EP1299213A1 - Appareil hydraulique a percussions - Google Patents

Appareil hydraulique a percussions

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Publication number
EP1299213A1
EP1299213A1 EP01954069A EP01954069A EP1299213A1 EP 1299213 A1 EP1299213 A1 EP 1299213A1 EP 01954069 A EP01954069 A EP 01954069A EP 01954069 A EP01954069 A EP 01954069A EP 1299213 A1 EP1299213 A1 EP 1299213A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
distribution box
chamber
distributor
channel
Prior art date
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Application number
EP01954069A
Other languages
German (de)
English (en)
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EP1299213B1 (fr
Inventor
Bernard Piras
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Montabert SAS
Original Assignee
Montabert SAS
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Filing date
Publication date
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25D—PERCUSSIVE TOOLS
    • B25D9/00—Portable percussive tools with fluid-pressure drive, i.e. driven directly by fluids, e.g. having several percussive tool bits operated simultaneously
    • B25D9/14—Control devices for the reciprocating piston
    • B25D9/16—Valve arrangements therefor
    • B25D9/20—Valve arrangements therefor involving a tubular-type slide valve

Definitions

  • a percussion device comprises a body containing a cylinder, inside which is slidably mounted a striking piston of a tool, hydraulically driven alternately by an incompressible fluid.
  • the movement of the piston is controlled by a distributor which opens and closes hydraulic circuits putting certain chambers located on either side of the piston successively in communication with a high pressure circuit and a low pressure circuit to create this alternating sequence movement.
  • Document US 4,230,019 relates to a percussion device comprising several bodies, respectively a main body including the striking piston, a body containing the distribution system and a body containing an energy accumulator.
  • the arrangement of these different bodies is such that the power circuits making it possible to pass the fluid flow rates necessary for activating the striking movement, and the more dimly dimensioned control circuits, which ensure the movement of the dispenser, are provided both in the body containing the cylinder and in the body containing the distributor.
  • control channels are formed both in the body containing the cylinder and in the body containing the dispenser, which requires the creation of a seal between these two bodies.
  • the distribution body is positioned laterally, so that it must be securely held due to the accelerations it undergoes resulting from shock waves. It is also known to position a distribution block above the body containing the cylinder, which requires the drilling of long holes in the body containing the cylinder to connect the various circuits, which results in an increase in the cost of production. and an increase in line pressure drops.
  • the object of the invention is to provide a hydraulic percussion device, the distributor control system of which is produced in a simple manner, and with a reduced bulk.
  • the hydraulic percussion device that it concerns, comprising a body containing a cylinder inside which is slidably mounted a striking piston of a tool, hydraulically driven alternately by an incompressible fluid, the movement of the piston being controlled by a distributor which, arranged coaxially with the striking piston, is mounted inside a distribution box, is characterized in that:
  • the distribution box comprises a part which interferes axially with the piston and is arranged concentrically therewith, and
  • the distribution box defines with the piston a pilot chamber which, successively set to high and low pressure of the fluid, is in communication by a channel formed in the distribution box with a chamber for controlling the movement of the distributor, to create in it alternately a low pressure and a high pressure and, consequently, a sequenced inversion of the resultant of the forces applied to the distributor.
  • the connecting channels of the control chamber, with the high pressure and low pressure circuits, are provided in the distribution box.
  • This hydraulic percussion device has a compact structure, since there is an overlap of the distribution box and the cylinder containing the piston.
  • the structure of this device is simplified, insofar as the control and piloting circuits of the distribution assembly are independent of the cylinder body and are provided in the distribution box. Thus, only the power circuits necessary for the movement of the striking piston are machined in the cylinder body. It can be noted that the same distribution system can equip different types of percussion devices.
  • the upper end of the piston has a central and axial bore in which is engaged a central and axial cylindrical bearing belonging to the distribution box, the bore of the piston comprising a recess annular delimiting with the cylindrical bearing of the distribution box, the piloting chamber.
  • the upper end of the piston has a central and axial cylindrical bearing which is engaged in a central and axial bore formed in the distribution box, the cylindrical bearing of the piston comprising an annular groove delimiting with the central bore of the distribution box, the piloting chamber.
  • the device comprises a lower chamber formed between the lower end of the distribution box and the piston, permanently connected to the low pressure network by a channel, and a channel which, opening radially into the bore ensuring the sliding of the piston relative to the distribution box, above the communication channel of the pilot chamber and the distributor control chamber, is permanently connected to the high pressure network, the movement of the piston relative to the distribution box successively putting the pilot chamber in communication with the lower chamber connected to the high pressure network and the channel connected to the low pressure network.
  • the supply channel of the lower chamber, as well as the channel connected to the low pressure network, are provided in the distribution box.
  • Figures 1 to 4 are four views in longitudinal section of this device during four operating phases
  • Figure 5 is a longitudinal sectional view of a second embodiment.
  • the apparatus shown in Figures 1 to 4 comprises a piston 1 slidably mounted inside a cylinder formed in a body 2. During its reciprocating movement, the piston is intended to strike against the upper end of a tool O.
  • the body 2 contains, above the piston 1, a distribution box 3.
  • the piston 1 has a central and axial bore 4 inside which is engaged a cylindrical bearing 5 belonging to the distribution box 3.
  • the piston defines with its cylinder and with the distribution box 3 at least three chambers:
  • the frequency of the device can be chosen according to the choice of surfaces of the different sections. This choice determines, for a stroke of the striking piston, the displacement of the device and consequently its striking frequency for a given feed rate.
  • the reciprocating movement of the piston is obtained by communication of the driving chamber 6 alternately with the high pressure network 9 and the low pressure network 12, so that the result of the hydraulic forces applied to the piston 1 is exerted successively in one direction and in the other.
  • the bore of the piston has an annular recess or groove defining with the cylindrical surface of the distribution box an annular pilot chamber 13. Depending on the position of the piston relative to the cylindrical surface 5 of the distribution box, it is it is possible to establish a communication from a control chamber 14 of the movement of the distributor 15 via a channel 16 and from the control chamber 13 either with the high pressure network 9 or with the low pressure network 12.
  • the cylindrical bearing surface of the distribution box 3 comprises a channel 17 for bringing the lower chamber 10 into communication with the low pressure network 12, as well as a channel 18 opening radially into the bore 4, above of the pilot chamber 13, connected to the high pressure network 9.
  • the distributor 15 delimits three chambers with the distribution box 12 and the cover 19:
  • the distributor 15 is animated by a downward movement when the control chamber 14 is connected to the low pressure circuit 12 and an upward movement when the latter communicates with the high pressure circuit 9.
  • the reciprocating movement of the distributor 15 is obtained by communication from the control chamber 14 alternately with the high pressure circuit 9 and the low pressure circuit 12, so that, depending on the surfaces chosen for the sections of the three chambers 14, 19, 22, the resulting force applied to the distributor is successively exerted in one direction and in the other.
  • the initial state is that shown in FIG. 1, in which the distributor 15 is in the low position and the piston 1 is in the low position.
  • the control chamber 14 being connected to the low pressure circuit via channel 16, from the pilot chamber 13, of the lower chamber 10 and of the channel 17.
  • the result of the forces applied to the striking piston causes the latter to rise, since the driving chamber 6 is connected to the low pressure circuit via a channel 23 and of the annular groove 22.
  • the edge 26 of the piston discovers the opening of the channel 18 connected to the high pressure, thus establishing communication from the high pressure circuit to the control channel 16 and the control chamber 14 via the control chamber 13.
  • the control chamber 14 of the distributor 15 is then at high pressure, so that the result of the forces applied to the distributor causes the latter to rise, as shown in FIG. 3.
  • the edge 27 of the distributor 13 discovers the edge 28 of the distribution box 3 and establishes communication between the high pressure fluid coming from the circuit 9 and from the central chamber 20 with the channel 23 and the driving chamber 6.
  • the control circuit 14, 16 of the distributor is isolated from the high pressure and placed in communication with the low pressure circuit, via the pilot chamber 13 and the lower chamber 10. The result of the forces applied to the distributor is then directed downwards and the distributor begins its downward movement. Simultaneously, the striking piston 1 reaches its impact zone.
  • the distributor establishes a communication between the low pressure circuit 12 and the driving chamber 6.
  • the impact piston and the distributor are then in the low position, shown in FIG. 1, and the working cycle can start again.
  • FIG. 5 represents an alternative embodiment of this device, in which the same elements are designated by the same references as above.
  • the overlap of the distribution box 3 and the striking piston 1 results from the fact that the striking piston has a central cylindrical bearing 34 which is engaged in a central bore 35 formed in the distribution box 3.
  • the bearing cylindrical 34 has an annular groove delimiting the pilot chamber 36.
  • the lower chamber 10 is then no longer a central chamber but an annular chamber.

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Description

APPAREIL HYDRAULIQUE A PERCUSSIONS
La présente invention a pour objet un appareil hydraulique à percussions. Un appareil à percussions comprend un corps contenant un cylindre, à l'intérieur duquel est monté coulissant un piston de frappe d'un outil, entraîné hydrauliquement de façon alternative par un fluide incompressible. Le mouvement du piston est commandé par un distributeur qui ouvre et ferme des circuits hydrauliques mettant certaines chambres situées de part et d'autre du piston successivement en communication avec un circuit haute pression et un circuit basse pression pour créer ce mouvement alternatif séquence.
Le document US 4 230 019 concerne un appareil à percussions comprenant plusieurs corps, respectivement un corps principal incluant le piston de frappe, un corps contenant le système de distribution et un corps contenant un accumulateur d'énergie. L'agencement de ces différents corps est tel que les circuits de puissance permettant de faire transiter les débits de fluide nécessaires à l'activation du mouvement de frappe, et les circuits de commande plus faiblement dimensionnés, qui assurent le mouvement du distributeur, sont ménagés à la fois dans le corps contenant le cylindre et dans le corps contenant le distributeur.
Il en résulte un certain nombre d'inconvénients. C'est ainsi notamment que les canaux de commande sont ménagés à la fois dans le corps contenant le cylindre et dans le corps contenant le distributeur, ce qui nécessite la réalisation d'une étanchéité entre ces deux corps.
Le corps de distribution est positionné latéralement, de telle sorte qu'il doit être solidement maintenu en raison des accélérations qu'il subit résultant des ondes de choc. II est connu également de positionner un bloc de distribution au- dessus du corps contenant le cylindre, ce qui nécessite le forage de trous longs dans le corps contenant le cylindre pour connecter les différents circuits, ce qui se traduit par une augmentation du coût de réalisation et une augmentation des pertes de charge en ligne. Le but de l'invention est de fournir un appareil hydraulique à percussions, dont le système de commande du distributeur soit réalisé de façon simple, et avec un encombrement réduit.
A cet effet, l'appareil hydraulique à percussions qu'elle concerne, comprenant un corps contenant un cylindre à l'intérieur duquel est monté coulissant un piston de frappe d'un outil, entraîné hydrauliquement de façon alternative par un fluide incompressible, le mouvement du piston étant commandé par un distributeur qui, disposé coaxialement au piston de frappe, est monté à l'intérieur d'une boîte de distribution, est caractérisé en ce que :
- la boîte de distribution comprend une partie interférant axialement avec le piston et disposée concentriquement à celui-ci, et
- la boîte de distribution délimite avec le piston une chambre de pilotage qui, mise successivement à la haute et à la basse pression du fluide, est en communication par un canal ménagé dans la boîte de distribution avec une chambre de commande du mouvement du distributeur, pour créer dans celle-ci alternativement une basse pression et une haute pression et, par suite, une inversion séquencée de la résultante des forces appliquées sur le distributeur. Avantageusement, les canaux de liaison de la chambre de pilotage, avec les circuits haute pression et basse pression, sont ménagés dans la boîte de distribution.
Cet appareil hydraulique à percussions est d'une structure compacte, puisqu'existe un chevauchement de la boîte de distribution et du cylindre contenant le piston. En outre, la structure de cet appareil est simplifiée, dans la mesure où les circuits de commande et de pilotage de l'ensemble de distribution sont indépendants du corps du cylindre et sont ménagés dans la boîte de distribution. Ainsi, ne sont usinés dans le corps du cylindre que les circuits de puissance nécessaires au mouvement du piston de frappe. Il peut être noté qu'un même système de distribution peut équiper différents types d'appareils à percussions.
Suivant une première forme d'exécution de cet appareil, l'extrémité supérieure du piston présente un alésage central et axial dans lequel est engagée une portée cylindrique centrale et axiale appartenant à la boîte de distribution, l'alésage du piston comportant un évidement annulaire délimitant avec la portée cylindrique de la boîte de distribution, la chambre de pilotage.
Suivant une seconde forme d'exécution de cet appareil, l'extrémité supérieure du piston comporte une portée cylindrique centrale et axiale qui est engagée dans un alésage central et axial ménagé dans la boîte de distribution, la portée cylindrique du piston comportant une gorge annulaire délimitant avec l'alésage central de la boîte de distribution, la chambre de pilotage.
Dans les deux formes d'exécution, l'appareil comporte une chambre inférieure ménagée entre l'extrémité inférieure de la boîte de distribution et le piston, reliée en permanence au réseau basse pression par un canal, et un canal qui, débouchant radialement dans l'alésage assurant le coulissement du piston par rapport à la boîte de distribution, au-dessus du canal de mise en communication de la chambre de pilotage et de la chambre de commande du distributeur, est relié en permanence au réseau haute pression, le mouvement du piston par rapport à la boîte de distribution mettant successivement la chambre de pilotage en communication avec la chambre inférieure reliée au réseau haute pression et le canal relié au réseau basse pression. Le canal d'alimentation de la chambre inférieure, de même que le canal relié au réseau basse pression, sont ménagés dans la boîte de distribution.
De toute façon, l'invention sera bien comprise, à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemples non limitatifs, deux formes d'exécution de cet appareil :
Figures 1 à 4 sont quatre vues en coupe longitudinale de cet appareil au cours de quatre phases de fonctionnement ;
Figure 5 est une vue en coupe longitudinale d'une seconde forme d'exécution. L'appareil représenté aux figures 1 à 4 comprend un piston 1 monté coulissant à l'intérieur d'un cylindre ménagé dans un corps 2. Au cours de son mouvement alternatif, le piston est destiné à venir frapper contre l'extrémité supérieure d'un outil O. Le corps 2 contient, au-dessus du piston 1 , une boîte de distribution 3. Le piston 1 comporte un alésage central et axial 4 à l'intérieur duquel est engagée une portée cylindrique 5 appartenant à la boîte de distribution 3. Le piston délimite avec son cylindre et avec la boîte de distribution 3 au moins trois chambres :
- une chambre motrice annulaire 6 située au-dessus du piston,
- une chambre annulaire antagoniste 7 dont la surface de la section est faible et qui est toujours en communication avec le circuit 9 d'alimentation en haute pression, et
- une chambre centrale ou chambre inférieure 10 reliée en permanence au circuit basse pression 12.
Pour un débit constant de fluide sous pression, la fréquence de l'appareil pourra être choisie en fonction du choix des surfaces des différentes sections. Ce choix détermine, pour une course de piston de frappe, la cylindrée de l'appareil et par conséquent sa fréquence de frappe pour un débit donné d'alimentation.
Le mouvement alternatif du piston est obtenu par communication de la chambre motrice 6 alternativement avec le réseau haute pression 9 et le réseau basse pression 12, de telle sorte que la résultante des forces hydrauliques appliquées au piston 1 s'exerce successivement dans un sens et dans l'autre.
L'alésage du piston comporte un évidement ou gorge annulaire délimitant avec la portée cylindrique de la boîte de distribution une chambre annulaire de pilotage 13. En fonction de la position du piston par rapport à la portée cylindrique 5 de la boîte de distribution, il est possible d'établir une communication d'une chambre de commande 14 du mouvement du distributeur 15 par l'intermédiaire d'un canal 16 et de la chambre de pilotage 13 soit avec le réseau haute pression 9, soit avec le réseau basse pression 12.
A cet effet, la portée cylindrique de la boîte de distribution 3 comprend un canal 17 de mise en communication de la chambre inférieure 10 avec le réseau basse pression 12, ainsi qu'un canal 18 débouchant radialement dans l'alésage 4, au-dessus de la chambre de pilotage 13, relié au réseau haute pression 9.
Le distributeur 15 délimite trois chambres avec la boîte de distribution 12 et le couvercle 19 :
- une chambre centrale 20 en communication permanente avec le réseau haute pression d'alimentation 9, - une chambre annulaire 22 toujours en communication avec le circuit basse pression 12, et
- la chambre annulaire 14, antagoniste à la chambre 22 et reliée par le canal 16 à la chambre de pilotage 13. Pour la suite de la description, il est admis, à titre d'exemple, que le distributeur 15 est animé d'un mouvement de descente lorsque la chambre de commande 14 est reliée au circuit basse pression 12 et d'un mouvement de montée lorsque cette dernière communique avec le circuit haute pression 9. Le mouvement alternatif du distributeur 15 est obtenu par communication de la chambre de commande 14 alternativement avec le circuit haute pression 9 et le circuit basse pression 12, de telle sorte que, en fonction des surfaces choisies pour les sections des trois chambres 14, 19, 22, la force résultante appliquée au distributeur s'exerce successivement dans un sens et dans l'autre.
L'état initial est celui représenté à la figure 1 , dans laquelle le distributeur 15 est en position basse et le piston 1 est en position basse. Dès que le fluide sous pression circule dans le canal haute pression 9, la résultante des forces appliquées au distributeur maintient celui-ci en position basse, la chambre de commande 14 étant reliée au circuit basse pression par l'intermédiaire du canal 16, de la chambre de pilotage 13, de la chambre inférieure 10 et du canal 17. La résultante des forces appliquées au piston de frappe fait remonter ce dernier, puisque la chambre motrice 6 est reliée au circuit basse pression par l'intermédiaire d'un canal 23 et de la gorge annulaire 22.
Au cours du mouvement de montée du piston de frappe, il se produit les opérations suivantes :
- L'arête 24 de l'évidement annulaire formant chambre de pilotage 13 croise l'arête 25 de la portée cylindrique de la boîte de distribution 3, isolant ainsi le canal de commande 16 du circuit basse pression.
- En fin de remontée du piston de frappe 1 , comme montré à la figure 2, l'arête 26 du piston découvre l'ouverture du canal 18 relié à la haute pression, établissant ainsi une communication du circuit haute pression vers le canal de commande 16 et la chambre de commande 14 par l'intermédiaire de la chambre de pilotage 13. - La chambre de commande 14 du distributeur 15 est alors à la haute pression, de telle sorte que la résultante des forces appliquées au distributeur fait monter ce dernier, comme montré à la figure 3.
- L'arête 27 du distributeur 13 découvre l'arête 28 de la boîte de distribution 3 et établit une communication entre le fluide haute pression provenant du circuit 9 et de la chambre centrale 20 avec le canal 23 et la chambre motrice 6.
- Le distributeur 15 terminant sa course de montée, la résultante des forces appliquées au piston 1 accélère celui-ci vers le bas pour sa course de frappe, comme montré à la figure 4.
- Le circuit de commande 14, 16 du distributeur est isolé de la haute pression et mis en communication avec le circuit basse pression, par l'intermédiaire de la chambre de pilotage 13 et de la chambre inférieure 10. La résultante des forces appliquée au distributeur est alors dirigée vers le bas et le distributeur commence son mouvement de descente. Simultanément, le piston de frappe 1 atteint sa zone d'impact.
- L'arête 27 du distributeur 15 croise l'arête 28 de la boîte de distribution 3, isolant ainsi la chambre motrice 6 du piston de frappe.
- Le distributeur établit une communication entre le circuit basse pression 12 et la chambre motrice 6. Le piston de frappe et le distributeur sont alors en position basse, représentés à la figure 1 , et le cycle de travail peut recommencer.
La figure 5 représente une variante d'exécution de cet appareil, dans laquelle les mêmes éléments sont désignés par les mêmes références que précédemment. Dans ce cas, le chevauchement de la boîte de distribution 3 et du piston de frappe 1 résulte du fait que le piston de frappe comporte une portée cylindrique centrale 34 qui est engagé dans un alésage central 35 ménagé dans la boîte de distribution 3. La portée cylindrique 34 comporte une gorge annulaire délimitant la chambre de pilotage 36. La chambre inférieure 10 n'est alors plus une chambre centrale mais une chambre annulaire.
Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de cet appareil à percussion, décrites ci-dessus à titre d'exemples, elle en embrasse au contraire toutes les variantes.

Claims

REVENDICATIONS
1. Appareil hydraulique à percussions comprenant un corps (2) contenant un cylindre à l'intérieur duquel est monté coulissant un piston de frappe (1) d'un outil, entraîné hydrauliquement de façon alternative par un fluide incompressible, le mouvement du piston étant commandé par un distributeur (15) qui, disposé coaxialement au piston de frappe, est monté à l'intérieur d'une boîte de distribution (3), caractérisé en ce que :
- la boîte de distribution (3) comprend une partie interférant axialement avec le piston (1 ) et disposée concentriquement à celui-ci, et
- la boîte de distribution (3) délimite avec le piston une chambre de pilotage (13) qui, mise successivement à la haute (9) et à la basse pression (12) du fluide, est en communication par un canal (16) ménagé dans la boîte de distribution (3) avec une chambre de commande (14) du mouvement du distributeur (15), pour créer dans celle-ci alternativement une basse pression et une haute pression et, par suite, une inversion séquencée de la résultante des forces appliquées sur le distributeur (15).
2. Appareil hydraulique à percussions selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les canaux de liaison (17, 18) de la chambre de pilotage (13), avec les circuits haute pression et basse pression, sont ménagés dans la boîte de distribution (3).
3. Appareil hydraulique à percussions selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'extrémité supérieure du piston (1 ) présente un alésage (4) central et axial dans lequel est engagée une portée cylindrique (5) centrale et axiale appartenant à la boîte de distribution (3), l'alésage (4) du piston comportant un évidement annulaire (13) délimitant avec la portée cylindrique (5) de la boîte de distribution (3), la chambre de pilotage.
4. Appareil hydraulique à percussions selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'extrémité supérieure du piston (1 ) comporte une portée cylindrique (34) centrale et axiale qui est engagée dans un alésage (35) central et axial ménagé dans la boîte de distribution (3), la portée cylindrique (35) du piston (1 ) comportant une gorge annulaire (36) délimitant avec l'alésage central (35) de la boîte de distribution (3), la chambre de pilotage. δ
5. Appareil hydraulique à percussions selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte une chambre inférieure (10) ménagée entre l'extrémité inférieure de la boîte de distribution (3) et le piston (1 ), reliée en permanence au réseau basse pression par un canal (17), et un canal (18) qui, débouchant radialement dans l'alésage (4) assurant le coulissement du piston (1 ) par rapport à la boîte de distribution (3), au-dessus du canal (16) de mise en communication de la chambre de pilotage (10) et de la chambre de commande (14) du distributeur, est relié en permanence au réseau haute pression, le mouvement du piston (1 ) par rapport à la boîte de distribution (3) mettant successivement la chambre de pilotage (10) en communication avec la chambre inférieure (10) reliée au réseau haute pression et le canal (18) relié au réseau basse pression.
EP01954069A 2000-07-13 2001-07-10 Appareil hydraulique a percussions Expired - Lifetime EP1299213B1 (fr)

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