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" MECANISME DE DISTRIBUTION POUR PERFORATRICES DE ROCHE ACTIONNEES PAR UN. FLUIDE SOUS PRESSION"
La présente invention concerne les perforatrices dé roche et, plus particulièrement, une soupape de distri- bution pour une perforatrice de roche, actionnée par un flui- de sous pression, du type à piston à mouvement alternatif.
Elle a pour objet, d'une part, d'obtenir une soupape légère, capable d'effectuer une distribution rapi- de du fluide sous pression aux extrémités du cylindre, ou chambre à piston et, d'autre part, d'assurer une forte char- ge de fluide sous pression à cette chambre à piston avec une levée minimum de la soupape.
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Sur les dessins ci-joints :
Figs. 1 et 2 sont des élévations, en coupe lon- gitudinale, d'une perforatrice de roche équipée avec un mé- canisme de distribution construit conformément à l'inven- tion, représentant la soupape dans des positions pour ad- mettre du fluide sous pression aux extrémités arrière et avant, respectivement, de la chambre à piston du cylindre;
Fig. 3 est une coupe transversale suivant 3-3 , fige 1;
Figs. 4,5 et 6 sont des vues, similaires aux Figs.
1 et 2, représentant d'autres dispositions ou formes d'exécu- tion de l'invention.
En ce qui concerne d'abord Figs. 1 et 2: 20 dé- signe une perforatrice de roche comprenant un cylindre 21 et un fond arrière 22 qui constituent, entre autres éléments (non représentés), l'enveloppe de la perforatrice et peuvent être assujettis ensemble de toute manière convenable.
Le cylindre 21 est alésé pour offrir une chambre à piston 23 qui est fermée à son extrémité avant par une rondelle 24 , constituant le fond de cylindre avant, et est dans le présent cas, fermée à son extrémité arrière par un mécanisme de distribution désigné dans son ensemble par 25.
La chambre à piston 23 possède une lumière d'échappement li- bre 26 et contient un piston-marteau à mouvement alternatif, 27, qui commande la lumière d'échappement 26 et qui possè- de un prolongement avant, de diamètre réduit, 28 glissant à travers la rondelle 24.
Le mécanisme de distribution 25 est disposé dans
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un alésage plus grand, 29 à l'extrémité arrière du cylindre 21 et comprend, comme un de ses éléments, un manchon 30 qui sert de portée pour une barre cannelée 31 sur laquelle peut glisser mais non tourner le piston 27. La barre cannelée 31 possède la tête usuelle 32 qui porte des cliquets 33 capa- bles de prendre dans les dents 34 d'une couronne en rochet 35 pour déterminer le sens de rotation de la barre cannelée et, par suite, du piston 27.
Le fond arrière 22 porte sur la couronne en ro- chet 35 et contient un robinet d'étranglement 36 par lequel l'admission du fluide sous pression dans la perforatrice est réglée. Le robinet 36 présente un creux central 37 qui peut être en communication constante avec la source de fluide sous pression et, dans la paroi de ce robinet, il existe une lu- mière 38 pour coincider avec un passage 39 conduisant à une chambre 40 existant dans l'extrémité avant du fond arrière 22.
A l'intérieur de la perforatrice, il existe une seconde chambre, 41, qui est située dans l'extrémité avant d'un plateau 42 interposé entre le mécanisme de distribution 25 et la couronne en rochet 35 pour constituer un siège pour cette dernière. Les chambres 40 et 41 sont reliées entre elles par un passage 43 pour amener le fluide sous pression à la chambre 41 d'où il peut passer au mécanisme de distribution 25.
Le mécanisme de distribution,25.,construit confor- mément à l'invention comprend une série de plateaux 44, 45, 46 et 47 (voir fig. 2) . Le plateau 44 constitue une surface délimitant l'extrémité arrière de la chambre à piston 23
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et le plateau 47 affecte la forme d'une collerette existant sur l'extrémité arrière du manchon 30,dont elle fait partie intégrante. Les plateaux 45 et 46 sont interposés entre les. plateaux 44 et 47 et les divers plateaux sont formés de manière que les plateaux adjacents soient assemblés entre eux par des joints télescopiques.
Les plateaux 45 et 46 , qui constituent la partie intermédiaire de la boite à soupape, sont convenablement alé- sés et leurs surfaces internes coopèrent avec la surface périphérique du manchon 30 pour délimiter une chambre à sou- pape 48 , de forme sensiblement annulaire, dans laquelle est reçue une soupape 49 par laquelle le fluide sous pres- sion est distribué aux extrémités de la chambre à piston 23.
Ainsi, comme on le voit, la soupape 49 est de forme annulaire.
Elle est guidée par le manchon 30 et les plateaux 45 et 46 et il existe à sa péripnérie, en un point intermédiaire de sa longueur, une collerette 50 dont les surfaces avant et arrière constituent des surfaces de commande 51 et 52, res- pectivement, auxquelles du fluide souspression est amené par des passages de repoussement 53 et 54.
Oes passages débouchent dans la chambre à piston, de préférence en des points étroitement adjacents à la lu- mière d'échappement 26. Les passages 53 et 54 sont disposés de telle façon. que le passage 53 fait communiquer l'extré- mité avant de la chambre à piston 23 avec la surface de com- mande 51 et que le passage offre une communication entre la partie arrière de la chambre à piston et la surface de commande 52. /
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En un point intermédiaire de la longueur de la soupape 49 et dans la surface interne de celle-ci il exis- te une chambre d'alimentation 55 dans laquelle du fluide sous pression est introduit par des passages 56 prévus dans le manchon et partant de la chambre 41.
Dans les parties de la soupape qui se trouvent en avant et en arrière de la cham- bre sont ménagés des passages 57 et 58, respectivement, qui se trouvent entièrement à l'intérieur de la paroi de la soupape et par lesquels le fluide sous pression passe pour charger les extrémités de la chambre à piston . Les passages 57 et 58 ont une longueur considérable comparée à leurs dia- mètres et constituent, en fait, des tuyères présentant de grandes sections qui sont soumises à la force de friction, ou succion, du fluide sous pression passant par ces passages pour actionner la soupape.
Les passages et 58 sont disposés en rangées circulaires. Ils peuvent être en tout nombre et avoir tout diamètre et toute longueur convenables, selon la section to- tale d'écoulement requise pour alimenter en fluide sous pres- sion la chambre à piston, aussi bien que selon la section nécessaire pour assurer une force de succion suffisante pour écarter promptement la soupape de son siège et l'amener rapidement à ses positions extrêmes.
Les orifices de sortie des passages 57 et 58 se trouvent dans les extrémités de la soupape, dé façon que pour se rendre à la chambre à piston le fluide sous pression passe en travers de ces extrémités. En conséquence, les ex- trémités avant et arrière de la soupape 49 servent de surfa-
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ces de retenue, 59 et 60 , respectivement, dont celle dé- signée par 59 est la surface de retenue active dans la pô- sition de la soupape qui est représentée sur la fig. 1, tandis que la surface 60 est exposée au fluide sous pression sortant des passages 58 pour tenir la soupape dans la posi- tion extrême avant, représentée sur la fig. 2.
Dans le plan des passages 57 et 58 et sur les plateaux 44 et 42 , respectivement, se trouvent des sièges 61 et 62 qui servent d'arrêts pour la soupape 59 et servent également à fermer hermétiquement les extrémités de sortie des passages 57 et 58. Les sièges 61 et 62 ont de préfé- rence la même étendue que les extrémités de la soupape 49 et le siège 62 est entouré par une rainure annulaire 63 qui est délimitée 'par les poteaux 47 et 46 et qui communique avec l'extrémité avant de la chambre à piston par un passage d'admission avant 64.
Comme on le comprendra aisément, dans des cons- tructions du genre de celle faisant l'objet de l'invention et dans lesquelles une soupape du type annulaire, ou en .manchon, est disposée autour de la barre cannelée et est - ourvue des diverses surfaces essentielles à sa commande im- pérative, la soupape est nécessairement de grand diamètre et pèse Habituellement un poids considérable. Bien que la -plupart de ces facteurs puissent exister dans la présente construction, le poids de la soupape a été grandement ré- duit par la formation des passages 57 et 58 et de la chambre d'alimentation 55 à l'intérieur de cette soupape et cette caractéristique avantageuse a été possible sans sacrifier
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aucun des avantages de grandes surfaces de guidage et de ferme- ture hermétique.
On envisage, néanmoins, de protéger la soupape con- tre une usure inutile telle que celle résultant des chocs répétés que les soupapes de perforatrices de roche reçoivent généralement comme conséquence du mouvement rapide et puis- sant nécessaire pour effectuer une distribution rapide de fluide sous pression aux faces opposées du piston 27. La soupape est, en conséquence, actionnée à faible levée ce qui, suivant l'invention, peut être effectué sans restrein- dre en quoi que ce soit la pénétration de fluide sous pres- sion dans la chambre à piston 23 pour actionner le piston 27 lors de sa course de travail. On peut arriver à cela en prévoyant plusieurs chemins concentriquement disposés par lesquels le fluide sous pression peut pénétrer dans l'ex- trémité arrière de la chambre à piston 23.
Par exemple, ce- la peut être obtenu en formant dans le plateau 44 , dans un plan situé en dehors du plan des passages 57, un groupe de passages d'admission 65 circulairement disposés de fa- çon que, quand l'extrémité avant de la soupape est écar- tée de son siège, du fluide sous pression passe de dedans en denors, par-dessus le bord de la soupape et directement par les passages 65, dans la chambre à piston.
Des passages supplémentaires ou, comme c'est représenté, un trou central 66 peuvent être formés dans le plateau 44 et ce trou peut être situé et proportionné de telle façon que la surface qui le délimite forme également la sur- face limitant, à l'intérieur, le siège 61. Ainsi , lorsque
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la soupape est écartée de son siège, du fluide sous pres- sion passera aussi en travers du bord interne de la soupa- pe et par le trou 66 dans la chambre à piston, en assurant. par cela même une grande section d'écoulement avec une le- vée minimum de la soupape.
Le fonctionnement du dispositif est le suivant :
Lorsque la soupape 49 occupe sa position extré- me arrière, représentée sur la fig. 1, du fluide sous pres- sion passe par les passages 57 et, en sortant de ceux-ci, le courant de fluide se divise et passe, par les passages 65 et le trou 66 , dans la chambre à piston pour faire ef- fectuer au piston sa course de travail. Pendant que le f@ui- de passe par les passages 57 qui, cela va. sans dire, sont convenablement formés et proportionnés pour assurer une grande section totale d'écoulement, le tirage du fluide sous pression passant à l'extrémité arrière de la chambre à piston tend fortement à tirer la soupape à sa position extrême avant.
Toutefois, la force de succion est rendue inef- fective par le fluide sans pression agissant contre la sur- face de retenue 59 au cours du passage du fluide sous pres- sion vers la chambre à piston. Néanmoins, la force de suc- cion du fluide sous pression et son effet sur la surface des passages 57 constituent un facteur puissant qui, en l'absence d'autres forces propres à l'augmenter, telles que du fluide sous pression agissant contre les surfaces de commande 51 et 52, serait suffisant pour produire un prompt renversement de la soupape 49 au moment où la lumière d'échap-
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pement 26 serait découverte par le piston 27.
Toutefois, dans la présente construction, la sou- pape est renversée immédiatement avant que la lumière d'échap- pement 26 se trouve découverte et ce, de la manière suivan- te. Lorsque le piston découvre le passage de repoussement 54, du fluide sous pression passe dans ce dernier et agit contre la surface de commande 52. Cette force, combinée avec la succion exercée par le fluide sous pression sur les surfaces despassages 57, actionnera la soupape d'arrière en avant pour l'amener contre le siège 61 afin de couper l'admission de fluide sous pression à l'extrémité arrière de la chambre à piston.
Immédiatement après que la soupape a été ainsi déplacée, le piston découvre la lumière d'échappement libre.
Le fluide sous pression employé pour chasser le piston en avant et celui a.gissant contre la surface de commande 52 s'échappent alors à l'atmosphère. Cela se produit à peu près au moment où le piston frappe ses coups contre l'outil de travail qu'il doit actionner, les passages de repousse- ment étant situés de telle façon, par rapport à la lumière d'échappement, que les actions de la soupape et du piston seront exactement réglées dans le temps pour que l'admission subséquente de fluide sous pression à l'extrémité avant de la chambre à piston n'affaiblisse pas la force de la course de travail du piston-marteau 27.
Avec la soupape dans la nouvelle position, du fluide passe, par les passages 58, dans la rainure 63 d'où, par le passage d'admission 64 il se rend à l'extrémité
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avant du piston pour ramener celui-ci à sa position ini- tiale. Pendant sa course de retour, le piston découvre d'abord le passage de repoussement 53 pour admettre du flui- de sous pression à la surface de commande 51.
La force agissant contre la surface de comman- de 51, combinée avec celle agissant contre les surfaces des passages 58, déplace promptement la soupape d'avant en arrière immédiatement avant que le piston découvre l'ex- trémité avant de la lumière d'échappement 26. Du fluide sous pression est alors introduit de nouveau dans l'extrémité arrière de la chambre à piston pour répéter le cycle de fonctionnement.
A l'instant où le piston découvre la lumière d'échappement libre, le fluide sous pression employé pour actionner le piston d'avant en arrière et celui agissant contre la surface de commande 51 s'échappent à l'atmosphère.
Le piston peut alors effectuer de nouveau, sans être gêné, sa course de travail.
Dans la forme dexécution de l'invention qui est représentée sur la fig. 4 , le fluide sous pression passe à la chambre a soupape 70 par un passage 71 ménagé dans les plateaux constituant l'enveloppe de la boite à soupape, ou boîte de distribution. Une communication entre le pas- sage 71 et la chambre à soupape est offerte par une paire de gorges 72 et 73 convenablement espacées l'une par rapport à l'autre et débouchant dans la chambre 70 en des points intermédiaires de la longueur de celle-ci.
Plus spécifiquement, les gorges ou passages 72
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et 73 sont situés en arrière et en avant, respectivement, de la collerette 50 existant sur la périphérie d'une soupape 74 capable d'aller et venir dans la chambre à soupape 70. Ain- si, la paroi du manchon 30 peut ne pas être perforée et le fluide sous pression passe directement des passages 72 et 73 dans des chambres d'alimentation 75 et prévues dans la périphérie de la soupape 74.
Dans les parties de la soupape qui se trouvent en avant et en arrière des chambres d'alimentation 76 et 75 il existe des passages 77 et 78, respectivement, par lesquels du fluide sous pression passe pour actionner le piston 27. A l'exception de variations dans les proportions, les autres caractéristiques de la soupape, nécessaires pour assurer son con fonctionnement, peuvent être à tous égards essentiels, les mêmes que cellesreprésentées sur les figs. 1 et 2.
Le fonctionnement de la soupape peut, pareille- ment, être identique à celui précédemment décrit, c'est-à-dire que la force de succion agissant sur les surfaces des pas- sages 76 et 77 tire la soupape dans la direction de celle des extrémités de celle-ci qui est écartée de son siège. Cet- te force est augmentée par le fluide sous pression arrivant, par les passages de repoussement, contre les surfaces de com- mande de la collerette 50 pour effectuer un renversement de la soupape immédiatement avant que le piston découvre la lumière d'échappement 26.
Dans la forme d'exécution, modifiée, de l'inven- tion qui est représentée sur la fig. 5, la soupape, désignée par 80 , est extérieurement lisse et ininterrompue ; Elle est
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disposée dans une chambre à soupape 81 délimitée par la sur- face interne 82 d'une chapelle de soupape 83 et la surface périphérique d'un bouchon 84 s'étendant dans la chapelle 83, coaxialement à celle-ci. La chambre à soupape 81 est, par conséquent, de forme annulaire et sa partie intermédi- aire communique avec une chambre d'alimentation 85, exis- tant dans le bouchon 84 et le fond arrière 22, par des lu- mières 86.
Dans la partie intermédiaire de la soupape 80 ast formée dans la surface interne de celle-ci une chambre 87 dans laquelle le fluide sous pression arrive par les lu- mières ou orifices 86 . En avant et en arrière de la cham- bre 87 il existe, dans la paroi de la soupape, des passages 88 et 89, ayant une longueur considérable comparée à leur diamètre et disposés circulairement, pour conduire le flui- de sous pression de la chambre 87 aux extrémités de la cham- bre à soupape.
Les extrémités avant et arrière de la soupape constituent des surfaces de retenue 90 et 91, respective- ment, contre lesquelles le fluide sous pression passant à la chambre à piston 23 agit pour tenir la soupape dans ses po- sitions extrêmes. Le fluide sous pression sortant des pas- sages 89 passe dans une gorge annulaire 92 entourant l'ex- trémité arrière de la soupape et, de là , passe par un pas- sage d'admission 93 à l'extrémité avant de la chambre à pis- ton.
Du bouchon 84 fait partie intégrante une colle- rette qui recouvre les extrémités arrière de la chambre
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à soupape 81 et de la chapelle 83. La partie de cette col- lerette qui fait face à l'extrémité arrière de la soupape constitue un siège 95 pour celle-ci et sert également à fer- mer les extrémités de sortie des passages 89.
Une fermeture est offerte, pour les extrémités avant des passages 88 , par une surface 96 d'un plateau 027 interposé entre la chapelle 83 et l'extrémité arrière de la chambre à piston 23.
La surface 96 sert de siège pour l'extrémité avant de la soupape et concentriquement à cette surface et en de- nors de son plan il existe des lumières 98 qui sont disposées en une rangée circulaire pour le passage de fluide sous pres- sion de l'extrénité avant de la chambre à soupape à l'ex- trémité arrière de la chambre à piston. Dans un plan situé en dedans du siège 96,il existe une autre rangée circu- laire de lumières ou orifices 99 jouant un rôle similaire.
Le fonctionnement de la soupape, dans cette for- me d'exécution de l'invention, est le ;suivant : Avec la sou- pape dans sa position extrême arrière, du fluide sous pres- sion passe de la chambre 87 par les passages 88 d'où il se rend, comme un courant divisé, par les orifices 98 et 99, dans l'extrémité arrière de la chambre à piston et chasse le piston en avant pour lui faire effectuer sa course de travail.
Pendant qu'il passe dans les passages 88, le fluide sous pression exerce un fort tirage ou succion sur les surfaces de ces passages et tend ainsi à mouvoir la soupape d'arrière en avant. Toutefois, cette soupape est
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tenue dans sa position arrière, par le fluide sous pression agissant contre son extrémité avant, jusqu'au moment où le bord arrière de la lumière d'échappement 26 est découvert par le piston. Il en résulte alors une chute de pression en avant de la soupape et, lorsque la pression régnant dans l'extrémité arrière de la chambre à piston et celle existant en avant de la surface de retenue 90 atteignent une valeur inférieure à la force exercée par le fluide sous pression sur les surfaces des passages 88, cette dernière force dé- place la soupape en avant .
La soupape est amenée à sa nouvelle position avant que la lumière d'échappement se trouve complètement découverte. La continuation de l'admis- sion de fluide sous pression dans l'extrémité arrière du cy- lindre et une décharge en pure perte de ce fluide à l'at- mosphère, sans qu'il ait effectué un travail utile, sont ainsi empêchées.
Ce mouvement de la soupape se produit à peu près au moment où le piston 27 frappe son coup contre l'outil de -travail. Le mouvement du piston sera, par conséquent, immédia- tement renversé pour ramener ce piston à sa position initia- le. Toutes les fois que, au cours de ce mouvement du piston, le bord ou surface avant de celui-ci découvre la lumière d'échappement 26 , la pression du fluide agissant contre la surface de retenue 91 de la soupape tombe immédiatement et la succion exercée par le fluide sous pression sur les sur- faces des passages 89 déplacera la soupape d'avant en arriè- re, en complétant ainsi le cycle de fonctionnement.
La variante de mécanisme de distribution repré-
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sentée sur la fig. 6 diffère de la forme d'exécution repré- sentée sur la fig. 5 en ce que la chambre d'alimentât ion,100, existant dans la soupape 101 se trouve dans la surface ex- terne de celle-ci et que le fluide sous pression passe de la source d'alimentation à la chambre 100 par des passages 102 situés dans un manchon 103 constituant la surface limitant extérieurement la chambre à soupape 81 . Le bouchon 84 s'é- tend à travers la soupape, pour guider celle-ciet n'est point perforé .
Les passages existant dans la soupape, la dis- position des passages d'admission et les moyens servant de surfaces de fermeture pour les passages 88 et 89, aussi bien que le mode de fonctionnement de cette disposition de soupape peuvent être, à tous égards essentiels, pareils à ceux représentés et décrits à propos de fig. 5.