Brevet FR2261112A1 — publié le 19750912

Ira présente invention concerne un appareil travaillant par percussion, mû par moteur, pour le travail de la pierre, du Dé- ton, et de matériaux analogues, dans lequel un piston entrai- neur, articulé à un mécanisme à manivelle et guidé dans une portion de cylindre, fait osciller, par l'intermédiaire d'un coussin d'air rytbmiqiement comprimé, un corps percutant transmettant des coups à l'outil au rythme du mécanisme à manivelle, et dans lequel le coussin d'air, délimité sur ses faces frontales par les pistons entraîneur et percuteur, est mis périodiquement en communication avec une enceinte de l'appareil ou avec l'air libre, pour la compensation des pertes d'air, par au moins une soupape s'ouvrant pendant la course de retour du piston entraîneur dès que la différence de pression entre les enceintes séparées l'une de l'autre par la soupape, en cas de dépression dans le coussin d'air, dépasse une limite prédéterminée. Dans un appareil à percussion connu de ce genre, la soupape fait communiquer le coussin d'air avec l'air extérieur par un réservoir d'air de petites dimensions par rapport à ce coussin d'air et par un point d'étranglement. Une seconde communication du coussin d'air avec l'air extérieur est prévue sous forme de canaux commandes par le mouvement relatif entre le piston percuteur en forme de cylindre creux et le piston entrai- neur. Cette disposition permet l'établissement de conditions entraînant l'apparition, dans le coussin d'air, d'une dépression aspirant le piston percuteur vers l'arrière pendant la course de retour du piston entraîneur. Cette conformation, ou cette disposition, excluent pratiquement une collision entre le piston percuteur et le piston entraîneur par suite d'un déficit d'air imprévu dans le coussin d'air, du fait que la soupape et les autres communications entre le coussin d'air et l'ataosphère sont interrompus en temps utile. Nais la complication technique devant assurer la compensation dessertes d'air dans le coussin d'air est très grande et la sûreté de fonctionnement laisse à désirer (brevet autrichine nO 220 102). Dans un sutre appareil à percussion connu de type similaire, les pertes d'air sont exclusivement compensées par des alésages radiaux dans un cylindre de guidage dans lequel sont disposés les pistons percuteur et entraîneur. Les alésages radiaux sont périodiquement recouverts par le piston percuteur. L'in convénient d ce genre de compensation des pertes d'air dans le coussin d'air est que cette compensation est commandée, dans une large mesure, indépendamment de la pression dans le coussin d'air et qu'elle est déterminée en grande partie par le franchissement des orifices de ventllation par le tiston percuteur. Dans cette conformation ou disposition, la complicaticn technique en vue d'assurer la compensation des pertes d'air dans le coussin est relativement réduIte.Nais ltexpérience a révélé que des collisions entre le piston percuteur et le piston en traîneur ne sont pas absolument exclues en cas d'effort accentué et surtout avec des appareils assez anciens et que, lorsque le nombre des percussions augmente, dépassant par exemple 3 p00 coups par minute, des irrégularités peuvent apparaître dans le rythme des pçrcussions. Ces augmentations du nombre des percussions peuvent survenir, par exemple en cas de variation imprévue de la tension électrique du réseau dLimentation pouvant être, selon l'expérience, de 6 à 8 V au-dessus de la tension normale de 220 V. Prenant comme point de départ ltetat de la technique tel qu'il vient d'etre exposé, la présente invention a pour objet; de perfectionner un appareil travaillant par percussion, du genre défini au début, de façon à en augmenter le rendement et à diminuer la complication technique de la compensation des pertes d'air. Ce but est atteint, conformément à l'invention, par un dispositif dans lequel la surface latérale du cylindre entourant le coussin d'air allant et venant à chaque phase du cycle de frappe ne comporte pas d'orifices ou de rainures de ventilation, dans lequel la soupape essentiellement commandée par la dépression dans le coussin d'air est disposée dans une face frontale, limitrophe du coussin d'air, d'un piston (piston entraîneur et/ ou piston percuteur), et dans lequel l'écoulement àtravers cette soupape est amorti de façon que le piston percuteur puisse être aspiré par le piston entraîneur effectuant sa course de retour. L'expérience a révélé qu'une telle conformation diminuait beaucoup la sersibilité de l'appareil de percussion à un dépassement des tolérantes d'usinage, en particulier au voisinage de la tige de l'outil, permettait d'augmellter le nombre des percussions par minute sans irrégularité dans le rythme des coups,, et éliminait pratiquement le risque des collisions entre le piston entraîneur et le piston percuteur. Un avantage du dispositif est que, pendant la course de retour du piston entraîneur, le corps de soupape, de masse presque nulle, pourra être amené en position ouverte, contre la force d'un ressort, presque exclusivement par la différence de pression entre les enceintes séparées par la soupape. On obtiendra un dispositif particulièrement simple en disposant, dans la face frontale du piston entraîneur guidé dans un cylindre fixe, une soupape unique dont le corps de soupape sera chargé par un ressort hélicoïdal de tension préalable mi nimale D'autres formes de réalisation apparaîtront dans les re vendic ations. Lt invention est décrite ci-après en détail en se référant à quelques exemples préférés, non limitatifs, de réalisation représentés sur les dessins annexés dans lesquels - la figure I est une fraction, en coupe longitudinale, dtun appareil selon l'invention en position de travail dans la quelle le piston entraîneur se trouve dans la première phase de sa course de retour - la figure 2 montre, en coupe longitudinale partielle et à plus grande échelle, la soupape pouvant être insérée dans le piston entraîneur ou dans le piston percuteur (la moitié supérieure du dessin montrant le corps de soupape en position de fermeture) ; et - la figure 3 montre le piston percuteur frappant l'outil dans une variante de l'appareil de percussion dans laquelle la soupape est disposée pans le piston percuteur. L'outil de percussion 1 est porté par un porte-outil 2 monté en bout du carter 3 de 11 appareil de percussion. Un cylindre 4, fixe dans le sens axial, est disposé dans ce carter Dans le cylindre se trouve le piston percuteur 5, se déplaçant librement, et le piston entraîneur 6 articulé à un mécanisme à manivelle au moyen d'une goupille 7 et dtune bielle 8 le raccordant au maneton 9 de la manivelle 9'0 L'arbre de manivelle peut recevoir son couple de rotation d'un moteur quelconque. Entre la masse frappante 5, munie d'un joint annulaire 10 et le piston entraîneur 6, également muni d'un joint annulaire 11, se trouve le coussin d'air 12.En vue de la compensation des pertes d'air, le coussin d'air est mis périodiquement eq com niration, par une soupape 30, avec l'enceinte 17 du carter. La soupape est insérée comme élément indépendant dans un alésage de la paroi frontale du piston entraîneur 6 où elle est immobilisée. La cage de soupape cylindrique comporte, sur sa face tournée vers 1 'enceinte 17 contenant le mécanisme à manivelle, un flasque 31' dirigé vers l'intérieur, formant siège de soupape circulaire 34 dirigé vers le coussin dtair 12. Le corps de soupape conique ou sphérique 32, 32' est appuyé contre son siège 34 par la charge d'un ressort hélicoïdal 33 soumis à une tension préalable minimale0 Le ressort hélicoïdal s'appuie à une goupille transversale 35 logée dans des alésages radiaux de la cage de soupape 31. Cette goupille transversale 35 sert également à limiter le déplacement axial du corps de soupape 32 à la tige de soupape 32', comme il apparaît sur la figure 2. Dans la variante représentée à la figure 3, la soupape 30 est pareillement constituée mais elle est disposée de façon spéculairement symétrique à celle de la figure 2 et communique avec l'enceinte 17 du carter par le canal 40. La section d'écoulement du passage de soupape indiqué par les flèches à la partie inférieure de la figure 2 est calculée de façon que 1'écoulement d'air est amorti même quand la soupape est ouverte. L'amortissement obtenu~par réduction de section du passage d'écoulement est tel qu'au cours de la course de retour du piston entraîneur 6, la masse frappante 5 est aspirée a sa suite par la formation d'une dépression dans le coussin d'air 12. En partant de la position des organes représentés à la fi ;urne 1, l'appareil fonctionne comme suit Le piston entraîneur a parcouru environ le quart de sa course de retour (course de gauche à droite de la figure) et, dans cette phase du mouvement, une dépression se forme dans le coussin d'air 12. Sous l'action de la différence de pression, engendrée dans ce dernier du fait de cette dépression, entre les enceintes 12 et 17 séparées l'une de l'autrè par la soupape 30, le corps de soupape 32, vainquant la charge du ressort 33, s'est soulevé de son siège 34 et se trouve en position ouverte (cf. partie inférieure de la figure 2). La course de retour du piston entraîneur se poursuivant, de l'air est aspiré de l'en ceinte 17 du mécanisme à manivelle dans le coussin d'air 12.Du fait de la vitesse relativement élevée du piston entraîneur dans la partie médiane de sa course de retour et de la brièveté chronologique de cette course qui en résulte, ainsi que du fait de la section d'écoulement relativement faible du passage d'écoulement 78 de la soupape 30, le piston percuteur 5 est aspiré, pendant la course de retour, par le piston entraîneur se déplaçant vers la droite, La face frontale arrière du piston entraîneur pénètre alors dans une zone correspondant au point mort avant du piston entraîneur aligne pointillée 21)o Comme la course de retour du piston entraîneur se ralentit dans sa dernière phase et que le piston percuteur suit donc à plus grande vitesse, la dépression dans le coussin d'air 12 est annulée Ta soupape 30 se ferme donc sous l'action du ressort 33 et de la surpression se formant dans le coussin d'air. Au cours de la course d'aller du piston entraîneur qui succède, la soupape reste fermée sous 11 action du ressort 33 et de celle de la surpression qui se forme dans le coussin d'air 12 et qui inverse le sens de mouvement du piston percuteur et le projette sur la panne de la tige de l'outil. Le mouvement d'ouverture et de fermeture du corps de soupape 32 est aidé par sa masse à chaque inversion du sens de mouvement du piston entraîneur aux points morts avant et arrière. L'inîluence de cette masse est assez faible si, par exemple, le corps de soupape est en matière synthétique mais elle est assez grande dans le cas dtun corps de soupape métallique. Dans ce dernier cas, le ressort hélicoïdal 33 peut être supprimé, de sorte que la soupape s'ouvre au-début de la course de retour du piston entraîneur, > et qu'elle se ferme dans la phase ultime de ce mouvement de retour ou lors de l'inversion de mouvement du piston entraîneur au point mort arrière, uniquement du fait de la différence de pression entre les enceintes 12 et 17 et de l'inertie de la masse du corps de soupape La commande de la soupape en vue de la compensation des pertes d'air s'est révélée extrêmement insensible et permet des tolérances d'usinage assez grandes en particulier dans la zone de la tige de l'outil.Elle interdit en outre les collisions entre le piston percuteur et le piston entraîneur ;;; car, dans chaque cas, la soupape se ferme sous l'action de la surpression se formant dans le coussin d'air 12 dès avant une collision possible. 'augmentation du travail de percussion provient de ce que la compensation des pertes d'air dans le coussin d'air 12 ne s'effectue plus en grande partie par le dépassement d'un orifice de ventilation radial dans le cylindre de guidage 4 et est donc indépendante du chemin parcouru, nais qu'elle est déterminée de façon décisive par les conditions de pression dans le coussin d'air et qu'alle est commandée directement an donc tion de l'apparition d'une dépressi-onaans le coussin d'air 12 i3n particulier, la commande par soupape permet également une augmentation du nombre des percussions par unité de temps, de sorte que, même en cas de dépassement important de la tension du secteur, donc avec plus de 3 000 coups par minute, au-cune perturbation n'apparaît dans le déroulement des cycles de percussion. Enfin des essais ont prouvé que le démarrage d'un appareil à percussion, à commande de la compensation du coussin d'air par soupape, est nettement plus favorable et en particulier plus ménager de l'outil que le comportement des appareils usuels à percussion. Au démarrage en effet, l'appareil transmet d'abord des coups assez faibles qui atteindront ensuite rapidement et progressivement leur puissance maximale. Ceci permet à l'opéra- teur de s'adapter à des conditions de travail spécifiques en imposant à l'appareil des efforts assez réduits. REVENI) I CATI ONS 1.- Appareil travaillant par percussion, mû par moteur, pour le travail de la pierre, du béton, et de matériaux analogues-, dans lequel un piston entraîneur, articulé à un mécanisme à manivelle et guidé dans une portion de cylindre, fait osciller, par l'intermédiaire d'un coussin d'air rythmiquement comprimé, un corps percutant transmettant des coups à l'outil au rythme du mécanisme à manivelle, et dans lequel le coussin d'air, délimité sur ses faces frontales par les pistons entraîneur et percuteur, est mis périodiquement en communication avec une enceinte de l'appareil ou avec l'air libre, -pour la compensation des pertes d'air, par au moins une soupape s'ouvrant pendant la course de retour du piston entraîneur dès que la différence dépression entre les enceintes séparées l'une de'l'autre par la soupape, en cas de dépression dans le coussin d'air, dépasse une limite prédéterminée, caractérisé en ce que la surface latérale du cylindre, entourant le coussin d'air allant et venant à chaque phase du cycle de frappe, ne comporte pas d'orifices ou de rainures de ventilation, en ce que la soupape essentiellement commandée par la dépression dans le coussin d'air est disposée dans une face frontale, limitrophe du coussin d'air, d'un piston (piston entraîneur et/ou piston pèrcuteur), et en ce que l'écoulement à travers cette soupape est amorti de façon que le piston percuteur puisse être aspiré par le piston entraîneur effectuant sa course de retour. 2.- Appareil travaillant par percussion, selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pendant la course de retour du piston entraîneur, le corps de soupape, de masse presque nulle, peut être amené en position ouverte, contre la force d'un ressort, presque exclusivement par la différence de pression entre les enceintes séparées par la soupape. 5 Appareil travaillant par percussion, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps de soupape peut être amené en position d'ouverture ou de fermeture, en grande partie du fait de l'inertie de sa masse, lors de l'inversion du sens de déplacement du piston (entraîneur ou percuteur) portant la soupape. 4.- Appareil travaillant par percussion, selon une que lc on- que des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'une sou pape unique est disposée dans la face frontale du piston entrnî- neur guidé dans un cylindre immobile axialement, le corps de soupape de ladite soupape étant chargé par un ressort hélicoïdal sous tension préalable minimale. . Appareil travaillant par percussion, selon la revendication 4, caractérisé en ce que la soupape est insérée, sous forme d'un élément indépendant cage de soupape cylindrique, sous tension préalable dans un alésage de la paroi frontale du piston entraîneur, le siège de soupape étant constitué par un flasque interne de la cage de soupape. 60- Appareil travaillant par percussion, selon la revendication 4 ou la revendication 5, caractérisé en ce qutun ressort hélicoïdal chargeant le corps-de soupape de type champignon s appuie a' une goupille transversale logée dans des alésages ra dieux de la cage de soupape et limitant le déplacement axial du corps de soupape. 7.- Appareil travaillant par percussion, selon une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'ecoule- ment à travers la soupape est amorti par une réduction Xappropriée de la section transversale du passage d'écoulement. 80- appareil travaillant par percussion, selon une quelconque des revendications 1, c, 3, 4, 5 ou 7, caractérisé en ce que le corps de soupape est ue bille.-