BE1000343A7 - Perfectionnements apportes a un dispositif de forage a percussions. - Google Patents

Abstract

Le dispositif de forage comporte un cylindre agencé à l'intérieur d'un fourreau de protection muni des moyens de raccordement de l'air comprimé et de l'outil et comportant un siège de soupape avec une queue de soupape qui s'étend à l'intérieur du cylindre ainsi qu'un piston muni d'un alésage dans sa tete et d'une tige pour heurter l'outil. Les dimensions sont choisies de manière telle que le rapport longueur de course du dispositif/longueur queue de soupape est compris entre 1,2 degrés : 1 et 1,25 : 1 et le rapport longueur course du piston/longueur nette du logement est compris entre 1,810 : 1 et 1,845 :1.

Description

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  PERFECTIOHNEHENTS APPORTES A UN DISPOSITIF DE FORAGE A PERCUSSIONS La présente invention est relative a des perfec- tionnements apportés à un dispositif de forage   à percus-   sions destiné au forage des sols, plus particulièrement un dispositif de forage en profondeur. 



   Les dispositifs de forage à percussion en profon- deur sont   entra ! nés   par air comprimé et sont repartis en deux groupes principaux. Un dispositif de forage   à sou-   pape typique est décrit dans la demande de brevet Euro- peen   na 83 200711. 6   et comporte une soupape à clapet qui permet 1'application d'air comprimé d'un côté ou de l'autre d'un piston monté dans un cylindre qui est agen-   ce à l'intérieur   d'un fourreau de protection. De cette manière, le piston peut ainsi être mis en mouvement al- ternatif de manière à frapper de manière répétitive l'extrémiste d'un outil de forage monté sur le cylindre.
La pression de fonctionnement d'un tel dispositif de fo- rage est avantageusement comprise entre 85 p. s. i. (6 bars) et 250   p. s. i.   (17 bars).

   Un dispositif de forage typique sans soupape est décrit dans la demande de bre- vet européen   nO 82 304174. 4   et comporte un agencement de lumières pratiquées dans le cylindre en vue   0 d'évacuer   l'air   comprime d'un cote a   l'autre du piston, à travers un conduit annulaire disposé entre le cylindre et le fourreau de protection, lesdites lumières étant ouvertes et fermées par le piston lui-même selon un cycle   répétai-   tif. 



   En general, les dispositifs de forage sans soupape ne conviennent que pour un fonctionnement à pression élevée, tandis que les dispositifs de forage a soupape peuvent etre adaptés pour fonctionner dans une plus large ganme de pressions, mais conviennent plus particulièrament pour un fonctionnement à basse pression. Cependant, lorsqu'on cherche à assurer un fonctionnement efficace d'un dispositif de forage a soupape, a des pres- 
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 sions et des vitesses assez élevées, il y a lieu de ré- 

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   g1er   les paramètres critiques du dispositif de forage avec precision. 



   Le but de la présente invention vise, par consé-   quent ; à   fournir un dispositif de forage à percussions en profondeur du type à soupape, qui peut fonctionner efficacement à des pressions d'air allant jusqu'à 300 p. s. i. (24 bars). 



   Le but de la présente invention est atteint par un dispositif de forage à percussions en profondeur qui fonctionne à l'air comprimé et qui comporte une tête arrière pour le raccordement dudit positif à une source d'air comprime, un fourreau de protection solidaire de cette tête arrière, un mandrin monté sur l'extrémité op- posée du fourreau de protection, destiné à recevoir l'outil de forage, un cylindre interieur agencé à l'in- térieur du fourreau de protection et muni d'un siege de soupape à une   extrémiste,   une queue ou tige de soupape s'étendant à 1'intérieur du cylindre,

   ainsi qu'un piston agence à l'intérieur du cylindre de manière à pouvoir effectuer un mouvement alternatif à partir d'une première position dans laquelle la queue de la soupape s'engage dans un alésage pratiqué dans la   tate   de piston vers une seconde position dans laquelle une tige de piston s'engage dans un logement pratique dans le cylindre et frappe un outil de forage maintenu par le mandrin, les dimensions étant telles que, pour un outil de forage de 2" (50, 8 mm), le rapport de la longueur de la course du piston sur la longueur de la queue de soupape est com- 
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 pris entre 1, : 1 et 1, : 1 et le rapport de la lon- gueur de la course du piston sur la longueur de la tige du piston à l'intérieur du logement au moment auquel le piston heurte l'outil de forage (la longueur nette du logement) est compris entre 1, 810 :

   1 et   1, 845 : 1.   



   De préférence, le rapport de la longueur de la tête de piston sur la longueur de la tige du piston est compris entre 1, 56 : 1 et 1, 59 : 1 et le rapport de la longueur de la tige du piston sur la longueur nette du 

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 logement est compris entre 1,48 : 1 et 1, 51 : 1. 



   Avantageusement, le rapport du diamètre de la tete de piston sur le diamètre de la tige du piston est compris entre 1,42 : 1 et 1,45 : 1, le rapport du diamètre de la tete de piston sur le diamètre de l'alésage pratiqué dans la tete de piston est compris entre 3,055: 1   et 3, 085 : 1, et 0   le rapport du diainètre de la face du siège de soupape   (cote Interieur du cylindre)   sur le diamètre de la queue de soupape (à l'extremite de celleci) est. compris entre   3, 09 : 1   et 3, 12 :   l.   



   Selon une forme d'exécution préférée de la présente invention, un dispositif de forage à percussions en profondeur et muni d'une soupape, fonctionnant à l'air comprimé, est constitué de manière à répondre aux   pa'ramtres   critiques suivants : 
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<tb> 
<tb> 0diamètre <SEP> du <SEP> dispositif <SEP> de <SEP> forage <SEP> (exterieur) <SEP> mm) <SEP> 
<tb> longueur <SEP> de <SEP> la <SEP> course <SEP> du <SEP> piston/
<tb> longueur <SEP> de <SEP> la <SEP> queue <SEP> de <SEP> soupape <SEP> : <SEP> 1,2383 <SEP> : <SEP> 1
<tb> longueur <SEP> de <SEP> la <SEP> course <SEP> du <SEP> piston/
<tb> longueur <SEP> nette <SEP> du <SEP> logement <SEP> : <SEP> 1,8267 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> 
<tb> longueur <SEP> de <SEP> la <SEP> tête <SEP> du <SEP> piston/
<tb> longueur <SEP> de <SEP> la <SEP> tige <SEP> de <SEP> piston <SEP> : <SEP> 1, <SEP> 5747 <SEP> :

   <SEP> 1 <SEP> 
<tb> longueur <SEP> de <SEP> la <SEP> tige <SEP> du <SEP> piston/
<tb> longueur <SEP> nette <SEP> du <SEP> logement <SEP> : <SEP> 1, <SEP> 4923 <SEP> : <SEP> 1
<tb> diantre <SEP> de <SEP> la <SEP> tête <SEP> du <SEP> piston/
<tb> diamètre <SEP> de <SEP> la <SEP> tige <SEP> du <SEP> piston. <SEP> 1, <SEP> 4329. <SEP> 1 <SEP> 
<tb> diamètre <SEP> de <SEP> la <SEP> tete <SEP> du <SEP> piston/
<tb> dian, <SEP> ètre <SEP> da <SEP> l'alésage <SEP> de <SEP> la <SEP> tête <SEP> du <SEP> piston <SEP> : <SEP> 3,0719 <SEP> : <SEP> 1
<tb> diamètre <SEP> de <SEP> la <SEP> face <SEP> du <SEP> siège <SEP> de <SEP> soupape/
<tb> diamètre <SEP> (de <SEP> l'extrémité) <SEP> da <SEP> la <SEP> queue <SEP> de
<tb> soupape <SEP> : <SEP> 3, <SEP> 1091 <SEP> :

   <SEP> 1
<tb> 
 
Une forme d'exécution préférée de la presente invention sera décrite plus en details ci-dessous en référence à la figure annexée dans laquelle est représenté un dispositif de forage à percussions en profondeur d'un type connu cn soi, selon une vue éclatée, en perspecti- 
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 ve. 



  Enreference figure, un dispositif de forage 

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 t a en profondeur 1, muni d'une soupape com-    a Laporte l'agencement   suivant des éléments constitutifs. Un raccord à la tete arrière 2 constitue l'element extreme du dispositif qui est raccordé, en fonctionnement, au cordon (non représentée). Ledit raccord est suivi par une bague d'entretoisement 3, une bague de serrage 4, un oeillet (o-ring) 5 et un agencement de soupape de commande qui comporte une soupape de commande 6, un ressort 7, une cage de soupape 8 et un bouchon de réglage de l'air 9. La soupape d'air principale comporte une soupape à clapet 10 qui repose sur un siège de soupape 11 engage partiellement dans un cylindre intérieure 12, à lä partie supérieure de celui-ci. 



   Un piston 13 comporte une   tete   14 et une tige 15 
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 qui s'étend vers le bas à partir de la tête 14. Un ale- sage axial 16 est pratiqué dans la tete 14 du piston en vue de recevoir une queue lla associée au siège de sou- pape 11 et qui   s'etend   vers le bas a partir de celui- ci. La tige du piston 15 pénètre dans un al & sage axial
17 pratiqué dans un logement 18 qui est monté à l'inté- rieur du cylindre 12. L'agencement complet du cylindre intérieur (et une partie du siege de soupape 11) sont montes dans un fourreau de protection 19. La partie in- férieure du dispositif de forage comporte une bague d'entretoisement fendue 20 un anneau de retenue 21, un mandrin 22 et un outil de forage (non représenté) montés sur celui-ci. 



   Les dimensions des diverses parties du dispositif de forage et leurs relations mutuelles sont critiques pour un fonctionnement efficace du dispositif de forage, surtout lorsque ledit dispositif de forage est utilisé à une pression assez élevée, par exemple. 350 p. s. i. (24 bars), qui est considérablement plus élevée que les pressions   utilisees   dans les dispositifs de l'état de la technique. 



   La longueur de la queue   l1a   est extrêmement critique. Lors de la course vers le bas, lorsque la tete de 

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 piston 14 s uiguH queue jLia, a nue pression que en résulte dans la chambre supérieure du cylindre 12 provoque l'actionnement de la soupape à elapet 10 et la précontrainte de la chambre inférieure du cylindre 12 commence avant que le piston 13   n'ait   réellement heurté l'outil de forage. Cette condition est analogue à celle du recouvrement des ouvertures de soupapes dans les machines à combustion interne ou à celle d'une période morte d'une machine a cycle diesel. 11 en 
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 résulte que le facteur de recharge est tres important importantétant donne qu'il constitue un coussin d'air frontal maximum sans pouvoir absorber d'énergie de l'impact vers le bas.

   Les paramètres critiques   a   régler avec précision sont donc   (a)   le rapport de la longueur de la course du piston sur celle de la queue ou la tige de soupape, (b) le rapport de la longueur de la tige du. piston sur la longueur nette du logement, et (c) le rapport de la course du piston sur la longueur nette du logement. 



   Raccourcir la tige de 0,020" (0,508   mm) a   0, 030" (0, 762 mm) impliquerait que le piston quitte la tige prématurément et que la recharge de la chambre infé- rieure   pers'nette   la formation d'un   couss ! n d1air présen-   tant une résistance trop élevée pour le piston en créant de la chaleur et en provoquant une perte d'énergie d'impact. Rallonger la tige de 0,020" (0,508 mm) à 0,030" (0, 762 mm) impliquerait que le piston quitte la queue assez tard en retardant la précharge de la chambre inférieure et en perdant, de ce fait, la poussée ascendante. 



   Dans la forme d'execution préférée, selon la presente invention, les dimensions particulières suivantes permettent l'obtention des paramètres critiques décrits ci-dessus, exprimés en termes de rapports. 



   Exemple 
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<tb> 
<tb> diametre <SEP> du <SEP> dispositif <SEP> de <SEP> forage <SEP> (exterieur) <SEP> 50,80 <SEP> mm
<tb> diamètre <SEP> de <SEP> la <SEP> tête <SEP> de <SEP> piston <SEP> 42 <SEP> ; <SEP> 70 <SEP> nun <SEP> 
<tb> diamètre <SEP> de <SEP> la <SEP> tige <SEP> de <SEP> piston <SEP> 29, <SEP> 80 <SEP> mm
<tb> diainetre <SEP> de <SEP> l'alésage <SEP> pratique
<tb> dans <SEP> la <SEP> tête <SEP> du <SEP> piston <SEP> 13, <SEP> 90 <SEP> mm
<tb> 
 

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<tb> 
<tb> longueur <SEP> de <SEP> la <SEP> tête <SEP> du <SEP> piston <SEP> 137, <SEP> 00 <SEP> mm <SEP> 
<tb> longueur <SEP> de <SEP> la <SEP> tige <SEP> du <SEP> piston <SEP> 87,00 <SEP> mm
<tb> longueur <SEP> hors <SEP> tout <SEP> de <SEP> la <SEP> course <SEP> du <SEP> piston <SEP> 106,

   <SEP> 50 <SEP> mm <SEP> 
<tb> diamètre <SEP> de <SEP> la <SEP> face <SEP> du <SEP> siege <SEP> de <SEP> soupape <SEP> 42, <SEP> 75 <SEP> mm
<tb> diamètre <SEP> de <SEP> (l'extremite <SEP> de) <SEP> la <SEP> queue <SEP> de
<tb> soupape <SEP> 13, <SEP> 75 <SEP> mm
<tb> longueur <SEP> de <SEP> la <SEP> queue <SEP> de <SEP> soupape <SEP> 86, <SEP> 00 <SEP> mm
<tb> longueur <SEP> nette <SEP> du <SEP> logement <SEP> 58, <SEP> 30 <SEP> mm <SEP> 
<tb> 
 Le dispositif de forage défini comme ci-dessus par les dimensions critiques, présente une augmentation de 20% du taux de pénétration par rapport aux dispositifs de   l'état   de la technique.

Claims (4)

REVENDICATIONS 1. Dispositif de forage a percussions en profondeur fonctionnant a air comprime, comportant une tete arrière pour le raccordement dudit positif à une source d, air comprimé, un fourreau de protection solidaire de cette tête arrière, un mandrin monte sur l'extrémité opposée du fourreau de protection, destine à recevoir l'outil de forage, un cylindre intérieur agence a l'intérieur du fourreau de protection et muni d'un siège de EMI7.1 soupape ä une extrémité. une queue ou tige de soupape s'entendant à du cylindre, ainsi qu'un piston l'intérieuragencé à l'intérieur du cylindre de manière ä pouvoir effectuer un mouvement alternativ à partir d'une premie- re position dans laquelle la queue de la soupape s'enga- ge dans un alésage pratiqué dans la tête de piston vers une seconde position dans laquelle une tige de piston s'engage dans un logement pratique dans le cylindre et frappe un outil de forage maintenu par le mandrin, les dimensions étant telles que pour un outil de forage de 2" (50, 8 mm), le rapport de la longueur de la course du piston sur la longueur de la queue de soupape est com- pris entre 1, 20 : 1 et 1, 25 :

1 et le rapport de la lon- gueur de la course du piston sur la longueur de la tige du piston à l'intérieur du logement au moment auquel le piston heurte l'outil de forage (la longueur nette du logement) est compris entre 1,810: 1 et 1, 845 : 1.

2. Dispositif de forage à percussions en profondeur fonctionnant à air comprimé selon 1a revendication 1 dans lequel le rapport de la longueur de la tête de piston sur la longueur de la tige du piston est compris entre 1, 56 : 1 et 1,59 : 1 et le rapport de la longueur de la tige du piston sur la longueur nette du logement est compris entre. l, 48 : l et 1, 51 : 1.

3. Dispositif de forage à percussions en profondeur fonctionnant a air comprimé selon la revendication 1 dans lequel le rapport du diamètre de la tête de piston sur le diamètre de la tige du piston est compris en- <Desc/Clms Page number 8> tre 1, 42 : 1 et 1,45 : 1, le rapport du diamètre de la tête de piston sur le diamètre de l'alésage pratiqué dans la tete de piston est compris entre 3, 055 : 1 et 3,085 : 1, et le rapport du diamètre de La face du siège de soupape (à l'intérieur du cylindre) sur le diamètre EMI8.1 de la queue de soupape (a l'extremite de la queue de soupape) est. compris entre 3,09: 1.

4. Dispositif de forage à percussions en profondeur fonctionnant à air comprimé selon la revendication 1 caracterise par les paramètres suivants : EMI8.2 <tb> <tb> diamètre <SEP> du <SEP> dispositif <SEP> de <SEP> forage <SEP> (extérieur) <SEP> 2" <SEP> (50,8 <SEP> mm) <tb> longueur <SEP> de <SEP> la <SEP> course <SEP> du <SEP> piston/ <tb> longueur <SEP> de <SEP> la <SEP> queue <SEP> de <SEP> soupape <SEP> : <SEP> 1, <SEP> 2383 <SEP> : <SEP> 1 <SEP> <tb> longueur <SEP> de <SEP> la <SEP> course <SEP> du <SEP> piston/ <tb> longueur <SEP> nette <SEP> du <SEP> logement <SEP> : <SEP> 1,8267 <SEP> :

<SEP> 1 <tb> longueur <SEP> de <SEP> la <SEP> tête <SEP> du <SEP> piston/ <tb> longueur <SEP> de <SEP> la <SEP> tige <SEP> de <SEP> piston. <SEP> 1, <SEP> 5747. <SEP> 1 <SEP> <tb> longueur <SEP> de <SEP> la <SEP> tige <SEP> du <SEP> piston/ <tb> longueur <SEP> nette <SEP> du <SEP> logement <SEP> : <SEP> 1,4923 <SEP> : <SEP> 1 <tb> diametre <SEP> de <SEP> la <SEP> tête <SEP> du <SEP> piston/ <tb> diamètre <SEP> de <SEP> la <SEP> tige <SEP> du <SEP> piston.. <SEP> 1, <SEP> 4329. <SEP> 1 <SEP> <tb> diamètre. <SEP> de <SEP> la <SEP> tête <SEP> du <SEP> piston/ <tb> diamètre <SEP> de <SEP> l'alésage <SEP> de <SEP> la <SEP> tête <SEP> du <SEP> piston <SEP> 3, <SEP> 0719 <SEP> :

<SEP> 1 <SEP> <tb> diamètre <SEP> de <SEP> la <SEP> face <SEP> du <SEP> siege <SEP> de <SEP> soupape/ <tb> diamètre <SEP> (de <SEP> l'extrémité) <SEP> de <SEP> la <SEP> queue <SEP> de <tb> soupape <SEP> : <SEP> 3. <SEP> 1091 <SEP> 1 <SEP> <tb>