CH627522A5 - Appareil de foration hydraulique. - Google Patents

Description

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REVENDICATION Appareil de foration hydraulique, comprenant, pour la commande de la percussion, un piston frappeur monté coulissant à l'intérieur d'un cylindre qui délimite, autour du piston, une première chambre annulaire reliée, par un conduit haute pression, à un clapet anti-retour réalisé sous la forme d'un manchon soumis à la poussée d'un ressort et monté coulissant à l'intérieur d'une chambre qui est reliée à un accumulateur à membrane et à laquelle aboutit un conduit d'arrivée de fluide hydraulique, et une seconde chambre annulaire reliée à une valve de commande avec tiroir à sections différentielles mettant ladite seconde chambre en communication alternativement avec le conduit haute pression et un conduit de retour, le pilotage de la valve étant assuré par un conduit communiquant avec le cylindre, caractérisé en ce que le manchon (6) constituant le clapet anti-retour présente un ajutage latéral (28) permettant le passage direct du fluide hydraulique vers le conduit de retour (12), lorsque ledit clapet (6) se trouve dans une position interdisant le passage du fluide vers le conduit haute pression (7), tandis qu'un moteur de rotation (29) est intercalé sur le conduit d'arrivée (4).

La présente invention se rapporte à un appareil de foration hydraulique, comprenant, pour la commande de la percussion, un piston frappeur monté coulissant à l'intérieur d'un cylindre qui délimite, autour du piston, une première chambre annulaire reliée, par un conduit haute pression, à un clapet anti-retour réalisé sous la forme d'un manchon soumis à la poussée d'un ressort et monté coulissant à l'intérieur d'une chambre qui est reliée à un accumulateur à membrane et à laquelle aboutit un conduit d'arrivée de fluide hydraulique, et une seconde chambre annulaire reliée à une valve de commande avec tiroir à sections différentielles mettant ladite seconde chambre en communication alternativement avec le conduit haute pression et un conduit de retour, le pilotage de la valve étant assuré par un conduit communiquant avec le cylindre.

Ce genre d'appareils est notamment décrit dans les demandes de brevets français publiées N° 2 274404 et 2274405. Le principe général de fonctionnement de ces appareils réside dans le fait que la seconde chambre annulaire qui est mise en communication alternativement avec le conduit d'arrivée de fluide et le conduit de retour, par la valve de commande elle-même pilotée par les mouvements du piston, possède une section utile supérieure à celle de la première chambre annulaire, qui est reliée en permanence au conduit d'arrivée de fluide lorsque la communication avec ce dernier est établie par le clapet anti-retour. Ce clapet, se présentant lui aussi sous la forme d'un tiroir à sections différentielles, avec ressort de compensation, est tel que:

- à l'arrêt et aussi longtemps que la pression du côté de l'arrivée de fluide reste inférieure à un certain seuil, le ressort est détendu et le clapet obture le départ du conduit haute pression, ainsi que le départ vers l'accumulateur;

- lorsque la pression excède le seuil considéré, le tiroir se déplace, en comprimant le ressort et en libérant les orifices de départ du conduit haute pression et vers l'accumulateur.

Ce dispositif hydraulique donne satisfaction pour la commande de la percussion, mais il n'est pas particulièrement adapté pour un appareil roto-percutant, dans lequel l'outil de foration est non seulement frappé mais aussi entraîné en rotation. Bien entendu, il est toujours possible d'entraîner en rotation l'outil par un mécanisme totalement indépendant du mécanisme de percussion, ce qui a d'ailleurs l'avantage de permettre une grande souplesse de fonctionnement, mais nécessite deux pompes et deux circuits d'alimentation séparés. On a déjà pensé à monter hydrauliquement «en série» le mécanisme de frappe et le mécanisme de rotation (voir par exemple les brevets français N° 1454 735 et 2129 276), ce qui permet d'avoir une seule pompe et de simplifier aussi les circuits hydrauliques. Cette solution est moins coûteuse et plus fiable, mais elle rend la rotation entièrement dépendante de la frappe, et ne permet pas en particulier de faire tourner l'outil de foration tout en le reculant, donc sans faire fonctionner la percussion.

La présente invention vise à remédier à ces inconvénients, en fournissant une solution qui met à profit les circuits hydrauliques du type particulier ici considéré.

A cet effet, elle a pour objet un appareil de foration hydraulique du genre indiqué en introduction, dans lequel le manchon constituant le clapet anti-retour présente un ajutage latéral permettant le passage direct du fluide hydraulique vers le conduit de retour, lorsque ledit clapet se trouve dans une position interdisante le passage du fluide vers le conduit haute pression, tandis qu'un moteur de rotation est intercalé sur le conduit d'arrivée.

Le moteur de rotation se trouve ainsi monté et alimenté «en série» avec le dispositif de percussion, et l'originalité du système obtenu est de permettre la rotation de l'outil de foration sans mettre en marche la percussion, en faisant simplement varier le débit d'alimentation:

- lorsque le débit est inférieur à une valeur déterminée, le clapet anti-retour n'est pas déplacé à l'encontre de la poussée de son ressort et il ne permet donc pas l'alimentation de la percussion, mais le passage du fluide à travers l'ajutage permet le fonctionnement du moteur de rotation seul;

- lorsque le débit devient supérieur à la valeur considérée, le clapet anti-retour est déplacé en comprimant son ressort, de sorte que le fluide ne passe plus à travers l'ajutage mais est dirigé vers le dispositif de percussion, qui fonctionne alors en même temps que le moteur de rotation.

On notera l'extrême simplicité de l'invention, puisqu'elle se ramène à l'adjonction d'un simple ajutage sur un caplet anti-retour existant dans les circuits hydrauliques connus du genre rappelé en introduction. Bien entendu, ce clapet doit être convenablement taré en vue de sa fonction nouvelle, de manière que le fonctionnement simultané de la rotation et de la percussion soit obtenu à partir d'un débit correspondant à une pression bien déterminée.

De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme de réalisation des circuits hydrauliques de cet appareil de foration roto-percutant, et illustrant le fonctionnement de celui-ci:

La figure 1 représente les circuits avec le clapet anti-retour dans sa position permettant la rotation sans percussion;

la figure 2 représente les circuits avec le clapet anti-retour dans sa position permettant la rotation et la percussion simultanées;

les figures 3 à 6 sont des schémas explicatifs du cycle de fonctionnement de l'appareil pour la percussion.

L'appareil comprend un piston frappeur 1 avec deux portées, monté coulissant à l'intérieur d'un cylindre 2. Ce piston vient frapper périodiquement un emmanchement 3, lui-même lié à un outil de foration, non représenté.

Les circuits hydrauliques comprennent un conduit d'arrivée 4, permettant l'alimentation de l'appareil en fluide s

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hydraulique, la pression et le débit étant fournis par une pompe non représentée. Le conduit 4 aboutit à une chambre 5 dans laquelle est logé un clapet anti-retour 6. La chambre 5 est reliée, par un conduit haute pression 7, à une chambre annulaire 8 formée par le cylindre 2 et entourant le piston 1 du côté le plus proche de l'emmanchement d'outil 3.

De l'autre côté, le cylindre 2 délimite, autour du piston 1, une autre chambre annulaire 9 qui est reliée, par l'intermédiaire d'un conduit 10, à une valve de commande 11. Cette valve est reliée d'une part à un conduit de retour 12, d'autre part au conduit haute pression 7, ceci par l'intermédiaire d'un conduit de liaison 13.

La valve de commande 11 est constituée par un tiroir en forme de douille 14, à sections différentielles, déplaçable à l'intérieur d'une chambre 15, cette douille présentant une collerette 16 permettant le pilotage de la valve. Un conduit de pilotage 17 relie la partie de la chambre 15 située d'un côté de la collerette 16 avec le cylindre 2, en se subdivisant en plusieurs canaux parallèles 18 qui débouchent dans ledit cylindre, en arrière de la chambre annulaire 8. Certains de ces canaux sont obturés, partiellement ou totalement, par des éléments 19 en forme de tiges. Un autre conduit 20 relie la partie de la chambre 15 située de l'autre côté de la collerette 16 avec le conduit de retour 12.

Il est à noter que ce conduit de retour 12 est encore relié à la chambre 5 par un canal 21, à l'avant du cylindre 2 par un canal 22 et à la région intermédiaire du cylindre 2 par un canal 23, débouchant face à la partie de section réduite du piston 1, située entre les deux portées de celui-ci. L'avant du cylindre 2 est aussi relié par un canal 24 au conduit haute pression 7.

La chambre 5 est reliée à un accumulateur à membrane 25. Le clapet anti-retour 6 logé à l'intérieur de cette chambre est réalisé sous la forme d'un manchon coulissant, soumis à la poussée d'un ressort 26, et présentant un premier ajutage latéral 27 permettant le passage du fluide hydraulique vers le conduit haute pression 7.

Toutes les dispositions décrités jusqu'ici ne font pas l'objet de la présente invention et se trouvent déjà décrites, sous une forme identique ou équivalente, dans le demandes de brevets français publiées N° 2 274 404 et 2 274 405 mentionnées plus haut.

Le manchon constituant le clapet anti-retour 6 présente un second ajutage latéral 28 permettant le passage direct du fluide hydraulique vers le conduit de retour 12, par le canal 21, ceci en association avec un moteur hydraulique de rotation 29 intercalé sur le conduit d'arrivée 4, le fonctionnement étant le suivant:

Le ressort 26 pousse le clapet anti-retour 6 vers une extrémité de la chambre 5 de telle manière qu'en l'absence de toute autre force, ce clapet permet, par l'ajutage 28, le passage du fluide hydraulique depuis le conduit d'arrivée 4 vers le canal 21, mais interdit le passage du fluide vers le conduit haute pression 7 et vers l'accumulateur 25.

Lorsque le débit q de fluide reste inférieur à un certain seuil q , la perte de charge provoquée par l'écoulement du fluide à travers l'ajutage 28 est insuffisante pour provoquer le déplacement du clapet anti-retour 6 à l'encontre de la poussée du ressort. En effet, cette perte de charge se traduit par une pression P en amont de l'ajutage égale à la pression dans le conduit de retour 12 augmentée de la perte de charge considérée. Cette pression P, qui est à multiplier par la section différentielle S du clapet anti-retour 6, provoque une force opposée à la poussée du ressort 26 et restant inféreure à cette poussée, en valeur absolue, aussi longtemps que le débit reste inférieur au seuil q . Le clapet 6 se maintient alors dans une position telle que le départ du conduit haute pression 7 se trouve obturé. Tout le débit passe donc directement de la chambre 5 vers le conduit de retour 12. Le moteur de rotation 29 est alors entraîné, pour faire tourner l'outil de foration, tandis que le dispositif de percussion n'est pas alimenté (voir figure 1).

Lorsque le débit q de fluide devient supérieur au seuil q , la pression P précédemment considérée devient aussi supérieure à une certaine valeur Po et l'effort P x S qui en résulte est alors suffisant pour déplacer le clapet anti-retour 6 à rencontre de la poussée du ressort 26, en comprimant ce ressort. Le clapet 6, repoussé vers l'autre extrémité de la chambre 5, obture alors le passage direct vers le conduit de retour 12, par le canal 21, mais il ouvre le passage vers l'accumulateur 25 et vers le conduit haute pression 7, par l'ajutage 27. Dans ce cas, le fluide alimente d'une part le moteur de rotation 29, d'autre part le dispositif de percussion, ces deux systèmes montés «en série» fonctionnant simultanément (voir figure 2).

Le fonctionnement cyclique du dispositif de percussion, connu en soi, est rappelé ci-après en référence aux figures 3 à 6 pour donner une description complète:

La chambre annulaire 8 est toujours sous pression, grâce au conduit haute pression 7.

La chambre annulaire 9 peut être mise en communication alternativement, par le conduit 10 et la valve 11, avec le conduit haute pression 7 et le conduit de retour 12.

La région intermédiaire du cylindre 2, dans laquelle débouche le canal 23, est toujours en communication avec le conduit de retour 12 et constitue une chambre de retour des fuites (le canal 22 servant lui aussi de conduit de fuites).

Le fluide présent dans la chambre 8 exerce sa pression sur une surface SI du piston 1 inférieure à la surface S2, suivant laquelle s'exerce la pression du fluide présent dans la chambre 9.

Dans une première phase du cycle, dite de recul du piston et de stockage d'énergie, la chambre 8 se trouve sous pression alors que la chambre 9 est en communication avec le conduit de retour 12, le tiroir 14 de la valve 11 occupant sa position «supérieure». Le piston 1 recule alors, et simultanément l'accumulateur 25 emmagasine du fluide hydraulique sous pression (voir figure 3).

Dans une seconde phase du cycle, dite de fin de course arrière et de pilotage de la valve, le piston 1 découvre les orifices de pilotage par lesquels les canaux 18 débouchent dans le cylindre 2. La pression venant de la chambre 8 se propage alors dans le conduit de pilotage 17 et déplace le tiroir 14 de la valve 11 vers sa position «inférieure». La chambre 9 est ainsi mise en communication avec le conduit haute pression 7 (voir figure 4).

Pendant la phase suivante, dite phase de travail et de restitution d'énergie, les deux chambres 8 et 9 sont l'une et l'autre en communication avec le conduit haute pression 7, et alimentées simultanément par la pompe et par l'accumulateur 25. La section utile S2 de la chambre 9 étant supérieure à la section utile SI de la chambre 8, le piston 1 est poussé vers l'avant, le fluide de la chambre 8 étant chassé vers la chambre 9 (voir figure 5).

La dernière phase, dite d'impact et de pilotage de la valve, se produit lorsque le piston 1, ayant atteint sa vitesse maximum, vient percuter l'emmanchement 3. La portée du piston 1 découvre les orifices de pilotage par lesquels les canaux 18 débouchent dans le cylindre 2. Le conduit de pilotage 17 se trouve alors mis en communication, par l'intermédiaire du canal 21, avec le conduit de retour 12. Le tiroir 14 de la valve 11 est ramené vers sa position «supérieure» initiale, et la chambre 9 est remise en communication avec le conduit de retour 12 (voir figure 6).

A partir de cette position, le piston recule de nouveau, et le même cycle se répète aussi longtemps que la pression d'alimentation est suffisante. Si le débit de fluide hydraulique est

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réduit au-dessus du seuil qo, le clapet anti-retour 6 est ramené sont fermés, et ce dernier se décharge lentement par les fuites dans sa position de la figure 1 par le ressort 26. Les orifices de internes du dispositif.

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