado sin necesidad de piezas añadidas. A pesar de que se ha descrito y representado una realización concreta de la presente invención, es evidente que el experto en la materia podrá introducir variantes y modificaciones, o substituir los detalles por otros técnicamente equivalentes, sin apartarse del ámbito de protección definido por las reivindicaciones adjuntas. En particular, aunque se ha hecho referencia en la presente memoria a la extensión de los patines aprovechando su propio peso a través de una cadena cinemática, es evidente que existen otras soluciones para el montaje y desplazamiento de los patines; por ejemplo, los patines podrían extenderse mediante cilindros hidráulicos una vez que la cuchara ha alcanzado el fondo del hoyo, automáticamente o bien controlados por el operador de la máquina. En este caso, sería innecesaria la presencia de un kelly que puede deslizar respecto al bastidor, sino que los patines podrían estar directamente acoplados al bastidor de la cuchara a través de articulaciones y cilindros hidráulicos.

Claims (14)

R E I V I N D I C A C I O N E S

1. Cuchara para máquinas excavadoras de muros pantalla y pilotes rectangulares, que comprende un bastidor y dos garras substancialmente simétricas, articuladas al bastidor, que se pueden abrir y cerrar una respecto a otra, caracterizada por el hecho de que comprende por lo menos dos elementos de apoyo contra las paredes del hoyo que la cuchara está excavando, y medios para desplazar dichos elementos de apoyo entre una posición replegada en la cual se mantienen junto al bastidor y una posición desplegada en la cual quedan presionados contra las paredes del hoyo.

2. Cuchara según la reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que dichos medios para desplazar los elementos de apoyo entre la posición replegada y la posición desplegada actúan automáticamente cuando la cuchara alcanza el fondo del hoyo durante el movimiento de descenso de la misma.

3. Cuchara según las reivindicaciones 1 o 2 , caracterizada por el hecho de que comprende al menos un tramo de kelly, al cual el bastidor con las garras está acoplado con posibilidad de desplazarse verticalmente entre un tope superior y un tope inferior, de manera que cuando la cuchara no está apoyada en el suelo el bastidor está suspendido del kelly, mientras que cuando la cuchara está apoyada en el suelo el kelly descansa sobre el bastidor.

4. Cuchara según la reivindicación 3 , caracterizada por el hecho de que los medios para desplazar los elementos de apoyo incluyen una cadena cinemática que vincula el kelly, el bastidor y los elementos de apoyo, de modo que cuando las garras y el bastidor alcanzan el fondo del hoyo el kelly desciende hasta apoyarse sobre el bastidor, y durante este movimiento de descenso la cadena cinemática provoca el desplazamiento de los elementos de apoyo hasta que quedan presionados contra las paredes del hoyo.

5. Cuchara según la reivindicación , caracterizada por el hecho de que dicha cadena cinemática comprende dos brazos, cada uno de las cuales está articulado por un extremo al kelly y por otro extremo a por lo menos un eslabón que, a su vez, está articulado al bastidor y a un elemento de apoyo.

6. Cuchara según la reivindicación 5, caracterizada por el hecho de cada elemento de apoyo incluye un patín alargado con una superficie vertical de contacto con la pared del hoyo, y por el hecho de que la cadena cinemática comprende además, para cada patín, un paralelogramo articulado montado entre el bastidor y el patín, de manera que éste se mantiene substancialmente vertical durante su movimiento.

7. Cuchara según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 6, caracterizada por el hecho de que comprende medios para regular el desplazamiento máximo entre el kelly y el bastidor.

8. Cuchara según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 7, caracterizada por el hecho de que comprende medios para bloquear entre sí el kelly y el bastidor.

9. Cuchara según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 , caracterizada por el hecho de que los elementos de apoyo presentan una superficie de contacto con las paredes del hoyo que es lisa.

10 Cuchara según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada por el hecho de que los elementos de apoyo presentan una superficie de contacto con las paredes del hoyo que está dotada de dientes o tacos de goma alojados en rebajes de la superficie.

11. Máquina excavadora de muros pantalla y pilotes rectangulares, caracterizada por el hecho de que está provista de una cuchara según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores .

12. Máquina según la reivindicación 11, caracterizada por el hecho de que la cuchara está montada en el extremo de un kelly que es desplazable verticalmente en un correspondiente soporte de la máquina.

13. Maquina según la reivindicación 12, caracterizada por el hecho de que dicho kelly es telescópico.

14. Máquina según la reivindicación 11, caracterizada por el hecho de que la cuchara está montada en el extremo de un tramo de kelly que a su vez está suspendido de un cable asociado a la máquina.