CH617117A5 - - Google Patents

Description

La présente invention se rapporte à un appareil de percussion actionné hydrauliquement, du type comportant un ensemble piston/percuteur agencé pour exercer une succession de coups sur un outil et associé à un dispositif d'amortissement qui agit de façon à limiter la course de travail vers l'avant de l'ensemble piston/percuteur. On utilise des dispositifs d'amortissement de ce genre avec des appareils se présentant sous la forme de marteaux piqueurs et d'appareils de forage de roches et ils sont souvent au repos en marche normale, mais ils entrent en action afin d'empêcher un dépassement de course de l'ensemble piston/percuteur dans le cas d'une rupture de l'outil ou d'un soulèvement de ce dernier par rapport à la zone de travail.

Le dispositif d'amortissement peut utiliser un gradin prévu dans l'ensemble piston/percuteur et qui pénètre dans un évide-ment d'amortissement prévu à une extrémité d'une chambre dans laquelle du fluide hydraulique sous pression agit sur l'ensemble piston/percuteur pour produire sa course de retour. Dans ce cas, la pression agit sur le gradin d'amortissement et, alors qu'un amortissement, avec un outil de grande puissance, exige une grande surface d'amortissement sur le piston, les impératifs de rendement exigent de prévoir sur le piston une faible surface différentielle sur laquelle agit la pression de retour. Cela est en particulier le cas pour des outils dans lesquels ladite chambre est mise continuellement en pression pendant le fonctionnement de l'outil, et il en résulte que la force de retour de piston est appliquée à tout moment même pendant les courses de travail vers l'avant, de sorte qu'elle doit par conséquent être maintenue aussi faible que possible.

Pour satisfaire aux impératifs contradictoires d'une grande surface d'amortissement et d'une petite surface de rappel sur le piston sans avoir à faire intervenir un compromis désavantageux entre ses deux solutions, on a opposé deux agencements. Dans le premier agencement, une collerette prévue sur l'ensemble piston/percuteur et pouvant se déplacer librement dans ladite chambre comporte des surfaces extrêmes annulaires différentes, une desdites surfaces formant le grand gradin d'amortissement, et la différence entre ces surfaces annulaires constituant la section différentielle qui assure le retour du piston. Bien que cet agencement permette de résoudre le problème de façon satisfaisante, il nécessite un grand diamètre de chambre et un jeu approprié autour de ladite collerette, ce qui complique la conception. Dans l'autre agencement, on prévoit une chambre d'amortissement complètement séparée et qui comporte ses propres joints d'extrémité, l'ensemble piston/percuteur présentant un épaulement d'amortissement qui est mobile dans ladite chambre. Cela augmente la longueur de l'appareil d'une course complète plus les dimensions des joints d'étanchéité supplémentaires, de sorte qu'on rencontre également l'inconvénient de l'introduction de complications structurales et d'une augmentation de poids.

L'invention a pour but de fournir un appareil qui, d'une façon générale, présente les avantages des deux agencements proposés sans posséder leurs inconvénients.

Dans ce but, l'invention concerne un appareil de percussion actionné hydrauliquement, comprenant un ensemble piston/per-cuteur pouvant se déplacer en un mouvement alternatif de va-et-vient dans un carter et un distributeur de commande pour exercer, par intermittence, une pression sur une zone de travail de l'ensemble piston/percuteur, afin de lui faire exécuter une course de

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travail vers l'avant, le carter contenant une chambre agencée pour être mise sous pression par le fluide hydraulique de travail de manière à appliquer une force continue de retour sur une surface différentielle de l'ensemble piston/percuteur, un gradin de cet ensemble étant agencé pour pénétrer dans une cavité d'amortissement prévue à une extrémité de la chambre afin d'amortir le mouvement vers l'avant et d'empêcher un dépassement de course de l'ensemble piston/percuteur. Cet appareil est caractérisé par le fait que l'ensemble piston/percuteur comporte une partie intermédiaire à épaulements qui est emboîtée de façon à coulisser dans ladite chambre, en un contact étroit qui se maintient sur toute la course dudit ensemble, et par le fait que des zones extrêmes de la chambre sont reliées entre elles de manière que les deux faces extrêmes annulaires de la partie à épaulements soient soumises à la pression de fluide, lesdites faces extrêmes annulaires ayant des surfaces actives différentes de manière que la surface différentielle constitue ladite surface de retour, la grande face extrême formant le gradin qui pénètre dans la cavité d'amortissement.

Du fait que la partie à épaulements est emboîtée étroitement dans ladite chambre, les dimensions hors tout du carter sont réduites par comparaison aux agencements connus; on obtient d'autres avantages lorsque la partie à épaulements comporte deux épaulements espacés axialement et lorsque l'intervalle axial existant entre lesdits épaulements est utilisé pour commander le distributeur. Ainsi, la paroi de la chambre peut être munie de deux orifices, à savoir un orifice de commande de distributeur et un orifice d'échappement, les orifices étant reliés entre eux par l'intermédiaire de l'intervalle entre les épaulements quand l'ensemble piston/percuteur se trouve à la fin d'une course dirigée vers l'avant, l'orifice de commande du distributeur étant agencé de manière à être dégagé par l'épaulement antérieur, et par conséquent soumis à la pression fluidique régnant dans ladite chambre, à la fin d'une course de retour. Avec un tel agencement, le distributeur utilise avantageusement un système pilote différentiel de façon à être constamment poussé vers la position de course de retour et à être ramené vers la position de course d'avance quand l'orifice de commande de distributeur est dégagé. Un distributeur de ce genre a été décrit dans le brevet anglais N° 1396307 et l'agencement général où la pression intermittente d'entraînement vers l'avant est appliquée à l'ensemble piston/percuteur est également décrit dans ce brevet.

Les avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence au dessin unique annexé qui est une coupe axiale schématique de l'appareil selon l'invention.

Un ensemble piston/percuteur 1 creux comportant une partie piston annulaire 2 et une partie percuteur 3 de diamètre réduit peut coulisser en un mouvement alternatif de va-et-vient dans un carter 4. Une partie intermédiaire à épaulements 5 de l'ensemble piston/percuteur 1 comprend deux épaulements 6,7, axialement espacés. L'ensemble piston/percuteur 1 est représenté sous la forme d'une pièce monobloc; cependant, il pourrait également être constitué par une partie piston séparée d'une partie percuteur, les épaulements 6 et 7 étant formés, respectivement, sur les parties correspondantes.

Le carter 4 comporte un corps principal 8, une culasse d'obturation 9 fixée sur le corps 8 par des boulons (non représentés) et un embout conique 10 fixé sur le corps 8 par un anneau de blocage 11 vissé en position. Le corps 8 est pourvu, à partir de la gauche, de trois trous ou alésages de diamètres progressivement décroissants de façon à obtenir, dans l'ordre inverse, un alésage d'extrémité 12, un alésage intermédiaire 13 et un alésage de culasse 14. Un manchon d'entrée 15 et un fût tubulaire intérieur coaxial 16, montés dans l'alésage 14, sont pourvus d'épaulements de manière à être maintenus en position par la culasse 9. L'étan-chéité du manchon 15 par rapport à l'alésage 14 est assurée par des joints d'étanchéité 17 et, par rapport à l'élément tubulaire 16, par un joint d'étanchéité 18. Un alésage extrême intérieur 19 du manchon 15 reçoit, avec possibilité de coulissement serré, la partie piston annulaire 2, tandis que l'élément tubulaire 16 comporte une partie périphérique extrême intérieure 20, qui est engagée dans la partie piston 2 de façon à coulisser étroitement dans celle-ci. L'étanchéité de l'élément 16 par rapport à la partie piston est assurée par un joint 21 disposé à l'intérieur de la partie extrême 20. L'utilisation du manchon 15 pour former l'alésage intérieur 19 de plus petit diamètre que l'alésage 13 facilite le perçage et l'alésage du corps principal 8 à partir de son extrémité de tête ou de culasse. Cet avantage est obtenu à condition que l'alésage 14 ait un diamètre au moins égal à celui de l'alésage 13.

Les épaulements 6 et 7 sont mobiles avec un jeu serré dans l'alésage intermédiaire 13, la partie percuteur 3 pouvant également coulisser de façon serrée dans l'alésage 12 de manière à définir à l'intérieur du carter une chambre cylindrique 22 dans laquelle se déplace en un mouvement alternatif la partie à épaulements 5. Les zones extrêmes opposées de cette chambre sont reliées l'une avec l'autre par un conduit 23 de grand diamètre de façon que la même pression hydraulique agisse sur les gradins 24 et 25 formés respectivement par les faces extrêmes annulaires extérieures des épaulements 6 et 7. La fixation de l'embout 10 par l'anneau de blocage 11 permet également de retenir en position un dispositif d'étanchéité comprenant des joints 26 et 27 espacés axialement et séparés par un fourreau 28 en vue d'assurer l'étanchéité de la partie percuteur 3. L'embout 10 comporte des moyens de retenue d'outil (non représentés) qui sont d'une forme classique et à l'aide desquels une queue d'outil 29 est fixée de façon démontable dans l'appareil. Ces moyens peuvent être de toute conception connue, des organes d'entraînement en rotation de l'outil, également de forme connue, pouvant être incorporés à, ou monté sur, l'embout 10, la rotation de cet embout 10 étant empêchée par une goupille de centrage 10a.

Un distributeur de commande 30 à action différentielle est monté dans le carter 8 ; il comprend un tiroir se déplaçant dans un sens ou dans l'autre sous la commande de pistons pilotes différentiels 31 et 32, parallèlement à la partie piston 2. Le piston pilote 31 a un plus grand diamètre que le piston 32 et il est soumis à une pression hydraulique régnant dans une chambre pilote 33 qui est reliée par l'intermédiaire d'un passage 34 à un orifice de commande du distributeur 35 ménagé dans l'alésage 13. Pour conserver les dimensions du distributeur dans des limites axiales acceptables, le petit piston pilote 32 est inversé dé manière qu'une de ses extrémités s'appuie contre la culasse 9 et que l'autre extrémité pénètre dans une chambre pilote 36 ménagée dans le distributeur 30 proprement dit. La chambre 36 communique avec un orifice annulaire 37 d'admission de pression du distributeur par un trou radial 38 ménagé dans le tiroir. L'orifice 37 communique par l'intermédiaire d'une valve marche/arrêt (indiquée schéma-tiquement en 39) avec un raccord d'alimentation en fluide hydraulique (non représenté) qui est relié à une source de pression hydraulique par un flexible d'alimentation 40.

Le carter 4 comporte des poignées latérales, non visibles sur la figure, à l'aide desquelles l'appareil est maintenu en cours d'usage. La valve marche/arrêt 39 est incorporée au carter et elle comporte un levier d'actionnement 39a qui, d'une manière connue, est placé au-dessus d'une des poignées et que l'utilisateur saisit en même temps que celle-ci de façon à actionner la valve 39 et à mettre l'appareil en marche par liaison de la source de fluide hydraulique avec l'orifice d'admission 37. La valve 39 est poussée par un ressort dans la position arrêt représentée dans laquelle l'alimentation en fluide hydraulique est interrompue, ce qui permet l'alimentation du flexible 40 par une pompe à cylindrée coftstante qui est adaptée à l'appareil. La valve marche/arrêt peut fonctionner d'autres manières, par exemple en étant réalisée sous la forme d'une valve d'arrêt à fonction d'isolation qui est associée à un des pistons pilotes du distributeur 30, ou bien sous la forme d'une simple valve marche/arrêt utilisable avec une source d'alimentation à pression constante.

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Un orifice annulaire d'échappement 41 ménagé à l'extrémité opposée du distributeur de commande 30 communique avec un raccord de retour de fluide (également non représenté), qui est relié au réservoir d'alimentation 42 par un flexible de retour 43. On peut utiliser des flexibles d'alimentation et de retour 40, 43 distincts mais, le cas échéant, on peut aussi adopter une disposition à flexibles coaxiaux. Un orifice annulaire intermédiaire 44 est relié alternativement, lors des déplacements du tiroir du distributeur 30, à l'orifice d'admission 37 et à l'orifice d'échappement 41 par un passage 30a ménagé dans le distributeur 30 proprement dit. L'orifice 44 communique avec une chambre annulaire de travail 45 formée entre le manchon 15 et l'élément tubulaire 16, le manchon 15 et l'élément 16 étant évidés vers l'arrière de l'alésage extrême 19 et vers l'arrière de la partie extrême 20 pour former ladite chambre. La pression intermittente régnant dans cette chambre 45 agit sur la surface de travail de l'ensemble piston/percuteur 1 qui est formée par la face extrême annulaire 46 de la partie piston 2 afin de faire exécuter à l'ensemble piston/percuteur 1 des courses de travail dirigées vers l'avant. Un passage d'échappement 47 ménagé dans le corps 8 relie un orifice d'échappement 48 de l'alésage 13 à l'orifice d'échappement 41, ce passage collectant également le fluide de fuite s'écoulant le long de l'alésage 12 et qui atteint le joint 27. la chambre 22 est reliée à l'orifice d'admission 37 par un autre passage ménagé dans le corps 8 et qui a été indiqué schématiquement en 49.

Le joint 21 est en communication avec un passage 50 qui collecte le fluide de fuite parvenant à ce joint en provenance de la chambre 45, ce passage se déchargeant dans une rainure annulaire d'échappement 51 ménagée dans la culasse 9. Un autre passage, représenté schématiquement en 52, relie la rainure 51 au conduit de retour. L'appareil comporte également un accumulateur chargé de gaz, indiqué schématiquement en 53, qui est pourvu d'un diaphragme qui agit sur la pression fournie à l'orifice d'admission 37 dans un sens de neutralisation des pulsations, d'une manière connue. Cet accumulateur se présente de préférence sous la forme d'une cartouche remplaçable qui est montée dans la culasse 9 ou qui est fixée sur le côté du carter 4.

Sur le dessin, on a représenté l'appareil dans la position de repos, qui correspond à l'extrémité d'une course de retour, le distributeur de commande 30 venant juste de commuter et se trouvant dans la position correspondant à la course de travail. L'ouverture de la valve marche/arrêt 39 assure par conséquent la mise en pression de la chambre 45 pour amorcer une course de travail de l'ensemble percuteur/piston 1.

Pendant le fonctionnement du dispositif, la chambre 22 est continuellement mise en pression par le fluide hydraulique s'écoulant dans le passage 49, les zones extrêmes opposées de cette chambre étant reliées entre ellespar le conduit 23. En conséquence, la pression hydraulique agit sur les deux gradins 24 et 25 et, du fait que le gradin 25 a une plus grande surface que le gradin 24, on obtient une surface différentielle sur laquelle la pression agit pour exercer une force continue de retour sur l'ensemble piston/percuteur 1. Du fait que cette force est continue et doit être contrebalancée pendant les courses de travail vers l'avant, la section différentielle est maintenue, en vue d'obtenir le rendement maximal, aussi faible que possible, c'est-à-dire juste suffisante pour donner naissance à une force apte à produire les courses de retour de l'ensemble piston/percuteur 1 quand la chambre 45 n'est pas sous pression.

Le point de raccordement avant du conduit 23 avec la chambre 22, en 54, est situé à distance de l'extrémité antérieure de la chambre 22, cette distance permettant à la partie extrême avant 55 de la chambre 22 d'agir comme une cavité d'amortissement dans laquelle pénètre l'épaulement 7 pour amortir le mouvement d'avance avec action de frottement et, par conséquent, arrêter l'ensemble piston/percuteur 1 et empêcher ainsi un dépassement de course. Quand l'appareil fonctionne normalement, l'action d'amortissement n'est pas nécessaire, cette action intervenant quand la queue d'outil 29 se rompt ou bien est écartée de la zone de travail. Dans de tels cas, il est nécessaire, pour que l'action d'amortissement arrête rapidement l'ensemble piston/percuteur 1, que la surface utile d'amortissement qui est créée par le s gradin 25 constitué par la face extrême de l'épaulement 7 soit importante. L'agencement décrit, qui fait intervenir deux épaulements 6 et 7 dont l'un constitue la surface d'amortissement alors que les deux forment ensemble la surface différentielle de retour, permet de choisir indépendamment les deux surfaces précitées en io vue d'obtenir des caractéristiques optimales de travail, c'est-à-dire que la surface différentielle peut être réalisée aussi faible que possible en faveur du rendement, tandis que la surface d'amortissement peut être réalisée aussi grande que cela est nécessaire pour que soit assuré l'amortissement approprié.

15 Du fait que les épaulements 6 et 7 coulissent étroitement dans la chambre 22, l'espacement 56 entre épaulements permet d'utiliser la partie à épaulements 5 de l'ensemble piston/percuteur 1 pour la commande du distributeur en coopération avec l'orifice de commande 35 et l'orifice d'échappement 48. Lorsque l'ensemble 20 piston/percuteur 1 arrive en fin de course de retour, c'est-à-dire dans la position indiquée au dessin, l'orifice 35 est dégagé et la pression hydraulique régnant dans la chambre 22 agit sur le piston pilote 31 pour vaincre l'action du piston pilote 32 et faire commuter le distributeur 30 afin de mettre en pression la surface 25 de piston 46, ce qui permet d'amorcer la course de travail suivante de l'ensemble piston/percuteur 1.

Pendant une course de travail, l'orifice 35 est obturé par l'épaulement 7, en formant un verrou hydraulique qui maintient le distributeur 30 dans la position correspondant à la course de 30 travail où la surface de piston 46 est mise en pression. A la fin d'une course normale de travail, l'orifice 35 est dégagé par le bord arrière de l'épaulement 7 et communique avec l'orifice d'échappement 48 par l'intervalle inter-épaulements 56. Cela supprime la pression exercée sur le piston pilote 31, de sorte que la pression 35 exercée dans la chambre pilote 36 agit de façon à déplacer le tiroir du distributeur 30 par rapport au piston pilote fixe 32 jusque dans la position d'échappement, c'est-à-dire la position de droite sur la figure, de manière que l'ensemble piston/percuteur 1 commence une course de retour quand la chambre 45 est déchargée.

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Comme décrit ci-dessus, l'ensemble piston/percuteur 1 est creux et présente un trou de traversée 57 dans lequel est engagé un conduit tubulaire fixe 58 pour le fluide d'éjection qui est introduit par un raccord 59 de la culasse. Un contre-alésage 60 ménagé à 45 l'extrémité culasse de l'ensemble piston/percuteur 1 définit le diamètre intérieur de la partie piston annulaire 2. Le fluide d'éjection peut être de l'air ou de l'eau, le conduit tubulaire 58 traversant l'ensemble piston/percuteur 1 et sortant de celui-ci pour pénétrer dans un trou 61 ménagé dans la queue 29 de l'outil, avec 50 interposition d'un joint d'étanchéité 62.

Dans une variante, non représentée, le conduit tubulaire 58 ne traverse pas l'ensemble piston/percuteur 1 et ne pénètre pas dans la queue d'outil 29, mais se termine dans l'élément tubulaire 16. Cette variante permet d'utiliser de l'air comme fluide d'éjection. . 55 Dans une autre variante, également non représentée, on supprime le dispositif d'éjection par fluide de même que le trou 57 ménagé au travers de l'ensemble piston/percuteur 1, le contre-alésage 60, qui peut être de diamètre réduit, étant conservé pour former un trou borgne dont l'extrémité définit alors la surface 60 avant du piston, à la place de la face extrême annulaire 46 de la partie piston 2. Un tel agencement du piston a été décrit dans le brevet anglais N° 1396307, l'orifice intermédiaire 44 du distributeur de commande étant relié, dans cette variante, à l'élément tubulaire 16 pour permettre, alternativement, une mise en pres-65 sion et une décharge de la surface antérieure du piston.

Il est à noter que, dans le mode de réalisation représenté, la surface utile de la face extrême annulaire formant le gradin 24 est définie par le diamètre extérieur de l'épaulement 6 et par le dia-

mètre extérieur de la partie piston 2. Dans le cas du gradin 25, le diamètre intérieur définissant la surface utile correspondante est constitué par le diamètre de la partie percuteur 3. La partie extrême 55 de la chambre 22 peut avoir un diamètre légèrement

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accru pour ménager un petit jeu radial par rapport à l'épaulement 7, ce qui évite le risque d'apparition d'un état de verrouillage hydraulique se traduisant par un coincement de l'ensemble piston/percuteur dans la cavité d'amortissement.

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1 feuille dessins

Claims (6)

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1. Appareil de percussion actionné hydrauliquement, comprenant un ensemble piston/percuteur pouvant se déplacer en un mouvement alternatif de va-et-vient dans un carter et un distributeur de commande pour exercer, par intermittence, une pression sur une zone de travail de l'ensemble piston/percuteur, afin de lui faire exécuter une course de travail vers l'avant, le carter contenant une chambre agencée pour être mise sous pression par le fluide hydraulique de travail de manière à appliquer une force continue de retour sur une surface différentielle de l'ensemble piston/percuteur, un gradin de cet ensemble étant agencé pour pénétrer dans une cavité d'amortissement prévue à une extrémité de la chambre afin d'amortir le mouvement vers l'avant et d'empêcher un dépassement de course de l'ensemble piston/percuteur, caractérisé par le fait que l'ensemble piston/percuteur (1) comporte une partie intermédiaire à épaulements (5) qui est emboîtée de façon à coulisser dans ladite chambre (13), en un contact étroit qui se maintient sur toute la course dudit ensemble (1), et par le fait que des zones extrêmes de la chambre sont reliées entre elles de manière que les deux faces extrêmes annulaires (24, 25) de la partie à épaulements (5) soient soumises à la pression de fluide, lesdites faces extrêmes annulaires (24, 25) ayant des surfaces actives différentes de manière que la surface différentielle constitue ladite surface de retour, la grande face extrême (25) formant le gradin qui pénètre dans la cavité d'amortissement (55).

2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la mise sous pression intermittente de la surface de travail de l'ensemble piston/percuteur (1) est assurée par le distributeur de commande (30) actionné par système pilote et par le fait que ladite partie à épaulements (5) est constituée par deux épaulements (6, 7) espacés axialement, l'intervalle axial existant entre les épaulements (6, 7) étant utilisé à des fins de commande du distributeur (30), un orifice de commande (35) du distributeur et un orifice d'échappement (48) ménagé dans la paroi de la chambre (23) étant reliés entre eux par l'intervalle inter-épaule-ments quand l'ensemble piston/percuteur (1) se trouve à une extrémité de sa course, l'orifice de commande (35) du distributeur (30) étant agencé de manière à être dégagé par un des épaulements, et par conséquent soumis à la pression de fluide régnant dans ladite chambre (23), à l'autre extrémité de la course.

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REVENDICATIONS

3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le distributeur de commande (30) utilise un système pilote différentiel (31, 32), en étant constamment poussé vers la position de course de retour et ramené vers la position de course d'avance quand l'orifice de commande (35) du distributeur (30) est dégagé à la fin d'une course de retour de l'ensemble piston/percuteur (1).

4. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'ensemble piston/percuteur (1) constitue un élément monobloc, la partie intermédiaire à épaulements (5) étant disposée entre des parties extrêmes de diamètre réduit afin de former respectivement une partie percuteur (3) et une partie piston (2) de plus grand diamètre que la partie percuteur (3).

5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ledit carter comprend un corps principal (8) muni d'alésages de différents diamètres dans lesquels coulissent de façon serrée la partie percuteur (3) et la partie intermédiaire à épaulements (5), respectivement, ainsi qu'un manchon (15) monté dans le corps (8) et entourant la partie piston (2) par un alésage (19) dans lequel cette partie piston (2) est emboîtée de façon coulissante, le manchon (15) comportant un diamètre extérieur au moins égal à celui de l'alésage (19) dans lequel coulisse la partie à épaulements (5) et étant rendu étanche par rapport au corps principal (8).

6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la partie piston (2) a une forme creuse et présente une extrémité annulaire (46) formant ladite surface de travail, un fût (16) étant monté coaxialement et de façon étanche à l'intérieur du manchon (15) et s'engageant, avec possibilité de coulissement, dans la partie piston (2), le manchon (15) et le fût (16) étant évidés de façon à former une chambre de travail (45) dans laquelle coulisse, en un mouvement de va-et-vient, l'extrémité de la partie piston (2).