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Máquinas mecánicas de arranque
Los ingenios mecánicos, hoy en día son muy utilizados para perforar los barrenos en las minas, para hacerlos saltar o para hacer rozas o descalces, incluso para perforar galerías de una vez, utilizando, generalmente, motores de aire comprimido.
El empleo del aire comprimido como medio de transmisión a distancia de fuerza motriz se remonta al año 1845; un ingeniero francés, M. Triger lo utilizó por primera vez. Después M. Sommelier en la perforación del tunel de Mont Cenis ha utilizado en gran medida el aire comprimido. M. Pernolet preveyó en 1876 su empleo en las minas1, y M. Mathet lo ha desarrollado considerablemente2.
El aire se comprime en unos aparatos que no describiremos en este libro. Una canalización instalada desde el exterior hasta el fondo abastece a las máquinas que utilizan aire comprimido. En Blanzy, esta canalización tiene una longitud total de 22 kilómetros; para esta gran distancia el empleo del aire comprimido presenta menos inconvenientes que el uso del agua a presión, debido a las pérdidas de carga mucho más considerables de esta última, o el vapor, a causa de su rápido enfriamiento.
Perforadoras mecánicas. —
La perforadora Jordan y sus derivadas emplean aire comprimido por el brazo del operario. Este tipo de máquinas pueden ser rotativas o de percusión, y en este último caso el aparato percutor puede trabajar como la barrena y la maceta o como la barra de mina.
La perforadora Sommelier, cuyos servivios han sido tan apreciados en la perforación del tunel de Mont Cenis, es completamente automática.
La perforadora Dubois-François (fig. 30), de uso corriente hoy en día en las minas, representa un notable progreso respecto de la perforadora Sommelier. Ella está formada por un cilindro de bronce en el que se mueve un pistón P unido a una barra T que sirve de porta barrena.
Fig. 30. — Perforadora Dubois-François (corte longitudinal).
Una pieza cilíndrica A, apoyada sobre un colchón de aire comprimido, está situada en el extremo del cilindro con el fin de amortiguar los golpes del pistón en su retroceso; encima del cilindro se situa la cámara de distribución, desde ella el aire comprimido, por medio del distribuidor de corredera B y de las lumbreras m n, se irige a una u otra cara del pistón.
La corredera de la distribución B está fijada a dos pequeños pistones C y D, de ellos el D tiene un diámetro más grande y esta comunicado mediante un orificio 00. El aire comprimido de la cámara de distribución presiona sobre C y D, y hace avanzar la corredera de izquierda a derecha descubriendo el orificio m, por este motivo el aire a presión se introduce detrás del pistón P, para desplazarlo hacia adelante. Pero el aire comprimido penetra también por 00 detrás del pistón D, que se encuentra entonces en equiilibrio; la presión actuando en todo momento sobre C empuja hacia la izquierda la corredera, que pone ahora el aire comprimido en comunicación, por el orificio n, con la parte delantera del pistón P, mientras que la trasera se abre al escape. El útil, después de haber golpeado hacia la derecha de la figura, es impulsado hacia la izquierda; pero, en este movimiento, la parte de mayor diámetro E acciona un pedal que abre la válvula S y pone la parte trasera del pistón D en comunicación con el exterior. El movimiento se reproduce de la misma forma indefinidamente. Cuando la barrena se atasca, se la puede liberar fácilmente sin riesgo de averiar la corredera del distribuidor.
Fig. 31. — Perforadora Dubois-François (funcionamiento de la palanca del trinquete que hace girar la barrena).
El movimiento de rotación se obtiene mediante una palanca que acciona un mecanismo de trinquete compuesto de un trinquete calado sobre el porta barrenas y acoplado a una barra plana solidaria de las dos palancas, que le obligan a realizar un movimiento de balanceo; estas dos palancas (íig. 31) se mueven gracias a dos pistones M N, puestos en comunicación con las lumbreras m n. El mecanismo de trinquete deja pasar a cada movimiento de la barrena un diente de la rueda del trinquete y, por consiguiente, hace girar la barrena una décima parte de vuelta a cada golpe. El avance del aparato, a la vez y a medida que progresa el agujero, se realiza a mano por medio de una barra roscada, fijada sobre la estructura y unida a la perforadora por dos tuercas. Se perforan con este aparato barrenos muy largos que es necesario realizar en dos veces, parando para extraer la roca triturada que se acumula en la parte más profunda.
Fig. 32. — Tren de perforación Dubois-François.
Estas perforadoras, en un número máximo de cuatro, según sea la dimensión del frente de arranque, están soportadas por un carretón que rueda sobre la via ferrea de la galería, reposando sobre seis ruedas y dotado (fig. 32) de cuatro tornillos verticales, roscados en toda su longitud, dos detrás y dos delante. Los soportes de las perforadoras se pueden mover a lo largo de estos tornillos, permitiendo dar a las mismas las posiciones inclinadas que necesita el trabajo. Gracias al modo de distribución y de rotación del útil, este aparato consume menos aire comprimnido que el de Sommelier.
El precio de una perforadora Dubois-François es de 1.500 francos y el del carretón de 4.000 francos, no comprendiendo las barrenas : el peso del aparato sin la barrena es de 220 kilogramos, el de la masa percutora 32 kilogramos; la longitud total es de 2m,20, el diámetro del pistón es de 0m,07 y su carrera de 0m,29. La presión es de 4 atmósferas y media. La velocidad de la masa percutora en el momento del choque es de 5 á 6 metros; la barrena da veinte vueltas por minuto y cincuenta golpes también por minuto.
En Blanzy, se han aportado recientemente a este aparato diversas modificaciones para mejorar el sistema de rotación de la barrena que resultaba demasiado complicado.
Se han ideado un gran número de trenes de perforación diferentes.
Arranque directo mediante el aire comprimido. —
En Blanzy, se ha sustituido la barrena de una perforadora por una maza que golpea sobre una aguja infernal (ver. p. 66) hasta obtener el desmoronamiento de la roca.
En otros casos, se llega simplemente al mismo resultado, introduciendo en el agujero del barreno aire comprimido a una presión de 900 kilogramos por centímetro cuadrado3.
De cualquier manera, este último método de empleo del aire comprimido es hasta el momento poco utilizado en las minas. Quizás esto avance en un futuro.
1. Pernolet, l'Air comprimé et ses applications, 1876.
2. L'air comprimé aux mines de Blanzy, por M. F. Mathet, ingeniero jefe de esta compañía minera. 2ª edición, 1888.
3. Esta presión se ha utilizado en la hullera de Bower. (M. Haton de la Goupillière, t. 1er, p. 215.) En relación a esto, debemos recordar que existen tres unidades de presión casi equivalentes estre ellas : el kilogramo (fuerza) por centímetro cuadrado, empleado aun actualmente para medir las presiones efectivas de los gases, es decir sin considerar la presión atmosférica exterior; la atmósfera, empleada antes para medir las presiones totales; y la baria o megadina por centímetro cuadrado, es decir la nueva unidad absoluta de presión. (Les Sciences expérimentales.)
"Les mines les minieres et les carrières", A. Badoureau (Ingeniero del cuerpo de minas) P. Grangier (Antiguo alumno de l'École polytechnique)
Librairies-Imprimeries Réunies
Paris, 1892, Ancienne Maison Quantin
Engins mécaniques d'abattage
Les engins mécaniques, aujourd'hui très répandus pour forer les trous de mine, pour les faire sauter ou pour produire des havages, ou même pour forer une galerie d'un seul coup, ont généralement pour moteur l'air comprimé.
L'emploi de l'air comprimé, comme engin de transmission de force motrice à distance, remonte à 1845; un ingénieur français, M. Triger, en fit le premier usage. Depuis lors, M. Sommelier a fait au percement du tunnel du mont Cenis un remarquable emploi de l'air comprimé. M. Pernolet a préconisé, en 1876, son emploi dans les mines1, et M. Mathet l'a considérablement développé2.
L'air est comprimé dans des appareils qui ne peuvent être décrits dans ce volume. Une canalisation établie au jour et au fond aboutit aux machines qui utilisent l'air comprimé. A Blanzy, cette canalisation a un développement de 22 kilométres; cette longueur a moins d'inconvénient qu'avec de l'eau, á cause des frottements beaucoup plus considerables de cette derniére, ou qu'avec la vapeur, à cause des refroidissements dont elle est susceptible.
Perforateurs mécaniques. —
Le perforateur Jordan et ses derivés emploient de l'air comprime à bras d'homme. Ils peuvent ètre rotatifs ou à percussion, et dans ce dernier cas l'appareil percuteur peut agir comme le fleuret et la massette, ou comme la barre à mine.
Le perforateur Sommelier, dont les services ont été si appréciés dans le percement du mont Cenis, est complètement automatique.
Le perforateur Dubois-François (fig. 30), aujourd'hui d'un usage courant dans les mines, a réalisé de notables progrès sur l'appareil Sommelier. Il comprend un cylindre en bronze dans lequel se meut un piston P dont la tige T sert de porte-fleuret.
Fig. 30. — Perforateur Dubois-François (coupe longitudinale).
Un tampon A à air comprimé est placé à l'extrémité du cylindre dans le but d'adoucir les chocs; au-dessus est située la chambre de distribution, de laquelle l'air comprimé vient au moyen du tiroir B et des lumiéres m n agir sur le piston.
Au tiroir de distribution B sont fixés deux petits pistons C et D, dont l'un D de diamétre plus grand est percé d'un orífice 00. L'air comprime de la chambre de distribution presse sur Cet D, et fait avancer le tiroir de gauche á droite en dégageant l'orifice m, par lequel la pression s'introduit derrière le piston P, pour le pousser en avant. Mais l'air comprimé pénètre bientót par 00 derriére le piston D, qui se trouve alors en equilibre; la pression agissant toujours sur C entraíne vers la gauche le tiroir, qui met cette fois l'air comprimé en communication, par l'oriíice n, avec l'avant du pistón P, tandis que l'arriére est ouvert à l'échappement. L'outil, aprés avoir frappé vers la droite de la figure, est donc ramené vers la gauche; mais, dans ce mouvement, la partie renflée E soulève une pédale qui ouvre la soupape S et met l'arriére du piston D en communication avec l'extérieur. Le mouvement se reproduit indéfiniment de la méme façon. Quand le fleuret se coince, on peut le décoincer à loisir sans risquer d'avarier le tiroir.
Fig. 31. — Perforateur Dubois-François (fonctionnement du levier d'encliquetage).
Le mouvement de rotation du fleuret est obtenu par un levier d'encliquetage composé d'un rochet calé sur le porte-fleuret et relié à une tige plate solidaire de deux leviers, qui lui font prendre un mouvement de balancement; ces deux leviers (íig. 31) sont mus par deux pistons M N, mis en communication avec les lumiéres m n. Le levier d'encliquetage laisse passer à chaque coup de fleuret une dent du rochet et, par conséquent, fait tourner le fleuret d'un dixième de tour chaqué fois. L'avancement de l'appareil, au fur et à mesure de l'enfoncement du trou, est fait a la main au moyen d'une tige filetée, fixée sur le báti et reliée au perforateur par deux écrous. On perce avec cet appareil des trous de mine tres longs qu'on fait partir en deux fois, en bourrant la premiére fois du sable dans la partie la plus profonde.
Fig. 32. — Bosseyeuse Dubois-François.
Ces perforateurs, au nombre de un à quatre, suivant la grandeur du chantier, sont portés par un affüt roulant sur la voie ferrée de la galerie, reposant sur six roues et composé (fig. 32) de quatre vis verticales, filetées dans toute leur longueur, deux à l'arriére et deux à l'avant. Des supports, pouvant se mouvoir le long de ces vis, permettent de donner aux perforateurs les positions inclinées que nécessite le travail. Gráce au mode de distribution et de rotation de l'outil, cet appareil consomme moins d'air comprimé que celui de Sommelier.
Le prix d'un porforateur Dubois-François est de 1.500 francs et celui de l'affüt de 4.000 francs, non compris les fleurets : le poids de l'appareil sans le fleuret est de 220 kilogrammes, celui de la masse percutante, 32 kilogrammes; la longueur totale est de 2m,20, le diamétre du piston est de 0m,07 et sa course de 0m,29. La pression est de 4 atmosphères et demie. La vitesse de la masse percutante au moment du choc est de 5 à 6 mètres; le fleuret fait vingt tours par minute et donne cent cinquante coups par minute.
A Blanzy, on a apporté récemment à cet appareil diverses modifications pour remédier au mode trop compliqué de la rotation du fleuret.
De nombreux autres types de bosseyeuses ont été imaginés.
Abattage direct á l'air comprimé. —
A Blanzy, on remplace le fleuret d'une perforatrice par une masse qui frappe sur une aiguille infernale (voy. p. 66) jusqu'à obtenir l'éclatement de la roche.
Dans d'autres cas, on arrive simplement au méme résultat, en admettant dans le trou de mine de l'air comprime jusqu'à 900 kilogrammes par centimétre carré3.
Quoi qu'il en soit, ce dernier mode d'emploi de l'air comprimé est jusqu'ici peu répandu dans les mines. Il n'en est pas de méme du suivant.
1. Pernolet, l'Air comprimé et ses applications, 1876.
2. L'air comprimé aux mines de Blanzy, par M. F. Mathet, ingénieur en chef de cette compagnie minière. 2e édition, 1888.
3. Cette pression a été atteinte dans la houillère de Bower. (M. Haton de la Goupillière, t. 1er, p. 215.) A ce propos, nous devons rappeler qu'il existe trois unites de pression à peu près équivalentes entre elles : le kilogramme (force) par centimètre carré, employé encore actuellement pour mesurer les pressions effectives des gaz, c'est-à-dire déduction faite de la pression atmosphérique extérieure; l'atmosphére, employée autrefois pour mesurer les pressions totales; et la barie ou la mègadyne par centimètre carré, c'est-à-dire la nouvelle unité absolue de pression. (Les Sciences expérimentales.)
"Les mines les minieres et les carrières", A. Badoureau (Ingénieur au corps des mines) P. Grangier (Ancien élève de l'École polytechnique)
Librairies-Imprimeries Réunies
Paris, 1892, Ancienne Maison Quantin
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