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La présente invention se rapporte à un joint à lubrifiant ménagé entre deux pièces tournant l'une par rapport à l'autre, et 11'est utilisable en particulier pour retenir un lubri- fiant à l'intérieur d'un palier ou pour en exclure les corps étrangers quand il se produit des mouvements relatifs axiaux, radiaux' et d'oscillation, combinés les'uns aux autres.
'L'invention est utilisable en particulier .dans les trépans pour le forage du sol du type à molettes rotatives, et elle sera décrite ici dans son application à un dispositif de ce type,
On comprendra toutefois que l'invention n'est pas limitée à cette application particulière et . qu'elle peut être utilisée dans n'Importe quel
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dispositif quand on peut tl parti des aven- tages qu'elle apporte.
Les trépans pour le forage du sol du type à molettes rotatives comportent habituel- le ment des molettes montées sur des axes avec interposition de paliers anti-friction destinés à support,or les charges qui leur sontimposées pendant les opérations de forage normales.
Les paliers sont remplis de lubrifiant au moment de l'assemblage mais, étant donné.que ces trépans tournent habituellement dans un milieu ambiant formé par un fluide, de circulation violemment agité, constitué par de la boue introduire' ou par-un fluide contaminé par des déchets de forage, le lubrifiant est rapidement contaminé, et il est remplacé éventuellement en totalité par le fluide de circulation et par les matières, abrasives qu'il, contient. Ceci aboutit à une détérioration rapide de$ paliers, ce qui .réduit l'efficacité du trépan et sa durée utile,
On a déjà proposé d'utiliser un dispositif de lubrification pour le trépan, afin d'ajouter constamment du lubrifiant au fur et à mesure que celui qui se trouve dans le palier s'échappe vers le milieu ambiant.
On a également proposé de créer des joints à lubrifiant entre les pièces du trépan tournant.l'une par rapport à l'autre.
Les solutions proposées iitont pas donné satis-' faction, et on a constaté que toute contamina- tlon du lubrifiant, quelle qu'elle soit, est extrêmement indésirable.
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L'un des -bats de l'inve ation .est en consé- quance de créer un système de ubrification e assure à tout moment la rétention du lubrifiant -approprié dans un palier.
Un autre but de l'invention est de créer un'joint à lubrifiant retenant le lubrifiant à l'intérieur du palier et stol--)-posant à la pénétra- tion d'une substance de contamination''dans ce palier. /
L'invention a encore,' pour but de créer un joint à lubrifiant pour palier maintenant l'étanchéité entre les .organes tournant l'un par. rapport à l'autre, même s'il se produit un mouve- ment composite de l'un d'eux par rapport à L'autre.
Un autre but encore de l'invention est de créer entre les organes tournant l'un par rapport à l'autre' un joint annulaire établi et agencé de manière à suivre tous les déplacements relatifs entre les organes et à retenir le lubri- fiant à l'intérieur du palier, tout en empêchant 'la pénétration d'une substance de' contamination.
L'invention.concerne également un joint, annulaire pouvant flotter librement dans l'espace ménagé à cet effet, et. fournissant les résultats désirés mentionnés ci-avant.
L'invention concerne en outre un palier conjugué à un joint étanche dans lequel est ména- gée une chambre de réserve de lubrifiant, renier- mant une quantité de lubrifiant suffisante pour compenser les variations velu-métriques engendrées l'intérieur du palier par suite des déplacements
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relitifs de ses organes, et pour ajouter du lu- brifiant au palier en cas de per 2e de lubrifiai à partir de celui--ci.
La description qui va suivre, faite en regard des dessins 'annexés, donnes à titre non limitatif, permettra de mieux comprendre l'in- vention.
La fig. 1 est une vue en coupe à travers un système de'molettes d'un trépan à cônes, sui- vant l'Invention.
La fig. 2 est une vue de détail- à plus ' grande échelle,, montrant le joint à lubrifiant et sa relation par rapport à la molette et ,à, la tête du trépan, entre lesquelles il à-ssur'e l'étan- chéité.
La fig. 3 est une vue avec arrachement partiel montrant un mode de réalisation de bague d'étanchéité, suivant l'invention.
La fig. 4 est une vue avec'arrachement'.. partiel d'une variante de bague d'étanchéité.
La fig. 5 est une vue de détail à plus grande échelle analogue à la fig. 2, montrant \ la relation entre les' organes obtenue quand on' utilise la variante précitée de bague d'étanchéité.
Comme montré sur la fig. 1, le trépan comprend une tâte 2 comportant plusieurs bras dirigés vers le bas, l'un de-ces bras étant re- présenté en 3. Chaque bras porte un arbre 4, qui. en est solidaire et qui est .dirigé- vers L'inté- rieur et vers le bas, en direction de l'axe du trépan.
La tête 2 présente une chambre interne 5,
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ménagée à ;.on extrémité sLZptrieL? ï'e et ac laquelle le liquide de circulation est aci 3'lné vers le bas par des canaux 6., jusqu'au voisinage, des' molettes, l'une de ces molettes étant représentée en ?.,de sorte qu'on'assure ainsi le refroidis- sement du trépan et l'entraînement des déchets de forage depuis le fond du trou foré.
La molette conique 7 est profilée inté-
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rieurement d'une manière tenant compte du'prof il complémentaire'de l'arbre 4 afin de ménager des chemins de guidage pour un roulement à rouleaux
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.8 et pour un roulement'à billes 9., qui sont tous deux étudiés 'de manière à supporter les charges ' . exercées radialemont à l'arbre , le roulement . r > .., ,i à billes servant également à supporter les charges
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exercées ixlalement à l'arbre et à retenir lui molette, sur c,et arbre, Le téton de guidage 11 prévu, à l'extrémité de l'arbre 4. s t engage , dans le manchon 1.S, qui est engagé à force dans -Itallél- sage 13-de la molette 7.
Une pastille de butée 14 fixée dans la molette,7 prend. appui contre
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l'extrémité da'l'arbre 4, et supporte une partie de la poussée dirigée vers l'extérieur sur la .molette pendant le fonctionnement, du trépan. On
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obtient ainsi des paliers anti-friction..8 et 9.' qui supportent la plus- grande partie de la charge exercée sur la molette 7,- tandis que le palier de friction prévu entre le téton de guidage et la molette 2. supporte la charge exercée sur l'axe de rotation du trépan ou à son' voisinage '
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immédiat:
-En même temps, les r@ @ements à bill@s
9 supportent les charges axiale exercées sur la molette et la pastille de butée 14 sert à supporter' les charges 'de poussée vers l'extérieur exercées sur la molette.
Un alésage 15. part de l'extérieur du bras
3 et s'étend jusqu'en un point,du chemin de guidage du roulement à.billes 9. Cette construc- t'ion permet le montage de la molette 7. sur @ l'arbre 4 alors que le,roulement à rouleaux 8 , est déjà monté. Les billes 9 sont alors Intro- duites en place par l'alésage 15 jusqu'à ce que le roulement à billes. 9¯ soit ,complet. L'axe 16 est ensuite introduit-dans l'alésage ¯15; afin de maintenir les billes dans leur guide.
Cet- axe est fixé en place par exemple par dépôt de métal de soudure dans l'extrémité de J'alésage,' Une réserve de lubrifiant destinée aux paliers on roulements qui viennent d'être décrits est prévue dans la chambre 17'ménagée dans là branche 3 du trépan. L'extrémité inférieure de cette chambre communique avec l'alésage 15 et ave,c des fraisures de l'axe 16, de sorte que le lubrifiant'peut parvenir d'une façon relativement libre aux roulements,' Les canaux à lubrifiant comprennent un alésage 18 prévu axialement à l'arbr,e 4, de, sorte que le lubrifiant ,peut égale ment parvenir librement à .la pastille de butée , 14 et, au palier de friction voisin formé par le téton de guidage.
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Le lubrifiant,qui se trouve dans la chambre 17 est surmonté d'un piston. 19 .pouvant coulisser axialement dans cette chambre. L'extré,. mité supérieure de la chambre est fermée par un bouchon 10, qui est'maintenu, en place de façon appropriée et dans lequel est ménagé un event 20.
Une particularité importante'de l'inven- tion réside dans le fait que l'agencement décrit
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ci-avant est combiné avec une bague d qtanchéite 2l, Interposée entre la surface 28 mé,naée sur la base de la molette 7 et ltépaulement 22 . dirigé vers l'Intérieur et prévu sur le bras
3 du trépan. Qn remarquera que la bague d'étan- chéité 21 est constituée par une ,bagué continue
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qu.1'entoure, l'extrémité de l'arbre'4. et , comme expliqué plus en détail. plus loin, cette bague
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est .agencée de façon à exeroar'une pression sur la surface 28 de la molette 1 et sur l'épaule- ment 22 du bras 3 du trépan, et à .réalls'er une étanchéité satl.sfalsante avec ceux-ci.
Do p ié.rence, la périphérie Interne ' de la bague d'étanohéité 21 a un diamètre t-w,1 .qu'un faible ,jeu demeure présent entre la, bague et la périphérie 24 de l'arbre 4, comme' cela est clairement visible sur la fig. 2. De
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même la périphérie externe 2.5.'de la baueYdé-. tanchejité 21 a un diamètre' tel'qu'elle ménage un jeu radial avec l'épaulement 26 dirigé vers l'intérieur., prévu à la ,base de la molette 7.
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En d'autres / termes, la bague' d'étanchéité 21. est disposée, par rapport :.. @ organes vois s, de manière à fournir un effet de flottement radial limité, qui contribue au. maintien d'une étanchéité apprzopriée.
Les trépans servant au forage du sol sont soumis à des contraintes très'élevées.
Par exemple, 11'n'est pas inhabituel de rencon- tre@une charge statique ou un poids- de 18 à '
32 tonnes appliqué à un trépan du type tricône d'un.diamètre de 22,2 cm. Les contraintes résul- tantes sont augmentées par suite des contraintes de choc de grande amplitude, qui sont dues au .fait que les trépans travaillent souvent dans des conditions"sévères", en particulier lprs ' du forage de terrains durs.
Ces .conditions extrêmes sont à l'origine d'un mouvement complexe ,de la molette 2. par rapport à l'arbre
4, et ce mouvement est amplifie au fur et à mesure de l'usure, une composante de déplace- .ment est dirigée axialement à l'arbre. En même temps, il se produit'un mouvement d'oscil- lation en rotation de la molette par rapport à l'arbre. Par suite, la-bague d'étanchéité 21 doit être construite 'et agencée de façon telle qu'elle suive chaque mouvement des sur- .faces en regard de la tête du trépan et de la molette.
Ces déplacements relatifs peuvent se produire avec une rapidité extrême, et à chaque
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déplacement il résulte une variation volumé- trique de l'espace du..parler occupé par le
Pour cette, raison, les canaux pré- vus pour le lubrifiant doivent avoir des dimen- sions largement calculées, afin de permettre son libre écoulement. Le piston doit égale- ment pouvoir se déplacer librement vers le bas.
Afin de permettre les faibles variations volu- métriques à grande vitesse du lubrifiant dans - les paliers et'de compenser.l'inertie du piston 19, la tête 27 piston présente sou's tête 27 piston se présente sou's la-forme d'une membrane flexible ondulée.
La bague d'étanchéité 21 présente'une construction spéciale, afin. de réaliser une.. ' étanchéisation positive constante dans,toutes'. les circonstances entre les surfaces 22 et 28.
Cette bague se présente d'une façon générale sous la forme d'un cône tronqué ; elle doit 'présenter.une 'élasticité axiale suffisante et elle doit.pouvoir suivre chaque déplacement de la molette 7 par rapport au bras 3 du trépan. On a montré des'bagues d'étanchéité en détail sur les figs. 3 et 4.
. Chacune des bagues d'étanchéité repré- sentées est constituée. par une bande composite, comprenant une bague interne ou âme 30, 30' (Fiés. 3 et 4) en acier ou en une autre ma- tière élastique, se présentant sous la forme d'un tronc'de.cône. Pour faciliter son dépla- cornent axial variable sur sa circonférence,
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la bague 30 présente des fente radiales 31 terminées a leurs extrémités @@@@rnes par des orifices circulaires 32. Ainsi, chaque doigt
33 peut subir un déplacement indépendant limité . dans le sens axial de la bague d'étanchéité.
La' bague interne 30 est noyée dans une matière Imperméable convenable 36, et cette bague et cette matière Imperméable sont de pré- ference reliées l'une à l'autre de manière à former un ensemble unitaire, bien que cela ne soit pas nécessaire, La bague .est profilée exté- rieurement de manière a former des nervures annulaires 34 et 35, axialement opposées, sur ses périphéries interne et externe, ces nervures coopérant avec le bras 3 du trépan et avec la molette 2.'pour réaliser des joints étanches radialement espacés.
Comme déjà indiqué , la matière 36 doit être d'une nature telle qu'elle soit imperméable aux liquides voisins, et-elle doit également être chimiquement Inerte à ces liquides, ainsi que capable de maintenir un joint efficace avec la surface avec laquelle elle coopère. Une matière de ce type existe par 'exemple parmi les difrérents caoutchoucs et les différentes matières plastiques synthétiques du type résistant à l'hulle.
La forme de la bague d'étanchéité repré- sentée sur la 1' ig. 4 est la même que celle qui vient d'être décrite, souf que la bague Interne
30' 'est déformée pour constituer des nervures et des rainures alternées 37 et 38.
(jette forme de bague d'étanchéité possède également les
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cc<1"e.<Jkéi%istiq'ùep nécessaires pour le main-tien de 'J..'étanchéité dé's.irée c;itr'e les surf;&ces 22- 'et 23.
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Le fonctionnement de l'agencement décrit-t :-. :
,=..¯ apparaît à la lecture de qui précède.. On mentionnera toutefois qu'il est
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désirable que-là bague d'étanché-ité\solt'montée a l'intérieur de l'espace mé'na*8é"*à cet effet de manière à disposer. d't une f.cyê f lott em--jbnt limite dans cet espace, 'c'est-à-dire que cette bague d'étanchéité n'est pas .cré. oû . ixêe sur la molette, 7 ou sur le bras et qu'elle peut par suite se déplacer radialement dans une mesure limitée, 'en agissant dé manière
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maintenir uri co-ntact d'étanché-lsation continu'. entre les nervures ou bourrelets annulaires 2% et 35 et les'surf aces opposées 28 et 22 de- la molette et du 'bras du trépan.
L'effet de flottement' radial de la bague 21 est conservé dans l'agencement représenté sur la fig. 5, dans lequel la matière enrobant la bague interne ou âme forme un talon 23' à la périphérie Interne de'la bague , ce talon s'éten-
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dant'axialement'vers l'intérieur et venant'en contact avec la surface 24. En-.'règle générale, la matière'enrobant l'âme''est,relativement. déformable et dans ce cas, le. )±)on 2fi'<. se- déforme dans une mesure suffisan-,t,,,I-,.poU--r7 que ' l'on obtienne l'effet de flottement dé'siré.
Il est évident que .cette action peut être '
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également obtenue, si cela est désirable, par un contrôle dimensionnel,@ou (-. formant le talon 23' en une matière ayant une élasticité supérieure.ou. inférieure à colle du reste- de la matière entourant l'âme.
Avec ce mode de réalisation'de l'invention, on remarquera qu'une pression suffisamment forte, exercée sur le coté de la bague d'étanchéité en contact avec - le lubrifiant, déplace,la lèvre ou nervure. 35 vers l'extérieur, et permet l'échappement d'une petite quantité de lubrifiante Par ailleurs, une pression suffisamment élevée exercée à l'extérieur de la bague d'étanchéité peut écar- ter la lèvre ou nervure 34 de' la surface 22.
Toutefois,. :le talon 23' sert alors à empêcher la pénétration'd'une substance de contamination dans le palier.-La bague d'étanchéité travaille ainsi à la manière ,d'un clapet de retenue pour empêcher la pénétration des matières de' conta-- @ mination.
Bien que la bague d'étanchéité 21 repré- aentée ait la forme d'une cuvette ou d'un tronc de cône , on comprendra que cette forme particu-.
Hère n'est pas impérative et que l'invention, concerne également l'utilisation d'une bague d'étanchéité élastique agencée de manière à pouvoir remplir de façon effective le rôle dési- ré, m me s'il se produit un mouvement relatif complexe entre les éléments du palier,
Les détails d.; réalisation peuvent être Modifiés, dans le domaine des équivalences tech- niques, sans s'écarter de l'invention.