Brevet FR2542368A1 — publié le 19840914

L'invention concerne un dispositif de commande pour perforateur. L'objet de l'invention se rattache au secteur technique des moyens de forage du sol, et en particulier des perforateurs, ainsi que leurs moyens de commande. Les perforateurs à main généralement utilises pour le forage de trous relativement profonds présentent au moins à partir d'une certaine puissance, deux commandes distinctes, à savoir : une commande actionnant le fleuret de perforation, et une commande actionnant un dispositif d'injection de fluide (air ou eau) pour autorise le dégagement et la remontee des débris de perforation. Ces commandes sont généralement mises en oeuvre depuis un boisseau à plusieurs positions équipé d'un levier que l'on actionne manuellement Le levier est généralement situé en dessous du moyen de préhension du perforateur.On comprend que l'utilisateur doit lâcher d'une mai: ledit moyen de préhension, pour manoeuvrer le boisseau, et ce faisant, il s'expose à des accidents dus par exemple à la rotation bru tale du perforateur par blocage du fleuret au fond du trou à forer. Dans de nombreux pays, la législation en matière de sécurité a évolué, notamment en obligeant le constructeur à prévoir des commandes accessibles sans lâcher le moyen de préhension, et opérer la mise en route du fluide dtinjection indépendamment et avant la mise en route du moteur de commande du fleuret. Pour en tenir compte, on a créé le dispositif simplifié et amélioré de commande selon l'invention qui permet à l'utilisateur d actionner les deux commandes sans lâcher le moyen de préhension, ai Si que de le stopper automatiquement dès qu'il lâche le moyen de préhension. Parallèlement, on a également recherché un dispositif d commande plus fiable, plus simple à réaliser et plus économique que le boisseau à plusieurs positions dont la réalisation et le montage exigent une grande précision d'usinage incompatible avec un prix d revient intéressant, et qui ne garantit pas une bonne étanchéité dans le temps, par corrosion de ses éléments non jointoyés. Le dispositif suivant l'invention est caractérisé en ce qu' il comprend un bloc adapté et fixé à la partie supérieure du perforateur et formant directement ou de manière rapportée un moyen de préhension commode du perforateur ; ledit bloc est aménagé intérêt rement pour la circulation des fluides de commande d'injection et de commande d'entralnement du fleuret, avec interposition dans les circuits d'organes du type soupapes, clapets ou similaires, desti nés à ouvrir ou fermer les circuits correspondant à l'injection et à l'entrainement du fleuret ; ces deux organes d'obturation étant commandés indépendamment par un seul organe manuel accessible sans lâcher le moyen de préhension du perforateur. Ces caractéristiques et d'autres encore ressortiront de la description qui suit. Pour fixer l'objet de l'invention sans toutefois le limiter, dans les dessins annexés La figure 1 est une vue de face illustrant un perforateur équipé du dispositif selon l'invention. La figure 2 est une vue en coupe considérée suivant la ligne 2-2 de la figure 1, montrant les divers mécanismes du perforateur et notamment une des soupapes de commande. La figure 3 est une vue en coupe transversale considérée suivant la ligne 3-3 de la figure 2, illustrant les moyens d'entral- nemené en rotation du fleuret. La figure 4 est une vue partielle illustrant l'organe de commande des soupapes équipé d'un dispositif de sécurité. La figure 5 est une vue en coupe partielle à plus grande échelle illustrant les soupapes d'obturation et un exemple de réalisation de leur organe-de commande. Les figures 6 et 7 sont des vues semblables à la figure 5, mais à plus petite échelle et illustrant respectivement la position circuit d'injection seul ouvert et circuits d'injection et moteurs ouverts. La figure 8 est une vue en plan du perforateur équipé du dispositif suivant l'invention. La figure 9 est une vue en coupe partielle illustrant une variante de réalisation del'organe de commande des soupapes d'obturation. La figure 10 est une vue en coupe partielle considérée suivant la ligne 10-10 de la figure 9. Afin de rendre plus concret l'objet de l'invention, on le décrit maintenant sous des formes non limitatives de réalisation illustrées aux figures des dessins. Le perforateur (P) illustré seulement à titre d'exemple est du type bien connu comprenant pour sa partie supérieure un cylindre (1) dans lequel se déplace un piston (2) entraînant en rotation et translations alternées un fleuret (F) (représenté en traits interrompus) par l'intermédiaire de cannelures droites (3) entre le piston et la bague (5a) d'un porte-outil (5) d'une part, et de cannelures hélicoïdales (4) entre le piston et un manchon (6) d'autre part. De cliquets (7) solidaires du manchon coopèrent avec des dentures (la) du cylindre pour assurer les rotations successives du piston donc d fleuret. A la partie inférieure, le cylindre (1) porte de manière ar ticulée en (8) un support (9) ou décaleur pour la retenue de la queue renflée (F1) du fleuret qui est percé axialement de part en part jusqu'à des ajutages situés dans la partie active, pour assurer le passage du fluide d'injection (air ou eau) arrivant à traver une tige creuse ou tube injecteur (10) traversant le piston (2) et dont l'extrémité supérieure (10a) fixée par tous moyens dans un blo supérieur (11), communique avec un circuit d'arrivée du fluide d'in jection que l'on décrira plus loin. On voit encore que la partie supérieure ouverte du cylindre (2) est coiffée par une pièce (12) appelée siège de frappe dont la collerette d'appui (12a) est percée de plusieurs orifices (12b) de passage du fluide d'entraînement du piston, qui est amené depuis l'extérieur par un circuit comprenant des canalisations et chambres formées dans le bloc (11) et que l'on décrira plus loin, et des orifices (13a) formés dans une rondelle épaisse (appelée siège de relève) (13) montée entre le cylindre (2) et le bloc (11). Entre la pièce (13) et la pièce (12), on interpose avec jeu une pastille (14 destinée à vibrer sous l'effet des pressions créées de part et d'au tre du piston suivant les phases de fonctionnement, et ainsi, d'obt rer et d'ouvrir périodiquement et en alternance le circuit moteur pour actionner le piston, donc le fleuret. Suivant une des caractéristiques de l'invention, le bloc su périeur (11) est aménagé pour recevoir deux soupapes (95 - 16), cla pets ou organes similaires. Chaque soupape est formée d'une tige (15a - 16a) coulissant de manière étanche dans un alésage (lita) débouchant d'une part à la surface d'un bossage (11b) formé au fond d'une entaille (lic) traversant le bloc et, d'autre part, dans un chambrage ( 11d) à deux étages. Ledit chambrage présente entre les deux étages un siège (11e) pour l'appui étanche d'un joint torique (18) monté dans la tête élargie (15b - 16b) de la soupape qui est maintenue en position d'obturation par un moyen élastique du type ressort à boudin (17) par exemple. Comme on le voit bien aux figures 2 et 5, la soupape (15) correspondant au circuit d'injection de fluide, et la soupape (16) correspondant au circuit moteur, communiquent chacune avec une canalisation (11f - 11g) d'arrivée de fluide, cela lorsque les deux fluides sont différents. Bien entendu, si les deux fluides sont identiques, une seule arrivée peut être prévue avec communication des circuits en un point convenable. Le circuit d'injection comprend la canalisation (11f) débouchant dans le chambrage correspondant (îîd)- traversé par la soupape (15), et une canalisation (11h) reliant le chambrage ( 11d) à l'ex- trémité supérieure (10a) de la tige d'injection (10). Le circuit moteur comprend pour ce qui concerne le bloc (11), la canalisation (11g) débouchant dans le chambrage (ils) traversé par la soupape (16),/une canalisation (iii) reliant le chambrage (îîd à une chambre de distribution (11j). Les orifices (13a - 12b) réalisés dans le siège de relève et dans le siège de frappe, assurent la distribution du fluide moteur dans le cylindre au-dessus et au-dessous du piston suivant les conditions de pression engendrées par la pastille (14). Selon une autre caractéristique de l'invention, les deux soupapes (15 - 16) doivent être de préférence actionnées indépendamment par l'utilisateur tenant des deux mains le moyen de préhension qui est formé généralement de deux poignées (19) solidaires directement ou de manière rapportée du bloc (11) et s'étendant de part et d'autre dudit bloc- suivant deux directions opposées. Pour cela, on prévoit un levier ou gâchette (20) dont une extrémité (20a) est articulée latéralement en (21) dans l'entaille (lic) du bloc, et qui s'étend dans l'alignement de ladite entaille en passant au-dessus des tiges de soupapes, tandis que son autre extrémité (20b), profilée pour un meilleur appui de la main, s'étend au-dessus d'une des poignées (19). La face inférieure (20c) du levier, située au-dessus des tiges de soupapes, s'appuie au repos et par son propre poids, sur la tige (15a) de la soupape (15) de commande d'injection sans la déplacer, ladite face étant éloignée de la tige (16a) de la soupape (16) de commande moteur. On comprend que lorsque l'utilisateur prend en main le perforateur, il peut appuyer sur le levier (20) comme illustré figure 6 pour déplacer seulement la soupape (15) et donc ouvrir le circuit du fluide d'injection nécessaire au dégagement des débris. Lorsqu'il veut actionner le fleuret de perforation, l'utilisateur doit conti nuer son action sur le levier pour déplacer la soupape (16) et ouvrir le circuit du fluide moteur (figure 7). Comme on le voit à la figure 5 notamment, le débattement angulaire du levier (20) est limtié par tous moyens tels qu'une goupille (22) fixée dans les parois de l'entaille (lic) et traversant le levier qui présente à cet effet une ouverture (20d) de plus grande dimension que la goupille. A noter que les chambrages (11d) du bloc, dans leur partie située au-dessus des sièges ( vile), sont réalisés avec un diamètre légèrement supérieur à celui des portées cylindriques (15c - 16c) des soupapes situées au-dessus du joint torique, de manière à formel entre ces deux éléments un espace de laminage du fluide autorisant le fonctionnement au ralenti, d'abord de l'injection, puis du fleuret ; le débit normal étant atteint lorsque les portées (15c - 16c) débouchent dans la partie basse des chambrages (11do Ces disposi tions permettent d'obtenir une grande souplesse de démarrage et une progressivité d'action facilitant l'amorçage du trou à forer, et assurant un ajustement précis du travail selon les conditions de forage. On a également prévu, comme illustré à la figure 4, d'équiper le levier (20) d'un organe de verrouillage en position repos po assurer une plus grande sécurité. Pour cela divers moyens peuvent être mis en place. On a illustré par exemple un verrou (23) articul en (24) dans sa partie médiane sur le levier. A son extrémité inférieure, le verrou présente une face d'appui sur le bloc (11) par exemple de part et d'autre de l'entaille (il), tandis qu'à l'op- posé il porte une saillie ou palette de préhension (23a) dirigée du côté de l'extrémité (20b) du levier pour être aisément manoeuvrée par l'utilisateur en vue de les faire basculer. Un ressort (25) rap pelle élastiquement le verrou en position de verrouilalge par appui d'une butée (23b) sur le levier. Selon une autre forme de réalisation illustrée aux figures 9 et 10, le moyen de commande des soupapes est constitué par un axe (26) porté à rotation libre par des paliers (11k) du bloc, et s'étE dant au-dessus des tiges de soupapes. Des cames (26a - 26b) solidaires de l'axe, sont décalées angulairement pour agir indépendammf d'abord sur la soupape (15) de commande du fluide -d'injection, pui sur la soupape (16) de commande du fluide moteur, cela par action c pivotement de l'axe à l'aide d'un levier (26c) solidaire d'une exti mité de l'axe directement ou de manière rapportée et,-de préférence accessible sans lâcher la poignée. On doit encore noter que le moyen de préhension du perforateur peut être constitué par une poignée centrale en boucle dite "à simple prise" pour les pays dont la législation en matière de sécurité est plus souple. Cette poignée peut hêtre indifféremment associée avec l'organe de commande à levier (20) ou à cames (26). Dans ce cas, on peut également prévoir d'inverser le montage des soupapes, pour qu'elles obturent les circuits lorsque l'organe de commande (2Ù ou 26) est en appui élastique sur les tiges des soupapes et verrouillé dans cette position ; le relevage ou la rotation desdits organes autorisant le déplacement des soupapes par l'intermédiaire des ressorts de poussée. Les avantages ressortent bien de la description, on souligne notamment - La sécurité obtenue par la commande accessible, sans lâcher les poignées et l'arrêt automatique des commandes lorsqu'on lâche le levier ou gâchette (20). La simplification de la commande par soupapes et levier par rapport au boisseau. - La bonne étanchéité des soupapes qui peuvent être équipées de joints. - La robustesse et la fiabilité des pièces eomposant le dispositif. - L'interchangeabilité rapide et aisée des mécanismes. - La grande souplesse d'utilisation par modulation des commandes. - L'économie de fabrication réalisée par l'emploi de soupapes à dimensionnements moins précis que pour le boisseau. L'invention ne limite aucunement à celui de ses modes dtap- plication non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties ayant plus spécialement été indiquées ; elle en embrasse au contraire toutes les variantes. REVENDICATIONS -1- Dispositif de commande pour perforateur du type comprenant une commande de fluide d'injection destiné au dégagement des débris de perforation, et une commande de fluide moteur destiné à I'entrane- ment du fleuret de forage, caractérisé en ce qu'il comprend un bloc (11) adapté et fixé à la partie supérieure du perforateur (P), ce bloc formant directement ou de manière rapportée un moyen ( 19) de préhension commode du perforateur ; ledit bloc est aménagé intérieurement pour la circulation des fluides de commande d'injection et de commande d'entraînement d'un fleuret (F) de forage, avec intes position dans les circuits, d'organes du type soupapes (15 - 16), clapets ou organes similaires, destinés à ouvrir ou fermer les circuits correspondant à l'injection et-à l'entraînement du fleuret ces deux organes d'obturation étant commandés indépendamment par un seul organe manuel (20) accessible sans lâcher le moyen de préhe sion du perforateur. -2- Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le soupapes (15 - 16) sont constituées chacune par une tige (15a - 16a coulissant de manière étanche dans des alésages (i la) du bloc (11), et par une tête (15b - 16b) aménagée pour recevoir un joint torique (18) destiné à s'appuyer sur un siège (lie) réalisé dans la partie médiane d'un chambrage ( lld) à deux étages ; les alésages (lia) débouchant sur la face supérieure d'un bossage (Ilb) du bloc- formé dans une entaille (lic) traversant le bloc ; un moyen élastique du type ressort à boudin (17) ou similaire , maintient la soupape en position d'obturation entre deux parties des circuits (11f - 11h) c une part et (Ilg - 11i) d'autre part. -3- Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que lf parties des chambrages (11d) situées au-dessus des sièges (île) SOI de diamètre légèrement supérieur au diamètre des portées cylindriqt (15c - 16e) afin de créer un espace de laminage de fluide autorisai un fonctionnement au ralenti des deux circuits ; le débit normal étant atteint lorsque les portées (15c - 16c) arrivent dans la par basse plus large des chambrages (ils). -4- Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que 1 organe manuel de commande des soupapes (15 - 16) est constitué par une gâchette ou levier (20) dont une extrémité (20a) est articulée latéralement en (21) dans l'entaille (lic) du bloc (11), et qui s'étend dans l'alignement de ladite entaille en passant au-dessus des tiges des soupapes, tandis que son autre extrémité (20b), profilée pour un meilleur appui de la main, s'étend au-dessus d'une des poignées (19) du moyen de préhension du perforateur ; la face inférieure (20c) du levier s'appuyant au repos et par son propre poids, sur la tige (15a) de la soupape (15) de commande d'injection sans la déplacer, ladite face étant éloignée de la tige (16a) de la su- pape (16) de commande moteur, de manière à actionner la soupape -5- Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le débattement angulaire du levier (20) est limité par tous moyens tels que goupille (22) fixée dans les parois de l'entaille (11c) et traversant avec large jeu une ouverture (20d) du levier. -6- Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le levier (20) est verrouillé en position repos par tous moyens tels qu'un verrou (23) articulé dans sa partie médiane sur le levier et dont la face inférieure s'appuie sur le bloc (11) sous l'effet de rappel d'un ressort (25) maintenant par une butée (23b) le levier en position de-verrouillage ; une saillie ou palette (23a) de préhension, de préférence accessible sans lâcher les poignées, étant formée à la partie supérieure du verrou. -7- Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que 1' organe manuel de commande des soupapes (15 - 16) est constitué par un axe (26) porté à rotation libre par des paliers (11k) du bloc (11), et s'étendant au-dessus des tiges des soupapes, qui sont déplacées indépendamment par des cames (26a - 26b) solidaires de l'axe et déclaées angulairement ; un levier de manoeuvre (26c) solidaire d'une extrémité de l-'axe directement ou de manière rapportée, étant de préférence accessible sans lâcher les poignées.