Brevet FR2508539A1 — publié le 19821231

-1 2508539 La présente invention concerne un marteau perforateur comportant un carter et un porte-outil mobile par translation axiale par rapport au carter, s'appuyant en cours de forage contre le carter et dans lequel est maintenu à l'aide d'éléments de verrouil- lage avec un jeu axial un outil s'accrochant dans des évidements, fermés axialement, de la tige d'outil. Les marteaux perforateurs notamment des catégories de puissances inférieures et moyennes sont agencés dans la plupart des cas pour remplir, en plus de la fonction de forage à percussion, également une fonction de simple forage à rotation Pour ces deux modes de fonctionnement, les impératifs concernant le support de l'outil sont cependant très différents. Alors que, dans le cas du forage à percussion, c'est essentiellement la puissance de forage et par conséquent une trans- mission aussi exempte de pertes que possible de l'énergie de per- cussion à l'outil qui sont déterminantes, on attache de l'impor- tance, dans le cas du forage à rotation, par exemple pour un forage en un point précis, essentiellement au fait que l'outil de forage doit tourner rond Pour que la transmission des chocs puisse s'ef- fectuer avec aussi peu de pertes que possible à la tige de l'outil, il est classique de monter cette tige d'outil dans le porte-outil avec un jeu axial La tige d'outil peut ainsi se déplacer de façon axialement limitée dans le porte-outil, de sorte que son extrémité arrière entre en contact direct avec l'extrémité avant de la bouterolle de percussion Du fait du mouvement relatif de la tige d'outil dans le porte-outil, il se produit une usure qui provoque au cours du temps un jeu radial entre la tige d'outil et le porte- outil Pour éviter le frottement, et par conséquent les pertes d'énergie de percussion, la bouterolle de percussion présente éga- lement par rapport à son guide un jeu radial non-négligeable Enfin, le porte-outil n'est généralement pas relié rigidement à la boute- rolle de percussion, mais par l'intermédiaire d'un certain jeu axial et par conséquent d'un jeu radial inévitable Ainsi, à cause d'une addition de tous les jeux radiaux, il peut se produire un coincement de la bouterolle de percussion par rapport au carter, du porte- outil par rapport à la bouterolle, et enfin de l'outil proprement dit dans le porte-outil L'écart angulaire en résultant peut attein- dre plusieurs millimètres sur la longueur de l'outil de forage et jusqu'à sa pointe En conséquence, on n'obtient pas des conditions favorables pour le forage à rotation. -2 2508539 L'invention a en conséquence pour but de fournir un mar- teau perforateur qui permette de travailler dans des conditions optimales aussi bien dans le cas du forage à percussion que dans le cas du forage à rotation. Conformément à la présente invention, ce but est atteint par une combinaison des caractéristiques suivantes: a/ le porte-outil et le carter comportent des moyens de centrage qui s'accrochent l'un dans l'autre dans le cas d'un appui axial du porte-outil sur le carter, b/ l'outil peut être bloqué entre deux butées en vue d'un maintien axial dans le porte-outil, l'une des butées étant reliée au porte-outil, tandis que l'autre butée peut être déplacée axialement et bloquée par rapport au porte-outil et, en outre, il est prévu entre au moins une des butées et la tige d'outil au moins deux éléments de verrouillage qui sont répartis uniformément sur la périphérie de la tige d'outil et qui peuvent être bloqués en position. Avec l'agencement conforme à l'invention, d'une part, le porte-outil est centré directement sur le carter et, d'autre part, l'outil est bloqué axialement et en outre centré dans le porte-outil Grâce à ces moyens, on est assuré que l'outil tourne rond. Pour des raisons de construction, il est avantageux d'agencer les moyens de centrage sous la forme d'un appendice de centrage disposé sur le porte- outil et d'un trou de centrage ménagé dans le carter Une telle solution ne nécessite aucune dépense particulière car le carter comporte obligatoirement un trou de passage de la bouterolle de percussion et on doit ainsi prévoir sur le porte-outil simplement un appendice de centrage proportionné à son diamètre. Aussi bien l'appendice de centrage que le trou de cen- trage peuvent en principe être cylindriques Du fait que, par exemple, pour des raisons d'usure, un jeu radial peut apparaître à nouveau, il est avantageux que l'appendice de centrage et le trou de centrage présentent un rétrécissement conique dans un sens opposé à la direction de forage Un tel agencement agit comme un siège conique à effet d'auto-centrage On obtient ainsi, lors de l'application du marteau perforateur, automatiquement un centrage entre le porte-outil et le carter. -3- Du fait de l'appui du porte-outil sur le carter, il se produit, lors du forage à rotation, un mouvement relatif entre le porte-outil et le carter Pour éviter autant que possible l'appa- rition d'usure, il est avantageux que les moyens de centrage soient agencés sous la forme de paliers glissants Ce but peut par exemple être atteint en faisant en sorte que la combinaison sélectionnée des matériaux des deux parties glissant l'une sur l'autre présente un faible coefficient de frottement A cet égard, il convient par exemple d'utiliser de la fonte grise, du bronze ou également cer- taines matières plastiques, comme par exemple du polytétrafluoré- thylène (Téflon) Le frottement peut en outre être réduit par des lubrifiants comme de la graisse ou de l'huile. Lors du forage -à rotation, il peut se produire dans la zone d'appui du porte-outil sur le carter des forces importantes. Pour réduire autant que possible les pertes par frottement sous l'action desdites forces, il est avantageux d'agencer le moyen de centrage sous la forme d'un roulement à rouleaux Comme roulements à rouleaux, on peut par exemple utiliser des roulements à rouleaux coniques qui peuvent absorber aussi bien des forces axiales que des forces radiales. Pour que le porte-outil s'appuie sur le carter indépendam- ment de la position du marteau perforateur, il est avantageux que, lors du forage à rotation, des moyens de serrage assurent le blocage du porteoutil par rapport au carter Grâce à ces moyens de serrage, on élimine un jeu axial éventuellement existant Pour la commutation du forage à percussion au forage à rotation, et inversement, les moyens de serrage peuvent, par exemple, être agencés sous la forme de bossages et de pistes de came La piste de came peut, par exemple, être agencée sous la forme d'un filet à pente raide Pour faciliter l'actionnement, on peut prévoir additionnellement des éléments élas- tiques. Pour le blocage de l'outil, l'autre butée est déplacée axialement et bloquée par rapport au porte-outil Pour faciliter cette opération, il est avantageux que l'autre butée, qui est mobile axialement et blocable par rapport au porte-outil, soit disposée sur un élément d'actionnement agencé sous la forme d'un manchon coulissant L'élément d'actionnement peut, par exemple, être manoeuvré indépendamment de la condition de marche du marteau perforateur à percussion Pour éviter des erreurs de manipulation, l'élément d'actionnement peut, par exemple, être accouplé avec un -4 2508539 mécanisme de commutation servant à passer du forage à percussion au forage à rotation On évite ainsi, d'une part que, lors du forage à percussion, l'on opère avec un outil bloqué axialement, et on fait en sorte, d'autre part que, lors du forage à rotation, l'outil soit bloqué axialement Par un agencement de l'élément d'actionnement sous la forme d'un manchon coulissant, on évite pratiquement un balourd du porte-outil En outre, l'actionnement d'un manchon coulis- sant peut être effectué dans n'importe quelle position angulaire du porteoutil. En vue d'agencer simplement le porte-outil, il est avan- tageux de disposer les éléments de verrouillage pouvant être bloqués axialement sur la tige d'outil entre la butée mobile axialement et un épaulement de l'évidement limité axialement Pour le blocage de l'outil, les éléments de verrouillage sont initialement déplacés par l'intermédiaire de l'autre butée réglable jusque contre l'épaulement de l'évidement limité axialement de la tige d'outil, puis l'outil est déplacé par l'intermédiaire des éléments de verrouillage jusque contre la butée fixe A l'aide des éléments de verrouillage pouvant être bloqués entre la butée mobile axialement et l'épaulement de l'évidement axialement limité, il s'établit une liaison mécanique en correspondance de formes entre la tige d'outil et la butée mobile axialement, de sorte qu'il n'est pas nécessaire que la butée s'accro- che directement sur la tige d'outil. Une autre possibilité avantageuse consiste à disposer les éléments de verrouillage pouvant être bloqués axialement entre la butée reliée au porte-outil et un épaulement de l'évidement, limité axialement, de la tige d'outil Dans ce cas également, les éléments de verrouillage peuvent établir une liaison mécanique en correspon- dance de formes entre la butée et la tige d'outil, de sorte que la butée ne doit pas pénétrer par elle-même dans la zone de la tige d'outil. Pour une répartition uniforme des forces engendrées sur le porte-outil et sur la tige d'outil, il est avantageux de prévoir au total quatre éléments de verrouillage, auquel cas, d'une part, deux éléments de verrouillage placés dans des positions diamétralement opposées peuvent être bloqués axialement entre la butée reliée au porte-outil et un épaulement des évidements limités axialement de la tige d'outil et, d'autre part, deux éléments de verrouillage diamé- tralement opposés peuvent être bloqués entre l'autre épaulement des évidements limités axialement de la tige d'outil et l'autre butée _ 5 _ 2508539 mobile axialement et blocable par rapport au porte-outil La tige d'outil est ainsi bloquée axialement par les deux butées entre deux paires d'éléments de verrouillage Du fait que les forces axiales ainsi engendrées se produisent toujours par paires, elles ne peuvent provoquer, dans le cas d'un jeu radial entre l'outil et le porte- outil, aucun coincement de l'outil dans le porte-outil Dans le cas o le porte-outil comporte quatre évidements répartis à intervalles égaux sur sa périphérie, l'outil peut être verrouillé lors de sa mise en place dans le porte-outil, à partir de n'importe quelle posi- tion au bout d'un angle de rotation inférieur à 90 . Grâce à la répartition des forces entre plusieurs éléments de verrouillage, il est en outre possible de réduire l'usure aussi bien sur l'outil que sur le porte-outil. Pour la transmission du couple, les éléments de verrouil- lage sont avantageusement réalisés, en vue d'une réduction de la pression surfacique engendrée, sous la forme de rouleaux Dans le cas o il est prévu plus de deux éléments de verrouillage, ceux-ci peu- vent remplir également simultanément la fonction de transmission de couple et la fonction de blocage axial Ainsi, par exemple, des élé- ments de verrouillage qui servent seulement au blocage axial peuvent également être agencés sous la forme de billes pouvant être fabriquées économiquement. 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 une partie d'un marteau perforateur conforme à l'invention dans la position de forage à percussion; La figure 2 représente le marteau perforateur de la figure 1 dans la position de forage à rotation; et La figure 3 est une coupe du marteau perforateur de la figure 2, faite suivant la ligne III-III. Le marteau perforateur représenté sur les figures 1 à 3 comporte un carter désigné dans son ensemble par 1 Dans le carter 1 est disposé un ressort 2 Une bouterolle de percussion, désignée dans son ensemble par 3, est guidée de manière à pouvoir coulisser axiale- ment dans le carter 1 Pour réduire le frottement, la bouterolle 3 présente un certain jeu radial par rapport au guide dans le carter 2. A l'extrémité avant, la bouterolle 3 est pourvue de rainures 3 a et elle comporte en outre un appendice 3 b de diamètre réduit Un manchon récepteur, désigné dans son ensemble par 4, est relié à la bouterolle -6 2508539 de percussion 3 par l'intermédiaire d'élément d'entra Inement 5 Le manchon récepteur 4 comporte des fenêtres 4 a, 4 b et 4 c Un outil désigné dans son ensemble par 6 est monté par sa tige 6 a, d'un dia- mètre correspondant à l'appendice 3 b de la bouterolle 3, dans le manchon récepteur 4 La tige d'outil 6 a est pourvue d'évidements fermés axialement 6 b C'est dans les fenêtres 4 a que sont disposés les éléments d'entralnement 5 qui s'accrochent dans les rainures 3 a de la bouterolle de percussion 3 Les fenêtres 4 b et 4 c contiennent des éléments de verrouillage 7, 8 qui s'accrochent dans les évidements 6 b de la tige d'outil 6 a Les évidements 6 d sont plus longs que les éléments de verrouillage 7, 8 de sorte que l'outil 6 est maintenu dans cette position avec un jeu axial dans le porte-outil Le man- chon récepteur 4 est pourvu, à son extrémité arrière, d'un appendice de centrage 4 d présentant un rétrécissement conique dans un sens opposé à la direction de forage Le carter 1 comporte un trou de centrage la correspondant à l'appendice de centrage 4 d Le manchon récepteur 4 est entouré par un manchon coulissant désigné dans son ensemble par 9 et pouvant exécuter par rapport au manchon récepteur 4 un mouvement de translation limité axialement Le manchon coulis- sant 9 comporte, à son extrémité avant, deux butées 9 a diamétralement opposées Les butées 9 a agissent sur les éléments de verrouillage 7. Dans la zone avant du porte-outil, il est prévu un manchon formant poignée 10 qui peut coulisser axialement Le manchon formant poignée est maintenu en place par un disque de recouvrement 11 vissé sur le manchon récepteur 4 Entre le manchon formant poignée 10 et le manchon coulissant 9, il est prévu un ressort 12 travaillant en com- pression Lors d'un recul de la poignée 10 par rapport au ressort 12, les éléments de verrouillage 7, 8 peuvent reculer radialement pour sortir des évidements 6 b de la tige d'outil la, et l'outil 6 peut être démonté du porte-outil. Dans la position représentée sur la figure 2, et corres- pondant au forage à rotation, le porte-outil est bloqué axialement audessus de la bouterolle de percussion 3, à l'aide du ressort 2, par rapport au carter 1 A cet effet, l'appendice de centrage 4 d s'emboîte dans le trou de centrage la Le porte-outil est ainsi cen- tré sur le carter 1 Pour réduire le frottement, le trou de centrage la peut se présenter sous la forme d'un coussinet ou d'un roulement à rouleaux Lors de l'application du porte-outil contre le carter 1, le manchon coulissant 9 est en outre déplacé axialement par rapport au manchon récepteur 4 Les éléments de verrouillage 7 sont alors -7 2508539 poussés axialement dans les évidements 6 b de la tige d'outil 6 a par l'intermédiaire des butées 9 a jusqu'à ce qu'ils viennent s'appliquer contre les épaulements avant des évidements 6 b et assurent l'entrai- nement de l'outil 6 Ainsi, l'ensemble de l'outil 6 est légèrement sorti du porte-outil jusqu'à ce que les éléments de verrouillage 8 viennent buter, d'une part, contre l'épaulement arrière des évide- ments 6 b de la tige d'outil 6 a et, d'autre part, à l'extrémité avant des fenêtres 4 c, dans le manchon récepteur 4 Du fait que les fenêtres 4 b sont plus longues que les fenêtres 4 c, les éléments de verrouillage 7 ne viennent pas s'appliquer contre l'extrémité avant des fenêtres 4 b L'outil est ainsi bloqué par interposition des éléments de verrouillage 7, 8 entre une butée axialement fixe et une butée axialement mobile et blocable Du fait qu'à chaque fois deux éléments de verrouillage 7, 8 sont placés dans des positions diamé- tralement opposées, aucun couple de basculement n'est exercé sur la tige d'outil 6 a. La figure 2 représente les éléments de verrouillage 7 bloqués entre la butée mobile axialement 9 a et la tige d'outil 6 a, tandis que la figure 3 représente les éléments de verrouillage 8 bloqués entre la butée fixe formée par la fenêtre 4 c et la tige d'outil 6 a La manoeuvre de blocage axial de l'outil 6 est par con- séquent effectuée par déplacement du manchon coulissant 9 par rapport au manchon récepteur 4 Il se produit alors simultanément un centrage du manchon récepteur 4 par rapport au carter 1 Par coopé- ration de ces deux moyens, l'outil 6 est centré exactement suivant l'axe de forage en vue de l'exécution du forage à rotation. -8 2508539 RE.'VEND)I CA'I' I ONS 1 Mar Leau perfora Itlir comlplfort;lnt: lin cart'r et L unr porte- outil mobile par translatioii ixiale par rapport au cartelr, s'appuyant en cours de foraqe contre le carter ei (an: I equril est maintenu a l'aide d'6 é 1 ments d(le verrou iil aqe avf:-i un jeu i Xi,,I un oitiil s'accrochant dans des 6 videnmenis, fermés axiale;-ienl, de la t ije d'outil, caractérisé par la combinaison (des carac Ir'ist iques suivants: a/ le porte-outil e L lx (arter romport:erit c Its mory E-ris r - centrage qui s'accrochent l'un dans i'autre dans le cas d'un appui axial du porte-outil sur le carter ( 1), b/ l'outil ( 6) peutit 1 tre bloqur entre dleui bues enri vrue d'un maintien axial dans le pr)rte-outil, l'une de:; b,lutzes tarlt re- liée au porte-outil, tandis que l'autre hut$e ( 9 a) peut être déplacée axialement et bloquée par rapport au por Fe-ouiti l et, cn outre, il est prévu entre au moins une des but 6 es et la tiqe d',util ( 6 a; au moins deux éléments de verrouillage ( 7, 8) qui sort repartis uniformément sur la périphérie de la tige d'outil et qui peuvent être bloqués en position. 2 Marteau perforateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens de centrage sont agencés sous la forme d'un appendice de centrage ( 4 d) disposé sur le porte-outil et d'un trou de centrage (la) ménagé dans le carter. 3 Marteau perforateur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'appendice de centrage ( 4 d) et le trou de centrage (la) présentent un rétrécissement conique dans uin sens opposé à la direction de forage. 4 Marteau perforateur selon l'une r Quelconque des revendi- cations 1 à 3, caractérisé par le fait que les moyens de centrage sont agencés sous la forme de paliers glissants. 5 Marteau perforateur selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 3, caractérisé par le fait que les moyens de centrace sont agencés sous la forme de roulements à rouleaux. 6 Marteau perforateur selon l'une quelcornque des rev-er di- cations 1 à 5, caractérisé par le fait que, lors d'un forace à rota- tion, il est prévu des moyens de serrace assurant le b Locade du porte-outil par rapport au carter. 7 Marteau perforateur selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 6, caractérisé par le fait que -'autre butée ( 9 a' mobile axialement et blocable par rapnmort au orte-ou'il est disposée sur un élément d'actionnement acern-z: soas forme rd'un mranch-n coulissant( 9). -9 2508539 8 Marteau perforateur selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 7, caractérisé par le fait que les éléments de verrouil- lage ( 7) blocables axialement sont disposés entre la butée mobile axialement ( 9 a) et un épaulement des évidements ( 6 b,) limités axia- lement, de la tige d'outil ( 6 a). 9 Marteau perforateur selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 8, caractérisé par le fait que les éléments de verrouil- lage ( 8), blocables axialement, sont disposés entre la butée ( 4 c) reliée au porte-outil et un épaulement des évidements ( 6 b), limités axialement, de la tige d'outil ( 6 a). Marteau perforateur selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 9, caractérisé par le fait qu'il comprend au total quatre éléments de verrouillage ( 7, 8) auquel cas, d'une part, deux éléments de verrouillage ( 7) placés dans des positions diamétralement opposées peuvent être bloqués axialement entre la butée ( 4 c) reliée au porte-outil et un épaulement des évidements ( 6 b), limités axiale- ment, de la tige d'outil ( 6 a) et, d'autre part, deux éléments de verrouillage ( 8) placés dans des positions diamétralement opposées, peuvent être bloqués axialement entre l'autre épaulement des évide- ments ( 6 b), limités axialement, de la tige d'outil ( 6 a) et l'autre butée ( 9 a), mobile axialement et blocable par rapport au porte-outil.