Machine d'excavation ayant un kelly muni de cavités débouchant sur deux faces

La présente invention concerne le domaine général des techniques d'excavation de sol.

La présente invention concerne plus particulièrement une machine d'excavation comportant :

• un mât ayant une direction longitudinale,
• une barre qui présente une première extrémité munie d'un outil d'excavation, ladite barre comprenant une pluralité de cavités, chacune des cavités présentant une première ouverture débouchant dans une face longitudinale de la barre,
• un chariot mobile destiné à déplacer la barre selon la direction longitudinale du mât, ledit chariot comprenant un premier organe de maintien pour maintenir la barre par rapport au chariot, ledit premier organe de maintien présentant un état déverrouillé dans lequel le premier organe de maintien est libre de se déplacer par rapport à la barre et un état verrouillé dans lequel le déplacement de la barre par rapport au premier organe de maintien est bloqué, ledit premier organe de maintien comportant au moins un doigt de blocage apte à être inséré transversalement dans la première ouverture de l'une des cavités afin de mettre le premier organe de maintien dans l'état verrouillé.

Un exemple particulier d'une telle machine est déjà connu au travers de FR 2 888 859.

Cette machine permet notamment de mettre en oeuvre la technique de « soil-mixing » qui consiste à exécuter des panneaux successifs en mélangeant in-situ le sol découpé de la tranchée avec du ciment ou plus généralement un liant, le mélange sol/liant formant la paroi. Cette technique est particulièrement utilisée pour la réalisation de murs de soutènement ou d'écrans d'étanchéité.

Par ailleurs, cette machine permet de réaliser des parois enterrées dans le sol du type parois moulées. Cela consiste à réaliser successivement dans le sol, à l'aide d'une telle machine d'excavation, des portions de tranchée et de remplir la tranchée ainsi réalisée avec un ciment ou un béton.

Pour réaliser les portions de tranchée, le chariot coulisse le long du mât depuis son extrémité supérieure jusqu'à son extrémité inférieure, afin de déplacer la barre selon la direction longitudinale du mât.

Pour certains chantiers, il est nécessaire de réaliser des tranchées de grande profondeur. Pour ce faire, on utilise une barre, généralement appelée « kelly », dont la longueur est supérieure à celle du mât.

Dès lors, l'enfoncement du kelly dans le sol, mais également sa remontée hors de la tranchée, nécessitent de s'y prendre au moins en deux fois.

Par exemple, pour ce qui concerne la remontée, le chariot est tout d'abord amené à une première extrémité du mât, son extrémité inférieure. Puis on verrouille le premier organe de maintien par l'insertion du doigt de blocage du premier organe de maintien dans l'une des cavités du kelly afin de solidariser la barre au chariot, avant de remonter le chariot vers la seconde extrémité du mât, son extrémité supérieure.

Après que le chariot est arrivé à l'extrémité supérieure du mât, on bloque le kelly par rapport au mât et on déverrouille le premier organe de maintien. Ensuite le chariot est amené à l'extrémité inférieure du mât avant d'être à nouveau bloqué au kelly par l'insertion du doigt de blocage du premier organe de maintien dans l'une des cavités du kelly. Puis, on débloque le kelly par rapport au mât et on amène le chariot vers l'extrémité supérieure du mât. Cette opération est réalisée autant de fois que nécessaire pour extraire l'outil d'excavation de la tranchée.

Cependant, en pratique, l'insertion du doigt de blocage pose souvent des difficultés.

En effet, lorsque le kelly est enfoncé dans la tranchée, il est très fréquent que ses cavités se remplissent de boue résultant par exemple du mélange de sol excavé et de liant.

Par suite, lors de l'insertion du doigt dans la cavité, la boue contenue dans la cavité tend à se tasser au fond de cette dernière, tant et si bien qu'après plusieurs opérations d'excavation, les cavités tendent à se boucher, ce qui empêche, ou à tout le moins rend plus difficile, l'insertion du doigt. Il s'ensuit que le premier organe de maintien risque de mal saisir le kelly, ce qui peut entraîner un mauvais blocage du kelly au chariot.

Un but de la présente invention est de proposer une machine d'excavation du type précité améliorant le verrouillage du kelly au chariot.

L'invention atteint son but par le fait que chacune des cavités présente en outre une seconde ouverture communiquant avec la première ouverture tout en débouchant dans une autre face longitudinale de la barre.

On comprend donc que de manière avantageuse, l'insertion du doigt dans la cavité permet en outre de déboucher celle-ci. En effet, si de la boue est entrée dans la cavité, l'insertion du doigt par la première ouverture entraîne avantageusement l'évacuation de cette boue par la seconde ouverture, dans la mesure où les première et seconde cavités communiquent entre elles.

Ainsi, grâce à invention, la boue ne reste pas dans la cavité et ne risque donc pas de se tasser et d'obturer la cavité.

Contrairement aux machines d'excavation précédemment connues, la machine selon l'invention dispense l'opérateur de nettoyer souvent les cavités du kelly.

Par ailleurs, la barre ayant généralement une section sensiblement rectangulaire, la face longitudinale de la barre où débouche la première ouverture est préférentiellement orthogonale à l'autre face longitudinale.

De manière avantageuse, chaque face longitudinale de la barre présente des bords longitudinaux et les cavités sont constituées par des encoches ménagées le long desdits bords.

Chaque encoche s'ouvre donc sur deux faces longitudinales orthogonales, c'est-à-dire sur environ 90°.

Chaque encoche comporte une paroi de bord, s'étendant parallèlement à la direction d'insertion du doigt, ainsi qu'une paroi de fond perpendiculaire à la paroi de bord.

L'intersection de la paroi de bord avec la face longitudinale définit un bord de la première ouverture, tandis que l'intersection de la paroi de fond avec l'autre face longitudinale définit un bord de la seconde ouverture.

De préférence, la barre comporte une pluralité de paires de cavités s'étendant dans des plans transversaux à la direction longitudinale de la barre.

Les paires de cavités peuvent être réparties régulièrement selon la direction longitudinale de la barre, ou bien, de préférence, être localisées à proximité des deux extrémités de la barre, ainsi qu'à une distance de la première extrémité de la barre sensiblement égale à la longueur du mât afin de minimiser le nombre de cavités nécessaires.

De manière préférentielle, la barre présente quatre bords longitudinaux le long desquels sont ménagées les cavités, et au moins quatre desdites cavités s'étendent dans un même plan transversal à la direction longitudinale de la barre.

Pour réaliser le blocage de la barre par rapport au chariot, le premier organe de maintien comporte au moins une paire de doigts de blocage apte à coopérer avec l'une des paires de cavités.

La distance entre deux doigts d'une paire correspond sensiblement à la largeur de la face longitudinale.

De préférence, le premier organe de maintien comporte deux paires de doigts de blocage disposées de part et d'autre de la barre. On peut toutefois prévoir une seule paire de doigts de blocage, et un rouleau disposé de l'autre côté de la barre et prenant appui contre cette dernière. Toutefois, l'utilisation de deux paires de doigts de blocage flanquant la barre permet d'améliorer le maintien de celle-ci.

Avantageusement, chaque paire de doigts de blocage est montée pivotante sur le premier organe de maintien, tout en étant préférentiellement actionnée par un vérin hydraulique.

Afin d'améliorer l'insertion du doigt dans la cavité, ledit doigt de blocage présente un profil biseauté. Pour ce faire, le profil biseauté est arrangé de façon à faciliter l'évacuation de la boue hors de la cavité en la guidant vers la seconde ouverture.

De préférence, mais non nécessairement, le premier organe de maintien comporte en outre au moins un rouleau transversal, ou une plaque d'usure, apte à coopérer avec l'une des faces longitudinales de la barre.

Enfin, de manière particulièrement avantageuse, le mât comporte une première extrémité munie d'un second organe de maintien pour maintenir la barre par rapport au mât, le second organe de maintien étant analogue au premier organe de maintien.

Le second organe de maintien permet de bloquer la barre au mât notamment lorsque le premier organe de maintien est dans l'état déverrouillé.

De préférence, chacun des premier et second organes de maintien comporte deux paires de doigts flanquant la barre.

L'invention sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui suit, d'un mode de réalisation représenté à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins, sur lesquels :

• la figure 1 représente une machine d'excavation selon l'invention, la barre étant en position relevée et le chariot étant positionné à l'extrémité supérieure du mât ;
• la figure 2 est une vue de détail de la figure 1, montrant le chariot et le premier organe de maintien en position verrouillée ;
• la figure 3 est une vue de détail de l'extrémité inférieure du mât de la machine de la figure 1, montrant les premier et second organes de maintien lorsque le chariot est positionné à l'extrémité inférieure du mât ;
• la figure 4 est une vue en perspective d'une fraction de la barre de la machine de la figure 1 ;
• la figure 5 est une vue de face de la barre de la figure 4 ; et
• la figure 6 est une vue de côté de la barre de la figure 4.

La machine d'excavation 10 représentée sur la figure 1 comprend un châssis mobile 12 sur lequel est monté un mât ayant une direction longitudinale L, ce dernier s'élevant de préférence mais pas nécessairement selon une direction sensiblement verticale. La machine 10 comporte en outre un chariot 16 mobile selon la direction longitudinale du mât, qui peut se déplacer entre une première extrémité 14a du mât, son extrémité inférieure, et une seconde extrémité 14b, son extrémité supérieure. Pour ce faire, le chariot 16 coulisse le long du mât 14.

De manière connue en soi, le chariot 16 est destiné à déplacer verticalement une barre 18, communément appelée « kelly », dont une première extrémité 18a, son extrémité inférieure est munie d'un outil d'excavation 19. Les moyens utilisés pour déplacer le chariot 16 le long du mât étant bien connus de l'homme de l'art, ils ne sont pas décrits ici.

L'outil d'excavation 19 est ici constitué par une fraise pour mélange de sol de type connu en soi. Plus précisément, l'outil d'excavation comporte deux outils rotatifs 19a,19b prévus pour tourner autour d'axes parallèles horizontaux lors des opérations d'excavation. Ces outils rotatifs 19a,19b, actionnés par des moteurs hydrauliques intégrés (non représentés ici) permettent à la fois la découpe du sol pour réaliser une portion de tranchée sensiblement verticale, correspondant à la paroi à réaliser, et le mélange du sol découpé avec du liant ou du ciment.

Lors du fonctionnement de la machine d'excavation 10, le kelly 18 s'étend de préférence mais pas nécessairement selon une direction sensiblement verticale, de manière sensiblement parallèle au mât 14, comme cela est représenté sur la figure 1.

Comme on l'a déjà mentionné ci-dessus, le chariot 16 est apte à déplacer le kelly 18 selon la direction longitudinale du mât 14.

Pour ce faire, le chariot 16 comprend un premier organe de maintien 20, visible sur la figure 2, pour maintenir le kelly 18 par rapport au chariot 16. En d'autres termes, le premier organe de maintien 20 est apte à solidariser le kelly 18 au chariot 16, ce dernier pouvant alors exercer une poussée verticale descendante sur le kelly 18 afin d'enfoncer l'outil d'excavation 20 dans le sol en vue de réaliser la portion de tranchée. Bien évidemment, le chariot 16 est également utilisé pour remonter l'outil d'excavation 20 après que la portion de tranchée a été excavée.

A l'aide des figures 2 et 3, on va maintenant décrire plus en détail le premier organe de maintien 20.

En se référant à la figure 3, on voit que le premier organe de maintien présente un état déverrouillé dans lequel le premier organe de maintien est libre de se déplacer par rapport à la barre 18. Et, en se référant à la figure 2, on voit que le premier organe de maintien présente également un état verrouillé dans lequel le déplacement de la barre par rapport au premier organe de maintien est bloqué.

Ainsi, lorsque le premier organe de maintien est verrouillé, le kelly 18 est solidarisé au chariot 16 en vue d'effectuer l'opération de descente ou de remontée de l'outil d'excavation. Tandis que lorsque le premier organe de maintien est déverrouillé, le chariot 16 peut coulisser le long du kelly 18.

Le verrouillage du premier organe de maintien 20 est réalisé dans cet exemple grâce à deux paires de doigts de blocage 22,24 déplaçables.

Ces deux paires sont arrangées sur le premier organe de maintien 20 de part et d'autre du kelly 18.

Les paires de doigts 22,24 sont montées pivotante sur le premier organe de maintien 20, autour des axes de rotation référencés A1 et A2. Comme on le voit mieux sur la figure 3, ces deux axes de rotation sont perpendiculaires à la direction longitudinale du mât 14. On constate aussi que ces axes de rotation A1, A2 sont orthogonaux au plan 14c dans lequel le chariot est destiné à se déplacer, ce plan 14c correspondant à une face longitudinale du mât 14 qui est disposée en regard du kelly 18.

Pour faire pivoter les paires de doigts 22,24, celles-ci sont actionnées par des vérins hydrauliques portant les références 26 et 28.

Qui plus est, les paires de doigts 22,24 et les vérins 26,28 sont montés sur un support 30 pouvant pivoter selon un axe de rotation B par rapport à une pièce en « U » référencée 32 qui est fixée au chariot 16.

Comme on le voit sur la figure 3, les bras 32a,32b de la pièce en « U » 32 s'étendent orthogonalement depuis le chariot 16 selon une direction orthogonale à la face longitudinale 14c du mât 14 précitée, tout en flanquant le kelly 18. Le support 30 est monté pivotant aux extrémités de ces bras 32a,32b.

Le support 30, avec les bras 32a,32b de la pièce en « U » 32, enserrent le kelly 18, ce qui permet de maintenir ce dernier engagé dans le premier organe de maintien 20. De plus, pour améliorer le guidage en translation du kelly par rapport au chariot, lorsque le premier organe de maintien est déverrouillé, le support 30 comporte avantageusement au moins un rouleau rotatif 34 autour d'un axe perpendiculaire à la direction longitudinale du kelly 18, ledit rouleau s'étendant entre les deux paires de doigts 22,24 tout en prenant appui sur la face longitudinale 50 du kelly 18.

Selon une variante, on remplace le rouleau 34 par une plaque d'usure.

Pour réaliser le verrouillage du premier organe de maintien 20, chaque doigt des paires de doigts 22,24 est apte à être inséré transversalement dans des cavités 40,40',40" ménagées dans la barre 18, étant précisé que par transversalement, on entend une direction sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale du kelly 18.

Cette insertion est effectuée en actionnant les vérins 26,28 pour faire pivoter chacune des paires de doigts 22,24 autour de son axe de rotation.

Les doigts de blocage 22a,22b, 24a (le second doigt de la paire 24 n'est pas visible sur la figure 3) sont donc aptes à venir s'insérer transversalement par rapport à la direction de déplacement du kelly dans les cavités référencées 40 afin d'empêcher tout déplacement longitudinal du kelly 18.

Conformément à l'invention, les cavités 40 se présentent sous la forme d'encoches ménagées le long des bords longitudinaux 62 du kelly 18, les bords longitudinaux délimitant des faces longitudinales du kelly.

Ces encoches 40,40',40" sont mieux visibles sur les figures 4 à 6 qui représentent une portion du kelly 18.

Comme on le voit, ces encoches 40,40',40" sont ménagées le long des quatre bords longitudinaux 42 du kelly 18. Sur ces figures on a représenté trois groupes de quatre encoches. Comme on le voit, chacun des trois groupes est constitué de deux paires d'encoches s'étendant dans un plan P (respectivement P' et P") transversal à la direction longitudinale de la barre 18.

Autrement dit, chaque groupe d'encoches comporte deux paires d'encoches disposés de part et d'autre du kelly 18, et qui sont aptes à coopérer avec les paires de doigts 22,24 précitées.

En se référant aux figures 5 et 6, on constate que chacune des encoches 40,40',40" présente une première ouverture débouchant sur une des faces longitudinale du kelly et, de manière particulièrement avantageuse, une seconde ouverture débouchant sur une autre face longitudinale du kelly, orthogonale à la face longitudinale précitée.

Autrement dit, si l'on considère l'encoche 40a, on constate à l'aide de la figure 6 qu'elle présente une première ouverture 44 débouchant sur la face longitudinale 46 qui fait face à la paire de doigts 22. On note également, à l'aide de la figure 3, que c'est par cette première ouverture 44 que le doigt de blocage 22a est destiné à être inséré.

Sur la figure 5, on voit que la seconde ouverture 48 de l'encoche 40a débouche en outre sur la face longitudinale 50 du kelly 18, orthogonale à la fac 46.

Qui plus est, de manière avantageuse, on constate que la première ouverture 44 communique avec la seconde ouverture 48, de sorte que l'insertion du doigt de blocage 22a dans l'encoche 40a par la première ouverture 44 pousse les éventuels débris susceptibles de s'agglutiner dans cette encoche hors de cette dernière par la seconde ouverture 48.

Pour faciliter l'insertion des doigts dans les encoches, ceux-ci présentent un profil biseauté.

On constate également que la surface supérieure 52 des encoches 40,40',40", et en particulier celle de l'encoche 40a, est inclinée par rapport au plan transversal P. Cela permet d'assurer un contact continu entre le profil biseauté des doigts et la surface supérieure 52 des encoches lors de l'insertion desdits doigts.

C'est notamment le contact entre cette surface supérieure 52 et le doigt de blocage 22a destiné à être inséré dans l'encoche 60a qui permet le déplacement longitudinal du kelly 18 par rapport au mât lors du déplacement du chariot vers l'extrémité supérieure du mât.

On constate également que la surface inférieure 52' de chacune des encoches 40,40',40", et en particulier celle de l'encoche 40a, est inclinée par rapport au plan transversal associé en étant symétrique à la surface supérieure 52 par rapport audit plan transversal. Cela permet en particulier d'assurer un contact continu entre le profil biseauté des doigts et la surface inférieure 52' des encoches lors de l'insertion des doigts du second organe de maintien 54. C'est le contact entre cette surface inférieure 52' et le doigt de blocage 22a destiné à être inséré dans l'encoche 60a qui permet le déplacement longitudinal du kelly 18 par rapport au mât lors du déplacement du chariot vers l'extrémité inférieure du mât 14a.

Selon un aspect avantageux de la présente invention, la machine d'excavation 10 comporte en outre un second organe de maintien 54 situé à l'extrémité inférieure 14a du mât. Ce second organe de maintien, bien visible sur la figure 3, est analogue au premier organe de maintien 20. Autrement dit, le second organe de maintien 54 comporte également deux paires de doigts de blocage 56,58 flanquant le kelly 18 qui sont actionnés par des vérins hydrauliques 60, ces doigts de blocage étant également destinés à être insérés dans les encoches 40,40',40".

Le second organe de maintien 54 présente également un état verrouillé, dans lequel le kelly 18 est solidarisé au mât 14, grâce à l'insertion des doigts 56, 58 dans les encoches comme cela est représenté sur la figure 3, et un état déverrouillé dans lequel le kelly 18 est libre de se déplacer longitudinalement par rapport au mât 14.

Comme on le voit sur la figure 3, les paires de doigts 56,58 du second organe de maintien 54 sont montées préférentiellement de manière inversée par rapport aux paires de doigts 22,24 du premier organe de maintien 20, c'est-à-dire que les doigts du second organe de maintien 54 s'étendent vers les doigts du premier organe de maintien 20.

Sans sortir du cadre de la présente invention, on peut également disposer les paires de doigts 56,58 de sorte que lesdits doigts s'étendent dans un sens opposé à la paire de doigts 22,24 du premier organe de maintien.

Par ailleurs, le second organe de maintien 54 comporte un pont amovible 62 pourvu d'un rouleau 64 qui est similaire dans sa forme et sa fonction au rouleau 34 du premier organe de maintien 20. Ce pont amovible 62 permet d'ouvrir le second organe de maintien 54 afin de pouvoir y engager le kelly 18.

Dans une variante, on remplace le rouleau 64 par une plaque d'usure.