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#MOTBU8 !1 MOUMKENT ALTERNATIF, SM 'IR2 POUR L'ENTRAINEMENT D'OUTILS DE PERCUSSION ".
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L'invention a pour objet des perfectionnements aux moteurs hydrauliques à mouvement alternatif et plus spé- cialement, mais non exclusivement, des perfectionnements aux/- moteurs destinés à l'actionnement d'outils de percussion à mouvement alternatif, tels que les marteaux piqueurs, les perforatrices, les brise-béton et outils analogues,
Un objet de l'invention est un outil de percussion mouvement alternatif actionné par un système hydraulique et comportant un accumulateur à pression simple pour atténuer les fluctuations de la pression dans l'alimentation ainsi que dans la line de retour de l'outil,
Un autre objet de l'invention est un outil de per- cussion à mouvement alternatif à commande hydraulique muni d'un accumulateur de pression comportant des ressorts placés dans un cylindre et agissant sur un piston pour atténuer les fluctuations de pression dans les canalisations d'admission et de retour.
On comprendra Fieux l'invention à la lecture de la description de plusieurs modes de réalisation donnée ci-après à titre d'exemples non limitatifs et en se référant aux des- oins annexes.
Sur toutes les figures, les pièces analogues sont désignées par les même?) références,
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La figure 1 .et une coupe en long d'un outil de percussion à mouvement alternatif à commande hydraulique selon l'invention*
La figure 2 est une vue à plus grande échelle -de la partie formant cylindre de l'outil de la figure 1.
La figure 3 est une vue partielle à plus grande é- ohel)e de l'accumulateur du dispositif de la figure 1.
La figure 4 est une coupe du corps de valve, plus grande échelle par 4-4 de la figure 5.
La figure 5 est une coupe transversale par 5-5 de la figure 4.
La figure 6 est une coupe par 6-6 de la figure 4.
La figura ? est une coupe transversale du moteur à engrenages entraînant le système de valves ou distributeur et centrant schématiquemant les connexions entre le moteur, les canalisations d'amende du fluide sous pression et les canalisations de retour,
La figure 8 est une perspective partielle de l'un des engrenages de la figure 7.
Les figures 9 à 12 sont des coupes partielles du système de valves ou distributeur dans quatre positions différentes, au cours du cycle d'opérations de l'outil de percussion.
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Si l'on ue réfère aux figures 1 et 2, on voit que l'outil représenté est muni d'un corps composite, qui peut être portatif ou dont l'avance peut être assurée par un mo- teur auquel cas l'outil est monté sur un dispositif d'avance approprié. Le oorpa comporte une section centrale11 formant cylindre, comportant en son centre un alésage 12 et portant, dans le prolongement de l'axe, une section postérieure 13 et un élément antérieur 14;
ce dernier comporte un mandrin
15 dirigé vers l'avant. Les parties 11, 13, 14 et 15 du corps de l'outil sont reliées ensemble comme d'habitude par un système de boulons non représenté,
A l'intérieur du cylindre 11, se trouve une tête de piston 16 ajustée à glissement doux à l'intérieur de l'a- lésage 12;ce piston est muni de tiges 17 et 18 qui s'étendent respectivement vers l'avant et vers l'arriére. La tige 18 a de préférence un diamètre plus faible que la tige 17, de sorte que le fluide sous pression agit sur une plus grande surface à l'arrière de la tête de piston 16 qu'à l'avant de cette tête.
De préférence, la tète 16 a un diamètre maximum de l'ordre de 1,3 fois le diamètre de la tige 18, Les fuites le long des tiges de piston sont empêchées par des fonds annu- laires en acier 19 et 20 qui comportent des joints étanches extérieurs 21 (figure 2). les fonds 19 et 20 sont placés avec un léger jeu dans des élargissements 22 de l'alésage du cy- lindre 11, les joints 21 assurant l'étanchéité dune le cy- lindre .
Les fonda sont maintenue en place par des prolonge-' mente' appropriés de l'élément 14 et 49 la (section 13, et le
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jeu entre les fonde et l'alésage du cylindre fournit un accès à une petite portion du fluide incompressible qui ae trouve dans 1'alésage 12 vers le pourtour extérieur des fonds 19 et 20 jusqu'à la hauteur des joints 21. La surface annulaire in- térieure de chaque fend 19 et 20 s'ajuste à frottement doux étanche autour des tiges de piston 17 et 18.
A coté des fende 19 et 20 sont disposées des chambres annulaires d'amortsse- ment 23 alignées avec l'alésage 12 (figure 2); ces chambres servent à absorber l'énergie de la tête de piston 16 à la fin de sa course en direction des fonds respectifs 19 et 20. A cet effet, les chambres 23 peuvent avoir un diamètre légère- ment supérieur à celui de la tête 16 ou de l'alésage 12, la différence pouvant être de y ordre de 0,2 mm, de sorte que le fluide sous pression enfermé dans les chambres 23 peut être expulsé par le mouvement de la tête 16 à travers l'es- puce annulaire entourant cette tête,
cette action rencontrant une résistance de plus en plus grande au fur et à mesure que le piston pénètre plus profondément dans la chambre 23 'Modérée. Entre les extrémités opposées de l'alésage 12 et les fonds 19 et 20, sont ménagés de courts canaux d'admis* sion radiaux 24 et 25, ainsi que des gorges annulaires appro- priées pour l'admission du fluide haute pression dans l'alé- sage 12 et pour l'évacuation du fluide basse pression.
A l'intérieur du mandrin 15 se trouve un mandrin tournant 26 qui peut être entraîné en rotation de préférence par un moteur hydraulique à engrenages de type classique il%* diqué dans son ensemble en 27; ce moteur est de construction. classique et n'a pas besoin d'être décrit* le mandrin 26 fait tourner une tige de fleuret 28 percée d'un canal axial 29 pour
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le passage du liquide de forage* Un tube à liquide 30 s'étend à partir de la section arrière 13 à travers un canal axial 30' (figure 2) ménagé dans la tête 16 et les tiges 17, 18, et sa pointe pénètre dans le canal 29 du fleuret 28, Un raccord 31 pour le raccordement d'un tuyau d'eau est prévu à la partie arrière de la section 13; ce raocord est fixé à l'aide d'un bouchon fileté 32.
Du raccord 13, le liquide de forage est envoyé au tube 30 et au fleuret 28,
La section cylindrique 11 comporte une saillie cy- lindrique radiale percée d'un alésage 32 ouvert à son extré- mité et dans lequel vient s'insérer un corps de valve 33. Ce' corps 33 est maintenu en place à l'aide d'une butée munie d'un joint étanche prévue sur une section accumulateur 34 et s'en- gageant dans l'alésage 32, l'accumulateur 34 est relié à la saillie radiale du cylindre 11 à l'aide de boulons non repré- sentés, Un raccord pour fluide haute pression 35 et un rac- cord pour fluide basse pression 36 sont reliés à l'accumula- teur 34 et communiquent avec un alésage 38 à l'intérieur de l'accumulateur 34.
Un piston 37 peut coulisser dans l'alésage 38, et les fluides haute pression et basse pression agissent respectivement sur les deux faces de ce piston. En vue d'é- quilibrer le piston 37 par rapport à la surpression fournie par le fluide venant par la canalisation 35, il est prévu entre la face basse pression 37 du piston et un bouchon de fermeture 39 fermant l'alésage 38 un paquet de rondelles Belleville 40 disposées en souffleta Un jonc élastique 41 servant d'arrêt (figure 3) est enfilé par un trou tangentiel dans deux rainures annulaires alignées prévues dans le bou- chon 39 et dans l'aléaage 38,
en vue de maintenir le bouchon
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39 en place dans l'alésage 38. La compression préalable et les propriétés élastiques de l'ensemble de rondelles Belle- ville peuvent être choisies de telle sorte que l'ensemble 40 assure une pression constante.
Les rondelles sont groupées- . autour d'une tige creuse 42 solidaire du piston 37, et l'ex trémité de cette tige opposée au piston 37 coulisse dans un palier 43 formé dans lebouchon 39; ce palier sert également de butée pour les rondelles, Des perforations appropriées sont prévues sur le pourtour de la tige creuse 42 ainsi que our la base du palier 43, en vue d'assurer une libre circula- tion du fluide sous pression, Sur sa face haute pression, le piston 37 comporte également un têton 44 lui coopère avec le corps de l'accumulateur 34 contre lequel il vient buter lors-* que les pressions sur les deux faces du piston 3?sont équili- brées.
±' ensemble de rondelles Belleville est subdivisé en deux groupes qui sont séparés par une bague 45 située en face du raccord 36 en vue d'assurer une libre circulation du fluide basse pression dans la sens transversal à travers 1 ' accumula- teur 34.
Un canal 26 pour le liquide haute pression et un canal de retour 47 pour le liquide basse pression sent prévus entre l'alésage 36 de l'accumulateur et le corps de valve 33; ces passages débouchent dans l'alésage de part et d'autre du ' piston 37, le passage haute pression 46 est en communication ' constante avec l'intérieur 48' d'un distributeur rotatif automatique 48 placé parallèlement à l'axe du corps de valve 33, tandis.que l'intérieur 49' d'un distributeur analogue 49
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placé parallèlement au distributeur 48 est en communication constante avec le passage basse pression 47.
Les distributeurs 48 et 49 sont formés par des cylindres creux et son'-( munis de fentes de distribution 50 opposées deux à deux (voir figures 4 à 12).
Deux pignons en prise 51 et 52 d'un moteur à engre- nages (figure 7) sont solidaires des distributeurs rotatifs 48 et 49. Chaque engrenage 51 et 52 ajuste d'une façon pré- cise dans une chambre cylindrique 53 ménagée dans le corps Se valve 33 et est supporté par un pivot cylindrique creux 54 centré dans la chambre 53. Les pivots 54 constituent des pas- sages intermédiaires entre l'intérieur des distributeurs 48, 49 et les orifices d'admission et d'échappement 46, 47. Des brides radiales 55 (figures 2 et 4)sur les pivots 54 servent de fermeture pour les chambres 53 et sont bloquées entre l'ac- cumulateur 34 et le corps de valve 33. Entre les brides 55 et le fond des chambras 53 est ménagée une chambre contenant des pignons 51, 52 du moteur à engrenage.
Un canal 56 (figure 7) mène du passage 46 au coté haute pression du moteur à engre- nages, tandis que le côté basse pression du moteur est relié à l'orifice de sortie 47 par l'intermédiaire d'un canal 57, Le fluide sous pression passant par le canal 56 pour entraî- ner le moteur à engrenages est en parallèle avec le circuit principal entraînant le piston' 16.
Dans le canal 56 coulisse une soupape 58 en ferme de piston, qui comporte plusieurs passages axiaux 59 pour laminer le fluide passant à travers la valve, et un pointeau 60 dirigé vers 1'avants Le pointeau 60 coopère avec un étranglement 62 du canal 56 qui forme siège de soupape, mais le pointeau ne peut fermer complètement
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l'étranglement du fait de l'action d'un ressort hélicoïdal 61 disposé entre la soupape 58 et un épaulèrent Ménage entre l'étranglement 62 et le canal 56.
Si l'on admet un fluide hau- te pression dans les canaux 46 et 56 en vue de faire démarrer le moteur a engrenages 51, 52, la soupape 58 est actionnée par la pression différentielle introduite par l'effet des per- forations 59 sur la circulation du liquide, de sorte que la valve se déplace dans le même sens que le fluide,en compri- mant le ressort 61, Pendant que la pression différentielle s'é- tablit et que la soupape se déplace, une quantité relative- ment importante de fluide sous pression peut passer-4 travers les perforations 59 de la soupare 58 et l'étranglement 62 en vue de faire démarrer le moteur à engrenages 51, 52.
lors- que la compression du ressort 61 augmente, le pointeau 60 de la valve 58 s'engage dans le canal 62 jusqu'à ce que les òr- ces dues à la différence de pression et la force élastique du ? ressort s'équilibrent, et en même temps, le pointeau exerce un effet de laminage en combinaison avec le canal 62, Ce la- minage augmente lorsque la compression du ressort augmente, du fait de la circulation du fluide, et il diminue lorsque le ressort se détériore.
Il en résulte que le courant de fluide passant par le moteur 51, 52 reste pratiquement constant, à une valeur définie par la force du ressort 61 et le diamètre des perforations 59, nonobstant les fluctuations de pression considérables qui pouvant se produire dans la *anal d'slimen- talion 46.Il en résulte une viteses de rotation à peu près constante des deux distributeurs rotatifs 48 et 49 couples aux pignons 51, 52, ...
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En vue de réaliser un équilibrage efficace des pi- gnons du moteur hydraulique qui engrènent l'un avec l'autre par rapport aux différentes pressions qui agissent sur ces pignons, il est prévu des perforations radiales 63 au fond des rainures entre les dents des pignons; ces perforations conduisent à travers ces pignons à des chambres 64 faisant face aux portées des axes 54 (figures 4, 7 et 0) et formant un matelas hydraulique. La pression agissant sur le côté haute pression du moteur tend à pousser les pignons 51,,52 dans le sèns radial contre leur axe 54, créant ainsi une résistance à la rotation par frottement.
En même temps, toutefois, il se ' produit un contre-pression agissant à l'intérieur des chan- bres 64, ce qui assure un équilibrage efficace des pressions, de sorte qu'il faut un minimum de puissance pour entraîner en rotation le moteur à engrenages 51, 52, Les dents des pi- gnons 51, 52 qui engrènent les unes avec les autres fournis-* sent un moyn efficace pour synchroniser la rotation des deux distributeurs rotatifs 48 et 49.
Dans le corps de valve 33, sont ménagées deux cham- bres parallèles à l'axe 24' et 25' (figures 2, 4 à 6 et 9 à 12), débouchent en direction de la section de cylindre 11; la chambre 24' communique avec l'admission 24 de l'alésage du cylindre 12, tandis que la chambre 25' communique avec l'ad- mission correspondante 25. Les distributeurs rotatifs 43 et 4g sont logés à leur tour dans des alésages 65 et 66 placée dano la corps de valve 33 ds part et d'aube par rapprot aux chambres 24' et 25', de façon à pouvoir tourner dans ces alé- sages.
En vue d'obtenir un fonctionnement sans à coups des distributeurs rotatifs 48 et 49, lorsque le fluide sous près-
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sion est admis dans les Chambres respectives 24'< 251 et dans les canaux d'admission 24 et 25,il est prévu des canaux pour équilibrer les pressions agissant sur ces distributeurs dans chaque direction et dans toutes les conditions de fonctionne- ment, A cet effet, il est prévu des couples de rainures de
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distribution diamétralement opposées et interconneotéea deru les alésages 65 et 66 des distributeurs; ces rainures servent à l'équilibrage des pressions lorsque les distributeurs fonc-
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tionnent.
A cote du distributeur roc Mit 46, dont l'alésée 48' est en communication permanente avec l'admission 46, sant disposées deux rainures 67 parallèles 4 l'axa e4 diametrale" ment opposées pour alimenter la chambre 25' et par conséquent le canal d'admission 25 en fluide nous pression} l'égalisa* tion des pressions antre les rainures opposées 67 est edal:ttdt par une rainure périphérique 68 prévue dans le corps de valve 33 (figure 5).
Un second couple de rainures opposées 69 est prévu dans l'alésage ds la valve 65 pour alimenter la chambra ,
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24' et la canal d t,i.sa3cn 24 en fluide haute pression, unie gorge periphérioue 0 (figure 6) eut'prévue de la même façon .' dans le corps de valve 33 pour égaliser les pressions agissant dans les deux rainures 69 du distributeur 46. 3Sans l'alpage 66 du distributeur 49, dont l'alésage 49* est en commmlea- tion permanente aveu l'orifice d"échappemet.'4?t on a vr ' d'une façon analogue des rainures 71 pour relier l'orifice 4?.
à la chambre 241 et par conséquent au canal d'admission 24 l'égalisation des pressions entre les rainures,71 étant réali- sée à l'aide de gorges annulaires 72 (figure 5), tandis qu'un
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second couple de rainures diamétraleeent opposées 73'est
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prévu pour relier la chambre 25', c'est-à-dire le canal d'admission 25,au canal d'échappement 47. La pression des rainures 73 est également équilibrée à l'aide d'une gorge an- nulaire 74 (figure 6), Pour équilibrer les pressions agissant sur les extrémités des distributeurs 48 et 49 du cote des pi- gnons, il est prévu des perforations 75 dans l'axe 54 (figu- re 4).
Avant de faire fonctionner l'outil selon l'invention. il faut le relier, par les raccorda d'admission et d'échappe- ment 35,36 ainsi que par des raccords menant au moteur 27,à une source appropriée comportant une source de pressior. hy- draulique fonctionnant en permanence ou une pompe fournissant un fluide haute pression à une pression pratiquement constante.
Ce groupe hydraulique ainsi que son équipement auxiliaire, tel que les bâches à huile, les filtres, les soupapes de ré- gulation de pression, sont connus de tous les hommes de l'art et n'ont pas besoin d'être décrits ici, De même, il ne sera pas donné de description du robinet monté en parallèle entre le raccord d'admission et le raccord d'échappement à un empla- cement approprié, et qui constitue un by-pass pour renvoyer le fluide sous pression à la bâche lorsque le robinet est dans la position d'arrêt.
Lorsqu'on fait fonctionner l'outil, dès que la valve est amenée à sa position de marché, le fluide à haute pression est envoyé par le raccord 35 sons la face haute pression du piston 37 de l'accumulateur dans l'alésage 38 et de Là, à travers le canal 46, à l'intérieur du distributeur 48. En même temps, le fluide haute pression est envoyé du canal 46 dans le canal 56 au moteur à engrenages 51 et 52,ce qui fait
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démarrer le mouvement de rotation des distributeurs synchro- nisés 48 et 49.
Pendant la rotation des distributeurs 48, 49, le fluide haute pression est envoyé alternativement à l'aide du distributeur 48 aux canalisations d'admission 24 et 25 de l'alésage 12,tandis qu'en même temps celle des deux canali-, salions 24 et 25 qui n'est pas reliée à la haute pression est reliée au canal d'échappement 47, par l'intermédiaire de l'autre distributeur 49, Le fonctionnement des distributeurs est représenté plus en détail sur les figures 9 à 12, qui dé- orivent la rotation des distributeurs 48 et 49 sur un angle de près de 180 . Pendant ce demi-tour, le piston 16, 17, 18 effectue un cycle complet.
Si l'on suppose que le piston eat à la position* la figure 1, qui correspond à la position -du distributeur représentée à la figure 9. le fluide haute pres- sion envoyé au distributeur 48 passe de l'intérieur 48' de ce distributeur à travers les fentes 50 dans les rainures axiales 69,et de là, en partie à travers la rainure 70 et en partie directement dans la chambre 24' puis à travers le canal d'ad- mission 24 sur la face avant de la tête de piston 16, En même temps, la face arrière de la tâte de piston est mise en com- munication avec le canal d'échappement 47, par l'intermédiai- re du canal 25.
de la chambre 25',de la rainure 74, des rai- nures axiales 73, des fentes 50 dans le distributeur etde l'intérieur 49' du distributeur 49. Du canal 47, le fluide . bases pression passe transversalement à travers l'alpage #8 et l'accumulateur 34, le long de la bague 45, pour être évacua par le raccord 36, Le fluide sous pression agissant sur la face antérieure de la tête de piston 16 déplace le piston vers l'arrière, et celui-ci effectue donc sa course de retour.
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Pendant la rotation continue des distributeurs 48, 49, ceux-*' passent ensuite 4 la position représentée à la figure 10; cette position correspond à la position de commutation, pen- dant laquelle les fentes 50 des valves passent sur les parties pleines des alésages 65 et 66, avant de découcher dans le couple de rainures radiales suivantes 67 et 71, et pendant la- quelle le fluide qui était envoyé à la faoe avant du piston 16 l'est à la face arrière. Pendant ce temps, le piston 16 et la tige 18 se déplacent a grande vitessevers l'arrière et compriment le fluide sous pression sur la face arrière de la tête de piston 16, refoulant le fluide, lorsque la commutation du distributeur 48 est terminée, malgré la pression du fluide dans le distributeur 48, vers l'intérieur 48' de la valve 48.
En fait, le piston, quoiqu'étant freiné, pompe le fluide sous pression de la face arrière de la tête de piston 16 à travers le distributeur 48 dans l'alésage.de l'accumulateur 38, Par compression des rondelles Belleville 40, l'accumulateur re- cueille le fluide sous pression retournant de l'alésage 12 du cylindre à travers le canal 46 ainsi que le fluide fourn, par la source de pression et arrivant par le raccord 35. En- suite, le piston 16, 18 est finalement stoppé par le fluide. agissant sur la face arrière de la tête de piston et, dans la position du distributeur représentée à la figure 11, le pis- ton commence à être accéléré vers l'avant en vue de fournir la percussion sur la tige du fleuret 28.
Comme on l'a vu, le fluide BOUS pression provenant du raccord 35, ainsi que celui provenant du coté haute pression de l'accumulateur qui a été rempli, peut alors être envoyé par le distributeur 48 et les rainures 67 au canal d'admission 25 et de là, à la
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face arrière de la tête du piston 16, tandis que, en même temps, la face avant du piston est reliée au raccord d'échappement 36 par. le canal 24, le distributeur 49 et le côté basse pression de l'accumulateur. Au moment de l'impact, les distributeurs
48 et 49 août dans la position deprésentée à la figure 12.
Le piston est alors pratiquement arrêté, étant donné qu'il a cédé se énergie cinétique à la tige du fleuret, de sorte qu'il ne produit pratiquement pas d'action de pompage renvoyant le li- quide à travers le distributeur 48 vers l'accumulateur. A l8 instant suivante les distributeurs 48, 49 reviennent t- la position correspondant à celle représentée à la figure 9, ce qui signifie qu'un nouveau cycle de fonctionnement commence.
Comme on peut le voir, l'accumulation du fluide sous pression pendant le fonctionnement de l'outil absorbe les pointes de haute pression et le* coupa de bélier résultant du fonctionnement des distributeurs 48 et 49 et du piston 16, 18. De aime, 'accumulateur recueille et emmagasine le fluide nous pression au moment où ce dernier ne peut pas être envoyé aux faces du piston en mouvement, tandis qu'il fournit le fluide sous pression à l'alésage du cylindre au moment où la source de fluide sous pression ne peut pas couvrir entière- ment le débit de fluide nécessaire.
On voit que l'énergie fournie initialement par le système de réglage nous fonce de fluide sous pression pourtréa- lisor le retour du piston doit tiré échangée ou pompée à travers le corps de soupape sous forme de fluide soue pression au moins trois fois, à savoir, une première fois du coté haute pression .
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vers la face avant du piston pendant la période d'accélération du mouvement de retour, une seconde foie de la face arrière vers l'accumulateur de pression pendant le freinage du mou- vement de retour, et finalement, de nouveau de l'accumulateur de pression vers la face arrière du piston pendant 1 'accéléra- tion du piston pour la course d'impact.
Par conséquent, une caractéristique importante pour le'fonctionnement efficace de l'outil de percussion décrit consiste à prendre des mesures pour avoir de faibles résistances à l'écoulement dans le système de distributeur. Comme on a pu déjà le voir, les ca- naux dans le système de distributeurs ont une grande section et sont aussi courts que possible, ce qui permet au fluide sous pression des'écouler avec le minimum de perturbations.
Les pointes de pression engendrées sont utilisées pour charger l'accumulateur sous pression, l'énergie ainsi emmagasinée étant ensuite reituée au piston, L'accumulateur de fluide sous pres- sion atténue fortement les pointes de pression à l'admission du fluide haute piassion 46, de sorte qu'il n'y a pas de pul- sation trop importante réfléchie à travers les raccords d'ad- mission ou d'échappement 35, 36, Etant donné le couplage de l'accumulateur sous pression en parallèle avec le système de distributeurs, les pulsations excessives dans le canal d'échappement 47 peuvent être également égalisées par l'accu- mulateur.
A l'occasion, pendant le fonctionnement aussi bien qu'à l'arrêt, la tête du piston 16 de l'outil peut être amenée au-delà des points d'inversion et d'arrêt usuels, auquel cas les chambres d'amortissement 23 empêcheront le piston de venir heurter les extrémités du corps de l'outil ou les fonds 19 et
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20, Lorsque la tête du piston pénètre dans les chambres d'a- mortissemet, la pression engendrée dans ces chambres agit, sur le pourtour extérieur des fonde du fait du jeu entre les fonde 19 et 20 et l'alpage du cylindre 11,
ce qui aura pour- effet de pousser les fonde vers l'intérieur avec une pression de fermeture accrue ce qui contre-balanera la haute pression tendant à produire des fuites. La haute pression engendrée dans les chambres d'amortissement est confinée à l'intérieur . de ces chambrée et ne peut pas agir sur le système de distri- buteurs.
Le moteur hydraulique à percussion à mouvement alter- natif décrit et représenté ne doit être considéré que comme un exemple non limitatif de 1 invention* qui peut être réali- . sée avec différentes variantes.,
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The invention relates to improvements to reciprocating hydraulic motors and more specifically, but not exclusively, to improvements to motors intended for actuating reciprocating percussion tools, such as jackhammers, perforators, concrete breakers and similar tools,
An object of the invention is a reciprocating percussion tool actuated by a hydraulic system and comprising a single pressure accumulator to attenuate the pressure fluctuations in the supply as well as in the return line of the tool,
Another object of the invention is a hydraulic reciprocating percussion tool provided with a pressure accumulator comprising springs placed in a cylinder and acting on a piston to attenuate the pressure fluctuations in the pressure pipes. admission and return.
The invention will be clearly understood on reading the description of several embodiments given below by way of nonlimiting examples and with reference to the accompanying drawings.
In all the figures, similar parts are designated by the same?) References,
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Figure 1. And a longitudinal section of a hydraulic reciprocating percussion tool according to the invention *
Figure 2 is an enlarged view of the cylinder portion of the tool of Figure 1.
FIG. 3 is a partial view on a larger scale of the accumulator of the device of FIG. 1.
Figure 4 is a sectional view of the valve body, on a larger scale at 4-4 in Figure 5.
Figure 5 is a cross section through 5-5 of Figure 4.
Figure 6 is a section through 6-6 of Figure 4.
The figura? is a cross section of the gear motor driving the valve or distributor system and schematically centering the connections between the motor, the pressurized fluid fine lines and the return lines,
Figure 8 is a partial perspective of one of the gears of Figure 7.
Figures 9 to 12 are partial sections of the valve or distributor system in four different positions, during the operating cycle of the impact tool.
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If we refer to Figures 1 and 2, we see that the tool shown is provided with a composite body, which may be portable or the advance of which may be ensured by a motor in which case the tool is mounted on a suitable advance device. The oorpa comprises a central section 11 forming a cylinder, comprising at its center a bore 12 and carrying, in the extension of the axis, a rear section 13 and a front element 14;
the latter has a mandrel
15 facing forward. The parts 11, 13, 14 and 15 of the tool body are connected together as usual by a system of bolts, not shown,
Inside the cylinder 11 is a piston head 16 fitted to slide smoothly inside the bead 12; this piston is provided with rods 17 and 18 which extend forward and forward respectively. rearward. The rod 18 preferably has a smaller diameter than the rod 17, so that the pressurized fluid acts on a larger area behind the piston head 16 than in front of this head.
Preferably, the head 16 has a maximum diameter of the order of 1.3 times the diameter of the rod 18. Leakage along the piston rods is prevented by steel annular bottoms 19 and 20 which have external watertight joints 21 (figure 2). the ends 19 and 20 are placed with a slight play in enlargements 22 of the bore of the cylinder 11, the gaskets 21 ensuring the tightness of one of the cylinder.
The foundations are held in place by appropriate 'extensions' of element 14 and 49 la (section 13, and the
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clearance between the bottoms and the cylinder bore provides access to a small portion of the incompressible fluid which is found in the bore 12 towards the outer periphery of the bottoms 19 and 20 up to the height of the seals 21. The annular surface in - the inner side of each slit 19 and 20 fits tightly against the piston rods 17 and 18.
Next to the slits 19 and 20 are arranged annular damping chambers 23 aligned with the bore 12 (FIG. 2); these chambers serve to absorb the energy of the piston head 16 at the end of its stroke towards the respective ends 19 and 20. For this purpose, the chambers 23 may have a diameter slightly greater than that of the head 16. or from the bore 12, the difference being of the order of 0.2 mm, so that the pressurized fluid enclosed in the chambers 23 can be expelled by the movement of the head 16 through the annular spacer surrounding this head,
this action encountering greater and greater resistance as the piston penetrates deeper into the chamber 23 'Moderate. Between the opposite ends of the bore 12 and the ends 19 and 20 are formed short radial inlet channels 24 and 25, as well as suitable annular grooves for the admission of the high pressure fluid into the tube. bore 12 and for the evacuation of the low pressure fluid.
Inside the mandrel 15 is a rotating mandrel 26 which can be driven in rotation preferably by a hydraulic gear motor of conventional type it% * dicated as a whole at 27; this engine is of construction. conventional and need not be described * the mandrel 26 rotates a foil rod 28 pierced with an axial channel 29 for
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the passage of the drilling liquid * A liquid tube 30 extends from the rear section 13 through an axial channel 30 '(figure 2) formed in the head 16 and the rods 17, 18, and its tip penetrates into the channel 29 of the foil 28, A connector 31 for the connection of a water pipe is provided at the rear part of section 13; this raocord is fixed using a threaded plug 32.
From fitting 13, the drilling fluid is sent to tube 30 and to foil 28,
The cylindrical section 11 has a radial cylindrical projection pierced with a bore 32 open at its end and into which is inserted a valve body 33. This body 33 is held in place with the aid of a stop provided with a tight seal provided on an accumulator section 34 and engaging in the bore 32, the accumulator 34 is connected to the radial projection of the cylinder 11 by means of bolts not shown, A high pressure fluid fitting 35 and a low pressure fluid fitting 36 connect to accumulator 34 and communicate with a bore 38 within accumulator 34.
A piston 37 can slide in the bore 38, and the high pressure and low pressure fluids act respectively on the two faces of this piston. In order to balance the piston 37 with respect to the overpressure supplied by the fluid coming through the pipe 35, there is provided between the low pressure face 37 of the piston and a closing plug 39 closing the bore 38 a packet of Belleville washers 40 arranged in bellowsa An elastic ring 41 serving as a stopper (figure 3) is threaded through a tangential hole in two aligned annular grooves provided in the stopper 39 and in the bore 38,
in order to keep the plug
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39 in place in the bore 38. The pre-compression and elastic properties of the Belleville washer assembly can be chosen such that the assembly 40 provides constant pressure.
The washers are grouped-. around a hollow rod 42 integral with the piston 37, and the end of this rod opposite the piston 37 slides in a bearing 43 formed in the plug 39; this bearing also serves as a stop for the washers, Appropriate perforations are provided on the periphery of the hollow rod 42 as well as for the base of the bearing 43, in order to ensure free circulation of the pressurized fluid, On its face high pressure, the piston 37 also includes a stud 44 for it cooperates with the body of the accumulator 34 against which it abuts when the pressures on the two faces of the piston 3 are balanced.
The set of Belleville washers is subdivided into two groups which are separated by a ring 45 located in front of the fitting 36 in order to ensure free flow of the low pressure fluid in the transverse direction through the accumulator 34.
A channel 26 for the high pressure liquid and a return channel 47 for the low pressure liquid is provided between the bore 36 of the accumulator and the valve body 33; these passages open into the bore on either side of the 'piston 37, the high pressure passage 46 is in constant communication with the interior 48' of an automatic rotary distributor 48 placed parallel to the axis of the body of valve 33, while the interior 49 'of a similar valve 49
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placed parallel to the distributor 48 is in constant communication with the low pressure passage 47.
The distributors 48 and 49 are formed by hollow cylinders and its' - (provided with distribution slots 50 opposite two by two (see Figures 4 to 12).
Two meshing pinions 51 and 52 of a gear motor (FIG. 7) are integral with rotary distributors 48 and 49. Each gear 51 and 52 fits precisely in a cylindrical chamber 53 formed in the body. Valves 33 and is supported by a hollow cylindrical pivot 54 centered in chamber 53. Pivots 54 constitute intermediate passages between the interior of distributors 48, 49 and intake and exhaust ports 46, 47. Radial flanges 55 (Figures 2 and 4) on the pivots 54 serve as a closure for the chambers 53 and are blocked between the accumulator 34 and the valve body 33. Between the flanges 55 and the bottom of the chambers 53 is provided. a chamber containing pinions 51, 52 of the gear motor.
A channel 56 (Figure 7) leads from passage 46 to the high pressure side of the gear motor, while the low pressure side of the motor is connected to the outlet 47 through a channel 57, The Pressurized fluid passing through channel 56 to drive the gear motor is in parallel with the main circuit driving piston 16.
In the channel 56 slides a valve 58 in a closed piston, which has several axial passages 59 for rolling the fluid passing through the valve, and a needle 60 directed forwards. The needle 60 cooperates with a constriction 62 of the channel 56 which valve seat form, but the needle cannot close completely
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the constriction due to the action of a coil spring 61 arranged between the valve 58 and a shoulder household between the constriction 62 and the channel 56.
If a high pressure fluid is admitted into the channels 46 and 56 in order to start the gear motor 51, 52, the valve 58 is actuated by the differential pressure introduced by the effect of the perforations 59 on the gear motor. circulation of the liquid, so that the valve moves in the same direction as the fluid, compressing the spring 61. As the differential pressure builds up and the valve moves, a relatively A large amount of pressurized fluid can pass through the perforations 59 of the valve 58 and the throttle 62 in order to start the gear motor 51, 52.
as the compression of the spring 61 increases, the needle 60 of the valve 58 engages the channel 62 until the holes due to the pressure difference and the elastic force of the? spring balance each other, and at the same time the needle exerts a rolling effect in combination with the channel 62.This rolling increases when the compression of the spring increases, due to the circulation of the fluid, and it decreases when the spring deteriorates.
As a result, the flow of fluid passing through the motor 51, 52 remains substantially constant, at a value defined by the force of the spring 61 and the diameter of the perforations 59, notwithstanding the considerable pressure fluctuations which may occur in the anal of limitation 46.This results in an approximately constant speed of rotation of the two rotary distributors 48 and 49 torques to the pinions 51, 52, ...
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In order to achieve effective balancing of the pinions of the hydraulic motor which mesh with each other with respect to the different pressures acting on these pinions, radial perforations 63 are provided at the bottom of the grooves between the teeth of the pinions. ; these perforations lead through these gears to chambers 64 facing the spans of the axes 54 (Figures 4, 7 and 0) and forming a hydraulic mattress. The pressure acting on the high pressure side of the engine tends to push the pinions 51,, 52 in the radial lock against their axis 54, thus creating resistance to frictional rotation.
At the same time, however, there is a back pressure acting within the chan- nels 64, which assures an effective pressure balancing, so that a minimum of power is required to drive the motor in rotation. The teeth of the pinions 51, 52 which mesh with each other provide an effective means of synchronizing the rotation of the two rotary distributors 48 and 49.
In the valve body 33 are formed two chambers parallel to the axis 24 'and 25' (Figures 2, 4 to 6 and 9 to 12), opening in the direction of the cylinder section 11; the chamber 24 'communicates with the inlet 24 of the bore of the cylinder 12, while the chamber 25' communicates with the corresponding inlet 25. The rotary distributors 43 and 4g are in turn housed in bores 65 and 66 placed in the valve body 33 from the side and vane close to the chambers 24 'and 25', so as to be able to rotate in these bores.
In order to obtain smooth operation of the rotary distributors 48 and 49, when the fluid under
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tion is admitted into the respective Chambers 24 '<251 and into the intake channels 24 and 25, channels are provided for balancing the pressures acting on these distributors in each direction and in all operating conditions. in fact, pairs of grooves of
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diametrically opposed and interconnected distribution deru the bores 65 and 66 of the distributors; these grooves are used for pressure balancing when the valves are operating.
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tionnent.
Next to the roc Mit 46 distributor, the bore 48 'of which is in permanent communication with the inlet 46, two parallel grooves 67 are placed on the axis e4 diametrically opposed to supply the chamber 25' and therefore the channel fluid intake 25 pressure us} the equalization * tion of the pressures anter the opposite grooves 67 is edal: ttdt by a peripheral groove 68 provided in the valve body 33 (Figure 5).
A second pair of opposed grooves 69 is provided in the bore of the valve 65 to feed the chamber,
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24 'and the channel d t, i.sa3cn 24 in high pressure fluid, united peripheral groove 0 (Figure 6) had' provided in the same way. ' in the valve body 33 to equalize the pressures acting in the two grooves 69 of the distributor 46. 3Without the page 66 of the distributor 49, the bore 49 * of which is in permanent contact with the exhaust port. 4? T we have in a similar fashion grooves 71 to connect the orifice 4 ?.
equalization of the pressures between the grooves, 71 being achieved by means of annular grooves 72 (FIG. 5), to the chamber 241 and consequently to the inlet channel 24, while a
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second pair of opposite diametral grooves 73 ′
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provided to connect the chamber 25 ', that is to say the inlet channel 25, to the exhaust channel 47. The pressure of the grooves 73 is also balanced by means of an annular groove 74 ( FIG. 6), To balance the pressures acting on the ends of the distributors 48 and 49 on the side of the gears, perforations 75 are provided in the axis 54 (FIG. 4).
Before operating the tool according to the invention. it must be connected, by the inlet and outlet connections 35, 36 as well as by connections leading to the engine 27, to a suitable source comprising a source of pressure. Continuously operating hydraulic or pump supplying high pressure fluid at practically constant pressure.
This hydraulic unit as well as its auxiliary equipment, such as oil tanks, filters, pressure regulating valves, are known to all those skilled in the art and need not be described here, Likewise, no description will be given of the valve mounted in parallel between the inlet connection and the exhaust connection at an appropriate location, and which constitutes a bypass for returning the pressurized fluid to the tank. when the valve is in the off position.
When the tool is operated, as soon as the valve is brought to its market position, the high pressure fluid is sent through the fitting 35 through the high pressure face of the piston 37 of the accumulator into the bore 38 and from there, through channel 46, inside distributor 48. At the same time, high pressure fluid is sent from channel 46 in channel 56 to gear motor 51 and 52, which makes
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start the rotational movement of the synchronized distributors 48 and 49.
During the rotation of the distributors 48, 49, the high pressure fluid is sent alternately by means of the distributor 48 to the inlet pipes 24 and 25 of the bore 12, while at the same time that of the two pipes, salions 24 and 25 which is not connected to the high pressure is connected to the exhaust channel 47, via the other distributor 49, The operation of the distributors is shown in more detail in Figures 9 to 12, which derive the rotation of distributors 48 and 49 through an angle of nearly 180. During this half-turn, the piston 16, 17, 18 performs a complete cycle.
Assuming that the piston is in the position * in figure 1, which corresponds to the position of the distributor shown in figure 9. The high pressure fluid sent to the distributor 48 passes from inside 48 'of this. distributor through the slots 50 into the axial grooves 69, and from there partly through the groove 70 and partly directly into the chamber 24 'then through the inlet channel 24 on the front face of the head At the same time, the rear face of the piston head is brought into communication with the exhaust channel 47, via the channel 25.
of the chamber 25 ', of the groove 74, of the axial grooves 73, of the slots 50 in the distributor and of the interior 49' of the distributor 49. From the channel 47, the fluid. pressure bases pass transversely through the pasture # 8 and the accumulator 34, along the ring 45, to be evacuated by the connection 36, The pressurized fluid acting on the front face of the piston head 16 moves the piston backwards, and it therefore performs its return run.
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During the continuous rotation of the distributors 48, 49, they then move to the position shown in Figure 10; this position corresponds to the switching position, during which the slots 50 of the valves pass over the solid parts of the bores 65 and 66, before coming out in the following pair of radial grooves 67 and 71, and during which the fluid which was sent to the front faoe of piston 16 is sent to the rear face. During this time, the piston 16 and the rod 18 move at high speed backwards and compress the pressurized fluid on the rear face of the piston head 16, discharging the fluid, when the switching of the distributor 48 is completed, despite the pressure of the fluid in the distributor 48, towards the interior 48 'of the valve 48.
In effect, the piston, although being braked, pumps the pressurized fluid from the rear face of the piston head 16 through the distributor 48 into the accumulator bore 38, by compressing the Belleville washers 40, l The accumulator collects the pressurized fluid returning from the bore 12 of the cylinder through the channel 46 as well as the fluid supplied by the pressure source and arriving at the fitting 35. Then, the piston 16, 18 is finally stopped by the fluid. acting on the rear face of the piston head and, in the distributor position shown in FIG. 11, the piston begins to be accelerated forward in order to provide the percussion on the rod of the foil 28.
As we have seen, the BOUS pressure fluid coming from the connection 35, as well as that coming from the high pressure side of the accumulator which has been filled, can then be sent through the distributor 48 and the grooves 67 to the intake channel. 25 and from there to
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rear face of the piston head 16, while, at the same time, the front face of the piston is connected to the exhaust connection 36 by. channel 24, distributor 49 and the low pressure side of the accumulator. At the time of impact, distributors
48 and 49 August in the position shown in figure 12.
The piston is then substantially stopped, since it has transferred its kinetic energy to the rod of the foil, so that it produces practically no pumping action returning the liquid through the distributor 48 to the cylinder. accumulator. At the next instant the distributors 48, 49 return to the position corresponding to that shown in FIG. 9, which means that a new operating cycle begins.
As can be seen, the buildup of pressurized fluid during tool operation absorbs high pressure spikes and water hammer resulting from the operation of distributors 48 and 49 and piston 16, 18. De aime, The accumulator collects and stores the fluid we pressurize when the latter cannot be sent to the faces of the moving piston, while it supplies the pressurized fluid to the cylinder bore when the pressurized fluid source cannot fully cover the required fluid flow.
It can be seen that the energy supplied initially by the control system rushes us from pressurized fluid to the return of the piston must be drawn, exchanged or pumped through the valve body in the form of fluid under pressure at least three times, namely , the first time on the high pressure side.
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towards the front face of the piston during the period of acceleration of the return movement, a second liver from the rear face towards the pressure accumulator during the braking of the return movement, and finally, again from the accumulator of return movement. pressure towards the rear face of the piston during piston acceleration for the impact stroke.
Therefore, an important feature for the efficient operation of the disclosed impact tool is to take steps to have low resistance to flow in the dispenser system. As has already been seen, the channels in the distributor system have a large cross section and are as short as possible, which allows the pressurized fluid to flow with the minimum of disturbance.
The pressure peaks generated are used to charge the accumulator under pressure, the energy thus stored being then returned to the piston. The fluid under pressure accumulator strongly attenuates the pressure peaks at the inlet of the high pressure fluid 46 , so that there is not too much pulsation reflected through the inlet or outlet fittings 35, 36, Due to the coupling of the pressure accumulator in parallel with the system valves, excessive pulsation in exhaust channel 47 can also be equalized by the accumulator.
Occasionally, during operation as well as at standstill, the head of the piston 16 of the tool may be brought beyond the usual reversing and stopping points, in which case the damping chambers 23 will prevent the piston from hitting the ends of the tool body or the ends 19 and
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20, When the head of the piston enters the mortising chambers, the pressure generated in these chambers acts on the outer periphery of the bases due to the clearance between the bases 19 and 20 and the alpine of the cylinder 11,
which will have the effect of pushing the melts inward with an increased closing pressure which will counterbalance the high pressure tending to produce leaks. The high pressure generated in the damping chambers is confined inside. of these rooms and cannot act on the distributor system.
The hydraulic reciprocating percussion motor described and shown should be regarded only as a non-limiting example of the invention * which may be implemented. with different variants.,