Brevet FR2511289A1 — publié le 19830218

La présente invention concerne un marteau perforateur comportant un cylindre de guidage pour le mécanisme de percussion ainsi qu'un tube de guidage servant à recevoir un porte-outil et à assurer la transmission du mouvement de rotation à un outil monté dans le porte-outil, une bouterolle servant à transmettre le mouvement de percussion à l'outil étant montée de façon à pouvoir coulisser axialement dans le tube de guidage. On utilise à l'heure actuelle à grande échelle des marteaux perforateurs, c'est-à-dire des appareils dans lesquels un mouvement de rotation et un mouvement de percussion sont transmis à un outil de forage, notamment dans le domaine de la construction et des travaux d'installation A cause de ses avan- tages, comme par exemple une grande puissance de forage et une faible pression d'application nécessaire, le principe pneumatique est surtout appliqué au mécanisme de percussion Celui-ci se compose essentiellement d'un piston d'actionnement qui est dans la plupart des cas entraîné de façon à exécuter un mouvement alternatif à l'aide d'un moteur électrique, ce mouvement étant transmis à un piston mobile par l'intermédiaire d'un matelas d'air Le piston d'actionnement et le piston mobile peuvent alors être montés l'un derrière l'autre directement dans un cylindre commun de guidage En outre, il est connu que le piston d'action- nement peut servir de guide pour le piston mobile lorsqu'on utilise le principe dit du piston plongeur Le piston d'action- nement et le piston mobile sont, dans ce cas, engagés télesco- piquement l'un dans l'autre, et ils sont également montés dans un cylindre de guidage Cette disposition permet d'obtenir une structure axialement plus courte Le cylindre de guidage peut, dans les deux modes de construction, être tournant ou fixe Dans le cas d'un cyclindre fixe de guidage, le mouvement de rotation est transmis au tube de guidage par l'intermédiaire d'un arbre de renvoi. Dans des appareils connus, la transmission du mouvement de rotation et du mouvement de percussion à l'outil est effectuée par un arbre intermédiaire Pour le mouvemant axial, l'arbre intermédiaire est monté avec un jeu radial qui est déjà important et qui, du fait de la superposition des deux mouvements, est encore augmenté en cours de marche par suite de l'usure se pro- duisant dans le temps Sous l'effet de ce jeu radial, on n'est pas suffisamment assuré que l'arbre intermédiaire ou l'outil tournent rond dans des applications spéciales, par exemple dans le cas d'un perçage de centrage. Dans un autre marteau perforateur connu, il est prévu des éléments séparés pour la transmission du mouvement de rotation et du mouvement de percussion Dans ce but, l'arbre intermédiaire est agencé sous la forme d'un tube creux de guidage, axialement fixe en cours de marche et dans lequel peut se déplacer la bou- terolle Du fait que le tube de guidage exécute principalement un mouvement de rotation, le jeu radial peut être supprimé dans une large mesure par un montage précis Dans ce marteau perforateur connu, le porte- outil disposé sur le tube de guidage présente cependant un diamètre déterminé de réception Ainsi, on ne peut monter sur le marteau perforateur que des outils comportant une extrémité d'emmanchement dont le diamètre correspond au diamètre de réception du porte-outil Après que le diamètre de réception du porte-outil a été soumis à une usure importante sous l'effet des emmanchements et enlèvements répétés d'outils, il peut apparaître dans cette zone à nouveau un jeu radial important, de sorte qu'on n'est toujours pas encore suffisamment garanti que l'outil tourne rond dans certaines applications. Pour des appareils dans lesquels le mouvement de per- cussion peut être arrêté et o la fonction de forage sans percus- sion joue un rôle important, le mode de construction décrit ci- dessus présente un inconvénient Dans le cas des outils classique- ment utilisés lors du forage sans percussion, le diamètre de l'embout d'emmanchement de l'outil correspond au diamètre du trou Pour pouvoir monter de tels outils dans un marteau perfora- teur, une solution connue a consisté simplement à monter un manchon, réglable en ce qui concerne le diamètre de réception, dans le porte-outil Du fait qu'on ne peut également pas éviter un jeu radial lors du montage du manchon dans le porte-outil, ce jeu étant en outre augmenté au cours du temps sous l'action de l'usure comme expliqué ci-dessus, on n'est également pas garanti que l'outil tourne suffisamment rond avec ce type de montage. L'invention a en conséquence pour but de fournir, dans un marteau perforateur du type défini ci-dessus, un dispositif de réception qui garantisse que l'outil tourne rond dans des con- ditions optimales. Conformément à la présente invention, ce but est atteint par le fait que le porte-outil comporte une zone de guidage réglable radialement. Du fait de la possibilité de -réglage de la zone de guidage, celle-ci peut constamment être adaptée à l'embout d'em- manchement de l'outil à utiliser L'adaptation peut, par exemple, étre effectuée par échelons, auquel cas, à chaque fois, une gamme de diamètres déterminés d'outils comporte un embout d'emman- chement constant D'autre part, le réglage de la zone de guidage peut s'effectuer graduellement Cela procure l'avantage que, à l'intérieur de la plage de réglage, on peut accepter des embouts d'emmanchements de toutes dimensions appropriées On peut notam- ment grâce à la possibilité de réglage graduel, compenser les différences de dimensions se manifestant sur les embouts d'em- manchement par suite de tolérances de fabrication ou de phéno- mènes d'usure. En fonction des impératifs, la zone de guidage réglable radialement peut être agencée différemment Dans sa forme la plus simple, celle-ci peut être agencée à la façon d'une pince de serrage, par exemple sous la forme d'un fourreau partiellement fendu longitudinalement La plage de réglage d'un tel agencement est obligatoirement faible Pour obtenir une possibilité de réglage universel, la zone de guidage est constituée, pour cette raison, avantageusement, de mâchoires de blocage qui sont déplaçabies radialement A cet égard, on peut prévoir deux, trois, quatre mâchoires de blocage, ou plus, réparties uniformément sur la périphérie Du fait du principe, connu en soi, d'un appui stable en trois points, il est prévu avantageusement trois mâchoires de blocage pour le centrage de l'outil Ainsi, on peut utiliser non seulement des outils de section droite circulaire mais, par exem- ple, également, des outils comportant un embout d'emmanchement à plusieurs pans, notamment à six pans Sous l'effet des mâchoires de blocage déplaçables radialement, les outils sont centrés et bloqués à force Il est ainsi possible d'utiliser dans la plage de réglage prévue des outils comportant pratiquement n'importe quel embout d'emmanchement. Pour la manoeuvre radiale des mâchoires de blocage, il est prévu, de préférence, un fourreau conique soutenant les mâchoires de blocage par leur contour extérieur et mobile axialement. Du fait de la mobilité axiale du fourreau conique, toutes les mâchoires de blocage soutenues par lui sont déplacées simultané- ment radialement vers l'intérieur ou vers l'extérieur. Les mâchoires de blocage assurent ainsi le serrage des outils toujours dans la même zone axiale de l'embout d'emman- chement sollicité par la bouterolle. Lors de l'impact de la bouterolle contre l'extrémité arrière de la tige d'outil, celui-ci est accéléré dans la direction de forage Quand l'outil n'est pas suffisamment maintenu par les mâchoires de blocage, il peut être éjecté de la zone des mâchoires de blocage Pour éviter cela, les mâchoires de blocage peuvent être sollicitées de préférence par l'extrémité frontale, orientée vers le trou de forage, de la bouterolle Ainsi, les mâchoires de blocage et l'embout d'emmanchement de l'outil- sont sollicités en commun par la bouterolle Lors du mouvement- d'avancement des mâchoires de blocage, celles-ci sont poussées par le fourreau conique, contre lequel elles s'appuient, dans une direction axiale vers l'intérieur, et par conséquent vers l'embout d'emman- 1 1289 chement de l'outil L'outil est ainsi additionnellement bloqué à chaque sollicitation des mâchoires de blocage par la bouterolle. Plus la sollicitation des mâchoires de blocage est forte, plus l'outil est efficacement bloqué en position. Les mâchoires de blocage établissant la zone de guidage, réglable radialement, du porte-outil, peuvent être disposées différemment par rapport au tube de guidage Un agencement possible des mâchoires de blocage consiste à les disposer, en considérant la direction de forage, de manière qu'elles se suivent dans le tube de guidage en dépassant axialement de celui-ci Cette dis-> position des mâchoires de blocage procure certains avantages techniques de fabrication et d'entretien En vue d'obtenir une structure compacte de l'appareil, les mâchoires de blocage sont disposées de manière à traverser radialement le tube de guidage. Dans les deux cas, le réglage des mâchoires de blocage est assuré avantageusement par l'intermédiaire du fourreau conique mobile axialement et déjà décrit Alors que, dans le premier cas, le fourreau conique dépasse fortement du tube de guidage dans la direction axiale, ce fourreau peut entourer, dans le second cas, le tube de guidage sensiblement radialement. Conformément aux caractéristiques décrites ci-dessus, il est par conséquent possible de monter dans des perforateurs du type en question des outils comportant des embouts d'emml Eiianchement différents Après que le porte-outil a été disposé par un agen- cement approprié sur le tube de guidage, ou bien après qu'il a été intégré, au moins partiellement, au tube de guidage, on est assuré que le porte-outil tourne suffisamment rond Du fait de la présence des mâchoires de blocage réglables, les outils sont également montés dans le porteoutil de façon à pouvoir tourner suffisamment rond Un défaut de mouvement circulaire peut être provoqué le cas échéant par un trop grand jeu radial du tube de guidage Commne indiqué ci-dessus, un jeu radial excessif de ce genre est diminué par une répartition des mouvements, à savoir en faisant en sorte que le tube de guidage ne puisse exécuter qu'un mouvement de rotation Pour être assuré que le tube de guidage tourne suffisamment rond, il faut par conséquent agencer correc- tement le support du tube de guidage, ce qui constitue une autre caractéristique de l'invention. Selon celle-ci le tube de guidage et le cylindre de guidage servant à recevoir le mécanisme de percussion sont agencés de façon monobloc Cet agencement monobloc a pour conséquence que des défauts de mouvement circulaire, se produisant par suite de jeux de montage et de tolérances de fabrication pour le tube de guidage et le cylindre de guidage, peuvent être évités En outre, l'agencement monobloc offre l'avantage important que les zones de paliers, prévues dans le carter du marteau perforateur, peuvent être disposées à une grande distance l'une de l'autre, ce qui se traduit par des sollicitations favorables des paliers En outre, l'agencement monobloc facilite considérablement le montage. L'agencement monobloc du tube de guidage et du cylindre de guidage se traduit par une amélioration additionnelle du mouvement circulaire dans le cas d'un marteau perforateur dont le porte-outil est pourvu d'une zone de guidage réglable radialement, selon les caractéristiques décrites cidessus L'agencement monobloc du tube de guidage et du cylindre de guidage permet également d'obtenir une amélioration considérable du mouvement circulaire dans des marteaux perforateurs o, pour des raisons techniques d'utilisation, il n'est pas nécessaire d'avoir un porte-outil comportant une roue de guidage réglable radialement. Le tube de guidage et le cylindre de guidage peuvent présenter des diamètres identiques ou différents Pour des raisons d'encombrement ainsi que pour la formation d'un épaulement axial d'appui, il est cependant avantageux que le tube de guidage ait un diamètre extérieur plus petit que celui du cylindre de guidage. Pour obtenir une structure compacte d'appareil et pour établir des conditions optimales de montage, le dimaètre extérieur du cylindre de guidage est de préférence compris entrel,2 et 1,8 fois le diamètre extérieur du tube de guidage. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence, dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence au dessin annexé dans lequel: la figure 1 représente en coupe une partie du marteau perforateur conforme à l'invention; la figure 2 est une coupe du porte-outil du marteau perforateur selon II-II de la figure 1, la figure 3 représente une partie d'un autre mode de réalisation d'un marteau perforateur conforme à l'invention; et la figure 4 est une coupe du porte-outil du marteau perforateur selon IV-IV de la figure 3. Le marteau perforateur représenté sur les figures 1 et 2 comporte un carter 1 dans lequel est monté un mécanisme pneuma- tique de percussion Celui-ci se compose essentiellement d'un cylindre de guidage 2 dans lequel peuvent coulisser axialement un piston d'actionnement 3 entraîné et un piston mobile 4 Entre le piston d'actionnement 3 et le piston mobile 4, il est prévu un matelas d'air 5 Par l'intermédiaire dd matelas d'air 5, le mouvement alternatif du piston d'actionnement 3 est transmis au piston mobile 4 Le cylindre de guidage 2 est relié de façon monobloc à un tube de guidage 6 d'un diamètre différent de celui du cylindre de guidage 2 Le cylindre de guidage 2 et le tube de guidage 6 sont montés à rotation dans le carter 1 par l'intermé- diaire d'un roulement 7 Un joint d'étanchéité d'arbre 8 empêche la pénétration de crasse dans le carter 1 Le roulement 7 et le joint d'étanchéité d'arbre 8 sont bloqués axialement dans le carter 1 par une bague d'arrêt 9 Un engrenage 10 est relié, sans possibilité de rotation relative, au cylindre de guidage 2 Cet engrenage 10 est entraîné par un pignon il monté également dans le carter 1. Dans le tube de guidage 6 peut coulisser axialement une bouterolle 12 Le tube de guidage 6 comporte à son extrémité avant un porte-outil Celui-ci se compose essentiellement d'un corps désigné dans son ensemble par 13, de mâchoires de blocage 14 mobiles radialement et d'un fourreau conique 15 relié par l'intermédiaire d'un filetage 13 a au corps 13 Les mâchoires de blocage 14 sont repoussées radialement vers l'extérieur, par l'intermédiaire d'un ressort annulaire 16, contre la surface intérieure du fourreau conique 15 Une goupille tangentielle 17 assure le blocage du corps 13 par rapport au tube de guidage 6 en l'empêchant de tourner et de coulisser axialement Par un mouve- ment axial du fourreau conique 15 par rapport au corps 13 par l'intermédiaire du filetage 13 a, les mâchoires de blocage 14 sont déplacées radialement vers l'intérieur ou vers l'extérieur On crée ainsi entre les mâchoires de blocage -14 une roue de guidage réglable radialement Dans cette roue de guidage est engagé l'embout d'emmanchement 18 d'un outil L'extrémité arrière de l'embout d'emmanchement 18 s'appuie sur l'extrémité avant de la bouterolle 12 Les chocs engendrés par le piston mobile 4 sont ainsi transmis par l'intermédiaire de la bouterolle 12 à l'embout d'emmanchement 18 de l'outil Les mâchoires de blocage 14 et l'embout d'emmanchement 18 sont sollicités par l'extrémité frontale, orientée dans la direction de forage, de la bouterolle 12 Lors de la sollicitation des mâchoires de blocage 14 par la bouterolle 12, celles-ci sont à chaque fois légèrement déplacées dans la direction de forage et elles sont ainsi poussées radialement vers l'intérieur contre l'embout d'emmanchement 18 par le fourreau conique 15 L'embout d'emmanchement 18 est ainsi encore plus fortement bloqué ce qui empêche l'embout d'emmanchement 18 d'être expulsé par percussion du porte- outil La transmission du mouvement de rotation s'effectue par l'intermédiaire du cylindre de guidage 2, du tube de guidage 6, du corps 13 et des mâchoires de blocage 14 à l'embout d'emmanchement 18 de l'outil La transmission du couple par les mâchoires de blocage 14 à l'embout d'emmanchement 18 est effectuée par frottement ou à force La liaison directe du tube de guidage 6 avec le cylindre de guidage 2 et leur montage en commun dans le carter 1 ainsi que la roue de guidage réglable à l'aide des mâchoires de blocage 14 mobiles radialement permettent un centrage précis de l'embout d'emmanchement 18, et par conséquent, un mouvement circulaire correct de l'outil La transmission séparée du mouvement de rotation et du mouvement de percussion permet d'obtenir une faible masse à accélérer par le piston libre 4, et par conséquent une grande puissance de percussion. Dans la coupe du porte-outil qui est faite sur la figure 2, il est prévu, à titre d'exemple, trois mâchoires de blocage 14 Cela permet d'obtenir un centrage précis de l'embout d'emmanchement 18 de l'outil On pourrait cependant également prévoir deux, quatre mâchoires de blocage ou plus. Le mode de réalisation représenté sur les figures 3 et 4 correspond, du côté d'entraînement, au mode de réalisation représenté sur les figures 1 et 2 Ainsi, le tube de guidage désigné dans son ensemble par 26 et relié à un cylindre de guidage 22, est prolongé jusque dans le zone de l'embout d'emmanchement 28 d'un outil Les mâchoires de blocage 24 pénètrent, par l'inter- médiaire d'ouvertures de passage 28 a à l'intérieur du tube de guidage 26 et elles sont poussées radialement vers l'extérieur, à l'aide d'un ressort annulaire 27, contre un fourreau conique 29 vissé sur le tube de guidage 26 Par un déplacement axial du fourreau conique 29 par rapport au tube de guidage 26, les mâchoires de blocage 24 sont déplacées radialement vers l'inté- rieur ou vers l'extérieur Les mâchoires de blocage 24 forment ainsi également une roue de guidage réglable radialement pour l'embout d'emmanchement 28 Dans ce cas également, les mâchoires de blocage 24 et l'embout d'emmanchement 28 sont sollicités en commun par une bouterolle 25 montée de façon à pouvoir coulisser axialement dans le tube de guidage 26 Dans ce cas, il se produit également un effet additionnel de blocage, tel que celui décrit en référence aux figures 1 et 2. REVENDICATIONS 1 Marteau perforateur comportant un cylindre de gui- dage pour le mécanisme de percussion ainsi qu'un tube de guidage servant à recevoir un porte-outil et à assurer la transmission du mouvement de rotation à un outil monté dans le porte-outil, une bouterolle servant à transmettre le mouvement de percussion à l'outil étant montée de façon à pouvoir coulisser axialement dans le tube de guidage, caractérisé par le fait que le porte-outil comporte une zone de guidage réglable radialement. 2 Marteau perforateur selon la revendication 1, carac- térisé par le fait que la zone de guidage est constituée par des mâchoires ( 14, 24) de blocage mobiles radialement. 3 Marteau perforateur selon la revendication 2, carac- térisé par le fait que, pour assurer le mouvement radial des mâchoires de blocage ( 14, 24) il est prévu un fourreau conique ( 15, 29) mobile axialement et s'appuyant sur le contour extérieur des mâchoires de blocage ( 14, 24). 4 Marteau perforateur selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé par le fait que les mâchoires de blocage peu- vent être sollicitées par l'extrémité frontale, située dans la direction de forage, de la bouterolle ( 12, 25). Marteau perforateur selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait que les mâchoires de blocage ( 14) dépassent axialement du tube de guidage ( 6). 6 Marteau perforateur selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait que les mâchoires de blocage ( 24) traversent radialement le tube de guidage ( 26). 7 Marteau perforateur, notamment selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que le tube de guidage ( 6, 26) et le cylindre de guidage ( 2, 22) sont réalisés de façon monobloc. 8 Marteau perforateur selon la revendication 7, carac- térisé par le fait que le diamètre extérieur du cylindre de guidage ( 2, 22) est compris entre 1,2 et 1,8 fois le diamètre extérieur du tube de guidage ( 6,26).