Brevet FR2237734A1 — publié le 19750214

La présente invention concerne un outil à percussion du genre comportant un carter et un percuteur activant un "fleuret" constituant la partie active de l'outil, ce percuteur étant ani mé d'un mouvement de va-et-vient dans ce carter avec une fréquence déterminée. Plus particulièrement l'invention concerne des outils à percussion portatifs, tels que marteaux-piqueurs, riveteuses, perforatrices, mais elle peut aussi bien s'appliquer à des des appa- reils servant à enfoncer des pieux ou des revetements. Dans ce genre d'appareils, le percuteurest entraîné par un piston actionné soit pneumatiquement, soit hydrauliquement, soit électriquement ou encore mécaniquement par des bielles. Un inconvénient important de ces outils à percussion consiste en ce que les chocs sont transmis aux mains- de l'opérateur par l'intermédiaire des poignées de manoeuvre solidaires du carter. Ceci contribue à rendre pénible le travail de llopérateur, par exemple lorsque celui-ci doit défoncer une chaussée à l'aide d'un marteau pneumatique. En effet, pour rechercher l'efficacité maximum, ltopéra- teur-doit appuyer fortement sur l'outil, de sorte que les contraintes mécaniques développées au niveau des articulations de la main et du bras sont tres importantes. Ces contraintes mécaniques peuvent de plus entralner à la longue des troubles ostéo-articulaires et circulatoires graves. De nombreux systèmes ont été proposés pour éliminer cet inconvénient dans la mesure du possible en réduisant la transmission des vibrations aux poignées de manoeuvre. On connalt par exemple un dispositif pneumatique limi teUr~de vibrations qui comporte des pistons mobiles à l'intérieur de cylindres ménagés latéralement au carter de outil et disposés parallèlement à l'axe de percussion T;' intérieur du cylindre constitue pour le piston=une chambre d'amortissement comportant des ouvertures d'admission et de sortie pour l'air comprimé. Lors de la mise en marche de l'outil, ces pistons oscillent en opposition de phase avec le percuteur, ce qui réduit notablement la transmis sion--les vibrations de ce dernier aux poignées de manoeuvre. On connatt également un dispositif pneumatique limiteur de vibrations qui comporte une poignée solidaire de deux pistons mobiles à l'intérieur de cylindres ménagés latéralement au carter de outil et disposés parallèlement à l'axe de percussion. L'intérieur du cylindre constitue pour le piston une chambre d'amortissement comportant des ouvertures d'admission. et de sortie pour l'air comprimé. Lors de la mise en marche de l'outil, ces pistons oscillent dans de faibles proportions par rapport aux oscillations du carter, ce qui réduit notablement la transmission des vibrations de ce dernier aux poignées de manoeuvre. Ces dispositifs techniquement intéressants sont toutefois d'une réalisation relativement complexe qui augmente considérablement le cott et le poids de l'outil. Selon une autre réalisation d'un type connu, l'absorptiou des vibrations est assurée par un système à masse asservie oscillant le long d'un axe concourant avec l'axe de percussion de l'outil. Comme le précédent, ce système est dune construction complexe et onéreuse. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients en permettant de supprimer dans de fortes proportions les vibrations des poignées dey'outil au moyen d'un dispositif simple et économique qui non seulement n'altère pas l'efficacité de percussion de l'outil, mais peut meAme l'augmenter. L'outil à per.cussion visé par l'invention notamment marteau piqueur, comporte un carter, un percuteur, des moyens pour animer ce percuteur d'un mouvement de va-et-vient dans ce carter à une fréquence déterminée, et un dispositif destiné à absorber les vibrations du carter, Suivant l'invention cet outil est caractérisé en ce que le dispositif comprend au moins deux masses oscillantes montées chacune sur un dispositif-ressort et oscillant suivant des axes parallèles à l'axe de percussion, et en ce que la fréquence propre des oscillations des tn-assesoscillatescorrespond à la fréquence de percussion de l'outil. Par "dispositif-ressort" on entend dans ce qui suit un dispositif qui exerce sur la masse oscillante une force de rappel sensiblement proportionnelle à l'élongation de cette masse0 Celle-ci est ainsi constamment rappelée vers sa position d'équilibre tout en oscillant à la mesme fréquence de percussion et en opposition dephase avec le percuteur0 L'eXpérience montre que l'outil ainsi équipé demeure pratiquement immobile en cours de- fonctionnement0 Suivant une réalisation préférée de l'outil conforme à l'invention, le dispositif absorbeur de vibrations comporte deux logements sensiblement cylindriques fixés au carter parallèlement à-l'axe de percussion et symétriquement par rapport à cet axe, et chaque logement contient une masse oscillante montée sur un dispositif-ressort comprenant deux ressorts de rappel fixés d'une part aux extrémités du logement et de loutre à la masse oscillante, ce dispositif-ressort comprenant également une tige centrale de guidage traversant la masse oscillante et coaxiale aux ressorts de rappel, au moins une bague annulaire centrale étant fixée à la masse oscillante pour assurera lubrification delta tige de guidage. De préférence les masses oscillantes sont cylindriques et de diamètres sensiblement égaux aux diamètres des logements. Ceci conjointement avec le montage des masses sur des tiges axiales assure auxdites masses un excellent guidage à I1 intérieur des logements. D'autres particularités et avantages de l'invention- apparattront encore en cours de la description détaillée qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, on a représenté plusieurs modes d'exécution possibles de l'invention - la Figure 1 est une vue en élévation d'une première réalisation de l'invention appliquée a' un marteau pneumatique. - la Figure 2 est une vue en élévation analogue à la Figure 1 avec coupe partielle dans un plan perpendiculaire à celui de la Figure 1. - la Figure 3 est une vue de dessus de la réalisation des Figures 1 et 2 - la figure 4 montre des diagrammes illustrant les performances du marteau pneumatique des figures 1 et 2. la Figure 5 est une coupe axiale partielle à échelle agrandie du dispositif absorbeur de vibrations visible aux Figures i à 30 - la Figure 6 est une coupe analogue à celle de la Figure 5 montrant une seconde réalisation du dispositif absorbeur de vibrations prévu par I'invention. - la Figure 7 est une vue de dessus avec coupe partielle d'un outil équipé d'une troisième réalisation du dispositif absorbeur de vibrations prévu par l'invention. -la Figure 8 est une vue en élévation avec coupe partielle suivant VIII - VIII de la Figure 9 montrant un quatrième mode de réalisation de l'invention. - la Figure 9 est une vue en plan avec coupe partielle suivant IX - IX de la Figure 8. La réalisation des Figures 1 à 5 montre un outil à percussion conforme à l'invention, constitué par un marteaupiqueur pneumatique 7 d'un type connu et qui ne sera donc pas décrit en détail. Ce marteau pneumatique comporte un carter 2 équipé de poignées de manoeuvre 12 et d'un levier de commande 13. A l'intérieur du carter 2 est monté un percuteur (non visible) qui active un fleuret 3. Ce percuteur est animé pendant le fonctionnement de l'outil d'un mouvement de va-et-vient à une fréquence déterminée et est actionné par exemple par un fluide sous pression tel que l'air comprimé. Le marteau pneumatique 1 comprend, conformément à l'invention, un dispositif absorbeur de vibrations monté dans deux logements cylindriques 4 fixés au carter 2 Sarallèlement à l'axe de percussion X - X' du fleuret 3 et symétriquement par rapport à cet axe. Ces logements 4 sont maintenus par des brides 14 fixées à des tirants 17 solidaires du carter 2. La fixation des logements 4 est complétée du coté du fleuret 3 par un système de cornières 15 montées sur le carter 2 et dans lesquelles sont vissés des boulons 16. Chaque logement 4 contient une masse oscillante 5 cylindrique et dont le diamètre est sensiblement égal au diamètre intérieur du logement 4. La masse 5, de préf érence-métallique, est montée sur un dispositif-ressort 6 qui comprend deux ressorts de rappel Ta, 7b fixés d'une part à des couvercles terminaux 8a, 8b vissés aux extrémités du logement 4 et d'autre part a' la masse oscillante 5. Ce dispositif-ressort 6 comprend également une tige centrale de guidage 9 traversant la masse oscillante 5 et coaxiale aux ressorts de rappel 7a, 7b. Ces derniers sont centrés sur les couvercles 8a, - ab grâce à des tétons centraux il de ces couvercles à l'intérieur desquels sont également engagées les extrémités de la tige 9.La masse 5 porte des bagues autolubrifiantes 10 coaxiales à la tige 9. Les masses 5 peuvent donc osciller le long des tiges 9 de guidage suivant des directions parallèles à l'axe X - Xg de percussion quand le marteau pneumatique 1 est mis en route. Les dispositifs-ressorts 6 et les masses 5 sont agencés pour que les fréquences propres des oscillations des masses 5 soient d'une part égales entre elles et égales, d'autre part, à la fréquence de percussion de l'outil, par exemple 20 Hertz dans le cas du marteau pneumatique 1 décrit. Une fois ce dernier mis en marche, le carter 2 et les masses 5 oscillent en opposition de phase suivant des directions parallèles à I1 axe X - X de percussion, de sorte que le carter 2 est maintenu sensiblement immobile.On constate que, dans ces conditions, on parvient à supprimer les vibrations au niveau des poignées de manoeuvre 12 dans une proportion pouvant atteindre 80 %. L'expërience montre de plus que l'effort devant être exereé par ltopérateur sur ces poignées 12 est notablement réduitçet que l'efficacité de percus sion de l'outil est améliorée. Ce dernier avantage s'explique race- par le fait que le carter 2 tend à rester immobile l'action du dispositif absorbeur de vibrations prévu par l'invention. Le fonctionnement correct de ce dispositif absorbeur de vibrations implique que la- fréquenc-e de ~percussion soit sensiblement constante. Pour des outils pneumatiques tels que le marteau 1 on utilise alors de préférence un détendeur stabilisant la pression du gaz comprimé. Les diagrammes de la ligure 4 illustrent l'analyse en fréquence des accélérations relevées sur le dos des mains de l'opérateur au niveau des poignées 12, sans le dispositif absorbeur de vibrations prévu par l-1invention, (diagramme D1) et avec le dispositif absorbeur de l'invention (diagramme D2), En abscisses ont été portées les fréquences en Hz et en ordonnées les accélérations efficaces exprimées en g, g étant l'accélération de la pesanteur. Les ordonnées sont représentées- à ltéchelle logarithmique. Ces diagrammes montrent que pour une fréquence de 21 Hz le niveau d'accélération At avec le dispositif absorbeur de vibrations est environ 4 fois plus faible que le niveau A observé sans le dispositif absorbeur prévu par l'invention. Les niveaux d'accélérations efficaces B et B1 relevés à la fréquence de 42 Hz, c'est-à-dire le premier harmonique de la fréquence de frappe, présentent une différence comparable. On comprend que dans ces conditions le travail de ltopéra- teur est rendu considérablement moins pénible. Lladjonction au marteau pneumatiqueldes logements 4 avec leurs systèmes oscillants (5,6) élève sensiblement son poids mais ce supplément de poids ne représente qu'environ 20Xo du poids total de l'outil. Pour alléger néanmoins le poids de l'ensemble, il est possible dtintégrer le dispositif absorbeur de vibrations visé par l'invention au carter même de l'outil. De plus, en raison du gain d'efficacité de percussion que ce dispositif assure, le poids du carter peut etre notablement réduit de sorte que le poids de l'ensemble est sensiblement égal à celui d'un outil non équipé du dispositif et de rendement identique. La réalisation de la Figure 6 montre un dispositif absorbeur de vibrations conforme 'a à l'invention dans lequel une masse oscillante cylindrique 25 est coiffée à ses extrémités par deux membranes élastiques 26a, 26b de maintien fixées à un logement 40 solidaire du carter de l'outil. Le logement 40 comporte un fourreau central 21 à l'intérieur duquel est disposée la masse 25, et deux accumulateurs pneumatiques 18a, 18b fixés à ce fourreau 21 au moyen de tirants latéraux 24 assujettis par des écrous 53. La périphérie des membranes 26a, 26b est engagée entre les accumulateurs 18a, 18~ et le fourreau 21, et maintenue grâce aux tirants 24. Le fourreau central 21 comporte un cloisonnement annulaire médian 22 de guidage dont le diamètre intérieur est sensiblement égal à celui de la masse oscillante 25. 1)1 autre part, les volumes compris entre ce cloisonnement 22 et les membranes élastiques 26a, 26b sont remplis par un liquide amortisseur 28 et,communiquent par des perçages 23 ménagés dans le cloisonnement 22. Les accumulateurs pneumatiques 18a, 18b sont dotés de couvercles 19a, 19b vissés à leurs extrémités et à l'intérieur desquels sont ménagés des conduits 54 pour l'introduction d'un gaz comprimé de remplissage tel que de lrair ou de l'azote. Ces conduits 54 communiquent avec des clapets à bille anti-retour 27a, 27b dont les axes Y - I' sont disposés perpendiculairement à'axe de percussion 1- - X' de l'outil afin d'éviter des battements de leurs billes lors du travail del'outil. Les membranes élastiques 26a, 26b soutiennent la masse oscillante 25 dont le guidage est d'autre part obtenu par le cloisonnement annulaire 22. De la même marnière que les ressorts Ta, 7b de la réalisation précédente, les accumulateurs 18a, 18b formant matelas-ressort, exerçent sur la masse 25,des forces de rappel proportionnelles à son élongation. Le liquide 28 amortit avantageusement les oscillations des membranes 26a, 26b. La fréquence propre de cette variante du dispositif prévu par l'invention jeePpnairticulier de la pression de gaz comprimé et du volume des accumulateurs fSa, 18b. Cette réalisation peut donc équiper un outil capable de fonctionner à plusieurs fréquences de percussion. Il suffit en effet de faire varier la pression du gaz comprimé pour adapter la fréquence propre à la fréquence de frappe. La variante de réalisation de l'invention représentée à la Figure 7 est destinée particulièrement aux outils comportant deux axes de percussion perpendiculaires. L'outil est équipé d'un dispositif absorbeur de vibrations qui comprend deux masselottes oscillantes 29 solidaires des extrémités de tiges flexibles 31 fixées latéralement au carter 30 de 11 outil à l'intérieur de douilles taraudées 33. Les poignées 32 de 11 outil sont coaxiales aux tiges flexibles 31 avec un jeu compatible avec le débattement de celles-ci. Les masselottes 29 peuvent osciller avec une amplitude réduite (par exemple environ 5 mm) dans des directions parallèles à lsun ou à l'autre des deux axes de percussion P1, P2 de l'outil.(l'axe P1 étant orthogonal au plan de la Figure). Dans l'exemple de réalisation illustré aux Figures 8 et 9 l'invention est appliquée à un outil portatif 34 comportant une poignée téléscopique 35 d'un type connu. Celle-ci- est solidaire de tiges 38 qui traversent latéralement le carter 50 de l'outil 34 et peuvent coulisser axialement dans des logements cylindriques 43 ménagés dans le carter 50, parallèlement à l'axe de percussion Z- Z'. Les tiges 38 servent donc de support aux poignées 35 et assurent en meme temps le guidage du dispositif absorbeur de vibrations conforme à l'invention comme on va le voir ci-après. Ce dispositif comprend, en plus de la tige 38, une masse oscillante 37 cylindrique, monté à coulissement axial sur le tige 38. Cette masse 37 est solidaire de deux ressorts de rappel 39a, 39k coaxiaux à la tige 38. Les.ressorts 39a, 39b sont disposés en appui respectivement sur une collerette 41 coaxiale à la tige 38 et sur un piston terminal 42 de cette tige 38. La partie du logement 43-comprise entre son extrémité opposée aux poignées 35 et le piston 42 comporte une cloison obturatrice 45 traversée par un perçage 46 et délimitant deux chambres44a, 44b. Le gaz contenu dans tes chambres 44a, 44b se comprime quand l'opérateur appuie sur la poignée 35, la cloison 45 limitant la course du piston 42 et de la poignée 35. Un joint annulaire d'étanchéité 52 est encastré dans le piston 42, tandis que la masse 37 porte à ses deux extrémités des bagues autolubrifiantes 47 interposées entre la masse 37 et la tige 38e Ces bagues 47 assurent la lubrification de la tige 38 et facilitent les oscillations de la masse 37. Un ressort 51 est disposé entre la collerette 41 et un épaulement interne du logement 43, coaxielement à la tige 38 Le ressort 51 permet de filtrer les vibrations lors de ltextraction du sol du fleuret dé l'outil 34. Les ressorts de rappel 39a, 39b exercent sur la masse 37 des forces de rappel comme les ressorts, 7b de la réalisation de la Figure 5. Dans cette variante de réalisation de l'invention le dispositif absorbeur de vibrations atténue les vibrations résiduelles de la poignée télescopique 35 et est intégré au carter 50 de 11 outil 34, ce qui réduit son encombrement par rapport à la réalisation de la Figure 5. L'invention ntest pas limitée aux modes de réalisation décrits et peut comporter des variantes dtexécution. On peut par exemple simplifier la réalisation de la Figure 7 en supprimant les perçages 23 et le liquide amortisseur 28. On peut aussi adapter le dispositif conforme à l'invention à des outils équipés de poignées télescopiques à parallèlogramme, ainsi qutà des outils possedant un autre-système visant à réduire les vibrations, de manière à neutraliser si besoin est les vibrations résiduelles. REVENDICATIONS 1. Outil à percussion, notamment marteau-piqueur comportant un carter, un percuteur, des moyens pour animer ce percuteur d'un mouvement de va-et-vient dans ce carter à une fréquence déterminée, et un dispositif destiné à absorber les vibrations du carter, ce dispositif comprenant au moins deux masses oscillantes montées chacune sur un dispositif-ressort et oscillant suivant des axes parallèles à l'axe de percussion, et la fréquence propre des oscillations des masses oscillantes correspondant à la fréquence de percussion de l'outil, chaque masse oscillante étant montée sur un dispositif-ressort qui comprend deux organes de rappel de la masse oscillante, caractérisé en ce que la masse oscillante est coiffée à ses extrémités par deux membranes élastiques de maintien fixées à un logement solidaire du carter, ce logement comprenant deux accumulateurs pneumatiques étanches de rappel disposés axialement de part et d'autre de la masse oscillante et des membranes élastiques précitées. 2. Outil conforme à la revendication i, caractérisé en ce que la masse oscillante est disposée dans un fourreau central fixé aux accumulateurs pneumatiques et comportant un-cloisonnement annulaire médian de guidage dont le diamètre intérieur est sensiblement égal à celui de la masse oscillante. 3. Outil conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que les volumes compris entre le cloisonnement médian et les membranes terminales sont remplis par un liquide amortisseur et en ce que ces volumes communiquent par des perçages ménagés dans ledit cloisonnement. 4. Outil conforme à l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les accumulateurs pneumatiques sont équipés de clapets anti-retour de remplissage par du gaz comprimé, et en ce que les axes de ces clapets sont sensiblement perpendiculaires à l'axe de percussion de l'outil. 5. Outil à percussion, notamment marteau-piqueur comportant un carter, un percuteur, des moyens pour animer ce percuteur d'un mouvement de va-et-vient dans ce carter à une fréquence déterminée, et un dispositif destiné à absorber les vibrations du carter, ce ~ dispositif comprenant au moins deux masses oscillantes montées chacune sur un dispositi-ressort et oscillant suivant des axes parallèles à l'axe de percussion, et la fréquence propre des oscillations des masses oscillantes correspondant à la fréquence de percussion de l'outil, chaque masse oscillante étant montée sur un dispositif-ressort qui comprend deux organes de rappel de la masse oscillante, caractérisé en ce que la masse oscillante est montée à coulissement axial sur une tige de soutien d'une poignée reliée à un système télescopique, et est solidaire de deux ressorts de rappel coaxiaux à la tige, ces ressorts étant en appui respectivement sur une collerette coaxiale à la tige et sur un piston terminal de ladite tige, en ce que la tige, la masse oscillante et ses ressorts sont disposés dans un logement cylindrique fixé latéralement au carter, et en ce qu'au moins une bague annulaire centrale est fixée à la masse oscillante pour assurer la lubrification de la tige de guidage. 6. Outil conforme à la revendication 5 caractérisé en ce qu'une chambre d'amortissement est ménagée entre le piston et l'extrémité adjacente du logement. 7. Outil à percussion, notamment marteau-piqueur comportant un carter, un percuteur, des moyens pour animer ce percuteur d'un mouvement de va-et-vient dans ce carter à une fréquence déterminée, et un dispositif destine à absorber les vibrations du carter, ce dispositi! comprenant au moins deux masses oscillantes montées chacune sur un dispositif-ressort et oscillant suivant des axes parallèles à l'axe de percussion, et la fréquence propre des oscillations des masses oscillantes correspondant à la fréquence de percussion de l'outil7 chaque masse oscillante étant montée sur un dispositif-ressort qui comprend deux organes de rappel de la masse oscillante, caractérisé en ce qu'il comprend deux masselottes oscillantes solidaires des extrémités de tiges flexibles fixées latéralement au carter, ces masselottes pouvant osciller dans des directions-paralleles à deux axes perpendiculaires de percussion de l'outil.