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La présente invention concerne un vibrateur comportant un piston avec tige en saillie se déplaçant vers le haut et vers le bas dans un cylindre et un corps de tiroir mobile dans un carter de ti- roir pour commander l'arrivée du fluide sous pression au cylindre.
Le coté du piston qui porte la tige est soumis en permanence à l'ac- tion d'une source de pression hydraulique et l'autre côté du piston peut être relié alternativement à la source de pression et à l'échap Dément suivant la position du tiroir. L'invention a pour but un vi- brateur de ce genre qui soit de conception simple et qui, utilisant un fluide hydraulique comme source motrice, peut fonctionner à une fréquence élevée sans bruit gênant. Un exemple d'emploi du vibra teur est le perçage de rochet à l'aide d'outils de percussion ou de
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fleurets munis de pastilles en carbures métalliques durs lorsqu'il est désirable de disposer d'une fréquence plus élevée qu'il n'est possible avec les machines à air comprimé.
La caractéristique principale de l'invention est que le corps de tiroir est agencé pour être actionné par les mouvements du piston à l'aide d'un ou plusieurs organes formant ressort qui coopèrent avec le piston pendant la totalité de la course de ce dernier, différant en cela du cas de certaines réalisations bien connues où les ressorts ne coopèrent avec le piston qu'en fin de course seulement. Avec l'agencement conforme à l'invention, le piston et le corps de tiroir opèrent comme des objets oscillant librement sans que leurs positions extrêmes soient positivement déterminées par des butées fixes, de sorte qu'une oscillation com- plète s'effectuant librement peut avoir lieu. En conséquence, tout le dispositif fonctionne sans bruit et à grande vitesse.
L'organe fermant ressort ci-dessus peut consister, par exemple, en un res- sort à lame réunissant le piston et le corps de tiroir ou en deux ressorts de compression ou à boudin agissant l'un contre l'autre et de préférence en contact permanent, sous une certaine compression préalable avec un toc, un cliquet ou autre dispositif analogue en- tre le piston et le corps de tiroir. De cette façon, le piston et le corps de tiroir se déplacent comme deux masses oscillantes réu- nies l'une à l'autre par le système élastique ci-dessus, alors qu' ils se déplacent à la fréquence désirée, (par exemple 4000 vibra- tions ou courses par minute ou plus, par exemple 5000- 6000 vibra- tions ou courses par minute). La fréquence et la longueur de la cou: se dépendent de la rigidité du ressort, du débit du fluide et de sa pression.
Une augmentation du débit de fluide implique une augmenta. tion de la course du piston par unité de temps et l'augmentation de la pression implique une augmentation de l'accélération du piston.
Un ressort faible implique de longues courses, c'est-à-dire une bas. se fréquence, tandis qu'un ressort rigide signifie des courses plus courtes, c'est-à-dire une fréquence plus élevée.
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L'invention va être décrite ci-après en détails avec ren- voi aux coup es longitudinales plus ou moins schématiques de quel- ques réalisations de l'invention représentées aux figures 1 et 2 des dessins annexés. La figure 3 représente une coupe transversale d'une autre réalisation.
Dans la figure 1, 10 représente un cylindre dans lequel peut se déplacer axialement un piston 11. Le piston est monté sur une tige de piston 12 ou un dispositif analogue traversant de fa- çon étanche l'une des extrémités du cylindre et dont la section droite est de préférence à peu près moitié de celle du piston 11.
Une tige de tiroir 13 est mobile axialement dans un carter de ti- roir 14 monté sur le cylindre 10 ou faisant partie intégrante de celui-ci. Les directions des mouvements du piston et de la tige de tiroir sont de préférence parallèles. La tige de tiroir porte deux cames ou têtes de tiroir 15, 16 qui s'ajustent dans un logement 17 à l'intérieur du carter de tiroir et qui, suivant leur position dan ledit logement, ouvrent ou ferment la communication entre un loge- ment 18 ou 19 respectivement et un passage 20 conduisant au cylin- dre au-dessus du piston 11. Une canalisation 21 venant d'une source de pression hydraulique est en communication permanente avec la charnu bre sous le piston 11 par un branchement 22 et avec le logement 18 par un autre passage 23. Un échappement 24 part du logement 19.
Les mouvements du piston 11 sont transmis à la tige 13 par l'un ou l'autre des deux ressorts 25, 26 qui sont serrés l'un contre l'autre. Dans la figure schématique, la tige de piston 12 porte un bras de commande 27 avec un jeu ou mouvement à vide monté sur la par- tie de tige de tiroir 28 dépassant à l'extérieur du carter de ti- roir. Les ressorts viennent au contact du bras 27 et des butées 29, 30 sur la tige de tiroir; ils ont de préférence un léger serrage initial. Un mouvement du piston 11 dans une direction quelconque comprime d'abord le ressort correspondant, puis déplace la tige de tiroir.
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Le vibrateur fonctionne de la façon suivante :
Il y a toujours une force s'exerçant sur le fond du pis- ton 11 qui est égale à la pression par unité de surface du fluide hydraulique, multipliée par la surface annulaire à l'extérieur de la tige de piston 12, ladite surface, comme il a été dit plus haut, étant d'ordinaire environ la moitié de la surface supérieure du pis- ton. Si la tige de tiroir 13 est dans une position telle que la tê- te de tiroir 16 assure l'ouverture de la communication entre la cham- bre supérieure du cylindre et l'échappement 24, tandis que l'alimen- tation en fluide hydraulique par le passage 23 est coupée par la tê- te de tiroir 15, le piston est alors soumis à une force dirigée vers le haut égale à la moitié de la surface du piston multipliée par la pression hydraulique par unité de surface.
Si, par ailleurs, la ti- ge de tiroir 13 est en position haute où l'échappement 24 est fermé tandis que le fluide hydraulique parvient à la chambre supérieure du piston par le logement 18, la partie supérieure du piston sera soumise à une force égale à la section totale du piston multipliée par la pression hydraulique par unité de surface. Dans ce cas, tou- tefois, une pression s'exercera en même temps, dirigée vers le'haut, sur le'fond du piston qui est moitié moins grande, puisque ledit fond est constamment soumis à la pression venant de la source de pression. La force résultante dirigée'vers le bas sera donc la même que la force dirigée vers le haut dans la première position de la tige du tiroir.
Dans ces conditions, pour que le piston 11 soit en équili-' bre, il faudrait que la pression sur la face libre du piston fût la moitié de la pression sur la face tournée vers la tige de piston.
On peut obtenir ce résultat en mettant la tige de tiroir 13 dans la position neutre représentée sur la figure, dans laquelle l'alimen- tation en fluide hydraulique par le passage 23 et l'échappement du fluide par le passage 24 sont fermés tous les deux, de sorte que la pression hydraulique unitaire dans la partie supérieure du cylin- dre soit moitié de celle régnant dans la partie inférieure. Les
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éléments mobiles du vibrateur ont une tendance s'ils ne sont pas perturbés par des forces extérieures, à se placer dans cette posi- tion neutre et même, après avoir été déplacés de cette position neu- tre, à s'efforcer d'y revenir. Ils sont toutefois empêchés de rester dans cette position en raison de l'accouplement élastique entre le piston 11 et la tige de tiroir 13.
Si le piston a été poussé vers le haut sous l'effet d'une force extérieure, comme dans la figure 1, le ressort 25 est comprimé de sorte que la tige de tiroir 13 est poussée vers le haut. Ceci ouvre l'alimentation en fluide hy- draulique par le passage 23 et ferme l'échappement 24.
La pression sur la face supérieure du piston 11 est plus grande et le piston est poussé vers le bas. Ceci comprime le res- sort 26 et, comme suite, tire la tige de tiroir 13 vers le bas. L' alimentation en fluide hydraulique de la chambre supérieure du cy- lindre est coupée et à son lieu et place, la communication avec l'é- chappement 24 est ouverte. Les forces dirigées vers le haut sur le piston 11 sont prédominantes, de sorte que le piston se déplace vers le haut. L'ensemble du processus se traduit par un mouvement alter- natif rapide du piston 11, donc également de la tige de tiroir 13.
La position neutre est toujours franchie et la fréquence des mouve- ments des deux éléments est très grande.
Lorsque commence une nouvelle course, le piston se déplace d'un mouvement accéléré et entraîne la tige de tiroir 13 dans la mê- me direction, mais il y a lieu de noter qu'en raison de l'inertie de la tige de tiroir et de l'accouplement par ressort avec le piston, la tige de tiroir prend un retard en arrière et que le ressort est comprimé avec une force correspondant à la force d'accélération du mouvement de la tige de tiroir.
Quand la tige de tiroir a franchi la position neutre, et qu'elle arrive à la position où la pression hydraulique est renversée, le piston s'arrête et repart dans l'autre sens, mais la tige de tiroir continue plus loin jusqu'à ce que le système de ressorts soit relâché et suffisamment tendu dans l'autre sens pour lui permettre de ralentir la tige de tiroir, de l'arrêter
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et.de la faire repartir en sens inverse. '
La fréquence et l'amplitude des vibrations du vibrateur et de son piston, respectivement., peuvent être réglées en modifiant la force et. la'longueur des ressorts 25 et 26. On peut également disposera un contrôle entre certaines limites en faisant, varier la pression.hydraulique et le'débit!, du fluide.
La pression hydrauli- que' peut,; pan-exemple être- de 50 à 100 kp/cm2. Dans une réalisa- tion avec 5000 à 6000 courses par minute., la pression était de.
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70 1p/cm.2,;, la. consommation de liquide 120 litres/minute 1'énprg%e de la course de 6,4 kpm par course., la longueur de la course de 8 mm. et. la vitesse du piston 6,5 m/sec. L'invention, toutefois, n'est en aucune- façon limitée, à ces valeurs.,
Le fluide hydraulique peut être.,. par-exemple de 1:'eau, ou, de l'huile.. Dans le perçage de roche!', on! envoie, de 1-1-eau d'évacua- tion aux trous em croise de perçage. La quantité de liquide moteur pour le vibrateur est à peu près la même que le débit du liquide d'évacuation nécessaire.,.
Il est donc possible., quand on fore à de. grandes profondeurs, comme de quelque 100 mètres, d'actionner le vi- brateur avec de- l'eau provenant de la surface du sol sans fournir aucune énergie externe puisque l'énergie due à la différence des niveaux est suffisante pour actionner le vibrateur. La tige de pis- ton 12 peut.être reliée directement à l'outil de sorte qu'ils vi- brent ensemble., ou bien: la tige de piston 12 et les. éléments qui lui sont réunis peuvent transmettre leur mouvement vibratoire à la queue de l'outil.
L'invention peut être employée dans de nombreux cas tels que pour des machines à terrasser et à charger, le vibrateur étant alors accouplé aux éléments de terrassement pour faciliter leur péné- tration dans la matière à charger. D'autres emplois pour- lesquels: le vibrateur peut être utilisé avec avantage sont: l'écoulement de ma- tières dans des entonnoirs ou des bacs à secousses, le transport de matières'dans des goulottes d'alimentation ou le séchage de matières diverses (par exemple, épaississement de pulpe broyée).
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Si la machine est utilisée par percussion, l'accouplement entre la tige du piston et l'outil doit être réglé de telle sorte que le choc se produise avant que le piston rencontre la contre - pression du liquide. Ceci freine le piston en marche, de sorte que la tige du tiroir remonte et renverse le sens du mouvement.
Si l'on emploie un robinet réducteur de pression ou un dispositif analogue, de sorte que la pression hydraulique sur le piston du côté de la tige, par exemple, soit plus faible que la pression hydraulique dans le passage 23, les forces hydrauliques agissant des deux côtés du piston peuvent néanmoins être égalisées ou à peu près par un choix correspondant du rapport entre les diamè- très extérieurs du piston et de sa tige.
La figure 2 représente un mode de réalisation de l'inven- tion pour l'emploi dans une machine de forage par percussion.
Cette machine se compose de deux tubes concentriques 32 et 33. Le liquide arrive entre ces deux tubes, le tube intérieur 33 servant à l'échappement. Les tubes servent également à guider la ma- chine et à la faire tourner dans le trou de forage. Le tube 32 est fixé à un carter 31, muni d'un bloc 34 percé d'un alésage 35 pour les têtes de tiroir 36, 38, la seconde comportant une gorge tournée dans son extrémité extérieure. Les têtes de tiroir 36, 38 sont fi- xées sur une tige de tiroir 37. Le fluide hydraulique entre par le tube 32 vers un passage 31a dans le manchon 31 et, de là, traverse un passage 39 vers un logement 36a réservé dans la tête de tiroir 36.
Pour une certaine position de cette tête de tiroir, le fluide hydraulique pénètre dans la partie du logement 35 située entre les têtes de tiroir 36, 38; de là, le fluide peut traverser un passage 40 menant à une chambre de piston 41 sur un côté du piston 42. Pour une certaine position de la tête de tiroir 38, le logement 38a peut communiquer par un passage 40a avec un échappement 40b cqnduisant au tube 33. En raison du fait qu'une extrémité de cette tête de tiroir est tournée vers le bas, la communication du logement 38a avec' le - passage d'échappement 40b est maintenue ouverte même après que la
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tête de tiroir 36 a fermé le canal d'entrée 39.
La tige de tiroir 37 est coaxiale avec le piston 42 qu' elle traverse et deux colliers ou butées 45 et 45a sont montés sur cette tige. Un troisième collier ou butée.43 est monté dans un pro- longement 43a du piston 42. Des ressorts opposés '44, 44a sont ser- rés entre le collier 43 et les butées 45, 45a. Ces ressorts corres- pondent, pour le fonctionnement, aux ressorts 25 et 26 de la figure 1. En outre, le piston est actionné par un ressort 46 qui tend à le pousser ainsi que les têtes de tiroir 36 et 38 dans une position où la machine démarre automatiquement sous l'action du fluide hy- draulique envoyé dans le logement 36a aussitôt que ledit fluide hy- draulique pénètre dans le tube 32.
Hormis cela, la machine fonction- ne dans l'ensemble de la même façon que d'après la figure 1.
La course du piston et la fréquence peuvent être réglés par une vis d'étranglement' 54 qui peut être amenée à fermer plus ou moins le passage 40a. Cet étranglement réglable peut également être disposé en tout autre point du système hydraulique.
Le prolongement du piston 43a comporte un passage 47 qui, au travers d'un passage rétréci 48 et de l'espace à l'intérieur du carter 31, communique avec le passage d'admission 31a du fluide hy- draulique. Cette partie étranglée du débit fluide hydraulique vers le passage 47 pénètre dans un passage 47a dans la barre de forage 50 et sert de liquide d'évacuation pendant le forage. Les mouvements vibratoires du piston 42 et de son prolongement 43a sont transmis au porte-outil 49. La barre de forage 40 peut se déplacer axiale- ment, mais est empêchée de tourner, par exemple, par une goupille 53 ou un dispositif analogue venant en contact avec un logement à la surface de la barre de forage. Un ressort 52 serré contre un col- let 51 sur la barre de forage l'empêche de se détacher de la machi- ne.
Une bague d'étanchéité peut être disposée dans une rainure péri- phérique du collet d'outil 51 pour empêcher le liquide d'évacuation de fuir inutilement.
La machine représentée par la figure 2 peut être réalisée
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avec des dimensions suffisamment réduites pour lui permettre de s'engager dans le trou de forage lui-même, de sorte que l'on puisse effectuer un forage profond sans avoir à ajouter des tiges d'allon- gement.
La figure 3 représente schématiquement comment la machine peut être utilisée pour obtenir une carotte de la matière en cours de forage.
Pour ce genre de forage, il est d'usage jusqu'ici d'em- ployer une mèche tubulaire tournant autour de la carotte et qui dé- coupe la matière de telle sorte que la carotte pénètre dans l'espa- ce central de la mèche çreuse.
Comme la présente invention permet de fabriquer des machi- nes de faible diamètre, en raison de la haute pression du liquide hydraulique, il est désormais possible d'employer deux ou plus de ces machines à forer 55, 56 sur un tube commun 54 que l'on fait tourner dans le trou de forage cependant que les machines à forer effectuent leurs mouvements vibratoires de percussion et découpent la matière à l'aide de leurs pastilles de métal dur 55a, 56a. Il en résulte que la matière est enlevée suivant un anneau tout en lais- sant un noyau central de matière 58 dans le tube 54.
La machine à percussion pour percer ou forer décrite ci- dessus peut être utilisée de cette façon pour découper des carottes de forage et implique un moindre investissement en capital et une plus grande vitesse de forage que ce que l'on pouvait obtenir avec les outils tournants antérieurs.
REVENDICATIONS.
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