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"OUTIL A PERCUSSION. "
La présente invention concerne des outils à percussion tels que des marteaux perforateurs pour roches et en Particulier des outils à percussion qui sont entraînés hydrauliquement par des fluides sonsi- blement incompressibles*
Le but principal de l'invention est de fournir un dispositif à percussion entraîné hydrauliquement et un procédé d'utilisation de ce dispositif, ayant un rendement accru exprimé en énergie débitée par unité
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d'énergie fournie au dispositif.
Une façon d'atteindre le but énonce au para
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graphe précédent consiste à prévoir des 801t±ta.... des moyens par lesquels la 4460 de l'impact "tre la pièce de ftappe ët la Pib(f frappée est re1âtiv.... ment longue, développant ainsi au maximum la transmit.. sion d'énergie à l'outil actionné par celle-ci.
Dans sa forme la plus générale la presse
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invention fournit un dispositif à percussion hydratt- lique ui comporte uâ@ pièce fo fra-pe, animée d'un mouveuent de va-et-vient, à surface différentielle, et une soupape de oomIlUl de répondant directement à la position de la pièce de trappe.
Plue précisément, l'invention fournit un sys-
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tème perfectionna pour J1 utilisation de l'énergie fournie à un dispositif à peroussion hydraulique du type comprenant une source de fluide hydraulique nous pression, un marchât à surface différentielle animé d'un mouvement de va-et-vient sous l'action d'un fluide sous pression , et une soupape de commande comportant un tiroir à mouvement de va-et-vient à sur-
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faco différentielle fonctionnant en réponse à la poei-' ' tion du marteau pour inverser le sens de la courte du marteau, comprenant un moyen maintenant la plus
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petite surface du marteau en cozmW4cation.avoo la source de fluide hydraulique, sous pression un ooïrta..;
comprenant la soupape de commande pour connecter alternativement la source de fluide hydraulique sous pression à l'extrémité du marteau correspondant à
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la plus grande (surfaces, un moyen maintenant en commu... nication avec la source de fluide hydraulique sous pression l'extrémité du tiroir à mouvement de va-et- vient correspondant à la surface la plus petite et un ensemble comprenant le piston pour connecter al- ternativement la source de fluide hydraulique sous pression à la plus grande surface du tiroir,
En se référant aux dessine ;
La figure 1 est une vue latérale d'un disposi- tif à percussion selon l'invention ; la figure 2 est une coupe du mécanisme du marteau et de la soupape représenté sur la figure 1; la figure 3 est une coupe par la ligne 3-3 de le figure 2 ; la figure 4 est une coupe par la ligne 4-4 de la figure 3; et la figure 5 ost une vue schématique repré- sentant les circuits hydrauliques à travers le dis- positif à percussion représenté aux figures 1 à 4.
Comme on le voit le mioux sur les figures 1 et 2, l'ensemble comprend un outil désigné par la ré- férence 19 et comprenant fondamentalement un corps principal 20 qui comprend à la fois un ensemble de cylindre 21 et un corps de soupape désiré dans son ensemble par la référence 22.
L'ensemble de c/lindre 21 présente une chemise centrale 25 dans laquelle coulisse en un mouvement de va-et-vient un piston ou marteau 23. La chemise
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est fermée dans le haut par un chapeau ou tête arrière 24,
A l'extrémité intérieure de l'ensemble de cylindre 21 est fixé un fût désigné généralement par la référence 26 et contenant une pièce percutée ou enclume et un élément rotatif,généralement appe- lé écrou de rotation et désigné par la référence 28.
L'enclume 27 est montée coulissante afin de pouvoir aller et venir longitudinalement à l'intérieur de l'écrou de rotation 28, et ce dernier tourne à son tour dans des portées appropriées pour la rotation, ménagées à l'intérieur du fût. Un chapeau avant ou inférieur, habituellement appelé décaleur et dési- gné par la référence 30 ferme le fût. L'enclume traverse le décaleur et elle peut être filetée à son extrémité antérieure (non représentée) pour rece- voir un accouplemonb pour un fleuret de forage ou un élément analogue auquel est finalement fixé à son extrémité la plus éloignée un trépan de forage.
S'étendant longitudinalement à travers la tête arrière 24, le marteau et jusque dans l'enclume 27, se trouve un tube d'injection 32 qui fournit un passade pour l'air comprimé utilisé pour le soufflage du trou. L'air sous pression arrive à tra- vers un orifice d'admission approprié 33.
La rotation de l'enclume et des pièces qui y sont fixées s'accomplit dans la réalisation repré- aentée au moyen d'un moteur de rotation indépendant
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34 qui est de préférence du type hydraulique à couple élevé et entraîne l'éorou de rotation 28 au moyen d'une chaîne 36. Le moteur 34 est fixé par boulonnage ou bridage sur le fût 26.
Dans la forme de réalisation représentée, le moteur de rotation 34 est commandé par un circuit hydraulique entièrement indépendant et ne joue aucun rôle particulier dans le fonctionnement proprement dit de 1'ensemble de marteau et de la soupape de commandePour cette raison cette description es limitera aux détails de l'ensemble do marteau et à son fonctionnement.
Comme on l'a décrit ci-dessus, le boisseau de distribution ou ensemble de soupape de commando 22 est fixé et relié pour fonctionnement à l'ensemble de cylindre 21 ; il comprend une douille centrale 38 et des bouchons do fermeture appropriés arrière et avant 29 et 31, Un tiroir de soupape 39 est monté dans l'alésage de la douille 38 de façon à pouvoir y aller et venir.
L'extrémité inférieure 41 du tiroir 39 présente une aire de section transversale qui est mesurée par le diamètre extérieur maximum du tiroir tandis que l'extrémité supérieure 42 a son aire de section transversale efficace mesurée par le diamètre exté- rieur d'un petit plongour creux 40 qui est monté dessus. Ce plongeur formant prolongement est monté avac jeu dans un évidement ménagé dans l'extrémité du
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tiroir et y est maintenu en place par le fluide soua pression du dispositif ou, lorsqu'on le désire, par un ressort 39' qui n'est représenté que sur la figure 2.
Une telle disposition évite des pressions concentriques sur le tiroir qui prendraient naissance si le plongeur était maintenu en place par un ajus- tage à force.
L'ensemble de cylindre est muni sur un coté d'une botte multiple ou chapelle de retour hydrauli- que 43 (fig.3), qui ost toujours en communication directe avec des orifices de retour 44, 45 et 46, (figurée 3 et 4), Parmi ces orifices, les orifices de retour 44 et 46 ont pour fonction de recevoir les fuites qui peuvent passer derrnière le piston 23 pour empêcher que la pression ne s'élève au voisinage des joints 47 situés entre l'ensemble de cylindre 21 et le fût 26 et les joints 47'situés à l'arrière de l'ensemble de cylindre au voisinage de la tête arrière 24.
Ainsi, les fuites de fluide hydraulique passant autour des points 47 et 47' re- tournent simplement dans le réservoir ou récipient hydraulique 55 grâce à la rainure annulaire 44' qui est ménagée entre l'ensemble de cylindre et la fût ; et les orifices 46' et la rainure annulaire 46" au voisinage des joints arrière. Una rainure coopérante 48' et des ouvertures 48" renvoient au réservoir le fluide hydraulique qui a fui derrière l'extrémité arrière ou supérieure du tiroir 39 et du plongeur 40.
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L'orifice de retour 45 est utilisé dans le cycle de fonctionnement du dispositif pour déverser du fluide sur la course vors l'arrière ou ascen- dante du piston 23 et sur la course avant ou descen- dante du tiroir 39 ainsi qu' on l'expliquera ci- après à propos du fonctionnement du dispositif.
Une botte d'admission et de distribution ou chapelle de fluide sous pression 48, qui est représen- tée plus clairement à la figure 3, est montée le long de l'autre coté de 1'ensemble de cylindre 21 et cette botte do distribution est en communication continuelle avec les orifices d'admission de pres- sion 49, 51 et 52 (figures 2 et 4).
Ainsi qu'on le verra en se reportant au sché- ma du dispositif (fig.5) la botte de pression 48 est toujours en communication avac la conduite d'a- limentation de fluide sous pression 53 et avec l'accumulateur hydraulique 54, lorsqu'on emploie un accumulateur.
Comme on le voit particulièrement à la fig.2, le piston 23 est muni d'épaulements de portée dis- tants l'un de l'autre 56 et 57 qui définissent outre eux un passage ou gorge de commande 58. Ces épaule- ments de portée constituent également las aires of- ficacos sur lesquelles agit le fluide sous pression pour provoquer le mouvement de va-et-vient du piston.
Ces aires comprennent la partie annulaire 59 sur la face inférieure ou extérieure de l'épaulemont
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de portée avant ou inférieur 56 et la partie annu- laire 60 sur la face externe ou supérieure de l'é- paulement de portée 57.
La partie de la chemise 25 dans laquelle vont et viennent les épauloments de portée du piston a un diamètre intérieur uniforme ot se termine respec- tive ent par des épaulements 25' et 25" à. ses ex- trémités inférieure et supérieure, respectivement.
Le piston lui-même a un diamètre extérieur moins grand en arrière de l'épaulement do portée 57 que ce n'est lu cas en avant de l'épaulement de portée 56 réalisant ainsi une aire plus petite sur la partie annulaire avant 59 que sur la partie annu. laire arrière 60. Ces aires différentes ont une grena- de importance parce que la partie annulaire 59 dont l'aire est plus petite est toujours en communication avec le fluide sous pression par l'intermédiaire des orifices de pression 49 do la rainure annulaire 61 et des orifices 62 et 63 dans la chemise 25.
Par suite, la partie annulaire relativement plus grande située à la partie arrière fournit la força nécessai- re dirigée vers l'avait ou vers le bas, quand elle est mise sous pression, afin de surmonter la pression constante exercée sur la partie annulaire avant 59.
Le sommet du tiroir 39 est également maintenu sous la pression constante du système par l'orifice de pression 52 et les conduits de liaison 52' (re- présentés en pointillé sur la figure 2). Ceci agit
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pour faire démarrer le déplacement du tiroir lorsque la pression est supprima du côté opposât La commu- nication directe continuelle d'une extrémité du tiroir et du marteau avec la système de pression par l'intermédiaire du collecteur de pression 48 est importante pour la conservation do l'énergie fournie au dispositif.
Les conduits et orificos restants seront étudiés dans la description suivante du fonctionnement.
FONCTIONNEMENT
Si le système, tel qu'il est représenté sur les dessins est mis sous pression par la pompe 21', le fluide sous pression agit sur l'aire annulaire
59 obligeant le marteau 23 à ad déplacer vers la position haute ou de droite,Le fluide sollicita en tâte de la partie annulaire arrière 60 s'échappe par les orifices 56 ménagés dans la chemise, arrive dans une rainure annulaire 67 située dans la bois- seau de distribution 22 et de là passe par l'orifi- ce 68 dans une rainure annulaire 69 ménagée dans la douille de distribution 38 d'où il s'écoule en passant par la rainure 70 et les orifices 70' pour parvenir à la rainure commune 45' et de là revenir par l'orifice de sortie 45 et retourner dans le ré- servoir 55.
Lorsque la marteau continuo à se déplacer vers le haut, l'épauloment de portée 56 masque d'abord une lumière 71 qui communique par la rai- nure commune 72 de l'ensemble do cylindre et du boisseau do distribution et par l'orifice de liaison
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73, avec l'alésage 40 de la douille de distribution 38. La première action consiste simplement à boucher la lumière 71, mais le déplacoment du marteau qui se continuo vers lu haut ou vers l'arrière amène le bord ou arête de fuite de l'épaulement de portée 56 au-delà da la lumière 71.
Celle-ci laissa passer le fluide sous pression venant do l'orifice d'admission 49, do la rainure 61, dos conduits 62, 71, 72 et 73 jusqu'à la partie avant ou inférieure 41 du ti- roir 39 provoquant do cette manière le démarrage de son déplacement de translation vers la droite ou vors l'arrière par rapport à 1' ensemble du dispositif. lorsque le tiroir 39 se déplace vers la droite, c'est-à-dire vers l'arrière- du dispositif, le marteau continue également sur sa lancée vers l'arrière ou vers le haut.
Le déplacement de translation du ti- roir 39 vers le haut ou vers l'arrière amène son épaulement de portée arrière ou inférieur 74 à masquer la rainure annulaire 70 empêchant ainsi tout écoulement à l'orifice de rotour 45 du fluide dépla- cé en tête de la partie annulaire 60. Lorsque le ti- roir 39 continue encore à se déplacer vers le haut, c'est-à-dire vers l'arrière, du dispositif, son épau- lement de portée arrière ou supérieurs 76 ouvre la communication avec la rainure 77 et l'orifice 78 dans le boisseau de distribution de telle sorte que du fluide sous pression provonant de l'orifice 51 et de la rainure annulaire 51' s'écoule à travers l'a- lésage de la douille et de là,
en empruntant la
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rainure 69, les orifices 68,la rainure 67 et les orifices 66, parvient dans la chemise do marteau 25 où il agit contre la partie angulaire supérieure ou arrière 60 du marteau, d'abord pour provoquer la décélération de celui-ci et ensuite l'accélération du marteau dans la direction oppose, o'et-à-dire vers l'avant ou vors le bas.
Pondant la période de décélération l'inertie du piston provoque un déplacement du fluido vers le haut, depuis la zona située au-dessue de la partie annulaire 60 vors le circuit sous prossion faisant ainsi monter la prussien dans l'accumulateur 54 ce qui aide la pression du Système à accélérer le dé- placement du marteau vors le bas ou vers l'avant.
comme il est représenté sur la figure 5, l'accumu- lateur 54 comprend une zone d'accumulation do fluide hydraulique 54' et uno zono d'accumulation d'air comprimé 54". La zona d'accumulation d'air comprimé 54" peut être munie d'une admission 55' comportant uno soupape afin d'y envoyer de l'air comprimé à la pression désirée*
Si la déplacement du marteau n'est pas inversé avant le moment où l'épaulemont do portée 57 masque la lumière 66, l'épaulement de portée pénètre dans la zone d'amortissement limitant et confinant le fluide, zone désignée par la référence 80,
et le résultat do ceci est que la pression do fluide augmente rapide- ment et arrête ainsi le déplacement du marteau on
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provoquant le début do son mouvement inverse à la façon d'un ressort hydraulique.
Un orifice étranglé 80' pour la canal 63 se trouve en communication avec l'admission à pression constante 49 et également avec l'aire voisine de la partie inférieure du piston, Cet orifice étranglé a doux buts : si le piston au cours de non déplace- ment masque et ferme la lumière 62, alors l'orifice étrangle l'écoulement du fluide sous pression et sert d'amortisseur pour le marteau ainsi qu'à maintenir un écoulement d'huile sous pression vers la partie avant du marteau.
Lorsque le piston se déplace vers le bas c'est- à-diro vers 1'avant,l'épaulement de portée 56 com- mence par masquer et fermer la lumière 71, "verrouil. lant" ainsi temporairement le tiroir dans la position haute arriere.La poursuite du déplacement du marteau démasque la lumière 71, la mettant en communication avec le conduit 58 limité entra les épaulements de portée 56 et 57 de tulle sorte quo la zone 40' au voisinage de la partie avant ou inférieure do la douille do distribution 38 cet reliée au retour 45 par les lumières 71,72 et 73, le conduit 58 et l'ori- fice 58'.
Ceci réduit la pression régnant sur la face avant ou inférieure du tiroir de sorte que la pression constante maintonuo sur l'aire exposée du plongeur 40 provoque le déplacement de translation du tiroir vers le bas ou vers la gauche du dessin ou l'avant du dispositif. Ce déplacement do transla.
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tien amène l'épaulomont de portée 76 du tiroir au delà do la lumière 77 co qui a pour effet d'arrêter le passage du fluide sous pression venant de l'ad- mission 51 de la partie annulaire 60, En même temps, l'épaulemont do portée 74 démasque la lumière 70 et par cela même supprime la pression s'exerçant sur la partie annulaire 60 on la reliant à l'orifice de retour 45.
Il y a également des dispositifs amortisseurs pour le tiroir 39' En ce qui concerne le déplace- ment vers le bas ou vers l'avant, le travail d'amor- tissement est réalisé au moyen d'une partie dépouillée cylindriquement 41' et d'un goujon fixé 81 qui est disposé de façon à s'ajuster dans la partie dépouillée et ce faisant emprisonne du fluide hydraulique ce qui ralentit l'action du tiroir on l'amortissant.
A l'extrémité opposée du tiroir le déplace- ment vers le haut, c'est-à-dire vers l'arrière du dispositif est amorti au moyen do la partie évasée 42' qui s'ajuste dans un évidomont 82 ménagé sur le bouchon 29 du collecteur.
Pendant le déplacement du marteau vers le bas. c'est-à-dire vers l'avant, 16 fluide sous pression déplacé en tête de la partie angulaire 59 n'st pas renvoyé au réservoir 55. Au lieu de ceci ce fluide déplacé est recyclé par l'orifice d'admission de pression 49 et renvoyé dans la circuit sous pression où il fournit une partie du fluide sous pression pénétrant par l'orifice 51.
Ceci a son importance
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car on réduit ainsi les besoins volumétriquee totaux du circuit sous pression ce qui permet d'em- ployer une pompa plus petite avec comme résultat uno diminution do la puissance nécessaire et, étant donné qua ceci diminua agalement le débit du liquida, on réduit par là même les partes par frottement.
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N6anzoîno, après quo l'orifice 77 a eté formé par l'épaulemont de portée 76, le fluide déplace par los stades terminaux du déplacement du piston vers le bas c'est-à-diro vers l'avant s'en va à l'accu- . mulatour 54 afin d'y provoquer à l'intérieur une augmentation de pression* Cotte augmentation de pression, conjointement avoc l'énergie de rebond provenant de l'impact du piston contre l'enclume augmente la vitesse initiale du piston dirigée vers
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le haut c'oat-à-diru vers l'arrière.
Le circuit on outru est :.:;r:lnd.1ùnt simplifié par l'élimination de soupapes et de leurs éléments associés, dont l'existence sorait indispenaablu pour envoyer ce fluide sous pression dans lo réservoir 55 lorsque le
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piston ffectua sa course vors le bas c'ost-à-d1re t' sa course vors l'avant ou course de travail.
Cornue on l'a noté précédemment, uno séquence analogue se produit pendant la dernière partie du
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déplacement du piston vers le haut eloot-à-dire vvre l'arrière, après que le tiroir 39 s'est dépla- cé vurea droite, c'est-à-dire vers l'arrière, pour démasquer l'orifice do pression 51 afin de laisser
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pénétrer du fluide sous pression dans la partie annu- laire 60.
C'est-à-dire que le fluide déplacé en tata de la partie annulaire 60, lorsque le piéton diminue da vitesse oat refoule par Ion orifice 66, 67 et 68 et la partie annulaire 69 jusqu'à 1' orifice 51, le résultat en étant l'arrivée du fluide à l'ac- cumulateur 54 afin de charger ce dernier.
La mène séquence* générale de fonctionnement existe également dans le cycle de la soupape de com- mande ou boisseau de distribution. Ce qui revient à dire que le fluide n'est renvoyé au réservoir 55 que pendant la course du piston qui est dirigée vers le bas c'est-à-dire vers l'avant du dispositif; et lorsque le tiroir sa déplace vers le haut, le fluide déplacé est refoulé dans le circuit de près* sion où il est disponible pour agir sur la partie inférieure ou partie avant du tiroir. Ceci réduit la quantité du fluide sous pression devant âtre fourni par la pompe 21' pour maintenir le circuit on entier sous pression et simplifier le système de soupapes en éliminant un cycle de retour au réservoir.
D'une manière générale, on n'a pas besoin do graissage pour les éléments du dispositif qui sont animés d'un mouvement do va-et-vient parce qu'ils sont constamment baignés dans le fluide hydraulique qui constituo lui-même un lubrifiant.
On voit que l'invention réalise bien les objectifs qui ont été énoncés au début de la des- c iption et apporte dos améliorations notables aux
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dispositifs hydrauliques à mouvement de va-et-vient.