Brevet FR2259677A1 — publié le 19750829

la présente invention concerne les dispositifs à percussion utilisés dans l'industrie minière et les travaux publics pour détruire des roches et d'autres matériaux, damer le sol, enfoncer des goujons, percer dans le sol des trous débouchants, et elle se rapporte plus précisément aux dispositifs à percussion dans lesquels on utilise une matière eombustible destinée à hêtre brdlée dans la chambre de combustion dudit dispositif pour déplacer l'élément percutant. Actuellement, on connait des dispositifs à percussion dont le carter renferme un boîtier et un élément percutant se déplaçant dans le corps en un mouvement rectiligne alternatif et comprenant une partie avant élargie et une partie arrière. La partie avant élargie de élément percutant forme, en commun avec le corps, une chambre d'amortissement, tandis que la partie arrière de l'élément percutant, qui s'engage dans le boîtier, forme dans celui-ci une chambre de combustion. Cette dernière est mise périodiquement en communication avec une source de la matière combustible pour que l'élément percutant puisse réaliser la course active, et avec le milieu extérieur pour permettre l'échappement des produits de combustion (voir par exemple le brevet d'invention n0 1813513 délivré aux Etats-Unis, cl. 123-7). Cependant, lesdits dispositifs à percussion sont caractérisés par une conception compliquée, comportent un grand nombre de pièces de masses différentes et mobiles l'une par rapport à l'autre, ce qui conduit à une usure rapide. Ainsi par exemple, ils comprennent un mécanisme d'allumage disposé sur son carter, avec une source de courant destinée à produire l'étincelle enflammant le mélange combustible dans la chambre de combustion. Le circuit de la source de courant est périodiquement fermé par l'une des pièces mobiles disposées sur l'élément percutant. Le mécanisme d'allumage doit satisfaire aux exigences sévères en ce qui concerne sa fiabilité et sa précision du fonctionnement. Toutefois, il est bien difficile de satisfaire auxdites exigences dans les dispositifs connus, qui fonctionnent en régime de percussion,, Outre l'usure naturelle, les pièces mobiles du mécanisme d'allumage sont soumises à l'usure provoquée par des efforts dynamiques élevés engendrés au cours du fonctionnement en régime de percussion. Il en résulte une détérioration rapide du mécanisme d'allumage, une production retardée de l'étincelle et un fonctionnement anormal du dispositif tout entier. Pour mettre le dispositif à percussion en action, il est nécessaire de prévoir des mécanismes complémentaires communiquant à l'élément percutant une impulsion suffisante pour comprimer et enflammer la matière combustible dans la chambre de combustion. En règle générale, les mécanismes destinés à mettre en marche le dispositif à percussion sont disposés directement dans le carter du dispositif. Dans les dispositifs à percussion connus, l'orifice à travers lequel s1 échappent les produits de combustion est percé soit dans la partie latérale, soit dans la partie frontale avant. De plus, la disposition des mécanismes d'allumage et de démarrage sur le carter des dispositifs en question conduit à une augmentation notable des cotes transversales de tout le dispositif, tandis que la disposition de l'orifice d'échappement sur la partie latérale ou sur la partie frontale avant du carter du dispositif rend impossible son utilisation pour la réalisation des puits débouchants. A l'heure actuelle on connaît des dispositifs à percussion pneumatiques destinés à former des puits débouchants. Cependant, il est impossible de réaliser cette operation seulement à l'aide de ce dispositif : il est nécessaire de faire appel, en outre, à un compresseur et à des moyens pour transporter ledit compresseur vers l'endroit de travail. Le but de la présente invention est de supprimer les inconvénients mentionnés. A cette fin, l'on s'est proposé de mettre au point un dispositif à percussion dans lequel la communication entre la chambre de combustion et la source de matière combustible serait conçue de manière à permettre de supprimer tous les mécanismes disposés sur la surface extérieure du dispositif en question, de réduire les dimensions du dispositif tout entier, y compris sa section transversale, et d'utiliser ce dispositif pour percer des puits débouchants. Ce problème est résolu grâce à un dispositif à percussion comportant un carter creux dans lequel sont logés un boîtier et un élément percutant réalisant un mouvement rectiligne alternatif et comprenant une partie avant élargie qui forme, avec la partie avant du carter, une chambre d'amortissement pour la course de retour de l'élément percutant, et une partie arrière formant, avec le carter, un espacement annulaire et s'engageant dans ledit boîtier pour former dans celui-ci, pendant le coulissement de l'élément percutant, une chambre de combustion fermée mise périodiqument en cornrmrnication avec une source de matière combustible pour assurer la course active de l'élément percutant à la suite de la combustion de ladite matière combustible, et avec le milieu extérieur pour l'échappement des produits résultant de la combustion, ledit dispositif étant caractérisé, suivant l'invention, en ce que le-boîtier est relié au carter de manière que son fond forme la face en bout dudit carter, dans lequel sont percés deux canaux débouchant sur ladite face en bout, dont l'un est relié à la source de matière combustible, et l'autre au milieu extérieur, et qui sont reliés à la chambre de combustion par l'intermédiaire de rainures taillées sur la surface latérale du bottier et rejoignant des ouvertures qui sont masquées périodiquement par la partie arrière de ilélément percutant pendant sa course de retour, pour séparer ainsi lesdits canaux de la chambre de combustion. Une telle-liaison du boîtier avec le carter et grâce aux canaux?eroe's dans le fond du carter, débouchant sur ladite face en bout du carter et mis en communication avec la chambre de combustion, on a réussi à effectuer l'amenée de la matière combustible et l'évacuation des gaz d'échappement de l'extrémité arrière du carter, ce qui a permis de supprimer les mécanismes disposés sur le carter et de réduire par conséquent les cotes transversales du dispositif à percussion. De plus, ladite liaison de la chambre de combustion avec le milieu extérieur et avec la source de matière combustible a permis de créer un dispositif extrêmerent simple et de l'utiliser pour percer dans le sol les trous débouchants. Ensuite, l'invention est caractérisée par le fait que l'ouverturc du boîtier qui est reliée par l'intermédiaire d'un canal à la source de matière combustible est réalisée plus petite et est plus éloignée du fond du boîtier que l'autre ouverture mise en cormunicatIon avec le milieu extérieur par l'intermédiaire de l'autre canal. Grâce aux dimensions différentes des ouvertures réalisées dans le boîtier et à la liaison de la plus petite ouverture avec la source de matière combustible, on obtient une avance de l'évacuation des gaz d'échappement à travers la plus grande ouverture et-une arrivée postérieure de-la matière combustible dans la chambre de combustion vidée à travers ladite petite ouverture, ce qui crée les meilleures conditions pour le fonctionnement normal du dispositif à percussion. En outre, l'invention est caractérisée par le fait que dans le boîtier sont ménagées une rainure longitudinale, reliant l'espacement annulaire à la source de matière combustible, et des fentes borgnes mises en communication avec l'espacement annulaire, le fond de chacune dElles étant disposé au niveau de celui des bords de la petite ouverture qui est le plus rapproché du fond du boîtier. Les fentes borgnes ménagées dans le boîtier et mettant en communication l'espacement annulaire avec la chambre de combustion assurent le refoulement complémentaire de la matière combustible depuis l'espacement annulaire vers la chambre de combustion pendant la course de retour de l'élément percutant, ce qui permet de remplir de matière combustible la chambre de combustion d'une manière parfaite. L'invention est aussi caractérisée par le fait que dans ledit espacement annulaire, sur la surface du carter, est taillée une rainure longitudinale dont la longueur est supérieure à celle de la partie élargie de l'élément percutant, afin de faire communiquer la chambre d'amortissement avec ledit espacement annulaire pendant la course de retour de l'élément percutant. Cette conception contribue au rétablissement de la pression dans la chambre d'amortissement et, par conséquent, au fonctionnéoent du dispositif à percussion pendant une longue période. Ainsi, les particularités mentionnées du dispositif à percussion assurent une conception extrêmement simple, compacte, un fonctionnement fiable et la possibilité d'utiliser le dispositif en question pour exécuter diveras,opérations, notamment pour percer des trous débouchants dans le sol, ledit dispositif faisant alors partie d'autres dispositifs, manuels ou portés, pour détruire des roches et d'autres matériaux, pour enfoncer des goujons, etc... Ci-après, l'invention est illustrée par la description d'un exemple non limitatif de réalisation du dispositif à percussion proposé, utilisé pour percer des puits débouchants dans le sol, avec références aux dessins annexés, qui représentent - la figure 1, une vue d'ensemble, en coupe longitudinale, du dispositif à percussion conforme à l'invention - la figure 2, une vue suivant la flèche A de la figure 1 - la figure 3, une vue en coupe suivantIII-III de la figure 1 - la figure 4, une vue en perspective axonométrique du boitier du dispositif, vu du côté de sa petite ouverture. Le dispositif à percussion conçu pour percer les puits débouchants comporte un carter cylindrique creux 1 (figure 1) pourvu d'une partie avant pointue. A l'intérieur du carter sont disposés un élément percutant 2 qui, en réalisant un mouvement rectiligne alternatif, accomplit une course active et une course de retour, et un boîtier 3 relié à la partie arrière du carter 1. A la partie avant du carter t, on peut percer un orifice pour y loger une tige pointue 4 favorisant le forage du puits. Un taraudage pour l'assemblage du boîtier 3 au carter t est ménagé sur la partie arrière du carter, du côté de son enceinte. Sur la surface latérale extérieure 5 du boîtier 3, au niveau de son fond 6, sont ménagés un filetage correspondant audit taraudage du carter, et des saillies 7 servant d'éléments de limitation lors du vissage du boîtier 3 dans le corps 1. Lorsque le boîtier 3 est vissé dans le carter t, lace extérieure 8 (figure 2) du fond 6 du boîtier forme la face en bout du carter 1, tandis que ltextrémité 9 du boîtier 3 (figure 1), opposée au fond 6, est logée dans l'enceinte du carter. L'élément percutant 2 comprend une partie avant élargie 10 et une partie arriere li dont le diamètre est inférieur à celui de la partie élargie 10. Un espacement annulaire 13 se forme alors entre la surface de la partie arrière il et la surface intérieure 12 du carter. la face en bout 54 de la partie arrière 11 est logée dans l'enceinte 15 (figure 3) du boîtier 3, ouverte à l'extrémité 9 de celui-ci. Pendant le mouvement rectiligne alternatif, la partie arrière 11 (figure 1) coulisse dans l'enceinte 15 dudit boîtier. Lorsque l'élément percutant se déplace dans le boîtier 3, il se forme, dans son enceinte 3, une chambre de combustion où est brulée la matière combustible assurant la course active de l'élément percutant 2. Ladite chambre est formée par la face en bout 14 de la partie arrière il, par ia surface 16 du fond 6, orientée vers l'extrémité 9 du boîtier, et par la surface latérale intérieure 17 du boîtier 3. Le diamètre de la partie élargie 10 de l'élément percutant est égal à celui de l'enceinte du carter 1. la partie avant dudit élément percutant comporte une partie conique 18. Entre la surface de celle-ci et la partie correspondante de la surface intérieure de la partie avant du carter 1 est formée une chambre d'amortissement 19 dans laquelle est comprimé un gaz pendant la course active de l'élément percutant, et où s'accumule l'énergie nécessaire pour assurer la course de retour de l'élément percutant. La paroi du fond 6 du boîtier est d'une grande épaisseur et percée de canaux 20, 21, le canal 20 débouchant sur la face extérieure 8 du fond 6 du boîtier, ctest-à-dire sur laface en bout du carter, pour assurer la communication avec le milieu extérieur et l'évacuation (échappement) des produits de combustion, tandis que le canal 21 est relié à la source de matière combustible par l'intermédiaire d'une tubulure 92. Cette source n'est pas représentée sur les figures. Il est possible d'utiliser à cet effet un ballon de gaz comprimé. La tubulure 22 est assemblée au boîtier 3 à l'aide de filetages 23 ménagés respectivement sur la surface extérieure de la tubulure ?2 et dans le canal 21. Les canaux 20 et 21 sont reliés à la chambre de combustion par des rainures 24 et 25 respectivement (figures 1 et 3), taillées sur la surface latérale extérieure 5 du boîtier 3, par des canaux inclinés, respectivement 26 et 27 (figure 1), percés dans le fond 6 du boîtier, et par des ouvertures, respectivement 28 et 29, percés dans le boîtier. Les rainures 24 et 25 rejoignent des ouvertures 28 et 29, respectivement. Les rainures 24 et 25 forment des canaux avec la surface intérieure 12 du carter 1. Pendant le déplacement de l'élément percutant 2 dans le boîtier 3, sa partie arrière Il masque périodiquement les ouvertures 28 et 29 pour séparer les canaux 20 et 21 de la chambre de combustion lors de la combustion de la matière combustible dans celle-ci. En comparaison de l'ouverture 28, l'ouverture 29, reliée au canal 21 et, par conséquent, à la source de matière combustible, est plus petite et plus éloignée de la surface 16 du fond 6. Sur la surface latérale extérieure 5 du boîtier est taillée une rainure 30 (figure 4) qui, avec la surface intérieure 12 (figure 1) du corps 1, forme un canal débouchant dans l'ouverture 29 et à l'extrémité 9 du boîtier pour relier l'espacement annulaire 13 à la source de matière combustible ou à l'espace exté. > ieur. - Des fentes borgnes 31 (figure 4) débouchant à l'extrémité boîtier pour relier l'espacement annulaire 13 à l'enceinte du du boîtier 3, sont taillées dans la m8me partie du boîtier 3. Le fond 32 de chaque fente borgne est disposé au niveau de celui des bords 33 de l'ouverture 29 qui est le plus rapproché de la surface 16 du fond 6. Du côté de l'enceinte 15 du boîtier, ledit bord 33 de l'ouverture 29 est arrondi, ce qui crée des conditions favorables à l'arrivée de la matière combustible dans l'enceinte 15. Sur la surface 12 (figure 1) du carter t est taillée une rainure longitudinale 34 qui est ouverte du côté de l'espacement annulaire 13 et dont la longueur dépassent la longueur de la partie élargie 10 de l'élément percutant 2. Elle sert à mettre périodiquement en communication la chambre d'amortissement 19 avec l'espacement annulaire t3 pendant la course de retour de l'élément percutant. Le dispositif à percussion proposé fonctionne de la manière suivante. Sur la figure 1, l'élément percutant 2 est représenté en position gauche, ctest-à-dire au moment où il frappe la tige 4 et commence sa course de retour. L'élément percutant 2 réalise sa course de retour sous l'action du gaz comprimé dans la chambre d'amortissement 19. Pendant le déplacement de l'élément percutant à droite, c 'est-à-dire lorsqu'il s'engage dans l'enceinte 15 du boîtier 3, sa partie arrière Il masque les ouvertures 28 et 29, en formant dans enceinte 15 une chambre de combustion, et ce, en isolant une partie de ltenceinte 15 du milieu extérieur. Au déplacement ultérieur de l'élément percutant 2 à droite, la matière combustible se trouvant dans la chambre de combustion est comprimée. En conséquence, elle s'échauffe et s'enflamme. De ce fait, le volume des gaz se trouvant dans la chambre de combustion croît de plusieurs fois et agit sur la partie arrière il de l'élément percutant, qui se déplace alors à gauche, ctest-à-dire réalise sa course active. Du fait que les ouvertures 28 et 29 sont de dimensions différentes et décalées l'une par rapport à l'autre, l'élément percutant-réalisant sa course active ouvre d'abord l'ouverture 28 et ensuite l'ouverture 29. Les'produits de combustion s'échappent de la chambre de combustion à l'atmosphère à travers l'ouverture 28, la rainure fil4, le canal incliné 26 et le canal 20. La matière combustible arrive dans l'enceinte 15 du boîtier 3 à travers la tubulure 22, le canal 21, le canal incliné 27, la rainure 75 et l'ouverture 29. L'élément percutant 2 vient frapper la tige 4 à la fin de sa course active, comprime le gaz dans la chambre d'amortissement 19, et le cycle recommence. La chambre d'amortissement 19 est reliée soit à l'espace extérieur par l'intermédiaire de la rainure longitudinale 34, de l'espacement annulaire 132 de la rainure 30, de la rainure 24, du canal incliné 26 et du canal 20, soit à la source de matière combustible à travers la rainure 25, le canal incliné 27 et le canal 21, ce qui est nécessaire pour rétablir la pression dans l'enceinte de la chambre 19. Un refoulement complémentaire de la matière combustible dans l'enceinte 15 du boîtier 3 se fait à travers les fentes borgnes 31 du boîtier 3 pendant la course active de ltélement percutant. Il en résulte une concentration élevée de la matière combustible dans l'enceinte 15 du boitier et une intensification du travail du dispositif à percussion. Pour démarrer le dispositif à percussion il faut opérer comme suit. On ramène l'-lément percutant à sa position gauche. A cet effet, il suffit de soulever l'extrémité droite du dispositif. En vue d'accélérer le déplacement de l'élément percutant à gauche il convient de faire sortir la tige 4 de l'orifice du carter. De ce fait, la chambre d'amortissement 19 est mise en communication avec l'atmosphère à travers l'orifice percé dans ledit carter. Ceci fait, on souffle dans l'enceinte t5 du boîtier 3 la matière combustible, par exemple à l'aide d'un injecteur (non représenté). La matière combustible est dirigé vers l'enceinte 15 par les bords arrondis 33 de l'ouverture 29 et par le chanfrein 35 ménagé sur la face en bout 14 de la partie arrière Il de l'élément percutant 2. Ensuite on déplace l'élément percutant jusqu'à une position intermédiaire, dans laquelle les ouvertures 28 et 29 sont fermées. Une pression à peu près égale à la pression atmosphérique su'tablait des deux côtés de l'élément percutant. Ensuite, on introduit la tige 4 dans l'orifice du carter 1. En secouant le dispositif longitudinalement, ou bien en frappant son carter, on déplace ltélémnnt percutant jusqu'à sa position de droite, pour créer une énergie suffisante pour comprimer et enflammer la matière combustible dans la chambre de combustion. Le dispositif proposé peut être également utilisé pour d'autres objectifs : il suffit alors de remplacer seulement la tige 4 par un autre outil opératoire approprie. Bien entendu, l'invention n1 est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituants des éauivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. R9VENDICATIONS 1. Dispositif à percussion, comportant un carter creux dans lequel est logé un boîtier et un éliment percutant réalisant un mouvement rectiligne alternatif et comprenant une partie avant élargie qui forme, avec la partie avant du -carter, une chambre d'amortissement pour la course de retour de l'élément percutant, et une partie arrière formant, avec le carter, un espacement annulaire et s'engageant dans le boîtier pour former dans celuici, pendant le coulissement ie l'élément percutant, une chambre de combustion fermée, mise périodiquement en communication avec une source de matière combustible pour assurer la course active de l'élément percutant à la suite de la combustion de ladite matière combustible, avec le milieu extérieur pour l'échappement des produits résultant de la combustion, caractérisé en ce que le boîtier est assemblé au carter de telle manière que son fond forme la face en bout dudit carter, dans lequel sont percés deux canaux 20 et 21 débouchant sur ladite face en bout, dont l'un est relié à la source de matière combustible, et l'autre, au milieu extérieur, et qui sont reliés à la chambre de combustion par l'intermé-diaire de rainures 25 et 24 taillées sur la surface latérale du boîtier et rejoignant des ouvertures 29 et 28 qui sont masquées périodiquement par la partie arrière de l'élément percutant pendant sa course de retour, pour séparer ainsi lesdits canaux de la chambre de combustion. 2. Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que l'ouverture 29 du boîtier, reliée à la source de matière combustible par le canal t, est plus petite et plus éloignée du fond du boltier que l'autre ouverture 28 reliée par le canal 20 au milieu extérieur. 3. Dispositif conforme à l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que dans le boîtier sont taillées une rainure longitudinale mettant en communication l'espacement annulaire précité avec la source de matière combustible, et des fentes borgnes reliées audit espacement annulaire, le fond de chacune desdites fentes étant disposé au niveau de celui des bords de la plus petite ouverture précitée qui est le plus rapproché du fond du boîtier. 4. Dispositif conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que dans l'espacement annulaire précité, sur la surface du carter, est taillée une rainure longitudinale, dont la longueur est supérieure à celle de la partie élargie de l'élément percutant, afin de relier périodiquement la chambre d'amortissement audit espacement annulaire pendant la course de retour de l'élément percutant.