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'PERFORATRICE - A ROTATION ET A PERCUSSION.
Il est connu de forer par rotation, ou par percussion. Le fo- rage par rotation exige, dans des roches dures, une pression d'application de 2 à 3 tonnes; le forage à percussion, de son côté, exige des coups indivi-" duels puissants;'dans les deux cas, l'outil subit une charge excessive, no- tamment lorsqu'il est armé de métal dur.
On a également déjà proposé de forer par rotation et percussion, mais on ne connait pratiquement pas de machines de ce genre, parce qu'il a été impossible, jusqu'à présent, d'obtenir de cette manière une puissance de forage suffisante.
La présente invention a pour but la@construction d'une machine à forer par rotation et percussion qui frappe des coups se succédant très rapidement,.en fonction de la vitesse de rotation et qui, de plus, empêche le tranchant du trépan de rebondir après chaque coup qui l'a fait pénétrer dans la roche, en le maintenant dans l'entaille formée et en lui faisant cisailler à chaque coup un petit secteur du fond du trou foré, par exemple de 2 à 4 , dans le sens de la rotation. Avec ce mode de travail, on envisage de petites vitesses de rotation par exemple 250 tours par minute, et des' nombres de coups dépassant 10.000 coups par minute.
L'invention s'applique à une perforatrice à rotation comportant un appareil de percussion et une tige de forage rotative, du genre connu.
L'invention consiste en un appareil de percussion qui frappe sur la tige de forage rotative des coups de courte durée, par exemple 10.000 coups par minute, et qui est relié à la perforatrice à rotation de telle maniè- re qu'un coup produisant une entaille soit frappé après chaque déplacement angulaire de petite amplitude, par exemple 2 15', en même temps qu'un méca- nisme d'avancement de la machine fait suivre la tige de forage., chaque fois, au moins d'une distance correspondant à la profondeur de l'entaille, pour empêcher un rebondissement des tranchants du trépan.
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Pour frapper des coups puissants de courte durée, on peut utiliser par exemple un dispositif de percussion à action mécanique se composant d'une partie rotative, d'une part, et d'une partie non rotative mais axialement mo- bile,d'autre part, la partie rotative (par exemple un plateau rotatif) de ce dispositif comportant un grand nombre de saillies et de creux qui commu- niquent à la tige de forage un mouvement par acoups, par leur déroulement sur la partie non rotative. Le plateau rotatif et le plateau de frappe peu- vent être munis de couronnes de galets s'engageant l'une dans l'autre.
On peut aussi disposer sur le plateau rotatif et sur le .plateau de frappe plu- sieurs couronnes concentrions de galets s'engageant les unes dans les autres et, dans ce cas,le plateau rotatif à plusieurs couronnes de galets peut être fait d'une seule pièce, tandis que chaque couronne de galets axialement mo- .bile et en engagement avec les précédentes appartient avantageusement à un plateau de frappe individuel. Dans ce cas, les plateaux de frappe peuvent être disposés avec leurs couronnes de galets décalés les unes par rapport aux autres, et reliés les uns aux autres par des organes de maintien, tout en étant mobiles dans le sens axial.
Pour frapper les coups de courte durée, on peut aussi se servir d'un oscillateur à magnéto-striction qui, dans la forme de réalisation la plus simple, consiste en une tige ferromagnétique se contractant et se dila- tant sous l'effet du champ alternatif d'une'bobine et frappant, de ce fait, des coups sur la tige de forage. Dans ce cas, il est possible de se servir de la tige de forage elle-même comme tige ferromagnétique d'oscillation, en la disant en des alliages ferro-magnétiques appropriés, ce qui permet de créer un appareil accessoire très simple ne se composant essentiellement que d'une bobine et d'un générateur approprié de courant alternatif et pouvant être monté, comme appareil de percussion, sur n'importe quelle perforatrice à rotation existante.
Il est dans ce cas avantageux d'utiliser la fréquence propre de la tige d'oscillation de manière qu'elle coopère avec la fréquence de la bobine, dans le même sens, pour augmenter l'effet de magnéto-stric- tion. L'effet de magnéto-striction peut aussi être transmis à un oscillateur qui, de son côté, transforme l'énergie dynamique reçue en travail, par exem- ple, l'appareil de percussion peut consister en une bobine ayant un noyau de fer qui est mis en oscillation par des :impulsions de courant et dont le mouvement frappe des coups en grand nombre sur la tige de forage.
Le mécanisme produisant la pression d'application peut consister en une broche d'avancement légère, en soi connue, qui n'a besoin d'exercer que des forces modérées, par exemple de 50 à 180 kg.
Les avantages procurés par l'invention résident dans le fait que la roche du fond du trou.foré est entaillée, et que la rotation du tré- pan n'effectue plus, en somme, que le déblayage et le ratissage de corps minéraux émiettés. On frappe donc sur la tige de forage des coups nombreux dont la force est grande et de courte durée. On obtient ainsi de grandes puissances de forage, avec une petite force d'application du trépan sur le fond du-trou foré et en ménageant de ce fait les tranchants du trépan.
Cela permet, par exemple, quand on emploie des outils armés de métal dur, d'utiliser, comme garnitures des tranchants, des métaux durs plus cassants et par conséquent plus résistants à l'usure.
La perforatrice à rotation et à percussion selon l'invention per- met de perforer des roches très dures, ayant par exemple un indice de dureté ("shore") de 110 et davantage, en des temps de forage qui n'étaient pas réa- lisables jusqu'ici. Il y a lieu de signaler que de telles roches ont, jus- qu'à présent, toujours pu être forées par percussion.
Un autre avantage notable de l'objet de l'invention est le fait que le dispositif de percussion selon l'invention peut être ajouté d'une manière extrêmement simple à n'importe quelle perforatrice à rotation, de sorte que des perforatrices existantes de ce genre peuvent continuer à être utilisées, en leur conférant l'avantage apporté par l'invention.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, un mode de réa- lisation de l'invention.
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Fig. 1 est une coupe axiale et/fin dispositif de percussion.
Fig. 2 est une vue en élévation d'un plateau de frappe, à partir de la ligne I-II de la fig. 1, dans le sens des fléches.
Fig. 3 est une vue d'un organe de maintien pour un plateau de frappe.
Fig. 4 est une coupe de l'organe de maintien d'un plateau de frappe, selon la fig. 3.
Fig. 5 est une coupe de la perforatrice à rotation.et à percus- sion avec son mécanisme d'avancement.
Le plateau rotatif 1 est muni,, à sa surface frontale, de deux couronnes de galets 11 et 12, de vingt galets chacune. Les galets sont disposés à des distances angulaires égales de 18 . Sur l'arbre du plateau à galets 1 peut coulisser dans le sens axial le plateau de frappe inté- rieur 2, qui peut aussi être appelé marteau et dans la surface frontale du- quel sont montés, en face de la couronne de galets intérieure 11 du plateau rotatif 1, des paires de galets 13 disposés de telle manière que pendant la rotation du plateau 1 deux galets décalés de 180 de ce dernier rencon- trent chaque fois une paire de galets du plateau de frappe 2, de sorte que celui-ci reçoit un coup qui le déplace en avant.
Ce coup se transmet par le disque 4 au collet du manchon5 et ainsi à la tige de forage et au tré- pan (non représentés), qui sont montés dans le prolongement du dit manchon A chaque tour du plateau rotatif 1, les vingt galets de la couronne de ga- lets intérieure 11 coopèrent avec les quatre paires de galets 13 du mar- teau 2, de sorte que 20 X 4 = 80 coups d'entaille sont transmis au trépan.
Cela correspond à un angle de rotation de 4 30' par coup de galet. Le pla- teau de frappe extérieur 3 coulisse axialement sur le plateau de frappe intérieur 2 et possède également à sa surface frontale, en face de la cou- ronne de galets extérieure 12 du plateau rotatif 1, des galets 14 disposés de la même manière que ceux du plateau de frappe 2. Chacun des deux plateaux de frappe 2 et 3 reçoit donc un coup chaque fois que le plateau rotatif 1 a parcouru un angle de 4 30' . Les marteaux sont empêchés de tourner par les organes de maintien 6 et 7, qui les tiennent décalés de 2 15' l'un par rapport à l'autre, de sorte qu'ils ne frappent pas en même temps, mais l'un après l'autre.
En conséquence, le manchon 5 reçoit, à chaque tour complet du plateau rotatif ,2 X 80 = 160 coups d'entaille, ce qui correspond à un angle de rotation de 2 15' par coup (160 X 2 15' = 360 ). Si le pla- teau rotatif 1 est commandépar exemple, à 400 tours par minute, le manchon 5 et avec lui la tige de forage et le trépan reçoivent 400 X 160 = 64.000 coups d'entaille par minute. L'avancement du marteau se fait par la deuxième partie de la machine, qui ne tourne et ne frappe pas, de telle sorte que les arêtes de forage ne rebondissent pas hors de l'entaille et qu'il s'exerce une faible pression d'application sur le fond du trou foré.
Comme on le voit dans la fig. 5, le moteur 20 fait tourner le plateau rotatif 1 et la tige de forage 21 mise en-place. La tige de forage 21 porte d'une part le trépan 22 et d'autre part la tête 23 pour la circula- tion d'eau. Comme décrit plus haut, le plateau de frappe 3 est disposé de- vant le plateau rotatif 1 de manière à pouvoir se déplacer seulement dans la direction de la tige de forage 21. Celle-ci est soutenue par le support de guidage 24 et ses paliers à billes 25 et 26 de manière à pouvoir se dé- placer axialement,
Le moteur 20 est monté sur un chariot 27 dont les guides 31 peu- vent coulisser le long des tubes 32: Sur le châssis 28 est monté un moteur d'avancement 33 qui met en rotation une broche d'avancement filetée 34. Celle- ci est montée dans les paliers 35 et 36, sur des corps de roulement.
La rotation de la broche filetée 34 entraine le déplacement de l'écrou 37 engagé sur elle. L'écrou 37 déplace ainsi, par l'intermédiaire des pièces de liaison 29 et 30, le chariot 27 et la perforatrice qui se trouve de ce fait serrée contre le fond du trou foré. Des entretoises 38 constituent les parties latérales du bâti 28.