Machine hydraulique à percussion
La présente invention concerne une machine hydraulique à percussion qui peut être employée pour la destruction des pierres ne correspondant pas à des dimensions requises, le forgeage des pièces, le battage de pieux, etc. En utilisant un mécanisme qui fait tourner l'outil de la machine par l'intermédiaire d'une barre de forage, il est possible d'utiliser cette machine pour forer des trous de mine et des puits profonds en vue d'extraire des matières premières, de foncer des tunnels ou de réaliser des travaux publics.
Il existe une machine hydraulique à percussion, dont le corps, traversé de canaux laissant passage aux liquides, renferme un piston-marteau à gradin pouvant se déplacer suivant son axe et disposé de façon que son plus grand diamètre s'applique à la partie de tête de la machine. Un élément élastique pousse le pis-
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sous l'action du liquide, il réalise un mouvement de vaet-vient et donc des courses actives et des courses à vide. Pendant les courses actives, le piston-marteau
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à 1'inférieur du corps, côté de la tête de la machine. Sur le piston-marteau est posée une soupape annulaire différentielle à gradin exécutant, elle aussi, les mêmes mouvements de va-et-vient en distribuant alors le liquide dans une cavité du corps disposée sous le piston-marteau.
Dans cette machine hydraulique à percussion connue, le piston-marteau à gradin est monolithe, c'està-dire que ses deux parties de diamètres différents sont
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perficie au-dessus du piston-marteau est logée dans la cavité de la partie de queue du corps, mise en communication constante avec la canalisation de refoulement.
Lorsque la soupape annulaire prend sa position extrême avant - rapprochce de l'outil - ses canaux communiquent avec ceux du corps, par lesquels la cavité au-dessous du piston communique avec la canalisation de refoulement. Le liquide moteur pénètre dans la cavité au-dessous du piston et fait effectuer par celui-ci une course à vide en comprimant à ce moment un ressort placé entre la face supérieure de la partie de plus grand diamètre du piston et le collet du corps. A la fin de sa course à vide, éloigné de l'outil, le piston touche, par son collet extérieur, un collet intérieur de la soupape et repousse celle-ci de 1'enclume ; après cela, par suite de la différence des surfaces des faces et sous la poussée du liquide, la soupape recule de l'outil en ouvrant du même coup les canaux d'échappement.
Les canaux de la soupape sont alors masqués par les parois cylindriques du corps. De ce fait, la cavité au-dessous du piston se trouve débranchée de la canalisation de refoulement, ce qui provoque un choc hydraulique au-dessus du piston et dans la canalisation de refoulement. Sous l'effet de ce choc et sous l'action de la pression excédentaire du liquide, appliquée à la face de petit diamètre du pistonmarteau et sollicitée par le ressort d'écartement, le piston-marteau réalise sa course active en chassant le liquide de la cavité au-dessus du piston vers l'exté-rieur. A la fin de cette course, le piston-marteau pousse en position extrême avant vers l'outil, la soupape, qui ferme les canaux d'échappement et frappe l'enclume solidaire de l'outil.
A la suite de l'arrêt du piston, il se produit un second choc hydraulique dans la canalisation, qui, avec le concours de la pression excédentaire du liquide, fait que le piston-marteau exécute de nouveau la
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L'inconvénient de ladite machine hydraulique
à percussion réside en ce que les deux parties de diamètres différents de son piston-marteau sont rigidement reliées entre elles en formant une seule pièce et celà fait perdre davantage de l'énergie des chocs hydrauliques à l'intérieur de la canalisation et nécessite un compensateur approprié pour amortir l'effet des chccs hydrauliques dans la manche ou dans un train de tubes amenant le liquide dans la machine. Les chocs hydrauliques perdent une partie de leur énergie dans ce compensateur, Le compensateur complique le mécanisme et diminue la stabilité à l'utilisation de la machine.
Le but de la présente invention est d'éliminer les inconvénients indiqués.
On s'est donc posé le problème de créer, en modifiant la conception des pièces de percussion, une machine hydraulique à percussion qui aurait un rendement plus élevé.
Le problème posé est résolu dans une machine hydraulique à percussion, dont le corps, traversé de canaux laissant passage à un liquide, renferme un piston-marteau à gradin pouvant se déplacer suivant le sens axial et dis-posé de façon que sa face de plus grand diamètre soit appliquée élastiquement contre la partie de tête de la machine, ce piston pouvant, sous l'effet du liquide, effectuer un mouvement de va-et-vient, réalisant ainsi des courses actives et des courses à vide, et frappant pendant chaque course active une enclume solidaire de l'outil disposé dans le corps du côté de sa partie de tête, et portant sur le piston une soupape annulaire différentielle à gradin exécutant elle aussi les mêmes mouvements de va-et-vient et permettant de distribuer le liquide à l'atmosphère et dans une cavité, disposée au-dessous du piston-marteau, lequel,
conformément à l'invention, est divisé en deux parties ayant chacune un diamètre différent; celle qui est plus grande constitue un piston-marteau tandis que l'autre forme un piston, un élément élastique étant posé entre les deux.
Il est avantageux de pratiquer une cavité cylindrique axiale dans le piston-marteau séparé, côté de la face orientée vers la partie de queue de la machine, la surface de la section de cette cavité devant être inférieure à la surface au-dessous du piston-marteau ; de pratiquer, dans la partie de queue du corps de la machine, une autre cavité cylindrique axiale et de réaliser le piston de façon qu'il soit creux et qu'il ait
un cylinare creux, disposé d'un côté de manière à permettre son déplacement axial à l'intérieur de ladite cavité cylindrique du piston-marteau,e� un autre cylindre creux, disposé de l'autre côté de manière à permettre également son déplacement dans le sens axial à l'intérieur de ladite cavité du corps, la surface de la section de ladite cavité étant inférieure à la surface au-dessous du piston-marteau, alors que le surface de la face du cylindre creux disposé dans la cavité du corps doit être supérieure à la surface de la face du cylindre creux disposé à l'intérieur de la cavité cylindrique du pistonmarteau.
Une telle conception du mécanisme permettra de transmettre les chocs hydrauliques par un flux direct de liquide dans le fond de la chambre cylindrique axiale du piston-marteau séparé et par le piston, vers l'élément élastique, ce qui augmentera le rendement de la machine et supprimera la nécessité du compensateur pour amortir l'effet des chocs hydrauliques dans le conduit d'amenée raccordé à la machine. En outre, cette conception du mécanisme permettra de diminuer la longueur de la machine.
Il est également avantageux de réaliser un collet sur la surface latérale extérieure du piston-marteau séparé et un gradin correspondant sur la surface intérieu-
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en pratiquant, dans la paroi du corps sur ce gradin, des canaux livrant passage de la chambre circulaire à l'atmosphère lorsque ce piston-marteau se trouve en une position extrême avant - rapproché de l'outil - et comprime, au moment de sa course à vide, par ledit collet, l'air entré dans la chambre circulaire à travers ces canaux, et le refoule, à travers l'espacement annulaire entre le corps et ce piston-marteau, dans la cavité entre le pistonmarteau séparé et le piston où l'air comprimé fait fonction d'élément élastique, ce qui a pour effet un refoulement automatique de l'air comprimé dans ladite cavité du corps et la création so'�s le piston-marteau, sans faire appel à un compensateur complémentaire, d'un élément élastique, ce qui augmente le rendement de la machine
et permet de substituer au ressort ayant une longévité relativement courte, un élément élastique qui ne s'use jamais.
Il est également possible que l'élément élastique, disposé entre le piston-marteau séparé et le piston, soit réalisé sous forme d'un ressort de compression qu'il sera avantageux d'utiliser dans les cas où l'utilisation de l'air comprimé est difficile, par exemple lorsqu'on emploie la machine hydraulique à percussion en
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fonds, et fonctionnant dans des puits noyés.
La présente invention a permis de mettre au point une machine hydraulique à percussion d'un fonctionnement fiable et d'une conception simplifiée par rapport aux machines hydrauliques existantes du mené type, assez légère et ayant un rendement élevé. Cette
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teau hydraulique pour foncer des tunnels et de� puits profonds.
L'invention est expliquée ci-après par la description d'exemples de sa réalisation avec référence eux dessins sur lesquels :
- la figure 1 représente la coupe longitudinale de la machine hydraulique à percussion conforme à l'invention ;
- la figure 2, la coupe suivant 11-11 à la figure 1 ; - la figure 3, la machine hydraulique à percussion, conforme à l'invention, dont la face du piston
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ses actives et des courses à vide du piston ;
- la figure 4, la machine hydraulique à percussion, conforme à l'invention, sous forme de marteau hydraulique (conca�seur de pierres), (en coupe longitudinale) ;
- la figure 5, l'ensemble A de la figure 4, à échelle aggrandie ;
- la figure 6, l'ensemble B de la figure 4, à échelle agrandie.
La machine hydraulique à percussion, représentée sur les figures 1, 2 et 3, une fois sa partie de tète équipée d'un outil approprié, peut être utilisée comme marteau hydraulique (concasseur de pierres) ou comme marteau hydraulique pour foncer des tunnels et des puits profonds si l'on emploie un mécanisme qui fait tourner son outil.
La machine hydraulique comporte un corps à gradin 1, s'appliquant à la partie de tête de la machine, relié à un corps 2, adjacent à sa partie de queue.
Dans les corps 1 et 2 sont installés, de façon à pouvoir se déplacer dans le sens axial, un pistonmarteau 3 d'un plus grand diamètre, s'appliquant à la partie de tête de la machine, et un piston 4 d'un petit diamètre, adjacent à sa partie de queue.
Entre le piston-marteau 3 et le piston 4 est placé un ressort 5 de compression cylindrique.
Dans le corps 1, côté de la partie de tête de
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til 7, servant: à foncer les tunnels et des puits profonds.
Pendant le fonctionnement de la machine, le
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termédiaire de l'outil 7, transmet le choc à un objet à détruire.
Le corps 1 est fermé par un couvercle sous forme d'un écrou 8 cannelé renfermant l'enclume 6. Dans l'écrou cannelé 8 et dans l'enclume 6 sont prévus des canaux d'échappement 9. Les canaux 10 et 11 et une gorge 12 sont pratiqués dans le corps 1.
Dans le corps 2 sont prévus des canaux 13, 14 et 15, une cavité 16 et une tubulure 17, qui, à l'exception du canal 15, servent, tout comme le canal 11 et la gorge 12, à amener le liquide sous pression dans les deux cavités de la machine: celle au-dessus et celle audessous du piston-marteau, respectivement.
Le canal 15 relie à l'atmosphère une cavité
15a circulaire au-dessus du piston-marteau du corps 2; cette cavité ne subit pas la pression du liquide. Celà exclut le risque de la formation d'un coussin d'eau dans ladite cavité à la suite de la fuite de liquide sous pression depuis l'intérieur de la machine, aux manchettes d'étanchéité, ce qui pourrait freiner le mouvement du piston-marteau 3 pendant sa course à vide (en direction opposée de l'outil).
A l'aide de la tubulure 17, le corps 2 de la machine est relié au train de tubes (non représenté sur <EMI ID=11.1>
chine. Grâce au train de tubes, la machine hydraulique à percussion exécute un mouvement de rotation
sous l'action d'un mécanisme de rotation indépendant
(non représenté sur le dessin), installé à la tête
du puits.
Lorsqu'on utilise la machine en tant que marteau hydraulique pour le pilotage, dans les forgée ou par la destruction de pierres ne correspondant pas
à des dimensions requises, on n'a plus besoin de mécanisme rotatif: la tubulure 17 est reliée alors à la canalisation de refoulement à l'aide d'une manche armée appropriée (non représentée sur les devins).
Dans le corps 1, sur le piston-marteau 3 est fixée une soupape annulaire différentielle 18, pourvue d'un collet 19 excentrique intérieur et de canaux 20 servant au passage du liquide sous pression dans la cavité au-dessous du piston-marteau des corps 1 et 2 en vue d'effectuer une course à vide (dans le sens qui s'écarte de l'outil).
Le piston-marteau 3, dans sa partie de tête, comporte un collet 21 et, dans sa partie de queue, une chambre cylindrique axiale 22 dont la surface de section est inférieure à sa surface utile au-dessous du pistonmarteau.
Dans le corps de la partie arrière de la machine est pratiquée une cavité cylindrique axiale 16. Le piston 4 est creux et possède, d'un côté, un cylindre creux 4a, qui a la possibilité de se déplacer en direction axiale dans ladite chambre cylindrique 22 du piston- <EMI ID=12.1>
disposé également de façon à pouvoir se déplacer en direction axiale dans ladite cavité 16 du corps. La surface de section de la cavité 16 est inférieure à la surface au-dessous du piston-marteau, tandis que la surface 4c du cylindre creux 4b, disposé dans la cavi-
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face 4d du cylindre 4a disposé dans la cavité cylindrique 22 du piston-marteau 3.
Grâce à cette conception de la machine, on
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un amortisseur approprié que l'on installe d'habitude à une certaine distance de la machine dans la tuyaute-
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Cela. a pour effet d'élever le rendement de la machine, car les chocs hydrauliques, lors des courses acti-
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lorsque celui-ci effectue sa course active.
Le collet intérieur 19 de la souple 18 est excentré par rapport à l'axe longitudinal de la machine et son diamètre intérieur est supérieur d'une valeur égale au jeu suivant la direction des courses,
au diamètre du collet 21 du piston-marteau 3.
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soupape 18 puisse être posée, à travers le collet 21, sur la partie amincie du piston-marteau 3 en dehors de la machine, mais qu'elle soit incapable de tomber de cette partie du piston-marteau dans la Machine assem-blée lors de son fonctionnement, en s'accrochant au collet 21 du piston-marteau par son collet 19. Du fait
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piston-marteau 3, en fin de sa course à vide (en direction opposée à l'outil), écarte la soupape 18 de l'enclume 6.
La machine hydraulique à percussion figurant sur les dessins 4 et 5 n'est utilisable qu'en tant que marteau hydraulique (concasseur de pierres), destiné à détruire des pierres qui ne correspondent pas à des dimensions requises', à forger des métaux, à battre des pieux, etc. Cette machine frappe des objets par la face de la partie de tête du piston-marteau 3.
D'après sa conception, le marteau hydraulique diffère quelque peu de la machine hydraulique représentée sur les figures 1 à 3.
Dans le collet excentrique 19 de la soupape différentielle 18 du marteau hydraulique sont pratiqués des canaux 23 livrant passage au liquide. Le piston-Marteau 3 comporte un collet complémentaire 24 et des manchettes d'étanchéité complémentaires 25 et 26, tandis que le
corps 2 avec une partie complémentaire 27, de plus grand diamètre qui lui correspond, est pourvu encore des canaux d'aspiration 28. Entre des manchettes en caoutchouc 29
et 30, formant des paires, de la surface intérieure et extérieure du piston-marteau 3, empêchant la pénétration
de deux milieux différents (air comprimé et liquide),
sont pratiquées des gorges 31 et 32 qui sont mises en communication entre elles et avec l'atmosphère par des
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ser échapper du liquide, qui s'est infiltré aux manchet-tes 29a, 29, 30a et 30, dans l'atmosphère, pour qu'il ne pénètre pas dans une cavité réceptrice 37 remplie
de l'air comprimé refoulé, depuis l'atmosphère, par
le collet 24 du piston-marteau 3 qui se déplace avec
la manchette 25 dans une cavité circulaire 38 de la partie de plus .grand diamètre 27 du cylindre 2.
Le refoulement de l'air comprimé se fait au
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gorge 38a (figure 5) entre le corps 2 et le piston-marteau 3, puis par la manchette 26, dont les bords sont orientés vers la cavité réceptrice 37 et servant de soupape de retenue. Dans le corps 2, là où se trouve sa cavité réceptrice 37, est pratiqué un passage 39, renfermant une soupape de sûreté 40 (de décharge) à ressort que l'on règle pour une pression désirée d'air comprimé dans la cavité 37 et qui est retenue par un écrou 41 cannelé 42.
Un couvercle 43 est bloqué par un boulon 44. Dans le boulon, on prévoit une ouverture 45 servant à fixer un câble (non figuré) auquel est accroché le marteau hydraulique pendant le fonctionnement.
Le couvercle 8 du corps 1, devant la soupape
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pe 18. Sa surface intérieure et la surface latérale extérieure de la face avant 47 de la soupape 18 forment
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met le fonctionnement de la soupape au début de la course retour vers l'arrière de la machine, jusqu'à ce que les canaux 320 soient recouverts, quelle que soit la valeur de la surface de section des canaux d'échappement 9 et à une pression maximale de l'air comprimé dans la cavité réceptrice 37, ce qui a pour effet d'accroître l'efficacité de la machine et sa fiabilité à l'exploitation. La grandeur h, qui est la hauteur à laquelle s'élève le collet 46 au-dessus du plan de contact de
la soupape 18 et du couvercle 8, doit être égale au diamètre des ouvertures 20 de la soupape 18 ou le dépas-
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pape 16 à l'endroit de son collet 47 est supérieure
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Le couvercle 43 (figure 4) du corps 2 comporte une partie complémentaire 49, dans laquelle s'engage
le collet complémentaire 50 du piston creux 4. La surface, dépourvue de la pression compensatoire, du collet
50 se trouve dans une cavité circulaire 51 du couvercle 43 qui communique avec atmosphère par des canaux 52. La partie 49 et le collet complémentaires 50, ainsi que la cavité 51 ayant les canaux 52 ne sont nécessaires qu'en cas de substitution au ressort de l'air comprimé ou d'un autre agent gazeux, dent la pression doit être toujours inférieure à la pression du liquide moteur pour qu'on puisse faire reculer le piston-marteau
3 vers la partie arrière de la machine au moment de sa course à vide; c'est pourquoi la surface dé la face du piston creux 4 soumise à l'action de l'air comprimé ou d'un autre agent gazeux, doit être supérieure à la diffé-
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sion d'un liquide, car ce n'est qu'à cette condition que le piston 4, dans les périodes entre les chocs hydrauliques, pourra garder sa position extrême, représentée sur la figure 4, indispensable à un bon fonctionnement de la machine.
Pour décrire le fonctionnement de la machine, on prend pour position de départ celle qui est représen-tée cur la figure 1.
En cette position, la soupape 18 est appliquée contre l'enclume 6, ce qui provoque la fermeture des canaux d'échappement 9; les canaux 20 de la soupape se trouvent contre la gorge 12. En conséquence, la cavité au-dessus du piston-marteau des corps 1 et 2 est reliée, par 1 'intermédiaire des canaux 20, de la gorge 12 et des canaux 11, 13 et 14, aux cavités 16 et 22 au-dessus du piston-marteau et à la canalisation de refoulement (train de tubes ou manche blindée).
A partir de la canalisation de refoulement (qui. n'est pas représentée sur les figures) et par la tubulure 17, le liquide sous pression arrive aux cavités 16 et
22 au-dessus du piston-marteau, tandis que par les ca-
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du piston-marteau des corps 1 et 2; il fait reculer le piston-marteau 3 en arrière (d'après le dessin à droite), car les surfaces de ses extrémités contournées par le courant d'eau sous pression ne sont pas égales : la surface au-dessous du piston-marteau est supérieure à la surface au-dessus du piston-marteau qui correspond à la surface de section de la chambre axiale 22. � ce moment, le
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ressort 5.
Après avoir parcouru la distance assignée , le piston-marteau 3 s'accroche, par son collet 21 au collet excentré intérieur 19 de la soupape 18 et décroche la soupape de 1'enclume 6 en ouvrant les canaux d'échappement 9.
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toute seule sous la poussée du liquide sortant de la cavité au-dessous du piston-marteau, par cuite de la différence entre les surfaces de ses faces opposées
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la pression du liquide se trouvant dans l'espacement circulaire 18a du corps 1 qui communique, par les ca-
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l'arrière, ses canaux 20 se déplacent par rapport à la gorge 12 et se trouvent vite fermés par les parois cylindriques du corps 1; le piston-mar+eau s'arrête et
un choc hydraulique se produit au-dessus du pistonmarteau et dans la canalisation de refoulement, qui est transmis au piston-marteau 3 par la plus grande face
4c du piston 4 et par le ressort 5, ainsi que directement par le fond de sa chambre axiale 22.
Sous l'effet du choc hydraulique et de la pression excédentaire du liquide sur le fond de la chambre 22, ainsi que par l'action du ressort 5 qui se desserre, le piston-marteau 3 est lancé en avant -(d'après le dessin, à gaucne)- en déplaçant le liquide, de la cavité au-dessous du piston-marteau des corps 1 et 2,
à l'extérieur, par l'espacement circulaire ouvert entre le corps 1 et l'enclume 6, puis par les canaux 9.
A ce moment, le piston-marteau 3 rencontre la soupape 18 qui vient vers lui sous la poussée du liquide d'échappement, l'entraîne avec lui et frappe l'enclume 6, solidaire de l'outil 7 et serre la soupape 18 contre l'enclume 6. En conséquence, le déplacement du liquide vers l'extérieur à partie de la cavité au-dessous du piston-marteau des corps 1 et 2 cesse et un choc hydraulique se produit de nouveau, dans la canalisation de refoulement, choc qui est transmis, par les canaux
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marteau des cylindres 1 et 2.
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excédentaire du liquide, le piston-marteau 3 refait sa course à vide, et le cycle recommence.
La machine hydraulique à percussion représentée sur la figure 3 a le même mécanisme et le même principe de fonctionnement que la machine qu'on vient de décrire d'après la figure 1 avec une seule différence que le ressort 5 (figure 3) ne presse pas le piston 4 contre la partie arrière du corps 2 au moment des courses à
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en position extrême arrière (éloignée de l'outil) du piston-marteau 3. En conséquence, le piston 4 peut reculer librement, ce qu'il fait avec le piston-marteau 3 et le ressort 5 pendant la course à vide du piston-marteau. Ce n'est qu'en positions extrêmes du piston-marteau, lorsque les chocs hydrauliques se produisent que le piston
4 avec le ressort 5 joue le rôle de compensateur pour amortir les chocs hydrauliques. L'énergie amortie des
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piston-marteau 3, qui la transmet à l'enclume 6 en même temps qu'y arrivent l'énergie des chocs hydrauliques et la pression excédentaire du liquide transmis par le fond de la chambre 22.
La machine représentée sur la figure 3 n'a pas, quant au rendement ou d'autres facteurs, d'avantages sur la machine représentée sur la figure 1. Il n'est avanta-
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Dans ce cas, la surface au-dessous du pistonmarteau 3 est un peu supérieure à sa surface au-dessus du piston-marteau, tandis que la force de pression du liquide, qui agit sur le piston-marteau 3 au moment de
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cre la résistance du ressort réglé de la manière représentée sur la figure 1.
Il est donc avantageux alors d'installer le piston 4 sans que le ressort 5 le pousse vers la partie arrière du corps 2 et de laisser un espace permettait son libre recul dépassant la longueur de la course du piston-marteau 3, c'est-à-dire comme représenté sur la figure 3.
Le principe de fonctionnement de la machine hydraulique à percussion représentée sur la figure 4 est analogue à celui de la machine représentée sur les figures 1 et 3, avec la seule différence que le pistonmarteau 3 porte des coups, sur un objet à détruire, directement par sa face avant, tandis que le ressort 5, prévu dans la version de la machine représentée sur les figures 1 et 3, est remplacé, dans la version figurant sur le dessin 4, par l'air comprimé, refoulé automatiquement par le piston-marteau 3 dans sa course à vide dans la cavité réceptrice 37 au-dessus du piston-marteau du corps 2, qui ne communique pas avec du liquide.