Brevet FR2460185A1 — publié le 19810123

La présente invention concerne une machine hydraulique à percussion avec un corps contenant des tubulures et des soupapes hydrauliques, cette machine à percussion disposant d'un accumulateur de pression hydrau- lique rempli de gaz pour emmagasiner l'énergie qui accélé- rera le piston pour frapper contre l'outil. On connaît dans la technique antérieure des machines à percussion dans lesquelles le piston qui frappe l'outil est animé hydrauliquement d'un mouvement alterna- tif et o l'énergie d'impact est emmagasinée dans un accumulateur haute pression. Dans la machine à percussion du brevet américain 3.965.799, l'accumulateur haute pression communique directement avec le conduit haute pression et il est relié en parallèle avec le volume sous haute pression, la pression qui y règne soulevant alors le piston vers le haut. Le piston est entouré par un moyen distributeur qui se déplace dans le même sens que le piston et qui relie l'espace se trouvant au-dessus du piston alternativement avec le conduit haute pression et le passage de retour. De plus, il y a un décompresseur dans la partie supérieure du piston, décompresseur qui sert de vanne de commande et dont le but est d'empêcher que le mouvement de choc ne commence avant que le piston ait atteint sa position supérieure. Lorsque le piston, se trouvant dans sa position supérieure, s'est arrêté contre l'amortisseur de position terminale, tandis que la soupape de commande de pression reste fermée en permanence, la pression commence à augmenter dans l'accumulateur haute pression jusqu'à ce que la pression ouvre la soupape de commande de pression. Le fluide est alors admis à pénétrer à travers le décompresseur dans le piston vers le moyen distributeur et le soulève en position de frappe; ainsi, le fluide à haute pression peut s'écouler à partir de la canalisation haute pression et de l'accumulateur haute pression pour pénétrer dans l'espace au-dessus du piston, et par suite le piston commence sa course de frappe. Cet appareil a pour inconvénient l'obligation de prévoir la canalisation allant de la soupape de com- mande de pression au moyen distributeur exactement à 2460 185 travers le décompresseur dans la soupape. Le décompres- seur et les rainures associées dans le corps, ne font que compliquer la réalisation. En outre, le risque existe que la soupape de commande de pression ne s'ouvre en fait avant que le piston ne soit parvenu dans sa position supé- rieure pour ouvrir le chemin au fluide sous pression vers le moyen distributeur. Lorsque cela se produit, un sur- plus d'énergie est emmagasiné dans l'accumulateur haute pression et, après que le piston est monté, il en résulte un choc excessivement puissant et une surcharge de la machine. Cela risque d'endommager les structures de la machine. De plus, si l'on avait totalement omis dans cette réalisation la soupape de commande de pression, on aurait réduit la gamme de fonctionnement de la machine, ce qui constitue évidemment un inconvénient capital. Il existe aussi un autre inconvénient de la machine en per- cussion en question, c'est le rebondissement de l'énergie de l'outil, énergie que l'on ne peut en aucun cas récu- pérer; elle est convertie à la fois en chaleur et en tensions mécaniques qui agissent sur les structures de la machine. En outre, toujours par la faute de la concep- tion, la canalisation de retour est soumise à des crêtes de haute tension. Dans la machine à percussion décrite dans le brevet américain no 4.034. 817, on utilise un accumulateur de jMression purement pneumatique pour obtenir l'énergie d'impact. L'inconvénient est ici la nécessité d'un réser- voir sous pression supplémentaire, qui est monté séparé- ment de la machine à percussion proprement dite. De plus, pour relier le réservoir à la machine à percussion, on est forcé d'utiliser un tube pneumatique supplémentaire. Un autre inconvénient difficile à éliminer est le problè- me d'étanchéité entre l'accumulateur haute pression et les volumes hydrauliques. Tous ces inconvénients compro- mettent la fiabilité en service et impliquent davantage de travail de maintenance tout en augmentant la complexi- té de la machine. La présente invention a pour but d'éliminer les inconvénients mentionnés et de permettre de disposer 2 4 6 0 1 8 5 d'une machine à percussion fiable et à action positive. La machine à percussion de l'invention est caractérisée par le fait qu'elle comporte un circuit hydraulique séparé normalisant l'impact, grâce auquel la course du piston est indépendante de la pression du fluide dans la canalisation haute pression qui alimente la ma- chine et du débit volumétrique. L'avantage en est que la frappe est de valeur toujours constante, quel que soit le type de machine de base à laquelle la machine à percussion a été reliée. Cela a pour conséquence parti- culièrement importante que la machine à percussion fonc- tionnera exactement comme prévu quelles que soient les différentes machines de base. Cette construction permet d'obtenir une machine à percussion fiable et assurée d'une longue durée de vie, sans oublier une gamme de fonc- tionnement plus étendue pour la machine à percussion. Suivant une caractéristique de réalisation de l'invention, l'accumulateur hydraulique de pression ser- vant de réservoir d'énergie est indirectement relié à la canalisation sous pression alimentant la machine. L'avan- tage tient dans le fait que les variations de pression qui se produisent dans la canalisation sous pression n'af- fectent pas le stockage de l'énergie emmagasinée dans l'accumulateur de pression; au contraire, l'énergie reste absolument constante. Suivant une autre caractéristique de rWéalisation de l'invention, l'accumulateur de pression hydraulique qui sert de réservoir d'énergie est relié au circuit actif par une soupape indépendante de ce dernier. Suivant une autre caractéristique de réalisa- tion de l'invention, la soupape principale est commandée par la position du piston. Cela présente l'avantage que la longueur de la course est toujours identique pendant tout le fonctionnement parce que la commande est fonction de la position et non de la pression. Un flux volumétri- que plus important ne fera que provoquer une montée plus rapide du piston, c'est-à-dire que la fréquence de frappe augmentera, mais la longueur de la course et la force d'impact (coup) resteront constantes. 2460 185 Suivant une autre caractéristique avantageuse de réalisation de l'invention, l'accumulateur de pression hydraulique est toujours en communication directe avec la face supérieure du piston et par suite l'accumulateur de pression récupère l'énergie cinétique du piston qui rebondit depuis l'outil. L'avantage est alors le fait que l'énergie de rebondissement n'est pas perdue et qu'elle ne donne lieu à aucune tension mécanique ou thermique en d'autres endroits de la construction. Un exemple de ten- sion mécanique sera par exemple une crête de pression chargeant les structures du corps ou la canalisation de retour. Suivant une autre caractéristique favorable de réalisation de l'invention, lorsque le piston s'arrête à la fin de son mouvement de retour, il envoie son éner- gie cinétique à l'accumulateur de pression hydraulique. Cela présente l'avantage de ne pas gaspiller cette éner- gie sous forme de chaleur. Suivant une autre caractéristique favorable de réalisation de l'invention, la machine, pour éviter des courses répétées à vide, est équipée d'un circuit de prévention qui relie le volume sous pression à la canali- sation de retour si le piston frappe contre l'amortisseur de fin de course. L'avantage tient là dans la diminution des tensions mécaniques. L'invention sera décrite ci-dessous plus en détail en se référant à un mode de réalisation de la machine à percussion de l'invention, représenté en coupe dans le dessin annexé. La machine à percussion comprend les princi- paux éléments suivants: un châssis de base 1, un accumu- lateur hydraulique à remplissage à gaz 2, un piston 3 frappant contre l'outil 4, et un circuit séparé hydrauli- que de normalisation de course.5, qui comprend les tubu- lures hydrauliques 21, 22, 23 et 24, et une soupape de commande de pression 16 avec un corps de soupape et un règlage de soupape. De plus, les principaux éléments comportent un circuit de fonctionnement hydraulique 30 composé de la canalisation haute pression 6, de la soupape principale 8, de la tubulure haute pression 7, des tubu- lures de pression de commande 13, 14 et de la tubulure 15. Le cycle de fonctionnement de la machine à percussion est décrit ci-dessous. A partir de la canali- sation haute pression 6, le fluide s'écoule à travers la tubulure haute pression 7 et à travers la soupape 8, au- dessous de la partie bombée 17 du piston dans le volume sous pression 11. Le fluide sous pression pousse alors le piston 3 vers le haut, et le piston 3, par sa face supé- rieure 9, pousse le fluide dans l'espace pour liquide 29 de l'accumulateur basse pression 2. L'espace pour liquide 29 et l'enceinte à gaz 28 de l'accumulateur haute pression ont été séparés par un diaphragme 27. Le fluide étant refoulé dans l'enceinte à liquide 29, le gaz est comprimé et emmagasine donc de l'énergie. De plus, le piston grâce à l'épaulement supé- rieur 18 de sa partie bombée 17, refoule le fluide à travers la tubulure 15 vers la soupape principale 8, de sorte que le fluide passe dans la canalisation de retour 12. Une fois que le piston 3 a atteint sa position supé- rieure, une communication s'établit à travers la canali- sation de pression de commande 13 vers la soupape princi- pale 8, le tiroir 25 de cette soupape se déplaçant en position de percussion. Le tiroir 25 envoie alors égale- ment le fluide sous haute pression dans l'enceinte se trouvant au-dessus de la partie bombée 17 du piston dans le volume 19 à travers la tubulure 15, ce qui ferme la canalisation de retour 12. Le piston, ayant maintenant une charge différentielle, commence sa course et le fluide provenant de la canalisation haute pression 6 s'écoule au-dessus de la partie bombée 17 du piston par la tubulure 15. De plus, le fluide s'écoule depuis l'em- placement situé au-dessous de la partie bombée 17 du piston et à travers la tubulure haute pression 7, à tra- vers la soupape 8 dans la tubulure 15 par l'intermédiai- re de la soupape 8, et par conséquent parvient au-dessus de la partie bombée 17 dans le volume 19. Cependant, le piston 3 reçoit la majeure partie de son énergie de choc de l'accumulateur haute pression 2, le fluide qui s'é- coule de son enceinte à liquide 29 à travers les tubulu- res 20 vers l'enceinte 26 au-dessus du piston, poussant le piston 3 vers le bas sous l'effet de son action sur sa face supérieure 9. Après que le piston aura commencé sa course descendante, la tubulure de pression de commande 13 se refermera, mais le tiroir 25 de la soupape 8 reste- ra encore dans la position de frappe jusqu'à ce que la face supérieure 9 du piston, se trouvant presque à la fin de sa course, ouvre la seconde tubulure de pression de commande 14, et que le fluide puisse ainsi s'écouler depuis la soupape 8 dans l'enceinte basse pression 26 sur le dessus du piston. L'autre extrémité de la soupape 8 est reliée en permanence à la canalisation haute pression 6 et provoque par suite le retour en arrière du tiroir 25. Le cycle de fonctionnement peut alors recommencer. La soupape de pression de commande 16 a pour but de contrôler la pression dans l'enceinte à liquide 29 de l'accumulateur basse pression 2. Si, en fin de course, la pression tombe au-dessous de la limite qui a été fixée, la soupape de pression de commande 16 ouvrira le passage 24 vers la canalisation haute pression et le fluide s'écoulera de cette dernière dans l'enceinte à liquide 29 de l'accumulateur de pression, augmentant sa pression. Si à nouveau la pression s'élève exagérément dans l'accumulateur basse pression 2 lorsque le piston s'élève, la soupape de pression de commande 16 ouvrira le passage 23 vers la canalisation de retour 12, abaissant ainsi la pression dans l'enceinte à liquide 29 de l'accu- mulateur basse pression. Le circuit de prévention 10 a pour but d'empêcher toutes courses répétées à vide, ce qui pourrait se produire par exemple si l'outil, au lieu de frapper l'objet, frappait dans l'air par exemple. Dans ce cas là, lorsque la résistance de l'objet frappé disparaît, le piston effectuera une course légèrement plus longue que la normale, et srarrêtera contre l'amor- tisseur de fin de course 31, la conséquence étant que le bord supérieur 18 de la partie bombée 17 du piston 3 ouvre le circuit de prévention 10 pour communiquer avec le volume 19 se trouvant au-dessus de la partie bombée 2460 18 5 17 du piston, et le fluide sous pression sera admis dans cette enceinte. Le piston est alors arrêté dans sa posi- tion extrême basse et aucune course répétée à vide n'est plus possible. Lorsque l'on désire débloquer le piston de sa position verrouillée, il suffit de presser l'outil contre un objet fixe, par exemple contre une pierre, ce qui soulèvera suffisamment le piston 3 pour provoquer la fermeture du circuit de prévention 10 sous l'action du bord supérieur 18 de la partie bombée 17. Le cycle de fonctionnement normal pourra alors redémarrer. Un homme du métier comprendra aisément que les différentes versions de l'invention ne sont pas limitées à l'exemple présenté ci-dessus et qu'elles peuvent varier? sans sortir du cadre de l'invention. -8 R E V E N D I C A T I 0 N S 1.- Machine à percussion hydraulique avec un élément de corps (1) comportant des tubulures et des sou- papes hydrauliques (8,16) et un accumulateur (2) de pres- sion hydraulique à remplissage à gaz pour emmagasiner l'é- nergie de choc qui accélère un piston (3) de façon à lui faire frapper un outil (4), caractérisée en ce que la ma- chine à percussion comporte un circuit (5) séparé hydrau- lique de normalisation de course, grâce auquel la course du piston est indépendante de la pression du liquide dans la canalisation haute pression (6) qui alimente la machine et du flux volumétrique. 2.- Machine à percussion selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'accumulateur (2) de pression hydraulique fonctionnant comme réservoir d'énergie est reliée indirectement à la canalisation haute pression (6) qui alimente la machine. 3.- Machine à percussion selon les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que l'accumulateur de pression hydraulique (2) servant de réservoir d'énergie est relié, par l'intermédiaire d'une soupape (16) indépendante du circuit de fonctionnement (3) au circuit de fonctionnement (30). 4.- Machine à percussion selon l'une quelconque des revendications 1 à 3,caractérisée en ce que la soupape principale (8) est commandée par la position du piston (3). 5.- Machine à percussion selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'accumu- lateur haute pression est toujours en liaison directe avec la face supérieure (9) du piston, de sorte que l'accumula- teur de pression récupére l'énergie cinétique du piston (3) qui rebondit depuis l'outil. 6.- Machine à percussion selon l'une quelconque des revendications 1 à 5,caractérisée en ce qu'elle contient, pour empêcher toutes courses à vide répétées, un circuit de prévention (10) qui relie le volume sous pression (11) à la canalisation de retour (12) lorsque le piston frappe contre l'amortisseur de fin de course (31).