Brevet FR2527964A1 — publié le 19831209

La présente invention concerne le bâtiment et le génie civil et a notamment pour objet un mécanisme de percussion pneumatique utilisé de préférence pour l'en- foncement d'éléments en forme de tige. Il est particulièrement avantageux d'utiliser le mécanisme de percussion revendiqué pour l'enfoncement d'électrodes de mise à la terre, de barres d'ancrage, c'est-à-dire d'éléments en forme de tige dont la section transversale est incommensurablement plus petite que la longueur. A 1 neure actuelle, on connatt plusieurs types de mécanismes pour l'enfoncement d'éléments en tige dans le sol. On connaît par exemple un mécanisme hydraulique pour l'enfoncement d'électrodes de mise à la terre dans le sol. Ce mécanisme se présente sous forme d'un vérin hydraulique avec un piston de chaque c8té duquel est disposée une tige creuse, l'électrode à enfoncer étant logée à l'intérieur de ladite tige. Un organe de serrage est fixé à l'extrémité inférieure de la tige d'une manière rigide. A l'aide d'étriers, le corps du vérin est fixé sur un pylône de ligne de transport d'énergie. Les inconvénients de ce mécanisme hydraulique connu sont son grand encombrement et son poids important, ainsi que la nécessité de sa fixation au pylône d'une ligne de transport d'énergie. De plus, l'enfoncement des tiges dans les sols denses est difficile, et dans des sols gelés, il est pratiquement impossible du fait que la charge statique exercée par le vérin est insuffisante pour l'enfoncement de l'électrode. On connait aussi des mécanismes de percussion pnau- matiques comprenant un corps dans lequel se trouve un percuteur. Un organe de serrage est fixé dans la partie inférieure du corps. Ces mécanismes de percussion connus sont fixés à l'aide dudit organe de serrage sur le haut de l'élément en forme de tige à enfoncer, dont l'introduction dans le sol s'effectue par application d'un effort d'enfoncement sur la face en bout supérieure de l'élément. L'inconvénient des mécanismes de percussion pneumatiques connus réside en ce qu'il est impossible d'enfoncer des éléments en tige dont la section transversale est petite en comparaison de leur longueur, ce qui provoque leur déformation lors de leur enfoncement. On connaît aussi des mécanismes de percussion pneumatiques comportant un corps creux cylindrique à gradins percé d'orifices pour l'amenée et l'échappement d'air, à l'intérieur duquel est logéun percuteur à gradins percé d'un canal axial et pouvant effectuer un mouvement axial de va-et-vient, un tube monté dans ledit canal axial du percuteur, une chambre de course utile et une chambre de course à vide du percuteur, formées par les surfaces des pièces du mécanisme. Un organe de serrage est disposé sur la partie avant du corps. L'air est amené au mécanisme par un tuyau flexible à travers un robinet d'amenée d'air. Ces mécanismes de percussion pneumatiques connus permettent d'enfoncer des éléments en tige dont la dimension transversale est incommensurablement petite en comparaison de leur longueur, en leur appliquant une charge de choc par l'intermédiaire de leur surface latérale en un point dont la distance par rapport à la surface du sol exclut la déformation de la tige pendait son enfoncement. Les inconvénients de ces mécanismes de percussion connus résident en leur fiabilité de fonctionnement insuf- fisante et en la technologie compliquée de leur fabrication, et sont dus à ce que le percuteur a trois surfaces de frot tement avec le corps et le tube et qu'il est en pratique assez difficile d'assurer la coaxialité des surfaces cylindriques conjuguées de ces différentes pièces. L'absence de coaxialité peut conduire au coincement du percuteur dans le corps et à l'interruption du fonctionnement du mécanisme, soit provoquer un régime anormal de fonctionnement, une diminution de l'énergie de choc et du rendement par suite des pertes par frottement élevées. En outre, pour assurer une bonne capacité de fonctionnement du mécanisme, il est indispensable de soumettre les pièces à un traitement thermique suivi d'une rectification des surfaces conjuguées.Le traitement thermique et la rectification d'un tube à parois minces sont des opérations technologiques difficiles et nécessitant une haute qualification, ce qui élève davantage le coût de l'ensemble de la structure. Un autre inconvénient des mécanismes de percussion connus considérés est le débit unitaire d'air très important qui est dû à ce que leur chambre de course de travail est en communication constante avec la conduite d'air comprimé et qu'il y a des fuites d'air permanentes vers la chambre d'échappement et des arrivées d'air dans la chambre de course à vide. L'inconvénient suivant des mécanismes de percussion connus considérés est leur faible longévité, due à la fixation rigide du robinet d'amenée d'air au corps du mécanisme soumis à de fortes charges dynamiques, d'où les risques élevés de destruction dudit robinet. Cet inconvénient présente en outre un danger pour les opérateurs, car en cas d'endommagement aboutissant à un arrachement du robinet, l'opérateur qui travaille avec ce mécanisme peut être blessé sérieusement. Le but de la présente invention est de remédier aux inconvénients mentionnés des mécanismes de percussion pneumatiques connus. On s'est donc proposé d'élever la fiabilité et la durée de vie du mécanisme de percussion en supprimant une surface de frottement dans les jonctions du percuteur avec le tube et en diminuant les pics de charges dynamiques s'exerÇant à l'endroit de la fixation rigide du robinet au corps. Le problème ainsi posé est résolu à l'aide d'un mécanisme de percussion pneumatique pour l'enfoncement dans le sol et pour l'extraction d'éléments en forme de tige, comportant un corps cylindrique creux à gradins pourvu d'un orifice d'entrée et d'un orifice d'échappement et à l'intérieur duquel est monté un percuteur à gradins pourvu d1,un canal axial et pouvant effectuer un mouvement axial de va-et-vient, un tube monté dans ledit canal axial du percuteur, une chambre de course utile et une chambre de course à vide, un tuyau flexible d'amenée d'air pourvu d'un robinet d'amenée d'air, et un mécanisme de serrage disposé dans la partie avant du corps, caractérisé, selon l'invention, en ce qu'unie gorge est pratiquée sur le petit gradin du percuteur pour mettre en communication l'orifice d'admission avec le grand gradin du corps, et en ce qu'une cavité annulaire non close est formée entre ledit tube et le canal axial du percuteur. Selon un mode de réalisation, a chambre de course de travail est formée par ladite gorge et les parois-du corps, et la chambre de course à vide, par ladite cavité annulaire et les parois dudit corps et dudit tube. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la chambre de course utile est formée par ladite cavité annulaire, les parois du corps et du tube, alors que la chambre de course à vide est formée par ladite gorge et les parois du corps. Il est avantageux aussi que le rapport des volumes de la chambre de course utile et de la chambre de course 11 à vide soit maintenu dans les limites de 1 à 1 . 3 4 Pour diminuer les pics de charges dynamiques à l'en- droit où le robinet d'amenée d'air est raccordé au corps, il est avantageux de monter une virole, par l'intermédiaire d'amortisseurs, sur la surface extérieure du corps et de relier cette virole au robinet d'amenée d'air. Ce mode de réalisation du mécanisme de percussion pneumatique permet d'élever sa fiabilité de fonctionne mentet s dasée de vie, de réduire la consommation d'air et d'améliorer la technologie de fabrication du mécanisme. L'idée essentielle de l'invention revendiquée consiste à prévoir dans le mécanisme de percussion pneumatique des chambres de travail dans chacune desquelles l'air comprimé agirait simultanément sur les faces en bout opposées du percuteur. De ce fait, le percuteur se déplace dans le sens correspondant à celui dans lequel l'air comprimé agit sur l'une ou l'autre face du percuteur dans la chambre considérée et au moment considéré. La réalisation de ce principe de commande du déplacement du percuteur du mécanisme de percussion pneumatique permet de supprimer une surface de frottement, à savoir, dans le cas considéré, la surface de frottement du percuteur contre le tube.Ceci permet à son tour de supprimer l'usinage de la surface intérieure du percuteur et de la surface extérieure du tube, ou bien même de remplacer le matériau du tube par un matériau moins coûteux (par exemple, une matière plastique, des polymères, etc.). L'application de l'invention permet de réduire de 25 à 30% la consommation unitaire d'air en comparaison des mécanismes connus similaires, d'augmenter de 30 à 50 la durée de vie et d'élever la fiabilité de fonctionnement. L'invention nuera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaitront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels:: - la figure 1 représente d'une manière schématique et en coupe longitudinale un mode de réalisation d'un mécanisme de percussion pneumatique conforme à l'invention, dont le percuteur est en position avant, c'est-àdire au moment du choc; - la figure 2 est une vue en coupe du meme mécanisme de percussion pneumatique, dont le percuteur est montré en position arrière, c'est-à-dire au moment de l'échappement de l'air de la chambre de course à vide;; - la figure 3 représente d'une manière schématique et en coupe longitudinale une variante de réalisation du mécanisme pneumatique conforme à l'invention, dans lequel la chambre de course utile est formée par une cavité annulaire entre le percuteur et le tube, les parois du corps et du tube, tandis que la chambre de course à vide est formée par une gorge du percuteur et les parois dudit corps; - la figure 4 est une vue en coupe du mécanisme de percussion pneumatique de la figure 3, dont le percuteur est montré en position arrière (fin de la course à vide), ctest-à-dire au moment de l'échappement de l'air de la chambre de course à vide. Le mécanisme de percussion pneumatique (figures 1 et 2) conforme à l'invention comporte un corps cylindrique creux I à gradins, percé d'orifices d'admission 2 pour l'amenée de l'air comprimé et d'orifices d'échappement 3 pour l'évacuation de l'air usé. Le corps 1 contient un percuteur 4 à gradins dans lequel est prévu un canal axial. Un tube 5 est monté dans ledit canal axial du percuteur 4. Pour mettre le percuteur 4 en mouvement de va-et-vient, on a prévu une chambre de course utile 6 et une chambre de course à vide 7. L'air comprimé est amené d'un poste de compression à travers un tuyau flexible 8 et ensuite à travers un robinet d'amenée d'air 9 aux chambres de travail du mécanisme. Pour améliorer la technologie de fabrication et diminuer les charges dynamiques s'exerçant sur le corps, il est avantageux qu'un organe de serrage 10 soit monté dans la partie avant du corps 1 par l'intermédiaire d'un amortisseur Il notamment en caoutchouc. L'extrémité avant du tube 5 est engagée dans l'organe de serrage 10 et prend appui contre une bague élastique 12, tandis que son extrémité arrière est montée dans le corps 1 par l'intermédiaire d'un amortisseur 13 par exemple en caoutchouc. Dans le petit gradin du percuteur 4 est pratiquée une gorge 14 qu. met en communication l'orifice d'admission 2 avec le grand gradin du corps 1, tandis que la paroi du canal axial du percuteur 4 et celle du tube 5 forment entre elles une cavité circulaire non close 15. La chambre de course utile 6 est formée par la gorge 14 du percuteur 4 et les parois du corps 1. La chambre de course à vide 7 est formée par la cavité circulaire 15, les parois du tube 5 et les parois du corps 1. Une virole 17 liée rigidement au robinet d'amenée d'air 9 est montée sur la surface extérieure du corps 1 par l'intermédiaire d'amortisseurs 16. La tige à enfoncer 18 est engagée dans l'enceinte intérieure du tube 5. -Le mécanisme de percussion pneumatique fonctionne de la manière suivante. Quand on tourne la poignée du robinet 9, l'air comprimé arrive à travers l'orifice 2 dans la chambre de course à vide 7. La pression d'air comprimé agit sur les faces du petit gradin et du grand gradin du percuteur 4 engagés dans la chambre 7. Du fait que la face du grand gradin du percuteur 4 est plus grande que la face de l'autre gradin, le percuteur 4 commence à effectuer sa course à vide, c'est-à-dire,se déplace à droite (position représentée sur la figure 1). A la fin cette course (figure 2) du percuteur 4, l'orifice d'échappement 3 s'ouvre et l'air usé s'échappe de la chambre de course à vide 7. En même temps, l'orifice d'admission 2 s'ouvre et l'air comprimé passe par le canal formé par la gorge 14 du percuteur 4 et la paroi du petit gradin du corps 1 et arrive dans la chambre de course utile 6.Le percuteur 4 commense sa course utile (sur la figure 2, il se déplace à gauche) à la fin de laquelle il porte un coup (le moment du coup est représenté sur la figure 1). Alors l'orifice d'échappement 3 s'ouvre et l'air usé s'échappe de la chambre de course utile 6 à l'atmosphère et, en même temps, l'air comprimé est amené à travers l'orifice 2 dans la chambre de course à vide 7 et le percuteur 4 commence sa course à vide (sur la figure 1, it se déplace à droite). Ensuite le cycle décrit recommence. Sous l'action des chocs portés par le mécanisme de percussion pneumatique ét qui sont transmis par l'organe de serrage 10 à la tige 18, cette dernière s'enfonce dans le sol. Le mécanisme de percussion pneumatique représenté sur les figures 3, 4 est l'une des variantes possibles d'application de la présente invention. A la différence de la variante décrite ci-dessus, la chambre de course utile 6 du mécanisme de percussion pneumatique réalisé selon cette conception est formée par la cavité annulaire 15 entre le tube 5 et le percuteur 4 ainsi que par les parois du corps I et du tube 5. La chambre de course à vide 7 est formée par la gorge 14 du percuteur 4 et les parois du corps 1. L'extrémité arrière du tube 5 est monté par l'intermédiaire de l'amortisseur 13 dans un écrou 19 vissé dans le grand gradin du corps 1. Le mécanisme de percussion pneumatique représenté sur les figures 3, 4 fonctionne d'une manière analogue au mécanisme décrit précédemment. .RtE.U,EN.o.Z.CAT.I,o.N.S. 1. Mécanisme de percussion pour l'enfoncement dans le sol et l'extraction d'éléments en forme de tige, du type comportant un corps creux cylindrique (1) à gradins pourvu d'un orifice d'admission (2) et d'un orifice d'échappement (3) et à l'intérieur duquel est monté un percuteur (4) à gradins comportant un canal axial et pouvant effectuer un mouvement axial de va-et-vient, un tube 45) monté dans ledit canal axial du percuteur (4), une chambre de course utile (6) et une chambre de course à vide (7), un tuyau flexible (8) d'amenée d'air pourvu d'un robinet (9), et un mécanisme de serrage (10) disposé dans la partie avant du corps (1), caractérisé en ce qu'une gorge (14) est pratiquée sur le petit gradin du percuteur (4) et met en communication l'orifice d'admission (2) avec l'en- ceinte du grand gradin du corps (1),et en ce qu'une cavité circulaire non close (15) est formée entre le tube (5) et le canal axial du percuteur (4). 2. Mécanisme de percussion pneumatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre de course utile (6) est formée par ladite gorge (14) et les parois du corps (1), tandis que la chambre de course à vide (7) est formée par ladite cavité circulaire (vis) et par les parois du corps (1) et du tube (5). 3. Mécanisme de percussion pneumatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre de course utile (6) est formée par ladite cavité circulaire (15) et par les parois du corps (i) et du tube (5), la chambre de course à vide (7) étant formée par ladite gorge (14) et les parois du corps (1). 4. Mécanisme de percussion pneumatique selon l'une des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que le rapport des volumes de la chambre de course à vide (7) et de la chambre de course utile (6) se trouve entre les limites de 1/3 à 1/4. 5. Mécanisme de percussion pneumatique selon l'une des revendications 1, 3 et 4, caractérisé en ce qu'une virole (17) lié rigidement au robinet d'amenée d'air (9) est montée sur la surface extérieure du corps (î) par l'intermédiaire d'amortisseurs (16).