Brevet FR2504439A1 — publié le 19821029

Matériau démolisseur hydraulique. La présente invention concerne un marteau hydraulique amélio- ré, et en particulier un marteau démolisseur, ou un marteau perforateur. Les travaux de démolition et de perforation sont aujourd'hui exécutés surtout au moyen de marteaux ayant un corps à double manche, une masse de percussion glissant à l'intérieur du corps sous l'action d'une poussée pneumatique dans le but de frapper un outil démolisseur sortant de l'extrémité inférieu- re du marteau Les marteaux de ce type exigent dans la pra- tique une source d'air comprimé, provenant en général d'un distributeur et, par conséquent, ils sont très bruyants en raison de leur structure et du bruit causé par le distribu- teur d'alimentation qui, d'autre part, exige d'encombrants blindages pour l'usage en ville On a déjà envisagé différen- tes réalisations de marteaux hydrauliques à même de remplacer les marteaux pneumatiques En effet, un marteau hydraulique, susceptible de donner les mêmes prestations qu'un marteau pneumatique de type conventionnel est souhaitable pour di- verses raisons parmi lesquelles on peut citer une réduction dans l'absorption de puissance due à l'augmentation du ren- dement des machines hydrauliques, un bruit réduit grace à l'absence d'expansion violente d'air comprimé, une durée de vie prolongée de ses éléments constitutifs intérieurs, qui sont très lubrifiés par l'huile hydraulique servant au fonc- tionnement, et encore un coût global réduit du groupe marteau- distributeur grace à la réduction de puissance installée et à l'absence de blindages coûteux contre le bruit, et enfin à l'utilisation possible, comme source de puissance, d'une ins- tallation hydraulique pour tracteurs, machines de travail du sol ou similaires, à la place d'un compresseur. Mais, jusqu'à présent, les marteaux hydrauliques ne sont pas utilisés à grande échelle en raison de la moindre souplesse du circuit hydraulique par rapport au circuit pneumatique, qui entraîne une fatigue considérable de l'opérateur, sur les bras duquel se déchargent en continu les chocs violents dûs aux contrecoups de la masse de percussion qui ne sont pas amortis par l'élasticité d'un fluide pneumatique. Il serait donc souhaitable d'avoir à disposition un marteau hydraulique qui puisse réduire la fatigue de l'opérateur et l'usure des pièces constitutives du marteau, dûes aux contre- coups incessants-de la masse de&percussion. La présente invention a donc pour but de fournir un marteau hydraulique amélioré par rapport aux marteaux hydrauliques déjà connus et, en particulier, elle est caractérisée par le fait que la masse de percussion donne lieu à la percussion seulement si le foret est pressé contre la surface à percer ou à démolir De cette façon, la fatigue de l'opérateur et l'usure du marteau sont réduits de façon considérable, étant donné qu'elles sont limitées aux périodes o le marteau est en fonctionnement actif. Le marteau démolisseur hydraulique selon l'invention, qui comprend une masse de percussion coulissant dans une chambre axiale du corps du marteau, afin de frapper un outil monté axialement sur le corps du marteau, est caractérisé par le fait que la masse de percussion est constituée par un élément cylindrique inférieur ayant une bague annulaire cylindrique du type à piston glissant en accouplement étanche avec le secteur supérieur de la chambre axiale, par le fait que dans un secteur moyen de cette chambre axiale est logée une soupape-tiroir pour l'écoulement d'huile dans les con- duites prévues dans la chambre axiale et par le fait encore que le marteau est équipé de moyens de démarrage et réglage de la fréquence de chocs de la masse. Une forme de réalisation préférée de l'invention est décrite ci-après, à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe axiale du marteau hydraulique selon l'invention, la masse de percussion étant au repos; la figure 2 est une vue du marteau hydraulique selon l'inven- tion, en coupe axiale, la masse étant dans la phase de mouve- ment ascendant; la figure 3 est une vue du marteau hydraulique selon l'inven- tion, toujours en coupe axiale, la masse étant dans la phase de mouvement descendant; la figure 4 est une vue frontale schématique du chariot équi- pé avec le marteau et les outils du circuit électrique. Selon la figure 1, un marteau hydraulique selon la présente invention comprend un corps 10 ayant une chambre axiale 12 de grande longueur, constituée substantiellement de cinq sec- tions cylindriques coaxiales de diamètres différents, dans laquelle coulisse la masse de percussion 16, afin de frapper le foret ou fleuret 17 de l'appareil. La masse de percussion comporte, dans sa partie inférieure, une bague annulaire cylindrique 11 de plus grand diamètre, coulissant à étanchéité en tant que piston dans la section 13 de la chambre axiale La partie supérieure 14 de la masse de percussion, cylindrique, coulisse à étanchéité dans la 2 04439 section supérieure de la chambre axiale et présente un rétré- cissement à rainure 18 ayant une section circulaire. Dans la section médiane 20 de la chambre axiale est logée une soupape à tiroir 19, équipée de saillies annulaires extérieu- res afin d'ouvrir et fermer les orifices d'accès/sortie de l'huile provenant du réservoir 21 (schématisé) et alimentée par l'ensemble pompe ( 22) moteur ( 23) A l'intérieur de la cavité supérieure de la soupape à tiroir 19 est logé un ressort hélicoïdal 25, comprimable élastiquement contre la paroi supérieure de la section 20 de la chambre axiale du tiroir 19, comme décrit ci-après Un dispositif de démarrage et de régulation 24, commandé par des manettes de commande 26, comprend un bouton 30 ayant une rainure 27 et soumis à la sollicitation élastique d'un ressort 28. A l'intérieur du marteau, on a prévu des conduites pour le passage de l'huile provenant du réservoir et en communication avec les différentes sections de la chambre axiale, selon la description plus détaillée qui suit. Le fond de la section 20 de la chambre axiale est en communi- cation, par une conduite 39, avec une chambre 9 de récupéra- tion des pertes d'huile, dans laquelle est logée une garni- ture étanche 40. Considérant la figure 1, la masse de percussion du marteau hydraulique selon l'invention est au repos, c'est-à-dire n'exerce plus aucune percussion sur le foret 17 On a déjà fait remarquer en effet qu'un des avantages de l'invention demeure dans le fait que la percussion n'a pas lieu sijle: foret n'est pas pressé contre la surface à percer Ainsi, au repos, la masse est appuyée sur le foret, sans se soule- ver ni se baisser pour le frapper. Ceci résulte de l'observation du parcours du fluide dans cette condition, à savoir le circuit libre à travers lequel 2 e O 44 39 l'huile peut passer Ce circuit est le suivant: l'huile, provenant de la pompe 22 monte dans la conduite 35, pénètre dans la section 31 de la chambre axiale dans laquelle débou- che la conduite D'ici, à travers la conduite 37, l'huile passe à l'intérieur de la cavité de la soupape à tiroir 19 et, par l'orifice de cette dernière, revient au réservoir 21. Une certaine partie de l'huile qui monte dans la conduite 35, de même, peut pénétrer dans la partie inférieure de la sec- tion 20 de la chambre axiale, et de là, par la conduite 33, passer dans la section 13 de cette chambre, en exerçant une certaine pression sur la surface inférieure du piston 11. Cette pression est toutefois réduite au minimum, car son échappement a lieu surtout de la façon suivante: la pression s'exerçant sur la face inférieure du piston 11 est contre- balancée par la pression exercée sur la face supérieure du piston par l'huile provenant de l'orifice de la soupape à tiroir 19 à travers la conduite 34, selon les flèches. Par conséquent, la masse de percussion est stable, c'est-à- dire qu'elle n'est sollicitée ni à monter ni à descendre dans la chambre axiale En d'autres termes, le foret de l'appareil n'est pas frappé. La figure 2 se rapporte au contraire à la condition dans la- quelle l'opérateur appuie le foret sur la surface à percer, la couronne 32 qui présente le foret étant poussée contre la surface inférieure 8 du corps du marteau Il en résulte la montée de la masse de percussion dans la chambre axiale d'une course suffisante pour fermer, au moyen de la partie supérieure 14 de cette masse, l'orifice d'accès dans la sec- tion 31 de la conduite d'huile 35 Par rapport à la situation de la figure 1, l'huile,provenant de la pompe par la conduite , ne peut pas pénétrer dans la partie supérieure de la chambre axiale, mais seulement dans la partie inférieure de sa section 20 L'huile s'écoule le long du fourreau extérieur de la soupape 19, passe dans la conduite 33 et, de là, par- vient au fond de la section 13 de la chambre axiale Sur la face inférieure du piston 11 se produit alors une force con- sidérable due à la pression de l'huile et la masse est solli- citée à monter. D'autre part, le fluide présent dans la section 13 de la chambre axiale, au-dessus du piston 11, est envoyé dans la conduite 34 et, de là, dans la partie supérieure de la sec- tion 20 de la chambre axiale En circulant autour de l'enve- loppe extérieure de la soupape 19 et/ou en traversant la soupape, l'huile parvient à la conduite de retour 36 et revient au réservoir. De même, le fluide présent dans la section 31 de la chambre axiale est poussé par la masse de percussion à s'écouler par la conduite 37 en communication avec l'intérieur de la valve 19 pour s'échapper ensuite par la conduite 36. Par conséquent, la masse de percussion va continuer sa montée jusqu'à ce que la rainure 18, prévue dans sa partie supérieu- re 14 vienne s'aligner avec l'embouchure de la conduite 35 dans la section supérieure 31 de la chambre axiale, selon la figure 3 De cette façon, l'huile passe à travers cette rai- nure 18 et, par la conduite 38, entre dans la partie supé- rieure de la section 20 de la chambre axiale, en exerçant une force dirigée du bas en haut sur la soupape à tiroir 19, laquelle présente un collet supérieur en contact étanche avec cette section de la chambre axiale. Il en résulte que la soupape à tiroir est poussée contre la voûte supérieure de la section 20, contre la force élastique du ressort 25 La soupape tiroir étant dans cette position, les orifices de passage de l'huile à la conduite 33 sont fermés, alors que les orifices admettant l'huile à la con- duite 34 sont au contraire ouverts La direction d'écoulement de l'huile dans la conduite 34 est alors inversée par rapport à la situation de la figuré 2, c'est-à-dire que le flux de -Sz O 4439 l'huile qui était ascendant en 34 est maintenant descendant, de sorte que la pression de l'huile s'exerce maintenant sur la face supérieure du piston 11, et la masse de percussion est poussée vers le bas pour frapper le foret 17. En fin de course, et le foret étant toujours appuyé contre la surface à percer, la disposition des pièces en mouvement du marteau hydraulique selon la présente invention sera à nouveau celle montrée sur la figure 2; la soupape à tiroir 19 sera dans sa position d'appui contre la base de la section de la chambre axiale. Cela est dél au fait que l'huile qui la maintenait soulevée, peut maintenant se décharger dans la section supérieure de la chambre axiale par la conduite 38 dont l'orifice d'accès au secteur 31 n'est plus obstrué N'étant donc pas sollicitée vers le haut, la valve-tiroir 19 revient à la disposition de la figure 2, ouvrant les orifices permettant au fluide d'arriver à la base de la section 13 de la chambre axiale, de sorte que la pression de l'huile peut s'exercer à nouveau sur la surface inférieure du piston 11, de façon à faire monter la masse Les cycles correspondants aux figures 2 et 3 se répètent alternativement, tant que la couronne 32 est pressée sur la surface inférieure du marteau. Un avantage considérable du marteau hydraulique selon la présente invention est dû au fait que la masse de percussion exerce l'action de percussion sur le foret jusqu'au percement de la surface à démolir, mais une fois que cette surface a cédé et qu'elle n'oppose ainsi plus aucune résistance à la percussion du foret, l'appareil revient immédiatement dans la position montrée sur la figure 1, à savoir sans percussion et sans fatigue de l'opérateur ni détérioration des parties du marteau. Un autre important avantage du marteau hydraulique selon l'invention réside dans la possibilité de régler la fréquence 2 c 04439 de choc de la masse de percussion sur le foret Les marteaux hydrauliques connus jusqu'à présent ne fournissent que la possibilité d'ouvrir et de fermer le circuit de l'huile hy- draulique, ils n'ont aucune régulation intermédiaire. Le marteau hydraulique selon l'invention permet de réaliser de tels réglages intermédiaires. En effet, la rainure 27 du dispositif de réglage 24 peut être complètement ou partiellement placée en vis-à-vis de la con- duite verticale 29, donnant lieu au circuit alternatif de by-pass pour l'huile, par rapport au circuit de la conduite Ainsi, la pression de l'huile dans le circuit principal est réduite, tout en permettant un retour partiel de l'huile directement dans le réservoir par le by-pass 29, ce qui réduit en conséquence la fréquence de choc de la masse sur le foret. Comme vu sur les dessins, dans le but d'illustrer un autre avantage de l'invention, afin d'améliorer les prestations des marteaux de dimensions encombrantes, un accumulateur à membrane 42 est placé à l'extérieur de la chambre 31 dans la direction axiale de cette dernière, l'accumulateur étant en communication avec la chambre par la conduite intérieure 41. Il a le but d'éviter des pulsations dangereuses aux condui- tes flexibles de retour d'huile 69, qui seront décrites en- suite (voir figure 4), sa membrane 43 prenant une position incurvée vers le bas en condition de repos du foret 17, figure 1, et une position incurvée vers le haut dans la con- dition d'opération du foret 17, figure 3. Un autre accumulateur à membrane 44 est en communication, par une conduite 45, avec la soupape à tiroir 19, dans le but d'augmenter la puissance de la force de percussion de la masse 15 sous l'effet de l'huile présente dans la conduite 7 ; en effet, l'huile y est introduite dans la phase de mon- tée de la masse et au contraire s'en échappe au cours de là descente, produisant des incurvations correspondantes oppo- sées de la membrane 46. En se référant à la figure 4, 47 est un chariot équipé d'un marteau démolisseur selon l'invention, avec son circuit et ses équipements, ainsi que son moteur de démarrage. Ce chariot 47 comprend un ch&ssis 48, sur les côtés duquel est montée une paire de roues 49 avec des pneus, un bras 50 équipé à son extrémité d'un élément élastique 51 d'appui sur le terrain, actif dans la phase de stationnement, ainsi qu'un autre bras 52 présentant à son extrémité un raccord à oeillet 53 pour l'accrochement du chariot à une remorque dans la phase de déplacement. Sur le châssis 48 du chariot est monté un moteur à combustion interne 54, dont la rotation de l'arbre primaire 55, ayant un joint élastique 56, est à mrmoe de produire la pression d'huile nécessaire à la réalisation du cycle actif du marteau démo- lisseur. Ceci a lieu au moyen de la pompe aspirante à engrenages 57, ayant un reniflard 58, le tout placé sur la conduite de refoulement 59. L'arbre moteur 55 est équipé en amont d'un ventilateur 60 pour refroidir le radiateur d'huile 61, placé sous le réser- voir 62, muni d'un bouchon de remplissage 63 et d'un filtre 64. Selon la caractéristique spécifique de l'invention, le cir- cuit hydraulique est essentiellement constitué du petit tube reliant le réservoir 62 et un thermostat 66, connu, à champignon 67. Ce thermostat 65 est raccordé, dans sa partie inférieure, au radiateur 61, au moyen du petit tube 68 débouchant dans un 2 c% 4439 conduit 66 a, à son tour raccordé au reniflard 58; le thermos- tat 66 est également raccordé à la conduite de retour de l'huile 69. Selon une autre caractéristique de l'invention, une soupape 73 à pointeau 71 et r e S S o r t cylindrique hélicoïdal 72 est montée,entre les deux conduites 59 et 69, par l'inter- médiaire d'un petit tube 70. Cette soupape 73 se raccorde au régulateur automatique indi- qué dans son ensemble en 74 par un petit tube coudé 75, de diamètre réduit par rapport aux précédents Le régulateur comprend un petit piston 76, dont la tête 77 est en contact avec la vis de réglage minimum 78, tandis qu'en haut est pla- cée la vis repère maximum 79. En outre, la tête 77 du petit piston est reliée par un câble avec un petit ressort hélicoïdal 81 articulé sur le le- vier de l'accélérateur 82, à son tour placé sur le moteur endothermique 54. Les deux dispositifs nouveaux, mis en évidence dans les cir- cuits, fonctionnent comme suit: le moteur 54 ainsi que la pompe aspirante 57 étant mis en marche, le fluide est envoyé au marteau par la conduite de refoulement 59, le cycle se terminant normalement par le retour du fluide par la conduite 69, puis par le petit tube 65 ou 66 a. Au cas o la température de l'huile augmente de façon exces- sive, la tête à champignon 67 du thermostat 66, grâce à la sensibilité de ce dernier, se déplace par translation et obture la conduite 66 a, interrompant le cycle normal de l'huile en le poussant exclusivement et immédiatement au réservoir 62 et ensuite au radiateur de refroidissement 61. Naturellement, à défaut de pression, le moteur 54 est au minimum de tours et, au contraire, si le marteau est en ac- tion dans la conduite de refoulèiuent 59, la pression dans 3 o 4 439 le circuit va augmenter. Par conséquent, l'huile présente dans la conduite 75 soulève le petit piston 76, dont la tête 77, se déplaçant vers le haut, déplace le cable 80 contre l'action du ressort 81 et déplace en conséquence le levier accélérateur 82 au maximum de tours pour le moteur 54. Ainsi, en agissant sur la vis 79 et, en conséquence, sur le levier accélérateur 82, on peut établir le régime maximum de tours du moteur endothermique 54, en fonction de la pression dans le circuit hydraulique de refoulement et on peut donc déterminer le débit de la pompe 57, aussi bien que la vitesse relative de percussion du marteau démolisseur. Si le marteau n'est pas en action, il n'est pas nécessaire d'avoir de la pression dans le circuit hydraulique et le moteur 54 marche au minimum On obtient par conséquent un bruit réduit de l'appareil, une économie de combustible du moteur et une réduction des gaz d'échappement, ce qui se traduit également par une amélioration du point de vue éco- logique. 2 U;QA 439 Revendications. 1 Marteau démolisseur hydraulique ayant une masse de per- cussion coulissant dans une chambre axiale du corps du mar- teau afin de frapper un outil monté axialement sur ce corps, caractérisé par le fait que la masse de percussion comprend une partie cylindrique inférieure ( 16) ayant une bague annu- laire cylindrique ( 11) du type à piston, coulissant à étan- chéité dans une section ( 13) de la chambre axiale, et par une partie cylindrique supérieure ( 14) réunie à la partie inférieure en corps unique, et présentant une rainure annu- laire, montée coulissante à étanchéité dans une section supé- rieure ( 31) de la chambre axiale, cette dernière présentant en outre une section médiane ( 20) dans laquelle est placée une soupape à tiroir ( 19) pour l'écoulement de l'huile dans les conduites prévues dans le corps du marteau et débouchant dans les différentes sections de la chambre axiale. 2 Marteau démolisseur hydraulique selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'un dispositif ( 24) de démarrage et de réglage de la fréquence de choc de la masse battante est prévu sur le marteau. 3 Marteau démolisseur hydraulique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que la soupape à tiroir ( 19) est un cylindre creux ayant sur sa surface extérieure deux rainures circulaires ainsi qu'un collet circulaire supérieur pour coulisser à étanchéité dans la section médiane ( 20) de la chambre axiale, et par le fait que dans ces rainures on a prévu deux orifices pour le passage de l'huile. 4 Marteau démolisseur hydraulique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que dans la section inférieure ( 13) de la chambre axiale, dans laquelle glisse le piston ( 11), on a prévu deux orifices dans les parties supérieure et inférieure de ce secteur, à partir desquels les conduites de circulation d'huile 2 c 4439 ( 33, 34) vont à la section médiane ( 20) de la chambre axiale dans laquelle est logée la soupape à tiroir ( 19). Marteau démolisseur hydraulique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la section supérieure ( 14) de la chambre axiale est en communication avec a) la conduite ( 35) d'alimentation en huile de la pompe ( 22); b) la section médiane ( 20) de la chambre axiale logeant la soupape à tiroir ( 19), soit par l'intermédiaire de deux con- duites ( 38) se rejoignant avant de déboucher dans la section médiane ( 20) de la chambre axiale, soit par l'intermédiaire d'une conduite ( 37) partant de l'extrémité supérieure de la section supérieure ( 14) de la chambre axiale et débouchant à l'extrémité supérieure de la section moyenne ( 20) de la chambre axiale. 6 Marteau démolisseur hydraulique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la section ( 20) de la chambre axiale logeant la soupape à tiroir ( 19) a deux orifices sur sa paroi cylindrique, l'une pour l'entrée de l'huile provenant de la pompe ( 22) et l'autre, pour la sortie de l'huile vers le réservoir ( 21) ainsi qu'une- sortie pour une conduite ( 39) de communication avec une cham- bre ( 9) de récupération des pertes d'huile dans laquelle est logée une garniture étanche ( 40) contre la partie inférieure de la masse de percussion. 7 Marteau démolisseur hydraulique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'outil ( 17) monté axialement sur le corps du marteau porte une couronne ( 32) constituant une butée contre la surface in- férieure ( 8) du corps, cette couronne étant disposée à une hauteur telle que lorsqu'elle est en butée contre la surface inférieure du corps, la masse de percussion obstruant l'ori- 2 e O 4439 fice d'entrée de l'huile dans la section supérieure ( 14) de la chambre axiale. 8 Marteau démolisseur hydraulique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le réglage de la fréquence de choc est réalisé au moyen d'un dispositif ( 24) ouvrant et fermant, complètement ou partielle- ment, un circuit de by-pass ( 29) pour l'huile, ce dispositif étant constitué par un bouton ( 30) présentant une rainure ( 27), soumis à l'action d'un ressort ( 28) s'opposant à la pression exercée par un levier de commande ( 26). 9 Marteau démolisseur hydraulique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'on a prévu un circuit hydraulique pour la commande du foret comprenant une soupape thermostatiquement active dans le cir- cuit de l'huile, et un régulateur automatique ( 74) pour le régime maximum du moteur endothermique, fournissant la pres- sion d'huile nécessaire en fonction de la valeur de la pres- sion dans la phase de refoulement. Marteau démolisseur hydraulique selon la revendication 9, caractérisé par le fait que le régulateur automatique ( 74) agit par translation d'un petit piston ( 76) qu'il comprend pour une course délimitée entre les régimes minimum et maxi- mum du moteur endothermique ( 54). 11 Marteau démolisseur hydraulique selon la revendication , caractérisé par le fait que le petit piston( 76) se déplace suite à l'augmentation de pression du circuit hydraulique en déplaçant un câble ( 80) contre l'action d'un ressort ( 81). 12 Marteau démolisseur hydraulique selon la revendication 11, caractérisé par le fait que le ressort ( 81) est articulé sur le levier de l'accélérateur ( 82) monté directement sur le moteur endothermique ( 54). 2 Ir O 4439 13 Marteau démolisseur hydraulique selon les revendications précédentes,-caractérisé par le fait qu'il comporte des accu- mulateurs à membrane ( 42, 44).