WO2015063322A2 - Porte-outil de coupe pour un tunnelier et ensemble de coupe associe - Google Patents

Porte-outil de coupe pour un tunnelier et ensemble de coupe associe Download PDF

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WO2015063322A2
WO2015063322A2 PCT/EP2014/073690 EP2014073690W WO2015063322A2 WO 2015063322 A2 WO2015063322 A2 WO 2015063322A2 EP 2014073690 W EP2014073690 W EP 2014073690W WO 2015063322 A2 WO2015063322 A2 WO 2015063322A2
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housing
wheel
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clamping
tool holder
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Philippe LIOTARD
Patrice Robert
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Bouygues Travaux Publics
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Definitions

  • the invention relates to a cutting assembly for a tunnel boring machine comprising a tunnel boring wheel, a method of replacing a tunnel burr wheel on the cutting head of a tunnel boring machine adapted to such a tool carrier as well as a handling device. of the wheel.
  • Tunneling machines are known, or tunneling machines, which comprise a large mobile structure called shield, having a substantially circular section whose diameter corresponds to the diameter of the tunnel which is carried out.
  • a wheel, or cutting disc is a cutting tool freely rotating on a shaft integral with the cutting head of a tunnel boring machine. During the rotation of the head and under the action of the thrust, the wheel rolls on the cutting edge and punches the rock in the form of flaking plates.
  • the cutting head thus comprises a plurality of wheels distributed regularly on its surface.
  • the knobs are conventionally fixed in a cutting tool holder on the cutting head by means of bolted wedges.
  • the cutting tool holder comprises a housing, adapted to be fixed on the shield of the tunnel boring machine and defining a chamber arranged to house the wheel.
  • Clamps are attached to or formed with outer faces of the thumbwheel and include two lock surfaces adapted to engage a manual lock system.
  • This locking system includes wedges, adapted to engage between fingerprints of the housing and locking surfaces of the clamping supports. These wedges are fixed in position in the fingerprints using several screws, bolts, etc. to prevent the wheels from dislodging the housing, despite the severe environment of use of the wheel.
  • the wheel changing procedure frequently requires considerable effort to take off the used wheel from its housing, due to jamming and the lack of guiding of the wheel, which is hardly compatible with work in hyperbaric conditions.
  • the procedure of changing a wheel is to equip the wheel of lifting rings, to lift with a hoist sliding along a rail, to load on a trolley through the material airlock and back to the shield, at atmospheric pressure.
  • it is also necessary to collect all the elements (wedges, screws, bolts, etc.) necessary for fixing the wheel and that will be reused for the assembly of the new wheel.
  • a new wheel comprising a locking member adapted to be immobilized in the housing, so that the wheel is a rigid block for handling, and means for prestressing the wheel may comprise screws integrally carried by the wheel.
  • the locking member comprises a bayonet adapted to cooperate with a cavity of the housing and movable in rotation between a position of insertion of the wheel in the housing and a locking position of the wheel in the housing .
  • the wheel undergoes very high pressure and vibration stresses that may dislodge the bayonet. It is indeed difficult to apply a pre-stress force sufficient to withstand the vibrations of the wheel in hard terrain.
  • An object of the present invention is therefore to provide a cutting tool holder and a cutting assembly for a tunneling machine comprising a tunnel boring wheel and an associated cutting tool holder, capable of withstanding the very severe environment of the wheels, in particular the significant pressure and vibration generated by the rolling of the wheel on the cutting edge, and which also allows to reduce or eliminate any human intervention when replacing a wheel.
  • Another object of the invention is to propose a method for replacing a wheel of such a cutting assembly, as well as a device for handling the wheel adapted for the implementation of this method, in particular allowing avoid any loss of parts. Also, the handling device of the cutting assembly itself must be easy to clean and not have water retention zones or sludge.
  • this device must be able to be used in existing cutting heads, preferably without requiring significant modifications thereof.
  • the invention proposes a cutting tool holder for a tunnel boring machine, said cutting tool holder being adapted to house a wheel mounted free to rotate about an axis of rotation in said tool holder and comprising:
  • a housing defining a chamber arranged to house the wheel, said housing comprising two cavities formed in opposite walls of the chamber, and
  • ⁇ two clamping assemblies configured to be mounted on either side of the wheel removably in the housing, and each comprising a base, adapted to be fixed on the wheel in the housing, said wheel remaining free to rotate around its axis of rotation, and
  • the cutting tool holder being characterized in that, for each clamping assembly, the central shim is movably mounted on the base and in that the two lateral shims are mounted on the base and the central shim being articulated relative to to these between a retracted position, in which the lateral shims retract and allow the withdrawal of the clamping assembly relative to the housing, and a clamping position, in which the lateral wedges swing and engage in the impression against the housing to prevent the extraction of the clamping assembly from the housing.
  • each clamping assembly further comprises a threaded stud, mounted on the base, and an actuating nut, mounted on the one hand on the central wedge and secondly on the threaded stud, so that the screwing or unscrewing of said actuating nut causes the translation of the central shim relative to the base and the displacement of the lateral shims between their retracted position and their clamping position,
  • the lateral wedges are rotatably mounted about an axis on the base or on the central wedge, and each comprise an actuating pin, and two guide grooves are formed in the central wedge or in the base respectively, said guide grooves defining cam surfaces for the actuating pins, each actuating pin being housed in a guide groove so that movement of the center shim relative to the base causes movement of the actuation along the guide groove and therefore the rotation of the lateral shim relative to the base between its retracted position and its clamping position,
  • the lateral shims are rotatably mounted on the base and the guide grooves are formed in the central shim
  • the axis of rotation of the lateral wedges is substantially parallel to the axis of rotation of the wheel
  • the lateral shims and the central shim comprise associated bearing faces, configured to engage when the lateral shims are in the clamping position in order to withstand the forces passing through the clamping assemblies and to give a stable state to said sets of clamps; clamping,
  • the lateral shims extending substantially symmetrically with respect to the base
  • the housing further comprises four additional indentations respectively each in the opposite side walls between the indentations and the front face of the housing, adapted to each receive an additional lateral wedge distinct from the clamping assemblies.
  • the invention also proposes a housing of a cutting tool holder for a tunnel boring machine as described above, comprising side walls and a front face, by which the wheel protrudes, defining together a chamber arranged to house the wheel, the casing being characterized in that it comprises two cavities formed in opposite side walls of the chamber, and adapted to engage with the lateral wedges when said lateral wedges are in their clamping position to prevent extraction of the clamping assemblies from the housing.
  • a lateral locking system fixed on one of the opposite side walls of the chamber, adapted to apply a lateral force on the housing.
  • the invention also proposes a clamping assembly of a cutting tool holder for a tunnel borer as described above, configured to be mounted on both sides of a wheel in a removable manner in a housing, and each comprising:
  • the clamping assembly being characterized in that the central shim is mounted movably on the base and in that the two lateral shims are mounted on the base and the central shim being articulated relative thereto between a position retracted, in which the lateral shims retract and allow the withdrawal of the clamping assembly relative to the housing (2), and a clamping position, in which the lateral shims (36) swing and engage in the cavity opposite the housing to prevent extraction of the clamping assembly from the housing.
  • the invention also provides a cutting assembly for a tunnel boring machine, comprising a wheel, fixed in a cutting tool holder as described above.
  • the invention also proposes a method of replacing a wheel of a cutting assembly for a tunnel boring machine as described above, characterized in that it comprises the steps of:
  • FIGS. 1 and 2 are perspective views from different angles of an exemplary embodiment of a tunneling cutter assembly according to the invention
  • FIG. 3 is a partially truncated side view of the cutting assembly of FIGS. 1 and 2,
  • FIG. 4a is a sectional view of a first exemplary embodiment of a tunnel-boring cutter holder according to the invention, in the retracted position, (ready for extraction),
  • FIG. 4b is a sectional view of the cutting tool holder of FIG. 4a, in the clamping position
  • FIG. 5 is a sectional view along the axis A-A of the cutting assembly of FIGS. 1 and 2,
  • FIG. 6 is a sectional view of an exemplary embodiment of a housing according to the invention for a tunneling cutter assembly, in which the wheel is clamped by an example of a conventional locking system, and
  • Figure 7 is a flowchart showing various steps of an exemplary embodiment of the method of replacing a wheel of a cutting assembly for a TBM according to the invention.
  • a cutting assembly 5 comprises a cutting tool holder 1 for a tunnel boring machine and a wheel 10, housed in the tool holder 1.
  • a knurling wheel 10 has, in a manner known per se, the general shape of a disc comprising two lateral faces 12 connected by a substantially circular slice 14. During the rotation of the tunneler head and under the action of the thrust, the edge 14 of the wheel 10 rolls on the cutting edge, punch the rock and form flaking plates.
  • the wheel 10 is mounted in a tool holder 1 so as to be freely mobile in rotation about its axis X of rotation.
  • the tool holder 1 comprises a housing 2, adapted to be fixed on a shield of the TBM and two clamping assemblies 3 mounted on either side of the wheel 10 removably in the housing 2 to clamp the wheel 10 in said casing 2.
  • the housing 2 comprises side walls 20 connected by a front face 22 and a rear face 24 and together defining a chamber 21 adapted to receive a wheel 10.
  • the front face 22 is defined as the face of which the wheel 10 opens, to the cutting face, while the rear face 24 of the housing 2 is the opposite face, by which the wheel 10 is inserted.
  • the housing comprises two cavities 26 formed in opposite sidewalls 20, configured to face the lateral faces 12 of the wheel 10 when the wheel 10 is inserted into the chamber 21 of the housing. These two opposite side walls 20 are also traversed by the drive shaft (not visible in the figures) of said wheel 10 to allow its rotation relative to the housing 2.
  • Each clamping assembly 3 comprises a base 32, configured to be mounted on the wheel 10 in the housing 2 while leaving it free in rotation about its axis of rotation X, a central shim 34, mounted movably on the base 32, and two lateral shims 36.
  • the lateral shims 36 are articulated between the base 32 and the central shim 34 between a retracted position, in which the lateral shims 36 are retracted, and a clamping position, in which the lateral shims 36 swing transversely and engage in the impression 26 facing the housing 2 in order to prevent the extraction of the clamping assembly 3 from the housing 2.
  • the lateral wedges 36 are pivotally mounted on the base 3 about a Y axis substantially parallel to the axis X of rotation of the wheel 10.
  • the wedges lateral 36 are therefore integral with the base 32 at any time.
  • the various elements are mechanically linked, that is to say that they can have relative movements relative to each other but that they remain mechanically connected to each other without natural possibility of separation.
  • all the parts forming the clamping assembly 3 are integral with each other, directly or indirectly, to allow the manipulation of the clamping assembly 3 by an automated handling device.
  • the parts forming the clamping assembly 3 are captive, which greatly simplifies the implementation of such a handling device.
  • the base 32 can be fixed on the lateral face 12 of the wheel 10 by means of screws. Furthermore, the central wedge 34 is movable in translation relative to the base 32 and is adapted to move the lateral wedges 36 between their retracted position and their clamping position in a kinematic adapted to ensure the locking of the wheel 10 in the housing 2, and vice versa.
  • each clamping assembly 3 in order to move the lateral shims 36 between their retracted position and their clamping position, each clamping assembly 3 comprises an actuating pin 37, fastened integrally on each lateral shim 36 and housed in a guide groove 35 formed in the central shim 34 so as to be movable along said guide groove 35.
  • the actuating pins 37 may be formed integrally with the corresponding lateral shim 36.
  • the guide grooves 35 are of curved shape in order to define each two cam surfaces for the corresponding actuating pin 37.
  • the central wedge 34 is moved towards the base 32 which moves the actuating pins 37 along a first wall of the guide grooves 35, preferably following a circular arc centered on the Y axis.
  • laterally 36 then swing transversely to engage the cavity 26 opposite the housing, and thus prevent the extraction of the clamping assembly 3 of the housing 2.
  • the central shim 34 is remote from the base 32 which moves the actuating pins 37 along a second wall of the guide grooves 35, preferably along an arc of a circle centered on the axis Y.
  • the lateral shims 36 retract while approaching one another and leave the cavity 26, thus releasing the clamping assembly 3, and therefore the wheel 10, housing 2.
  • the lateral shims 36 and the center shim 34 of each clamping assembly 3 comprise associated bearing faces 36a, 34a, configured to engage one another when the lateral shims 36 are in the clamping position.
  • the bearing faces 36a, 34a of the lateral shims 36 and the central shim 34 are shaped and oriented to withstand the forces passing through the clamping assemblies 3 forming a stable state for said clamping assembly 3.
  • stable state it will be understood here that the bearing faces 34a, 36a remain in contact despite the strong vibrations and the significant pressure experienced by the cutting assembly 5, and only disengage by applying a force on the actuator 38 to retract the lateral shims 36.
  • the invention also covers the case of an equivalent clamping assembly 3, in which the lateral shims 36 are integrally and freely rotatably mounted on the central wedge 34, while the guide grooves 35 forming the cam surfaces are formed in the base 32.
  • the translation of the central shim 34 then causes the displacement of the actuating pins 37 along the guide grooves 35, preferably along arcs of circle centered on the Y axis , and thus the rotation of the lateral shims 36 relative to the central shim 34 between their retracted position and their clamping position.
  • the clamping assembly 3 further comprises an actuator 38, mounted on the base 32 and the central shim 34.
  • the actuator may comprise a threaded stud 39 anchored in the base 32, at the free end of which is screwed an actuating nut 38, here a flange nut.
  • the nut 39 is further mounted on the central shim 34 so as to be integral in translation thereof.
  • the screwing / unscrewing of the nut 38 on the stud bolt 39 then causes the displacement of the nut 38 along the threaded stud 39 and therefore that of the central shim 34 relative to the base 32.
  • the torque tightening on the nut 38 makes it possible to apply sufficient force to the lateral wedges 36 to lock the wheel 10 relative to the housing 2 during its digging operation, despite the severe environment experienced by the cutting assembly 5.
  • the casing 2 further comprises a lateral wedging system 40 adapted to adjust the wedging of the wheel 10 and clamping assemblies 3 in the casing 2 along the axis X of rotation of the wheel 10.
  • This lateral locking system 40 comprises a box 42, attached to one of the side walls 20 of the housing 2 and comprising a housing in which are housed two wedges 44, 46 connected together in the manner of a dovetail.
  • a first corner 44 is fixed on the side wall 20 of the housing 2, and therefore stationary relative thereto, while the second corner 46 is capable of sliding on a surface 45 of the first corner 44, which forms a surface of cam.
  • the dimensions of the wedges 44, 46 are such that the second wedge 46 is locked in a direction perpendicular to the side wall 20, but movable in a translation direction T substantially parallel thereto.
  • a screw 48, extending in the translation direction T, is also fixed on the second wedge 46.
  • the screwing of the screw 48 causes the second wedge 46 to move to a working position of the wedge, in which the wedges 44, 46 apply a force perpendicular to the side wall 20 of the housing 2, and a retracted position, in which the corners 44, 46 are at rest.
  • the screw 48 could be replaced by a support finger provided with a spring.
  • the housing 2 of the cutting assembly 5 can further configured to allow the clamping of the wheel 10 with a conventional manual locking system.
  • the housing 2 may comprise, in the inner face of the opposite side walls 20 in which the cavities 26 are formed, two additional cavities 28.
  • the additional cavities 28 are preferably formed between the cavities 26 intended to receive the lateral wedges 36 of the clamping assemblies 3 and the front face 22.
  • each additional cavity 28 is adapted to house a lateral shim further 40 of the manual locking system, distinct from the clamping assemblies 3.
  • the additional lateral shims 36 are then held in engagement in the additional cavities 28 with the aid of an additional central shim 42, screwed onto a conventional clamping support, itself fixed on the lateral face 12 of the wheel 10.
  • the cutting tool holder 1 therefore allows, without modification of the wheel 10, to clamp in a simple, fast, inexpensive and automated way, a wheel 10. If necessary, the tool holder housing 1 may further allow clamping by conventional systems of the wheel 10.
  • a replacement method S of a wheel 10 in a tool holder 1 according to the invention will now be described with reference to FIG.
  • each wheel 10 is installed in its housing 2 by being subjected to a prestress applied to the lateral wedges 36 by the actuator 38 which enables it to withstand the forces it undergoes in operation (c that is to say during the felling).
  • the reaction of this constraint comes from the lateral faces of the base 32 thus creating a looping of the forces which allow the perfect immobilization of the wheel 10 under loads and during the relaxation of the cutting forces (rebound).
  • the variation of the force in the studs 38 remains well below their prestressing value which guarantees the absence of loosening
  • the housing 2 is fixed to the cutting head, typically by welding.
  • the replacement method S comprises a first step S1 for extracting the wheel 10 used from the casing 2, and a second step S1 for placing a replacement wheel 10 in the casing 2.
  • the extraction S1 of the wheel 10 used and the introduction of the wheel 10 replacement S2 can be performed automatically, using a suitable handling device.
  • the different parts of the clamping assembly 3 are integral with each other and therefore captive. This embodiment is particularly advantageous in the case of tunneling confined front, since the working environment is in hyperbaric conditions. In such tunneling machines, the change of wheel 10 is made, for security reasons, by the rear of the cutting head, that is to say on the side of the cutting head opposite to the cutting edge.
  • extraction steps S1 and S2 implementation can be made in whole or part manually.
  • each clamping assembly 3 comprises, as illustrated in FIGS. 4a and 4b, two lateral shims 36 rotatably mounted on the base 32 which can be actuated by translation of the central shim 34 by the actuator 38.
  • lateral shims 36 could be rotatably mounted on the central shim 34 whose displacement does not necessarily follow a translation movement, and / or the actuator 38 could comprise other bodies that a stud 39 and a sleeve 38.
  • the clamping and unclamping mechanism can then be actuated by simply screwing or unscrewing the actuators 38 of the clamping assemblies 3, which makes the implementation of the method particularly suitable for the use of an automatic handling device.
  • the extraction of a used wheel 10 from its housing 2 is implemented in the following steps.
  • a device for handling the wheel 10 is brought to the housing 2, by the rear face 24 of the cutting head (that is to say the face opposite to the cutting edge), and fixed to the housing 2 to allow the extraction of the wheel 10.
  • the handling device and the housing 2 may have respective housings that cooperate to allow guiding and docking of the handling device on the housing 2.
  • the feeding of the handling device can be carried out semi-automatically by means of a hoist or in a completely automated way, thanks to a handling robot.
  • locking elements of the handling device or the carrier robot can be actuated to lock the device on the housing 2.
  • These locking elements may comprise movable quarter-turn retaining pins arranged on the handling device for retaining adequate housings on the housing 2.
  • a second step S12 the handling device grasps the clamping assemblies 3 and / or the wheel 10.
  • the handling device may comprise a gripping element arranged to grip the wheel 10 and index it all to safety.
  • the gripping member could grasp and index the clamping assemblies 3.
  • the wheel 10 is always housed in the housing 2 and clamped therein.
  • Control devices can then dock the housing 2 and then maneuver S13 clamping assemblies 3 to move the lateral shims 36 from their clamping position to their retracted position by
  • the wheel 10 and the clamping assemblies 3 are then disengaged from the casing 2 and can be extracted S14 by an ejection effect generated by the end of the operating movement of the clamping assemblies 3.
  • the ejection movement may also be from an additional actuator. This ejection movement can in particular be generated either by a support reaction on the structure of the cutting head integral with the housing 2, or on the housing 2, or by the device supporting the handling device.
  • the clamping assemblies 3 can be constrained in such a way that the parts of the clamping assemblies 3 become stationary with respect to each other, for example by keeping the actuator 38 in position relative to the base 30 while the lateral shims 36 are in the retracted position.
  • the device for manipulating the wheel 10 thus comprises extraction elements (for example cylinders or vibrators) which make it possible to exert the necessary extraction and detachment force. If necessary, the bracing can be reduced by forming clearance faces in the side walls 20 and the faces 21, 24 of the housing 2 in the path of the wheel 10 during its extraction movement.
  • extraction elements for example cylinders or vibrators
  • the handling device can be removed S15 and the assembly comprising the clamping assemblies 3 and the wheel 10 can be routed to the workshop where the used wheel 10 is disassembled.
  • sub-phases of cleaning for example by jets high pressure water, can be implemented so as to ensure cleanliness of the support faces of the tool holder 1 when receiving the new wheel 10.
  • the introduction S2 of a replacement wheel 10 in the housing 2 can be implemented in the following steps.
  • the clamping assemblies 3 are fixed on the wheel 10, for example by screwing the base 32 onto the lateral faces 12 of the wheel 10.
  • the handling device can then enter S21 wheel 10 with the gripping element of the handling device mentioned above.
  • the different parts of the clamping assemblies 3 are preferably made immobile relative to each other so that they constitute a rigid block. Moreover, the lateral shims 36 are brought into the retracted position, so as not to impede the introduction of the wheel 10 into the casing 2.
  • the handling device supporting the wheel 10 and the clamping assemblies 3 is then brought vis-à-vis the rear face 24 of the housing 2.
  • the handling device is flanged S22 thereon by its locking elements.
  • the gripping element of the handling device is then advanced S23 to insert the wheel 10 provided with the clamping assemblies 3 in the chamber 21 of the housing 2 until it abuts against the front face 22 of the housing.
  • the wheel 10 is automatically centered on it.
  • the shape of the housings may further be provided to provide bearing surfaces for the ends of the shaft of the wheel 10 in the front portion of the housing 2.
  • the housing 2 may further comprise means 30 forming a stop disposed in an area adjacent to the front face 12, adapted to limit the stroke of the wheel 10 in the housing 2 at its insertion S23.
  • the means 30 forming a stop comprise two screws fixed in the opposite side walls 20 of the housing 2 in which are formed the cavities 26, in the vicinity of the front face 12.
  • the screws 30 are configured to form a stop and come into contact with the bases 32 when the wheel ⁇ 10 is inserted S23 in the housing 32, which ensures that the wheel 10 is not too advanced relative to the front face 12 of the housing and that the lateral shims 36 lie well opposite their corresponding imprint 26.
  • the means 30 forming stop reached by the wheel 10 can be slightly moved back so as not to remain in contact with said means 30 when the cutting assembly 5 is in operation, and d avoid generating forces likely to interfere with the preload applied by the clamping assemblies 3 in the clamping position.
  • this slight recoil can be generated by the profile of the supports of the means 30 forming a stop on the bases 32.
  • Control devices can then dock the housing 2 and then operate the clamping assemblies 3 in order to move the lateral shims 36 from their retracted position to their clamping position S24 by tilting them transversely thanks to the actuators 8.
  • an effort of rotation is applied to the nut 38, in order to bring it at the end of travel and to engage the lateral wedges 36 in the cavity 26 facing the housing 2.
  • the tightening torque applied by the nut 38 in the clamping position is sufficient for the lateral shims 36 apply a pre-stress to the housing 2 able to withstand severe vibrations, even on hard ground.
  • the wheel 10 and the clamping assemblies 3 are then engaged in the housing 2 and held firmly in this position.

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Abstract

L'invention concerne un porte-outil de coupe (1 ) pour un tunnelier, comprenant : - un boîtier (2) comprenant deux empreintes (26) formées dans des parois (20) opposées, et - deux ensembles de bridage (3), configurés pour être montés de part et d'autre de la molette (10) de façon amovible dans le boîtier (2), et comprenant chacun : * une embase (32), et * une cale centrale (34), montée mobile sur l'embase (32), * deux cales latérales (36), articulées entre l'embase (32) et la cale centrale (34) entre une position escamotée et une position de bridage, dans laquelle les cales latérales (36) basculent transversalement et pénètrent dans l'empreinte (26) en regard du boîtier (2).

Description

Porte-outil de coupe pour un tunnelier et ensemble
de coupe associé
DOMAINE DE L'INVENTION
L'invention concerne un ensemble de coupe pour un tunnelier comprenant une molette de tunnelier, un procédé de remplacement d'une molette de tunnelier sur la tête de coupe d'un tunnelier adapté à un tel porte-outil ainsi qu'un dispositif de manipulation de la molette. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE
On connaît des machines de creusement de tunnel, ou tunneliers, qui comprennent une structure mobile de grandes dimensions appelée bouclier, ayant une section sensiblement circulaire dont le diamètre correspond au diamètre du tunnel dont on réalise le creusement.
Une molette, ou disque de coupe, est un outil de coupe tournant librement sur un arbre solidaire de la tête de coupe d'un tunnelier. Au cours de la rotation de la tête et sous l'action de la poussée, la molette roule sur le front de coupe et poinçonne la roche sous forme de plaques écaillées.
La tête de coupe comporte ainsi une pluralité de molettes réparties régulièrement sur sa surface.
Les molettes sont classiquement fixées dans un porte-outil de coupe sur la tête de coupe au moyen de calages boulonnés. Pour cela, le porte- outil de coupe comprend un boîtier, adapté pour être fixé sur le bouclier du tunnelier et définissant une chambre agencée pour loger la molette. Des supports de serrage sont fixés sur ou formés avec des faces externes de la molette et comprennent deux surfaces de blocages adaptées pour venir en prise avec un système de verrouillage manuel. Ce système de verrouillage comprend notamment des cales, adaptées pour venir en prise entre des empreintes du boîtier et des surfaces de blocage des supports de serrage. Ces cales sont fixées en position dans les empreintes à l'aide de plusieurs vis, boulons, etc. afin d'empêcher les molettes de se déloger du boîtier, malgré l'environnement sévère d'utilisation de la molette.
Le problème du changement des molettes se pose particulièrement dans le cas de tunneliers à front confiné, puisque l'accès à la tête de coupe et aux fixations des molettes (cales, vis, etc.) est difficile et que l'environnement de travail est en conditions hyperbares. Dans de tels tunneliers, le changement de molette est donc effectué, pour des raisons de sécurité, par l'arrière de la tête de coupe, c'est-à-dire du côté de la tête de coupe opposé au front de coupe.
La procédure de changement de molette exige fréquemment d'exercer des efforts importants pour décoller la molette usagée de son boîtier, en raison de coincements et de l'absence de guidage de la molette, ce qui est difficilement compatible avec un travail en conditions hyperbares.
A l'heure actuelle, la procédure de changement d'une molette consiste à équiper la molette d'anneaux de levage, à la lever à l'aide d'un palan coulissant le long d'un rail, à la charger sur un chariot traversant le sas matériel et à la ramener vers l'arrière à l'abri du bouclier, à pression atmosphérique. Au cours du démontage, il est également nécessaire de collecter au fur et à mesure tous les éléments (cales, vis, boulons, etc.) nécessaires à la fixation de la molette et qui seront réutilisés pour le montage de la nouvelle molette.
Avant d'introduire la nouvelle molette dans son boîtier, il faut la positionner adéquatement, ce qui nécessite une intervention manuelle délicate. Une fois la molette poussée vers sa position d'utilisation, les cales de blocage sont alors remises en place. On pourra notamment se référer aux documents JP H10 140980, JP 2007/070825, JP H07 180488 et FR 2 758 853, qui décrivent des outils de coupe comprenant des molettes fixées dans un boîtier sur la tête de coupe à l'aide de cales maintenues fixes en position par rapport au boîtier grâce à des boulons, des vis et/ou des tourillons. On comprend donc que cette procédure est longue et pénible pour les opérateurs.
On a donc proposé, dans le document WO 201 1/076616 au nom de la Demanderesse, une nouvelle molette comprenant un organe de verrouillage adapté pour être immobilisé dans le boîtier, de sorte que la molette constitue un bloc rigide en vue de sa manipulation, et des moyens de mise en précontrainte de la molette pouvant comprendre des vis portées solidairement de la molette. Dans un mode de réalisation particulier, l'organe de verrouillage comprend une baïonnette adaptée pour coopérer avec une empreinte du boîtier et mobile en rotation entre une position d'insertion de la molette dans le boîtier et une position de verrouillage de la molette dans le boîtier.
Toutefois, en utilisation, la molette subit des contraintes en pression et en vibration très importantes qui risquent de déloger la baïonnette. Il est en effet difficile d'appliquer un effort de pré-contrainte suffisant pour résister aux vibrations de la molette en terrain dur.
RESUME DE L'INVENTION
Un but de la présente invention est donc de proposer un porte-outil de coupe et un ensemble de coupe pour un tunnelier comprenant une molette de tunnelier et un porte-outil de coupe associé, capables de supporter l'environnement très sévère des molettes, notamment la pression importante et les vibrations engendrées par le roulement de la molette sur le front de coupe, et qui permette en outre de réduire, voire de supprimer, toute intervention humaine lors du remplacement d'une molette.
Un autre objet de l'invention est de proposer un procédé de remplacement d'une molette d'un tel ensemble de coupe, ainsi qu'un dispositif de manipulation de la molette adapté pour la mise en œuvre de ce procédé, en permettant notamment d'éviter toute perte de pièces. Egalement, le dispositif de manipulation de l'ensemble de coupe lui- même doit pouvoir être nettoyé facilement et ne pas comporter de zones de rétention d'eau ou de boue.
Enfin, ce dispositif doit pouvoir être utilisé dans les têtes de coupe existantes, de préférence sans nécessiter de modifications importantes de celles-ci.
Pour cela, l'invention propose un porte-outil de coupe pour un tunnelier, ledit porte-outil de coupe étant adapté pour loger une molette montée libre en rotation autour d'un axe de rotation dans ledit porte-outil et comprenant :
- un boîtier, définissant une chambre agencée pour loger la molette, ledit boîtier comprenant deux empreintes formées dans des parois opposées de la chambre, et
■ deux ensembles de bridage, configurés pour être montés de part et d'autre de la molette de façon amovible dans le boîtier, et comprenant chacun une embase, adaptée pour être fixée sur la molette dans le boîtier, ladite molette restant libre en rotation autour de son axe de rotation, et
■ une cale centrale et deux cales latérales,
le porte outil de coupe étant caractérisé en ce que, pour chaque ensemble de bridage, la cale centrale est montée mobile sur l'embase et en ce que les deux cales latérales sont montées sur l'embase et la cale centrale en étant articulées par rapport à celles-ci entre une position escamotée, dans laquelle les cales latérales s'escamotent et permettent le retrait de l'ensemble de bridage par rapport au boîtier, et une position de bridage, dans laquelle les cales latérales basculent et s'engagent dans l'empreinte en regard du boîtier afin d'empêcher l'extraction de l'ensemble de bridage du boîtier.
Certaines caractéristiques préférées mais non limitatives du porte- outil de coupe décrit ci-dessus sont les suivantes :
chaque ensemble de bridage comprend en outre un goujon fileté, monté sur l'embase, et un écrou d'actionnement, monté d'une part sur la cale centrale et d'autre part sur le goujon fileté, de sorte que le vissage ou le dévissage dudit écrou d'actionnement entraine la translation de la cale centrale par rapport à l'embase et le déplacement des cales latérales entre leur position escamotée et leur position de bridage,
- les cales latérales sont montées à rotation autour d'un axe sur l'embase ou sur la cale centrale, et comprennent chacune un pion d'actionnement, et deux gorges de guidage sont formées dans la cale centrale ou dans l'embase respectivement, lesdites gorges de guidage définissant des surfaces de came pour les pions d'actionnement, chaque pion d'actionnement étant logé dans une gorge de guidage de sorte que le déplacement de la cale centrale par rapport à l'embase entraine le déplacement du pion d'actionnement le long de la gorge de guidage et donc la rotation de la cale latérale par rapport à l'embase entre sa position escamotée et sa position de bridage,
- les cales latérales sont montées à rotation sur l'embase et les gorges de guidage sont formées dans la cale centrale,
- l'axe de rotation des cales latérales est sensiblement parallèle à l'axe de rotation de la molette,
- les cales latérales et la cale centrale comprennent des faces d'appui associées, configurées pour venir en prise lorsque les cales latérales sont dans la position de bridage afin de supporter les efforts transitant dans les ensembles de bridage et conférer un état stable auxdits ensembles de bridage,
- les cales latérales s'étendant sensiblement symétriquement par rapport à l'embase, et
- le boîtier comprend en outre quatre empreintes supplémentaires respectivement chacune dans les parois latérales opposées entre les empreintes et la face avant du boîtier, adaptées pour recevoir chacune une cale latérale supplémentaire distincte des ensembles de bridage.
Selon un deuxième aspect, l'invention propose également un boîtier d'un porte-outil de coupe pour un tunnelier comme décrit ci-dessus, comprenant des parois latérales et une face avant, par laquelle la molette fait saillie, définissant ensemble une chambre agencée pour loger la molette, le boîtier étant caractérisé en ce qu'il comprend deux empreintes formées dans des parois latérales opposées de la chambre, et adaptées pour venir en prise avec les cales latérales lorsque lesdites cales latérales sont dans leur position de bridage afin d'empêcher l'extraction des ensembles de bridage du boîtier.
Certaines caractéristiques préférées mais non limitatives du boîtier sont les suivantes :
- il comprend en outre au moins quatre empreintes supplémentaires formées respectivement dans les parois latérales opposées entre les empreintes et la face avant du boîtier et adaptées pour recevoir chacune une cale latérale supplémentaire distincte des ensembles de bridage, et
- il comprend en outre un système de calage latéral, fixé sur l'une des parois latérales opposées de la chambre, adapté pour appliquer un effort latéral sur le boîtier.
Selon un troisième aspect, l'invention propose également un ensemble de bridage d'un porte-outil de coupe pour un tunnelier comme décrit ci-dessus, configurés pour être montés de part et d'autre d'une molette de façon amovible dans un boîtier, et comprenant chacun :
- une embase, adaptée pour être fixée sur la molette (10) dans le boîtier, ladite molette restant libre en rotation autour de son axe de rotation, et
- une cale centrale et deux cales latérales,
l'ensemble de bridage étant caractérisé en ce que la cale centrale est montée mobile sur l'embase et en ce que les deux cales latérales sont montées sur l'embase et la cale centrale en étant articulées par rapport à celles-ci entre une position escamotée, dans laquelle les cales latérales s'escamotent et permettent le retrait de l'ensemble de bridage par rapport au boîtier (2), et une position de bridage, dans laquelle les cales latérales (36) basculent et s'engagent dans l'empreinte en regard du boîtier afin d'empêcher l'extraction de l'ensemble de bridage du boîtier. Selon un quatrième aspect, l'invention propose également un ensemble de coupe pour un tunnelier, comprenant une molette , fixée dans un porte-outil de coupe comme décrit ci-dessus.
Selon un cinquième aspect, l'invention propose également un procédé de remplacement d'une molette d'un ensemble de coupe pour un tunnelier comme décrit ci-dessus, caractérisé en ce comprend les étapes de:
(i) extraction d'une molette usagée du boîtier, comprenant les étapes suivantes :
- accostage et prise d'appui sur le boîtier d'un dispositif de manipulation adapté pour la préhension et le guidage de la molette,
- préhension de l'ensemble de bridage et/ou de la molette par le dispositif de manipulation,
- libération du bridage appliqué à l'ensemble de bridage et au boîtier,
- extraction de la molette du boîtier,
- retrait du dispositif de manipulation du boîtier,
(ii) mise en place dans ledit boîtier d'une molette de remplacement, comprenant les étapes suivantes :
- préhension de l'ensemble de bridage et/ou de la molette par le dispositif de manipulation,
- accostage et prise d'appui du dispositif de manipulation sur le boîtier,
- introduction de la molette dans le boîtier, ladite molette étant guidée par le dispositif de manipulation,
- manœuvre de l'ensemble de bridage de la molette de manière à loger la cale dans l'empreinte du boîtier.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et au regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels :
Les figures 1 et 2 sont des vues en perspective sous différents angles d'un exemple de réalisation d'un ensemble de coupe de tunnelier conforme à l'invention,
La figure 3 est une vue de côté partiellement tronquée de l'ensemble de coupe des figures 1 et 2,
La figure 4a est une vue en coupe d'un premier exemple de réalisation d'un porte-outil de coupe de tunnelier selon l'invention, en position escamotée, (prêt pour l'extraction),
La figure 4b est une vue en coupe du porte-outil de coupe de la figure 4a, en position de bridage,
La figure 5 est une vue en coupe selon l'axe A-A de l'ensemble de coupe des figures 1 et 2,
La figure 6 est une vue en coupe d'un exemple de réalisation d'un boîtier selon l'invention pour un ensemble de coupe de tunnelier, dans lequel la molette est bridée par un exemple de système de verrouillage conventionnel, et
La figure 7 est un organigramme représentant différentes étapes d'un exemple de réalisation du procédé de remplacement d'une molette d'un ensemble de coupe pour un tunnelier conforme à l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION
Un ensemble de coupe 5 comprend un porte-outil 1 de coupe pour un tunnelier et une molette 10, logée dans le porte-outil 1 .
Une molette 10 présente de façon connue en soi la forme générale d'un disque comprenant deux faces latérales 12 reliées par une tranche 14 sensiblement circulaire. Au cours de la rotation de la tête du tunnelier et sous l'action de la poussée, la tranche 14 de la molette 10 roule sur le front de coupe, poinçonne la roche et forme des plaques écaillées.
La molette 10 est montée dans un porte-outil 1 de manière à être librement mobile en rotation autour de son axe X de rotation. Pour cela, le porte-outil 1 comprend un boîtier 2, adapté pour être fixé sur un bouclier du tunnelier et deux ensembles de bridage 3 montés de part et d'autre de la molette 10 de façon amovible dans le boîtier 2 afin de brider la molette 10 dans ledit boîtier 2.
Le boîtier 2 comprend des parois latérales 20 reliées par une face avant 22 et une face arrière 24 et définissant ensemble une chambre 21 adaptée pour recevoir une molette 10. La face avant 22 est définie comme étant la face de laquelle débouche la molette 10, vers le front de coupe, tandis que la face arrière 24 du boîtier 2 est la face opposée, par laquelle la molette 10 est insérée.
Le boîtier comprend deux empreintes 26 formées dans des parois latérales 20 opposées, configurées pour venir en regard des faces latérales 12 de la molette 10 lorsque la molette 10 est introduite dans la chambre 21 du boîtier. Ces deux parois latérales 20 opposées sont en outre traversées par l'arbre d'entraînement (non visible sur les figures) de ladite molette 10 afin de permettre sa rotation par rapport au boîtier 2. Chaque ensemble de bridage 3 comprend une embase 32, configurée pour être montée sur la molette 10 dans le boîtier 2 tout en la laissant libre en en rotation autour de son axe de rotation X, une cale centrale 34, montée mobile sur l'embase 32, et deux cales latérales 36. Les cales latérales 36 sont articulées entre l'embase 32 et la cale centrale 34 entre une position escamotée, dans laquelle les cales latérales 36 s'escamotent, et une position de bridage, dans laquelle les cales latérales 36 basculent transversalement et s'engagent dans l'empreinte 26 en regard du boîtier 2 afin d'empêcher l'extraction de l'ensemble de bridage 3 du boîtier 2.
Dans l'exemple de réalisation illustré sur les figures, les cales latérales 36 sont montées à pivotement sur l'embase 3 autour d'un axe Y sensiblement parallèle à l'axe X de rotation de la molette 10. Les cales latérales 36 sont donc solidaires de l'embase 32 à tout instant. Par solidaire, on comprendra ici que les différents éléments sont mécaniquement liés, c'est-à-dire qu'ils peuvent avoir des mouvements relatifs les uns par rapport aux autres mais qu'ils restent reliés mécaniquement les uns aux autres sans possibilité naturelle de séparation. De manière générale, toutes les pièces formant l'ensemble de bridage 3 sont solidaires les unes des autres, directement ou indirectement, afin de permettre la manipulation de l'ensemble de bridage 3 par un dispositif de manipulation automatisé. Ainsi, les pièces formant l'ensemble de bridage 3 sont imperdables, ce qui simplifie nettement la mise en œuvre d'un tel dispositif de manipulation.
L'embase 32 peut être fixée sur la face latérale 12 de la molette 10 à l'aide de vis. Par ailleurs, la cale centrale 34 est mobile en translation par rapport à l'embase 32 et est adaptée pour déplacer les cales latérales 36 entre leur position escamotée et leur position de bridage suivant une cinématique adaptée pour assurer le blocage de la molette 10 dans le boîtier 2, et inversement.
Dans une forme de réalisation, afin de déplacer les cales latérales 36 entre leur position escamotée et leur position de bridage, chaque ensemble de bridage 3 comprend un pion d'actionnement 37, fixé solidairement sur chaque cale latérale 36 et logé dans une gorge de guidage 35 formée dans la cale centrale 34 de manière à être mobile le long de ladite gorge 35 de guidage. Par exemple, les pions d'actionnement 37 peuvent être formés intégralement avec la cale latérale 36 correspondante.
Dans l'exemple de réalisation illustré sur les figures 4a et 4b, les gorges de guidage 35 sont de forme courbe afin de définir chacune deux surfaces de came pour le pion d'actionnement 37 correspondant. De la sorte, lors du passage de la position escamotée vers la position de bridage, la cale centrale 34 est déplacée vers l'embase 32 ce qui déplace les pions d'actionnement 37 le long d'une première paroi des gorges de guidage 35, de préférence suivant un arc de cercle centré sur l'axe Y. Les cales latérales 36 basculent alors transversalement afin de s'engager dans l'empreinte 26 en regard du boîtier, et empêchent ainsi l'extraction de l'ensemble de bridage 3 du boîtier 2.
Inversement, lors du passage de la position de bridage vers la position escamotée, la cale centrale 34 est éloignée de l'embase 32 ce qui déplace les pions d'actionnement 37 le long d'une deuxième paroi des gorges de guidage 35, de préférence suivant un arc de cercle centré sur l'axe Y. Les cales latérales 36 s'escamotent en se rapprochant alors l'une de l'autre et sortent de l'empreinte 26, libérant ainsi l'ensemble de bridage 3, et donc la molette 10, du boîtier 2.
Dans une forme de réalisation, les cales latérales 36 et la cale centrale 34 de chaque ensemble de bridage 3 comprennent de faces d'appui 36a, 34a associées, configurées pour venir en prise l'une contre l'autre lorsque les cales latérales 36 sont en position de bridage. Pour cela, les faces d'appui 36a, 34a des cales latérales 36 et de la cale centrale 34 sont conformées et orientées de manière à supporter les efforts transitant dans les ensembles de bridage 3 en formant un état stable pour lesdits ensemble de bridage 3. Par état stable, on comprendra ici que les faces d'appui 34a, 36a restent en contact malgré les fortes vibrations et la pression importante subies par l'ensemble de coupe 5, et ne se désengagent que par application d'un effort sur l'actionneur 38 afin d'escamoter les cales latérales 36. De la sorte, lorsque les cales latérales 36 sont dans leur position de bridage, les efforts de contrainte sont répartis entre les deux cales latérales 36 et ne risquent pas d'être transférés sur l'une seulement des deux cales latérales 36. Par ailleurs, dans la position de bridage, la coopération des faces d'appui 36a, 3aa des cales latérales 36 et de la cale centrale 34 permet d'éviter que les efforts de contrainte généré par l'environnement sévère des ensembles de coupe 5 ne transitent par les pions d'actionnement 37 et les gorges de guidage 35. L'effet de came entre les pions d'actionnement 37 et les gorges de guidage 35 devient donc inopérant lorsque les cales latérales 36 sont dans la position de bridage, puisque ce sont les faces d'appui 34a, 36a de la cale centrale 34 et des cales latérales 36 qui supportent les efforts de contrainte.
On comprendra bien entendu que l'invention couvre également le cas d'un ensemble de bridage 3 équivalent, dans lequel les cales latérales 36 sont montées solidairement et de façon libre en rotation sur la cale centrale 34, tandis que les gorges de guidage 35 formant les surface de came sont formées dans l'embase 32. La translation de la cale centrale 34 entraine alors le déplacement des pions d'actionnement 37 le long des gorges de guidage 35, de préférence suivant des arcs de cercle centrés sur l'axe Y, et donc la rotation des cales latérales 36 par rapport à la cale centrale 34 entre leur position escamotée et leur position de bridage.
Afin de déplacer la cale centrale 34 par rapport à l'embase 32, l'ensemble de bridage 3 comprend en outre un actionneur 38, monté sur l'embase 32 et la cale centrale 34.
Par exemple, l'actionneur peut comprendre un goujon fileté 39 ancré dans l'embase 32, au niveau de l'extrémité libre duquel est vissé un écrou 38 d'actionnement, ici un écrou à collerette. L'écrou 39 est en outre monté sur la cale centrale 34 de manière à être solidaire en translation de celle-ci. Le vissage/dévissage de l'écrou 38 sur le goujon fileté 39 entraine alors le déplacement de l'écrou 38 le long du goujon fileté 39 et donc celui de la cale centrale 34 par rapport à l'embase 32. De préférence, le couple de serrage sur l'écrou 38 permet d'appliquer un effort suffisant aux cales latérales 36 pour bloquer la molette 10 par rapport au boîtier 2 pendant son travail de creusement, malgré l'environnement sévère subit par l'ensemble de coupe 5.
Cet exemple de réalisation de l'actionneur 38 n'est pas limitatif, d'autres types d'actionneurs 38 capables de commander la translation de la cale centrale 34 par rapport à l'embase 32 tout en assurant le maintien en position en bout de course de la molette 10 pouvant être envisagés. Il peut s'agir par exemple d'un vérin hydraulique. Dans une variante de réalisation illustrée sur la figure 5, le boîtier 2 comprend en outre un système de calage latéral 40 adapté pour ajuster le calage de la molette 10 et des ensembles de bridage 3 dans le boîtier 2 le long de l'axe X de rotation de la molette 10. Ce système de calage latéral 40 comprend une boîte 42, rapportée sur l'une des parois latérales 20 du boîtier 2 et comprenant un logement dans lequel sont logés deux coins 44, 46 connectés ensemble à la manière d'une queue d'aronde. Un premier 44 des coins est fixé sur la paroi latérale 20 du boîtier 2, et donc immobile par rapport à celle-ci, tandis que le deuxième coin 46 est susceptible de glisser sur une surface 45 du premier coin 44, qui forme une surface de came. De préférence, les dimensions des coins 44, 46 sont telles que le deuxième coin 46 est bloqué dans une direction perpendiculaire à la paroi latérale 20, mais mobile dans une direction de translation T sensiblement parallèle à celle-ci. Une vis 48, s'étendant selon la direction de translation T, est en outre fixée sur le deuxième coin 46. Ainsi, le vissage de la vis 48 entraine le déplacement du deuxième coin 46 vers une position de travail du coin, dans laquelle les coins 44, 46 appliquent un effort selon perpendiculairement à la paroi latérale 20 du boîtier 2, et une position rétractée, dans laquelle les coins 44, 46 sont au repos.
En variante, la vis 48 pourrait être remplacée par un doigt d'appui muni d'un ressort.
Le boîtier 2 de l'ensemble de coupe 5 peut en en outre configuré pour permettre le bridage de la molette 10 à l'aide d'un système de verrouillage manuel conventionnel. A cet effet, le boîtier 2 peut comprendre, dans la face interne des parois latérales 20 opposées dans lesquelles sont formées les empreintes 26, deux empreintes supplémentaires 28. Les empreintes supplémentaires 28 sont de préférence formées entre les empreintes 26 destinées à recevoir les cales latérales 36 des ensembles de bridage 3 et la face avant 22. Comme visible sur la figure 6, chaque empreinte supplémentaire 28 est adaptée pour loger une cale latérale supplémentaire 40 du système de verrouillage manuel, distincte des ensembles de bridage 3. Les cales latérales supplémentaires 36 sont alors maintenues en prise dans les empreintes supplémentaires 28 à l'aide d'une cale centrale supplémentaire 42, vissée sur un support de serrage conventionnel, lui-même fixé sur la face latérale 12 de la molette 10.
Le porte-outil 1 de coupe conforme à l'invention permet par conséquent, sans modification de la molette 10, de brider de manière simple, rapide, peu coûteuse et automatisée, une molette 10. Le cas échéant, le boîtier du porte-outil 1 peut en outre permettre le bridage par des systèmes conventionnels de la molette 10.
Un procédé de remplacement S d'une molette 10 dans un porte-outil 1 conforme à l'invention va à présent être décrit en référence à la figure 7.
Lors de la mise en service du tunnelier, chaque molette 10 est installée dans son boîtier 2 en étant soumise à une précontrainte appliquée sur les cales latérales 36 par l'actionneur 38 qui lui permet de résister aux efforts qu'elle subit en fonctionnement (c'est-à-dire pendant l'abatage). La réaction de cette contrainte est issue des faces latérales de l'embase 32 créant ainsi un bouclage des efforts qui permettent l'immobilisation parfaite de la molette 10 sous charges et lors de la relaxation des efforts de coupe (rebond). De plus, la variation de l'effort dans les goujons 38 reste bien inférieure à leur valeur de précontrainte ce qui garantit l'absence de desserrage
De manière conventionnelle, le boîtier 2 est quant à lui fixé sur la tête de coupe, typiquement par soudure.
Le procédé de remplacement S comprend une première étape S1 d'extraction de la molette 10 usagée du boîtier 2, et une deuxième étape S1 de mise en place dans le boîtier 2 d'une molette 10 de remplacement. L'extraction S1 de la molette 10 usagée et la mise en place de la molette 10 de remplacement S2 peuvent être réalisée de façon automatique, à l'aide d'un dispositif de manipulation adapté. En effet, les différentes pièces de l'ensemble de bridage 3 sont solidaires les unes des autres et donc imperdables. Cette forme de réalisation est particulièrement avantageuse dans le cas de tunneliers à front confiné, puisque l'environnement de travail est en conditions hyperbares. Dans de tels tunneliers, le changement de molette 10 est effectué, pour des raisons de sécurité, par l'arrière de la tête de coupe, c'est-à-dire du côté de la tête de coupe opposé au front de coupe.
En variante, les étapes d'extraction S1 et de mise en place S2 peuvent être faites en tout ou partie manuellement.
Dans ce qui suit, le procédé de remplacement S va être décrit dans le cas d'un ensemble 5 de coupe de tunnelier comprenant un porte-outil 1 de coupe comportant deux ensembles de bridage 3 fixés de part et d'autre de la molette 10, munis chacun d'un actionneur 38 comprenant un fourreau logeant un goujon 39 fileté. Par ailleurs, chaque ensemble de bridage 3 comprend, comme illustré sur les figures 4a et 4b, deux cales latérales 36, montées à rotation sur l'embase 32 est actionnables par translation de la cale centrale 34 par l'actionneur 38.
Ceci n'est cependant pas limitatif, dans la mesure où les cales latérales 36 pourraient être montées à rotation sur la cale centrale 34 dont le déplacement ne suit pas nécessairement un mouvement de translation, et/ou l'actionneur 38 pourrait comprendre d'autres organes qu'un goujon 39 et un fourreau 38.
Le mécanisme de bridage et de débridage peut alors être actionné par simple vissage ou dévissage des actionneurs 38 des ensembles de bridage 3, ce qui rend la mise en œuvre du procédé particulièrement adaptée à l'utilisation d'un dispositif de manipulation automatique. L'extraction d'une molette 10 usagée de son boîtier 2 est mise en œuvre au cours des étapes suivantes.
Dans un premier temps S1 1 , un dispositif de manipulation de la molette 10 est amené jusqu'au boîtier 2, par la face arrière 24 de la tête de coupe (c'est-à-dire la face opposée au front de coupe), et fixé au boîtier 2 afin de permettre l'extraction de la molette 10.
Par exemple, le dispositif de manipulation et le boîtier 2 peuvent présenter des logements respectifs qui coopèrent pour permettre le guidage et l'accostage du dispositif de manipulation sur le boîtier 2.
L'amenée du dispositif de manipulation peut être effectuée de manière semi-automatisée au moyen d'un palan ou bien de manière totalement automatisée, grâce à un robot de manutention.
Une fois en position, des éléments de verrouillage du dispositif de manipulation ou du robot porteur peuvent être actionnés pour assurer le verrouillage du dispositif sur le boîtier 2. Ces éléments de verrouillage peuvent comprendre des pions de retenue mobiles d'un quart de tour agencés sur le dispositif de manipulation pour retenir des logements adéquats ménagés sur le boîtier 2.
Dans un deuxième temps S12, le dispositif de manipulation saisit les ensembles de bridage 3 et/ou la molette 10.
A cet effet, le dispositif de manipulation peut comprendre un élément de préhension agencé pour saisir la molette 10 et l'indexer le tout à sécurité. En variante, l'élément de préhension pourrait saisir et indexer les ensembles de bridage 3.
A ce stade, la molette 10 est toujours logée dans le boîtier 2 et bridée dans celui-ci. Des dispositifs de commande peuvent alors accoster le boîtier 2 puis manœuvrer S13 les ensembles de bridage 3 afin de déplacer les cales latérales 36 de leur position de bridage vers leur position escamotée en les rapprochant grâce aux actionneurs 8. La molette 10 et les ensembles de bridage 3 sont alors désengagés du boîtier 2 et peuvent être extraits S14 par un effet d'éjection généré par la fin du mouvement de manœuvre des ensembles de bridage 3. Ce principe n'est pas limitatif, le mouvement d'éjection pouvant aussi être issu d'un actionneur supplémentaire. Ce mouvement d'éjection peut notamment être généré soit par une réaction d'appui sur la structure de la tête de coupe solidaire du boîtier 2, soit sur le boîtier 2 , soit par le dispositif supportant le dispositif de manipulation.
Pour que la molette 10 soit manipulable pour son extraction S13, l'ensemble des éléments solidaires de la molette 10 doivent de préférence être immobiles les uns par rapport aux autres pour former un bloc rigide. A cet effet, les ensembles de bridage 3 peuvent être mis en contrainte de telle manière que les pièces des ensembles de bridage 3 deviennent immobiles les unes par rapport aux autres, par exemple en maintenant l'actionneur 38 en position par rapport à l'embase 30 alors que les cales latérales 36 sont en position escamotée.
Lors de l'extraction S14, un effort relativement important peut être nécessaire du fait de l'arc-boutement résultant principalement des contraintes en fonctionnement qui coincent la molette 10 dans son boîtier 2.
Le dispositif de manipulation de la molette 10 comprend donc des éléments d'extraction (par exemple des vérins ou vibreurs) qui permettent d'exercer la force d'extraction et de décollement nécessaire. Le cas échéant, l'arc-boutement peut être réduit en formant des faces de dépouille dans les parois latérales 20 et les faces 21 , 24 du boîtier 2 sur le chemin de la molette 10 lors de son mouvement d'extraction.
Enfin, le dispositif de manipulation peut être retiré S15 et l'assemblage comprenant les ensembles de bridage 3 et la molette 10 peut être acheminé jusqu'à l'atelier où la molette 10 usagée est démontée.
On notera qu'à tout moment avant, pendant ou après l'étape d'extraction S1 , des sous-phases de nettoyage, par exemple par des jets d'eau à haute pression, peuvent être mises en œuvre de manière à pouvoir assurer la propreté des faces d'appui du porte-outil 1 lors de la réception de la nouvelle molette 10.
On peut en outre procéder à un nettoyage du dispositif de manipulation avant de le réutiliser pour mettre en place une nouvelle molette 10.
La mise en place S2 d'une molette 10 de remplacement dans le boîtier 2 peut être mise en œuvre au cours des étapes suivantes.
Dans un premier temps, dans l'atelier, on fixe les ensembles de bridage 3 sur la molette 10, par exemple par vissage de l'embase 32 sur les faces latérales 12 de la molette 10. Le dispositif de manipulation peut alors saisir S21 la molette 10 avec l'élément de préhension du dispositif de manipulation mentionné plus haut.
Pour que la molette 10 soit manipulable, les différentes pièces des ensembles de bridage 3 sont de préférence rendues immobiles les unes par rapport aux autres pour qu'elles constituent un bloc rigide. Par ailleurs, les cales latérales 36 sont amenées en position escamotée, afin de ne pas entraver l'introduction de la molette 10 dans le boîtier 2.
Le dispositif de manipulation supportant la molette 10 et les ensembles de bridage 3 est alors amené en vis-à-vis de la face arrière 24 du boîtier 2.
Une fois en position centrée sur le boîtier 2, le dispositif de manipulation est bridé S22 sur celui-ci par ses éléments de verrouillage.
L'élément de préhension du dispositif de manipulation est alors avancé S23 pour insérer la molette 10 munie des ensembles de bridage 3 dans la chambre 21 du boîtier 2 jusqu'à ce qu'elle arrive en butée contre la face avant 22 du boîtier.
Optionnellement, grâce à des logements agencés dans les faces internes des parois latérales 20 du boîtier 2, la molette 10 est automatiquement centrée par rapport à celui-ci. La forme des logements peut en outre être prévue pour procurer des surfaces d'appui pour les extrémités de l'arbre de la molette 10 dans la partie avant du boîtier 2. Par ailleurs, le boîtier 2 peut en outre comprendre des moyens 30 formant butée disposés dans une zone adjacente à la face avant 12, adaptés pour limiter la course de la molette 10 dans le boîtier 2 lors de son insertion S23. Par exemple, sur les figures 4a et 4b, les moyens 30 formant butée comprennent deux vis, fixées dans les parois latérales opposées 20 du boîtier 2 dans lesquelles sont formées les empreintes 26, au voisinage de la face avant 12. Les vis 30 sont configurées pour former une butée d'arrêt et entrer en contact avec les embases 32 lorsque la molette Ù10 est insérée S23 dans le boîtier 32, ce qui permet de garantir que la molette 10 ne soit pas trop avancée par rapport à la face avant 12 du boîtier et que les cales latérales 36 se trouvent bien en regard de leur empreinte 26 correspondante.
Dans une forme de réalisation, une fois les moyens 30 formant butée atteints par la molette 10, celle-ci peut être légèrement reculée afin de ne pas rester en contact avec lesdits moyens 30 lorsque l'ensemble de coupe 5 est en fonctionnement, et d'éviter de générer des efforts susceptibles de parasiter la précontrainte appliquée par les ensembles de bridage 3 en position de bridage. En variante, ce léger recul peut être généré par le profil des appuis des moyens 30 formant butée sur les embases 32.
Des dispositifs de commande peuvent alors accoster le boîtier 2 puis manœuvrer les ensembles de bridage 3 afin de déplacer les cales latérales 36 de leur position escamotée vers leur position de bridage S24 en les faisant basculer transversalement grâce aux actionneurs 8. A cet effet, un effort de rotation est appliqué à l'écrou 38, afin de l'amener en bout de course et d'engager les cales latérales 36 dans l'empreinte 26 en regard du boîtier 2. De préférence, le couple de serrage appliqué par le à l'écrou 38 en position de bridage est suffisant pour que les cales latérales 36 appliquent une pré-contrainte au boîtier 2 capable de supporter les vibrations sévères, même en terrain dur.
La molette 10 et les ensembles de bridage 3 sont alors engagés dans le boîtier 2 et maintenus fermement dans cette position.
La mise en place de la molette 10 avec précontrainte étant achevée, on détache alors le dispositif de manipulation (dispositifs de commande, élément de préhension et éléments de verrouillage).

Claims

REVENDICATIONS
1 . Porte-outil de coupe (1 ) pour un tunnelier, ledit porte-outil de coupe (1 ) étant adapté pour loger une molette (10) montée libre en rotation autour d'un axe de rotation (X) dans ledit porte-outil (1 ) et comprenant :
- un boîtier (2), définissant une chambre (21 ) agencée pour loger la molette (10), ledit boîtier (2) comprenant deux empreintes (26) formées dans des parois (20) opposées de la chambre (21 ), et
- deux ensembles de bridage (3), configurés pour être montés de part et d'autre de la molette (10) de façon amovible dans le boîtier (2), et comprenant chacun :
■ une embase (32), adaptée pour être fixée sur la molette (10) dans le boîtier (2), ladite molette (10) restant libre en rotation autour de son axe de rotation (X), et
■ une cale centrale (34) et deux cales latérales (36),
le porte outil de coupe (1 ) étant caractérisé en ce que, pour chaque ensemble de bridage (3), la cale centrale (34) est montée mobile sur l'embase (32) et en ce que les deux cales latérales (36) sont montées sur l'embase (32) et la cale centrale (34) en étant articulées par rapport à celles-ci entre une position escamotée, dans laquelle les cales latérales (36) s'escamotent et permettent le retrait de l'ensemble de bridage (3) par rapport au boîtier (2), et une position de bridage, dans laquelle les cales latérales (36) basculent et s'engagent dans l'empreinte (26) en regard du boîtier (2) afin d'empêcher l'extraction de l'ensemble de bridage (3) du boîtier (2).
2. Porte-outil de coupe (1 ) selon la revendication 1 , dans lequel chaque ensemble de bridage (3) comprend en outre un goujon fileté (39), monté sur l'embase (32), et un écrou d'actionnement (39), monté d'une part sur la cale centrale (34) et d'autre part sur le goujon fileté (39), de sorte que le vissage ou le dévissage dudit écrou d'actionnement (38) entraine la translation de la cale centrale (34) par rapport à l'embase (32) et le déplacement des cales latérales (36) entre leur position escamotée et leur position de bridage. 3. Porte-outil de coupe (1 ) selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel :
- les cales latérales (36) sont montées à rotation autour d'un axe (Y) sur l'embase (32) ou sur la cale centrale (34), et comprennent chacune un pion d'actionnement (37), et
- deux gorges de guidage (35) sont formées dans la cale centrale (34) ou dans l'embase (32) respectivement, lesdites gorges de guidage (35) définissant des surfaces de came pour les pions d'actionnement (37), chaque pion d'actionnement (37) étant logé dans une gorge de guidage (35) de sorte que le déplacement de la cale centrale (34) par rapport à l'embase (32) entraine le déplacement du pion d'actionnement (37) le long de la gorge de guidage (35) et donc la rotation de la cale latérale (36) par rapport à l'embase (30) entre sa position escamotée et sa position de bridage.
4. Porte-outil de coupe (1 ) selon la revendication 3, dans lequel les cales latérales (36) sont montées à rotation sur l'embase (32) et les gorges de guidage (35) sont formées dans la cale centrale (34).
5. Porte-outil de coupe (1 ) selon l'une des revendications 3 ou 4, dans lequel l'axe (Y) de rotation des cales latérales (36) est sensiblement parallèle à l'axe de rotation (X) de la molette (10).
6. Porte-outil (1 ) de coupe selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel les cales latérales (36) et la cale centrale (34) comprennent des faces d'appui (36a, 34a) associées, configurées pour venir en prise lorsque les cales latérales (36) sont dans la position de bridage afin de supporter les efforts transitant dans les ensembles de bridage (3) et conférer un état stable auxdits ensembles de bridage (3).
7. Porte-outil de coupe (1 ) selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel les cales latérales (36) s'étendant sensiblement symétriquement par rapport à l'embase (32).
8. Porte-outil de coupe (1 ) selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel le boîtier (2) comprend en outre quatre empreintes supplémentaires (28) respectivement chacune dans les parois latérales (20) opposées entre les empreintes (26) et la face avant (22) du boîtier (2), adaptées pour recevoir chacune une cale latérale (36) supplémentaire distincte des ensembles de bridage (3).
9 Boîtier (2) d'un porte-outil de coupe (1 ) pour un tunnelier selon l'une des revendications 1 à 8, comprenant des parois latérales (20) et une face avant (22), par laquelle la molette (10) fait saillie, définissant ensemble une chambre (21 ) agencée pour loger la molette (10),
le boîtier (2) étant caractérisé en ce qu'il comprend deux empreintes (26) formées dans des parois latérales (20) opposées de la chambre (21 ), et adaptées pour venir en prise avec les cales latérales (36) lorsque lesdites cales latérales (36) sont dans leur position de bridage afin d'empêcher l'extraction des ensembles de bridage (3) du boîtier (2).
10. Boîtier (2) selon la revendication 9, comprenant en outre au moins quatre empreintes supplémentaires (28) formées respectivement dans les parois latérales (20) opposées entre les empreintes (26) et la face avant (22) du boîtier (2) et adaptées pour recevoir chacune une cale latérale (36) supplémentaire distincte des ensembles de bridage (3).
1 1 . Boîtier (2) selon l'une des revendications 9 ou 10, comprenant en outre un système de calage latéral (40), fixé sur l'une des parois latérales
(20) opposées de la chambre (21 ), adapté pour appliquer un effort latéral sur le boîtier (2).
12. Ensemble de bridage (3) d'un porte-outil de coupe (1 ) pour un tunnelier selon l'une des revendications 1 à 8, configurés pour être montés de part et d'autre d'une molette (10) de façon amovible dans un boîtier (2), et comprenant chacun :
- une embase (32), adaptée pour être fixée sur la molette (10) dans le boîtier (2), ladite molette (10) restant libre en rotation autour de son axe de rotation (X), et
- une cale centrale (34) et deux cales latérales (36),
l'ensemble de bridage (3) étant caractérisé en ce que la cale centrale (34) est montée mobile sur l'embase (32) et en ce que les deux cales latérales (36) sont montées sur l'embase (32) et la cale centrale (34) en étant articulées par rapport à celles-ci entre une position escamotée, dans laquelle les cales latérales (36) s'escamotent et permettent le retrait de l'ensemble de bridage (3) par rapport au boîtier (2), et une position de bridage, dans laquelle les cales latérales (36) basculent et s'engagent dans l'empreinte (26) en regard du boîtier (2) afin d'empêcher l'extraction de l'ensemble de bridage (3) du boîtier (2). 13. Ensemble de coupe (5) pour un tunnelier, comprenant une molette (10), fixée dans un porte-outil de coupe (1 ) selon l'une des revendications 1 à 8.
14. Procédé de remplacement (S) d'une molette (10) d'un ensemble de coupe (5) pour un tunnelier selon la revendication 13, caractérisé en ce comprend les étapes de :
(iii) extraction (S1 ) d'une molette (10) usagée du boîtier (2), comprenant les étapes suivantes :
- accostage et prise d'appui (S1 1 ) sur le boîtier (2) d'un dispositif de manipulation adapté pour la préhension et le guidage de la molette (10),
- préhension (S12) de l'ensemble de bridage (3) et/ou de la molette (10) par le dispositif de manipulation, - libération (S13) du bridage appliqué à l'ensemble de bridage (3) et au boîtier (2),
- extraction (S14) de la molette (10) du boîtier (2),
- retrait (S15) du dispositif de manipulation du boîtier (2),
(iv) mise en place (S2) dans ledit boîtier (2) d'une molette (10) de remplacement, comprenant les étapes suivantes :
- préhension (S21 ) de l'ensemble de bridage (3) et/ou de la molette (10) par le dispositif de manipulation,
- accostage et prise d'appui (S22) du dispositif de manipulation sur le boîtier (2),
- introduction (S23) de la molette (10) dans le boîtier (2), ladite molette (10) étant guidée par le dispositif de manipulation,
- manœuvre (S24) de l'ensemble de bridage (3) de la molette (10), de manière à loger la cale (36) dans l'empreinte (26) du boîtier (2).
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