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r'M61R2'EAU A MOTEUR A COMBUSTION INTERNE"
La présente invention concerne, d'une façon générale, les outils à percussion, par exemple les marteaux à bourrer les traverses, et, plus particulièrement, un outil à percussion comportant, en combinaison, un moteur à combustion interne, à simple ou double effet, et un ensemble percutant du type à piston libre.
Un ensemble percutant du type piston libre comprend, en général; une cage cylindrique à mouvement de va-et-vient construite de façon à constituer un dispositif amortisseur à l'une ou chacune des extrémités de cette cage et un piston formant marteau disposé à l'intérieur de cette cage et destiné à être actionné par une pression d'air ou de ressort, engendrée par un mouvement relatif de la cage, de façon à exercer un choc sur un outil de travail tel qu'un fleuret
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ou une barre de pilonnage. Les ensembles de ce type ont principalement été utilisés, jusqu'à ce jour, dans les outils électriques et, en ce qui concerne une des caractéristiques générales de l'invention, celle-ci comprend la combinaison d'un moteur à combustion interne avec un ensemble percutant du type décrit.
L'invention concerne particulièrement l'application d'un marteau du type piston libre conjointement avec un moteur à combustion interne.à deux temps et à double effet, c' est-à-dire un moteur comportant un seul piston moteur et une chambre d'explosion ou de combustion près de chacune des extrémités dudit piston. Le piston à double effet présente de nombreux avantages sur le piston à simple effet, mais l'avantage principal résulte de la suppression du ressort habituel servant à rappeler le piston moteur dans sa course de compression. Ce ressort exige des remplacements fréquents en raison de sa rupture, outre qu'il diminue l'efficacité et la puissance du moteur en absorbant de l'énergie lorsqu'il est comprimé pendant la course motrice du piston.
Les avantages du moteur à double effet sur le moteur à simple effet sont évidents, mais ils n'ont été réalisés que pour résoudre des problèmes nouvellement posés.
Dans le marteau à combustion interne à simple effet, le piston exerce habituellement un choc direct soit sur l'outil de travail, soit sur un bloc d'enclume prenant appui sur l'outil sans l'interposition d'un joint élastique. Dans une telle d isposition, la course du piston n'est pas uniforme puisque la position de l'outil de travail n'est pas toujours la même au moment du choc. Le ressort de rappel compense ces variations de la course.
Au contraire, l'application d'une force motrice obtenue à l'aide de gaz enflammés pour rappeler
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le piston, dans un moteur à double effet, au lieu du ressort qui caractérise le moteur à simple effet, exige une course sensiblement constante du piston puisque l'explosion qui a lieu dans la chambre inférieure doit être réglée de façon à se produire à un point fixe du fonctionnement du moteur.
Un moteur à double effet à course constante du piston ne donne pas les meilleurs résultats si le piston doit frapper directement l'outil de travail parce que, si le mécanisme de distribution a été réglé pour une course de faible longueur, la force du choc est souvent trop faible, alors que le choix d'une course relativement grande peut provoquer le calage du moteur chaque fois que la position de l'outil de travail se trouve être exagérément haute. Conformément à la présente invention, on remédie à cet inconvénient par l'application d'un système percutant du type piston libre dans lequel la cage cylindrique est directement accouplée avec le piston moteur à course constante, alors que le piston formant marteau se meut entre les limites d'une certaine échelle, à l'intérieur de la cage, pour frapper l'outil de travail.
Un des buts de cette invention est d'augmenter le rendement et la facilité d'adaptation d'un outil à percussion par la combinaison d'un moteur à combustion interne et d'un ensemble de marteau du type piston libre.
L'invention a, en outre, pour objet d'établir un outil pratique actionné par un moteur à combustion interne à double effet en communiquant des chocs percutants à partir d'un piston moteur à un outil de travail par l'intermédiaire d'un ensemble percutant qui comprend un marteau du type piston libre à course variable.
D'autres buts de l'invention et les modes de réalisation qu'elle est susceptible de recevoir seront mis en
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évidence au cours de la description donnée ci-après, en se référant aux dessins annexés sur lesquels :
La figure 1 est une coupe longitudinale d'un bourreur de traverses compoltant l'application du présent mécanisme, le piston moteur étant représenté dans sa position la plus haute, une partie du système d'allumage étant représenté schématiquement.
La figure 2 représente à une échelle plus grande la partie supérieure de la figure 1.
La figure 3 est une vue analogue à la figure 2, montrant le piston moteur dans une des positions qu'il occupe au cours de son mouvement vers le bas.
La figure 4 est une vue à plus grande échelle de la portion inférieure de l'outil, l'ensemble percutant étant représenté dans une des positions qu'il occupe dans sa course de descente.
La figure 5 représente par une vue analogue aux figures 2 et 3 le piston moteur à la fin de sa course vers le bas.
La figure 6 est une vue analogue à la figure 4, mais représente le marteau au moment où le piston moteur atteint la fin de sa course vers le bas.
La figure 7 est un détail à plus grande échelle de l'extrémité inférieure du poussoir de démarrage, cette coupe étant prise par la ligne 7-7 de la figure 2.
Pour faciliter la description, on peut considérer l'outil comme composé de deux unités coopérantes qui constituent les extrémités opposées - inférieure et supérieure de l'outil. L'extrémité supérieure de l'outil est établie sous forme d'un moteur à combustion interne, et l'extrémité inférieure est établie sous forme d'un support et d'un guide
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pour les éléments transmettant le choc. Comme représenté sur la figure 1, les éléments de support principaux de l'outil comprennent deux cylindres 8 et 9, à l'extrémité supérieure, et un prolongement ou corps cylindrique 10 s'étendant vers le bas, à l'extrémité inférieure.
Dans les cy- lindres et coulisse un piston moteur 11 dont est solidaire une bielle 12 pénétrant dans le corps cylindrique 10 et accouplant rigidement le piston avec une cage cylindrique 13 qui est disposée dans le corps 10 et se meut par rapport à lui. Dans la cage cylindrique 13 est monté pour se mouvoir par rapport à ladite cage un marteau du type piston 14 qui, sous l'action d'air comprimé, est destiné à exercer un choc sur l'extrémité supérieure d'un outil de travail 15. qui peut être une barre de pilonnage dans le présent exemple.
La tige de la barre 15 est enveloppée par l'extrémité inférieure du corps 10 et par un prolongement 16 fixé au corps 10 par'des boulons 17. La barre 15 coulisse dans un coussinet 18 supporté à l'intérieur de l'extrémité inférieure du prolongement 16. Pour limiter le mouvement de la barre de pilonnage vers le bas et diminuer le choc exercé sur cette barre, un ensemble amortisseur est prévu au-dessus du coussinet 18. Cet ensemble comprend un bloc de caoutchouc ou matière analogue 19. un anneau de retenue 21 et un disque de contact 22 qui repose sur l'extrémité supérieure du bloc 19. dans la position voulue pour être'soumis'à l'action de la surface de dessous d'un collet 23 de la barre 15.
Pour limiter le mouvement de la barre dans le sens opposé, ou vers le haut, une bague d'écartement 24 est disposée à l'intérieur du corps 10 au-dessus du collet 23
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On considérera maintenant le moteur à combustion interne. On voit sur la figure 2 que les deux cylindres 8 et 2 sont assujettis l'un à l'autre par des boulons 25 et que le cylindre inférieur 9 est fixé à l'extrémité supérieure du corps 10 par des boulons 26. L'assemblage des cylindres 8 et 2 est réalisé de telle sorte que les chambres à explosions respectives 27 et 28 sont alignées et constituent en réalité une chambre unique dans laquelle coulisse le piston moteur 11.
Dans les chambres à explosion 27 et 28 débouchent respectivement des conduits ? et 31 par lesquels une charge comprimée d'air chargé d'essence est introduite dans les chambres de combustion. Des lumières d'échappement 32 et 33 sont aussi respectivement prévues dans les-deux chambres de combustion pour permettre l'échappement des gaz brûlés. Avec les conduits 29 et 31 communique, par des lumières 34 et 35.une chambre de compression préalable 36 fermée par le piston 11.
Une tête de piston 38, constituée au milieu de la longueur du piston moteur, coulisse à frottement doux dans la chambre 36 et divise celle-ci en un compartiment supérieur et en un compartiment inférieur. Des soupapes séparées 39 et 41 contenues dans des boîtiers correspondants 40, 42 règlent le passage du mélange explosif dans les conduits 29 et 31. Ces soupapes sont identiques et il suffira de décrire la construction et le fonctionnement de l'une d'elles. Chacune de ces soupapes est du type à disque-clapet et est sollicitée par un ressort 43 vers la position de la figure 2, où elle obture l'ouverture à soupape 44 débouchant dans le conduit 29 (ou 31).
Le boîtier à soupape communique avec l'air extérieur par des lumières 45, et l'essence arrivant d'un réservoir (non représenté) est dirigée vers l'ouverture à soupape par un conduit 46 communiquant avec une tubulure d'admission 47. Un
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pointeau de réglage 48 permet de régler le débit du carburant liquide passant par le conduit 46. Les positions qu'occupent les soupapes 39 et 41 sur les dessins ont été choisies pour simplifier ces dessins. Elles peuvent en réalité occuper les positions représentées, mais une disposition préférée consisterait à disposer les soupapes côte à cote et à 90 environ par rapport aux positions représentées.
Dans ce dernier cas, on peut utiliser un seul pointeau de réglage 48 commun aux deux soupapes, bien que, dans le cas où l'on jugerait désirable de brûler un mélange plus riche dans une des chambres que dans l'autre, on puisse conserver la.présente disposition de deux pointeaux.
Pour expliquer le fonctionnement du moteur, on peut supposer que, sur la figure 2, le piston 11 vient d'être lancé vers le haut par une explosion qui s'est produite dans la chambre inférieure 28, et que la chambre supérieure 27 renferme une charge comprimée qui est prête à être allumée par une étincelle obtenue à l'aide d'une bougie 49, faisant saillie dans l'extrémité supérieure de la chambre 27. Lorsque l'explosion se produit dans la chambre 27, le piston 11 est chassé vers le bas, ce qui coupe la communication de la chambre inférieure 28 avec le conduit 31 et la lumière d'échappement 33. A mesure que la tête de piston 38 descend à l'intérieur de la chambre de compression préalable 36, elle comprime la charge préalablement introduite dans le compartiment inférieur de cette chambre et dans le conduit 29.
Un vide partiel est ainsi créé dans le compartiment supérieur au-dessus de la tête 38 et, à ce moment, la pression atmosphérique à laquelle est soumise la soupape 41 a pour effet d'ouvrir cette soupape en permettant ainsi le
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passage d'un mélange explosif dans le conduit 31. ce mélange passant dans le sens des flèches de la figure 3 dans la chambre de compression préalable supérieure 36. Le piston 11, continuant à descendre, découvre d'abord la lumière d'échappement 32 de la chambre supérieure 27, puis l'orifice d'admission du conduit ±. Ainsi, approximativement au même moment, les gaz brûlés s'échappent par la lumière 32 d'un côté de la chambre 27 et un mélange frais pénètre dans cette chambre par le côté apposé.
Sur chacune des extrémités du piston 11 est formée une saillie 51 qui agit de façon à diriger le gaz frais vers l'extrémité de la chambre de combustion et à l'écart de la lumière d'échappement. Le mouvement qu'effectuent les gaz à ce moment est indiqué par les flèches de la figure 5, où l'on voit que le piston occupe sa position inférieure limite, au moment où la charge comprimée dans la chambre 28 est sur le point d'être allumée par une bougie 52 faisant saillieàl'extrémité inférieure de cette chambre.
La charge que contiént alors la chambre 28 y a été introduite pendant la précédente course ascendante du piston 11.
Lorsque le piston 11 est lancé vers le haut, l'opération décrite ci-dessus se trouve répétée, mais en sens inverse. En d'a tres termes, pendant cette course le mélange précédemment introduit dans la chambre supérieure 36 est comprimé par le mouvement de la tête 38, et, lorsque le conduit 31 se trouve découvert, ce mélange pénètre dans la chambre 28, alors que les gaz brûlés s'échappent de cette chambre par la lumière 33. En même temps, il sfétablit dans la chambre inférieure 36 un vide partiel qui provoque l'ouverture de la soupape 309 et l'admission d'un mélange frais dans cette chambre et le conduit 29. qui a été fermé par le
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mouvement ascendant du piston moteur.
En raison de cette disposition, le piston 11 effectue un mouvement alternatif positif, et l'effet obtenu est celui de deux moteurs travaillant sur un seul piston, chacun des moteurs élémentaires fonctionnant suivant le cycle à deux temps.
Le système d'allumage utilisé conjointement avec le moteur peut être excité à partir d'une source de courant extérieur telle qu'une batterie d'accumulateurs 53 (figure 2).
Des bobines individuelles C-1 et 0-2 sont connectées avec les bougies respectives 49 et 52 et ont une connexion commune avec le négatif de la batterie. Les bornes positives des bobines sont reliées respectivement à des contacts 54 et 55 avec lesquels coopère une armature 56 reliée directement au positif de la batterie. L'armature 56 est établie sous forme d'un levier coudé qui pivote autour d'un axe 57 pour venir en contact avec l'un ou l'autre des contacts 54, 55, de façon à fermer le circuit par une des bobines C-1, 0-2 et à créer une étincelle entre les électrodes de la bougie 49, 52.
Deux ressorts-.58 et 59 reliés au levier 56 au-dessus de l'axe de pivotement 57 et agissant dans des sens opposés, tendent à centrer le levier dans une position située à mi-distance entre les contacts 54 et 55 pour maintenir normalement ouvert le circuit des deux bobines. Le levier 56 coopère avec un goujon 61 porté par la cage cylindrique 13, ce goujon pouvant, le cas échéant, être constitué par le prolongement d'un axe 62 qui traverse l'extrémité supérieure de la cage cylindrique 13 et l'extrémité inférieure de la bielle 12 pour'accoupler rigidement la cage et le piston moteur 11. Le goujon 61 fait saillie à travers une ouverture longitudinale 60 du corps cylindrique 10.
Le bord du levier 56 qui entre en contact avec le goujon 61 présente dessurfaces inclinées
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distinctes 56 et 56B qui convergent jusqu'en un point bas voisin ùe l'axe de pivotement 57. -De cettefaçon, lorsque le piston moteur 11 occupe sa position supérieure, comme sur la figure 2, le goujon 61 est en contact avec l'extrémité supérieure ,de la surface inclinée , ce qui maintient le levier 55 incliné dans le sens lévogyre, en surmontant l'action du ressort 58, pour fermer le circuit de là bobine C1 vers la bougie 49 et provoquer une explosion dans la chambre supérieure 27.
Lorsque le piston moteur descend, le goujon 61 descend le long de la surface 56A et, au moment où il est sur le point d'atteindre le point médian représenté sur la figure 3. il se sépare du levier en permettant au ressort 58 de rappeler ce levier à sa position centrale, ou position d'ouverture du circuit. Dans la continuation du mouvement de descente du piston, le goujon 61 glisse le long de la surface inclinée 56B et, au moment où il atteint la position de la figure 5, le levier 56 pivote dans le sens dextrogyre pour venir toucher le contact 55 et établir un circuit passant par la bobine C-2 et la bougie d'allumage 52, ce qui provoque une explosion dans la chambre inférieure 28. 3ien entendu, le mouvement de retour du piston effectue un mouvement lévogyre du levier 56 et, par suite, une nouvelle explosion dans la chambre supérieure 27.
Le fonctionnement du mécanisme d'allumage est ainsi régi par la cage 13 pour provoquer des explosions alternantes dans les chambres 27. et 28.
On peut utiliser tout dispositif approprié pour lancer le moteur. On a représenté un dispositif comprenant un poussoir à commande manuelle 63 qui traverse de haut en bas l'extrémité supérieure du cylindre 8 et pénètre dans la chambre
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27. L'extrémité inférieure de ce poussoir est munie d'une goupille ou barrette 63a (figure 7) destinée à être insérée dans une fente d'assemblage à baïonnette 64 ménagée dans la partie supérieure de la saillie supérieure 51. Le poussoir 63 peut être verrouillé au piston 11 par l'opération consistant à insérer la barrette 63a dans la fente 64 et à exercer alors sur ce poussoir une légère torsion opposée à la force d'un ressort combiné de torsion¯et de compression 65 qui entoure la tige du poussoir.
On peut alors communiquer un mouvement de monte et baisse manuel au poussoir pour communiquer le même mouvement au piston moteur et lancer le moteur. Lorsqu'on lâche le poussoir, il est ramené angulairement à sa position normale par le ressort 65 et rappelé à sa position de la figure 3. Sur le poussoir 63 est prévue, près de son extrémité inférieure, une tête en forme de soupape 66 qui est normalement pressée sur un siège 67 constitué dans le cylindre 8, pour empêcher les fuites de la chambre à explosion 27,
Comme représenté sur les figures 1, 4 et 6, l'ensemble percutant comprend, comme on l'a dit précédemment, la cage cylindrique 13 et le piston formant marteau 14 placé à l'intérieur de cette cage et se mouvant par rapport à elle.
La cage 13 est pourvue d'épaulements 68 qui entrent en contact avec la surface intérieure du corps cylindrique 10 pour empêcher le mouvement latéral de la cage qui coulisse avec le piston moteur 11. Le piston-marteau 14 est pourvu d'une tête s'ajustant exactement dans l'alésage intérieur de la cage et d'une tige ou prolongement qui traverse l'extrémité inférieure de la cage et occupe la position voulue pour heurter la barre de pilonnage 15. La cage 13 est fermée à son extrémité supérieure, et elle est obturée à son extrémité
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inférieure par le passage du piston-marteau 14 à travers la- dite extrérlité.
Une ou plusieurs fentes 69. un peu plus longues que la tête du piston 14 sont pratiquées dans la cage, en son milieu, pour que les pressions moyennes exercées sur les extrémités opposées de ladite tête soient approxima- tivement égales entre elles et avec la pression atmosphérique.
Les extrémités supérieure et inférieure de la cage consti- tuent aes matelas d'air 71. 72, respectivement. Lorsque la cage ùescend par rapport au piston, l'air de la chambre supérieure 71 est comprimé et chasse le piston 14 vers le bas de façon qu'il exerce un choc sur la barre 15.
Dans le mouvement ascendant de la cage par rapport au piston, l'air de la chambre inférieure 72 est comprimé et tend à ramener le piston à la position de la figure 1. -rendant le mouvement descendant initial de la cage, le piston 14 termine d'abord son mouvement ascendant et commence alors à descendre, c;ais., en raison de son inertie, ce piston se meut à une vi- tesse instantanée inférieure à celle de la cage 13, Tant que la vitesse du piston 14 n'a pas atteint une valeur égale à celle de la cage, le volume de la poche d'air 71 diminue, comme il ressort d'une comparaison des figures 2 et 4. Pen- dant la dernière partie de la course de la cage vers le bas, l'air comprimé que contient la chambre 71 se dilate, de telle sorte que le piston se meut à une vitesse beaucoup plus grande que la cage.
Au moment où le piston 14 vient frapper la barre 15.il sement indépendamment de la cage, et celle-ci @ peut commencer son mouvement de retour à tout instant, au cours de cette période, sans que l'efficacité du choc exercé par le piston soit diminuée de ce fait. Sur la figure 6, le piston a heurté la barre 15 et a rebondi légèrement, et la
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cage occupe sa position la plus basse.