Brevet FR2522573A1 — publié le 19830909

i La présente invention concerne les outils à percussion. L'invention a pour objet un outil à percussion comprenant un porte-outil et une masse animée d'un mouvement alternatif, cette masse pouvant être éloignée du porte-outil par un fluide d'entraînement à l'encontre de l'action d'un ressort à gaz pour emmagasiner de l'énergie dans le ressort à gaz, cette énergie servant par la suite à projeter la masse contre le porte-outil pour lui imprimer un choc et compléter un cycle de travail, ce cycle pouvant être répété et la fréquence de répétition, et/ou la longueur de course de la masse étant indépendante de la pression du fluide d'entraînement. L'invention concerne également un outil à percussion compre- nant un porte-outil, et une masse animée de mouvements alterna- tifs, la masse pouvant être éloignée du porte-outils par un fluide d'entraînement à l'encontre de l'action d'un ressort à gaz pour emmagasiner de l'énergie d'un ressort à gaz, cette énergie servant par la suite à projeter la masse vers le porte-outil pour lui imprimer un choc et pour compléter un cycle de travail, la masse agissant sur le ressort à gaz par l'intermédiaire d'un élément de va et vient. Le ressort à gaz peut comprendre une chambre à gaz. De préférence, la chambre à gaz est raccordée à une chambre de pression et un piston est agencé de façon que, lorsque le fluide d'entraînement alimente l'outil au début d'un cycle, le fluide d'entraînement pousse d'abord le piston dans la chambre de pression, ce qui a pour effet d'augmenter la pression du gaz dans la chambre à gaz. Un organe d'oburation peut être positionné entre une entrée d'admission du fluide d'entraînement et la masse, cet organe d'obturation étant en contact avec un siège au début d'un cycle, pour empêcher le fluide d'entraînement d'agir sur la masse, le piston coopérant avec l'organe d'obturation de façon que, dès que le piston a parcouru une distance prédéterminée dans la chambre de pression, il déplace l'organe d'obturation qui s'éloigne de son siège pour permettre au fluide d'entraînement d'agir sur la masse. De préférence, l'organe d'obturation est agencé pour que, après avoir été initialement éloigné de son siège par le piston, la pression du fluide d'entraînement accélère l'éloignement de l'organe d'obturation de son siège, ce qui augmente la vitesse à laquelle le fluide d'entraînement s'écoule en direction de la masse. Le piston peut coopérer avec l'organe d'obturation par l'in- termédiaire d'un dispositif élastique de façon que, lorsque le piston agit au début sur l'organe d'obturation, de l'énergie soit emmagasinée dans le dispositif élastique, cette énergie contri- buant par la suite à accélérer l'éloignement de l'organe d'obtu- ration de son siège. Le dispositif élastique peut se composer d'un jeu de ron- delles de Belleville. Une forme d'exécution de la présente invention sera décrite ci-après à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue schématique, partiellement en coupe, d'un mode de réalisation de l'outil à percussion conforme à l'invention; et la figure 2 est une vue en coupe transversale d'une va- riante de réalisation. L'outil représenté de manière schématique sur la figure 1 comprend un cylindre 10 dans lequel est disposé un piston princi- pal 11 pouvant être animé d'un mouvement alternatif L'extrémité avant 12 du piston, d'un diamètre réduit, pénètre dans un porte- outil 13 qui porte un outil lequel, selon ce mode de réalisation, est constitué par un ciseau 14. Un piston pilote 15 s'étend entre l'extrémité arrière du cy- lindre 10 et une chambre à gaz 16. Les déplacements du piston principal 11 et du piston pilote sont commandés par une valve de commande indiquée dans son en- semble, à une plus grande échelle que le reste de l'outil, en 17 La valve comprend un corps 18 qui délimite une chambre de pression 19 et une chambre d'évacuation 20. Un piston 21 s'étend de la chambre 20 à la chambre 19 et comprend une tête élargie 22 située à l'intérieur de la chambre 19 La tête 22 est entourée d'un manchon 23 apte à coulisser dans un fourreau fixe 24 de la chambre 19. Le manchon 23 est en contact étanche avec le fourreau 24 et la tête 22 est en contact étanche avec l'intérieur du manchon 23, de sorte que le fourreau, le manchon et la tête 22 s'associent pour séparer l'extrémité de gauche de la chambre 19 de l'extré- mité de droite de cette même chambre 19 L'extrémité de gauche- est raccordée par le passage 25 à la chambre à gaz 16 et contient du gaz sous la même pression que dans la chambre à gaz 16 Cette pression maintient initialement le piston 21 et le manchon 23 dans la position représentée sur la figure 1. Lorsque l'outil à percussion est mis en marche, du fluide hydraulique refoulé par une pompe (non représentée) traverse un orifice 26 pour gagner la portion 27 de la chambre à pression 19 située à droite du manchon 23 et de la tête de piston 22 La pression appliquée sur le côté droit de la tête de piston 22 a pour effet de déplacer le piston vers la gauche, en regardant la figure 1, ce qui a pour effet d'augmenter la pression du gaz Le manchon 23 est maintenu dans la position représentée parce que le manchon 23 est réalisé de façon que la surface, à l'extrémité de droite du manchon, exposée à la pression du fluide hydraulique soit inférieure à la surface exposée à la pression du gaz à l'ex- trémité de gauche du manchon Pour cette raison, l'extrémité effilée 28 du manchon reste en contact étanche avec un siège de forme correspondante 29. L'extrémité de gauche de la tête de piston 22 entre enfin en butée contre une bague d'arrêt 30 située à l'intérieur du manchon 23, ce qui a pour effet d'éloigner le manchon de son siège 29. Dès le moment o le manchon s'éloigne un peu de son siège, toute la surface à l'extrémité droite du manchon, y compris la face effilée 28, est exposée à la pression du fluide hydraulique en- traînant le manchon 23 rapidement vers la gauche, ce qui permet au fluide hydraulique de contourner le manchon pour pénéter dans une ligne d'admission 31 en communication avec l'extrémité gauche du cylindre 10 contenant le piston 11. Le manchon 23 est arrêté à la fin de sa course par un dispo- sitif d'arrêt 32. Le fluide hydraulique passe rapidement dans l'extrémité gau- che du cylindre 10 o il agit sur l'épaulement 33 du piston 11 pour pousser le piston 11 vers la droite pour exécuter la course arrière de l'outil Cela fait, à son tour, que le piston pilote est poussé dans la chambre à gaz 16. Le piston pilote 15 présente une moindre résistance lors de son déplacement que lé piston 21 parce que le piston pilote 15 déplace une moindre quantité de gaz que la tête 22 du piston 21, mais enfin, lorsque le piston 11 arrive vers la fin de sa course arrière, la pression du gaz commence à repousser le piston 21 vers la droite La tête 22 du piston 21 entre en contact avec l'extrémité droite du manchon 23 et repousse le manchon 23 sur son siège, ce qui a pour effet d'arrêter le fluide hydraulique traversant le passage 21. A mesure que le fluide d'entraînement du piston 11 diminue, la force vive du piston accélérant 11 fait que celui-ci essaie d'aspirer davantage de fluide d'entraînement, ce qui contribue finalement à entraîner le manchon 23 sur son siège. La chambre d'évacuation 20 comprend aussi un piston 34 pou- vant coulisser de manière étanche dans un fourreau fixe 35 Une face conique 36 est normalement en contact avec un siège conique 37 lors de la course arrière du piston 11 mais, lorsque le piston 21 achève son incrément final de mouvement de retour vers la droite, il entre en butée contre le cylindre 34 à 38, et éloigne le piston 34 légèrement de son siège 37. Une fois la course arrière du piston 11 terminée, il rebon- dit vers la gauche sous l'action du piston pilote 15 et de la pression dans la chambre à gaz 16 pour assurer la course de tra- vail en venant frapper sur le ciseau 14 Lors de cette course de travail, le fluide hydraulique contenu dans le cylindre 10 re- tourne par un passage 39 vers la chambre 20 Il agit sur une portion 36 à l'extrémité gauche du piston 34 jusqu'à ce qu'une portion saillante 40 du manchon 34 se soit éloignée d'un évide- ment 41 formé dans la paroi séparant les chambres 19 et 20 Une fois la saillie 40 sortie de l'évidement 41, le fluide hydrauli- que de retour peut agir sur la totalité de la face de gauche du piston 34, accélérant le déplacement de celui-ci vers la droite contre la pression du gaz de la chambre 16, laquelle pression agit sur le piston 34 par l'intermédiaire des passages 42 et 43 conduisant à l'extrémité 44 d'une cheville 45 qui fait saillie sur le piston 34. Une fois le piston 34 déplacé vers la droite, le fluide hy- draulique peut être évacué de la chambre d'évacuation 20 par un passage 45 Lorsque la course de travail se termine, la pression du gaz de la chambre 16, agissant sur l'extrémité de la cheville 44, repousse le piston 34 jusqu'à ce qu'il rentre à nouveau en contact avec son siège 37. Le cycle se répète ensuite. La figure 2 représente une partie d'une variante de réalisa- tion de l'outil, dans laquelle les mêmes éléments portent les mêmes numéros de référence. Le piston 21 est percé d'un alésage 46 dans lequel s'ajuste un organe cylindrique comprenant une tige 47 et une tête 48 Une collerette 49 est vissée sur la tête 48 et un jeu de rondelles de Belleville 50 est disposé entre un rebord 51 de la tête 48 et une rondelle 52 en butée contre un rebord 53 de la collerette 49. La bague d'arrêt 30 du manchon de la figure 1 est remplacée par une bague d'arrêt 54 vissée sur l'extrémité de gauche du man- chon 23. Lorsque le piston 21 se déplace vers la gauche, les rondel- les de Belleville 50 entrent en contact avec la bague d'arrêt 54 Les rondelles de Belleville sont légèrement comprimées et emmagasinent de l'énergie avant que le manchon 23 commence à se déplacer Lorsque le manchon 23 commence son déplacement, les rondelles de Belleville se dilatent de sorte que le manchon 23 est soumis non seulement à l'énergie du piston en mouvement 21 mais également à l'énergie dégagée par les rondelles de Belle- ville dilatées Cela donne une poussée supplémentaire au dépla- cement Initial du manchon 23 et contribue à accélérer le déplace- ment du manchon s'éloignant de son siège 29. Les modes de réalisation décrits ci-dessus permettent d'obtenir un outil de forme très compacte pouvant être utilisé notamment dansl'exploitation des mines d'or ou les veines peu- vent être très étroites, permettant peu de place pour la manipu- lation d'un outil. Les diverses étapes du cycle de fonctionnement des outils décrits ci-dessus sont contrôlées par les volumes de fluides uti- lisés, et sont indépendantes des pressions des fluides Ainsi, les outils peuvent assurer de manière sûre un nombre fixe de coût par minute, quelle que soit la pression du fluide. Pour les mêmes raisons, la longueur de course du piston 11 ne dépend pas des pressions utilisées et cela contribue à l'obtention d'un outil compact Si la longueur de course était fonction de la pression, il serait nécessaire de prévoir une course très longue du piston 11 pour assurer une pression suffi- sante permettant le déroulement du cycle, même si la pression d'alimentation était basse Cela aurait bien entendu pour consé- quence un outil beaucoup moins compacte qu'un outil conforme à l'invention. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'outil décrit et représenté sans pour autant sortir du cadre de l'invention Par exemple, bien que l'on décrive une pression de gaz exercée, par l'intermédiaire de la cheville 45, pour retourner le piston 34, on peut prévoir une autre forme de sollicitation, telle qu'un ressort de compression mécanique. REVENDICATIONS 1 Outil à percussion comprenant un porte-outil et une masse pouvant être animée d'un mouvement alternatif, caractérisé en ce que la masse ( 11) peut être éloignée du porte-outil ( 13) par un fluide d'entraînement à l'encontre de l'action d'un ressort à gaz ( 16) pour emmagasiner de l'énergie dans le ressort à gaz ( 16), cette énergie servant par la suite à projeter la masse ( 11) contre l'outil ou le porte-outil ( 13) pour lui imprimer un choc et pour achever un cycle de travail, ce cycle pouvant être répété et la fréquence de répétition, et/ou la longueur de course de la masse ( 11), étant indépendant de la pression du fluide d'entraî- nement. 2 Outil à percussion comprenant un outil ou porte-outil et une masse pouvant être animée d'un mouvement alternatif, caracté- risé en ce que la masse ( 11) peut être éloignée de l'outil ou du porteoutil ( 13) par un fluide d'entraînement à l'encontre de l'action d'un ressort à gaz ( 16) pour emmagasiner de l'énergie dans le ressort à gaz ( 16), cette énergie servant par la suite à projeter la masse ( 16) contre l'outil ou le porte-outil ( 13) pour lui imprimer un choc et pour achever un cycle de travail, la masse agissant sur le ressort à gaz par l'intermédiaire d'un organe à mouvement alternatif. 3 Outil à percussion selon la revendication 1 ou 2, carac- térisé en ce que le ressort à gaz ( 16) est constitué par une chambre à gaz. 4 Outil à percussion selon la revendication 3, caractérisé en ce que la chambre à gaz ( 16) est raccordée à une chambre de pression ( 19) et en ce qu'un piston ( 41) est agencé pour que, lorsque le fluide d'entraînement est introduit dans l'outil au début d'un cycle, le fluide d'entraînement pousse d'abord le pis- ton dans la chambre de pression ( 19) pour augmenter la pression du gaz dans la chambre à gaz ( 16). Outil à percussion selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'un organe d'obturation ( 22) est positionné entre une entrée d'admission du fluide d'entraînement et la masse ( 11), cet organe d'obturation étant en contact avec un siège ( 29) au début d'un cycle, pour empêcher le fluide d'entraînement d'agir sur la masse ( 11), et en ce que le piston ( 21) coopère avec l'organe d'obturation ( 22) de façon que, après que le piston ait parcouru une distance prédéterminée en pénétrant dans la chambre de pres- sion ( 19), il éloigne l'organe d'obturation de son siège ( 29) pour permettre au fluide d'entraînement d'agir sur la masse ( 11). 6 Outil à percussion selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'organe d'obturation ( 22) est agencé de façon que, après qu'il ait été éloigné initialement de son siège ( 29) par le piston ( 21), la pression du fluide d'entraînement accélère le dé- placement de l'organe d'obturation s'éloignant de son siège ( 29), augmentant ainsi la-vitesse à laquelle le fluide d'entraînement s'écoule vers la masse ( 11). 7 Outil à percussion selon la revendication 6, caractérisé en ce que le piston ( 21) coopère avec l'organe d'oburation ( 22) par l'intermédiaire d'un dispositif élastique ( 50) de sorte que, lorsque le piston agit au début sur l'organe d'obturation, de l'énergie est emmagasinée dans le dispositif élastique, cette énergie contribuant par la suite à accélérer le déplacement de l'organe d'obturation ( 22) s'éloignant de son siège ( 29). 8 Outil à percussion selon la revendication 7, caractérisé en ce que le dispositif élastique ( 50) est constitué d'un jeu de rondelles de Belleville.