Brevet FR2550983A1 — publié le 19850301

i "Appareil à percussions hydraulique" La présente invention a pour objet un appareil à percussions hydraulique, et plus spécialement un appareil destiné à perforer ou briser des roches, comprenant un corps dans lequel un piston peut effectuer 5 un mouvement axial alternatif et venir frapper à la fin de chaque course, dite course de frappe, l'extrémité d'un outil pic ou fleuret monté sur une extrémité du corps et débouchant dans l'alésage servant au guidage du piston. L'efficacité d'un tel appareil est fonction de plusieurs paramètres. 10 Un premier paramètre est donné par la vélocité du piston de percussion au moment de l'impact avec l'outil, et le rapport entre la masse linéaire du piston de percussion et celle de l'outil Ces valeurs conditionnent l'intensité de l'onde de choc générée La valeur de cette intensité ne peut pas être augmentée exagérément, du fait qu'elle correspond dans 15 le métal de l'outil à des contraintes de compression qui, au-delà de certaines limites, entraîneraient la destruction prématurée de l'outil par fatigue. Un second paramètre est donné par la fréquence de l'impact. Un troisième paramètre est donné par la durée du passage de 20 l'onde de choc, qui est fonction de la vitesse de déplacement des ondes dans le métal et proportionnelle à la longueur du piston de percussion. Par conséquent, pour améliorer l'efficacité d'un appareil à percussion il peut sembler avantageux d'accroître la longueur du piston. Toutefois la fabrication d'un piston de grande longueur, ou de 25 grand élancement (rapport de la longueur au diamètre) est une opération technique difficile du fait que, pour que ce piston puisse supporter des contraintes de compression aussi élevées que possible, il faut qu'il soit durci par un traitement thermique approprié qui entraîne des déformations En outre, la géométrie du piston doit être très précise afin de 30 permettre sa circulation avec un minimum de jeu dans les alésages dans lesquels il doit coulisser Enfin, la réalisation d'alésages précis de très grande longueur est également une opération technique délicate. En pratique il n'est donc pas possible d'influer favorablement sur le troisième paramètre cité en augmentant sensiblement la longueur 35 du piston de frappe. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients. A cet effet, dans la machine qu'elle concerne, du type précité, le piston de frappe est réalisé en plusieurs tronçons coaxiaux et disposés bout à bout, des moyens étant prévus pour assurer le maintien en contact de deux tronçons adjacents au cours des différentes phases de fonctionnement c'est-à-dire au cours de la course de frappe du piston jusqu'à son impact avec l'outil, et au cours de sa course de retour. Le fait que les différents tronçons de piston demeurent en contact les uns avec les autres, notamment au moment de l'impact sur l'outil, ne modifie pas l'efficacité de l'impact par rapport au cas o le piston serait réalisé en un seul élément de longueur égale à la somme 10 des longueurs des différents tronçons de piston. Pour sa part le corps de l'appareil est réalisé en plusieurs parties coaxiales montées bout à bout et assemblées les unes aux autres, comportant chacune un alésage servant au guidage d'une partie de piston. Chaque tronçon de piston coulissant dans un alésage de faible 15 longueur totale et usiné avec précision permet l'obtention d'un excellent guidage, avec un jeu minimum et des longueurs d'étanchéité maximales. De ce fait, les fuites internes de fluide sous pression sont limitées à des valeurs négligeables et permettent au cycle hydraulique d'avoir un très bon rendement. De toute façon l'invention sera bien comprise à' l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé, représentant à titre d'exemples non limitatifs, quatre formes d'exécution de cet appareil: Figures 1 et 2 sont deux vues en coupe longitudinales d'un pre25 mier appareil comportant un piston de frappe réalisé en deux tronçons, respectivement au cours de la course de frappe du piston et au cours du mouvement du retour de celui-ci Figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'un appareil comportant un piston de frappe réalisé en trois tronçons Figure 4 est une vue en coupe longitudinale d'un appareil constituant une variante de celui représenté à la figure 3. Figure 5 est une vue en coupe longitudinale d'un appareil constituant une variante de celui représenté à la figure 1. Les différents appareils représentés au dessin fonctionnent selon 35 un principe décrit dans le brevet français 2 369 908 au nom de la Demanderesse. L'appareil ( 2) représenté aux figures I et 2 comprend un corps réalisé en deux parties ( 3 et 4). A l'intérieur de la partie ( 3) du corps est alésé un cylindre ( 5) à l'intérieur duquel est monté coulissant un premier tronçon ( 6) du piston de frappe L'une des extrémités de ce piston ( 6) est disposée en regard 5 de l'outil ( 7) dont seule une extrémité est représentée Il faut noter que le cylindre ( 5) comprend deux zones de sections différentes, correspondant aux deux sections du tronçon de piston ( 6), et assurant le ménagement d'une chambre annulaire ( 8) reliée en permanence par un canal ( 9) au conduit ( 10) d'alimentation en fluide à haute pression A l'intérieur 10 de la partie ( 4) du corps est alésé un cylindre ( 12) à l'intérieur duquel coulissent un tronçon de piston ( 13) ou tronçon de poussée et une piece tubulaire ( 14) remplissant la fonction de distributeur Les parties ( 3 et 4) du corps sont disposées de telle sorte que les cylindres ( 5 et 12) soient coaxiaux, aux tolérances d'usinage près, autorisant un contact 15 entre les tronçons de piston ( 6 et 13) par leurs faces d'extrémité respectivement ( 15 et 16). Le tronçon ( 13) comporte du côté de sa face ( 16) en contact avec le tronçon de piston ( 6) une gorge annulaire ( 17) délimitée du côté du tronçon de piston ( 6) par une partie renflée ( 18) de section inférieure 20 à celle du cylindre ( 12) Comme montré au dessin cette partie renflée, est de forme générale tronconique et de section décroissante depuis la face ( 16) du tronçon de piston ( 13) vers la gorge annulaire ( 17) Cette partie tronconique peut présenter une réduction de section constante ou être constituée par une succession de parties cylindriques adjacentes 25 les unes aux autres de sections décroissantes. Une gorge ( 19) ménagée dans la partie ( 4) du corps, et située dans la zone dans laquelle se trouve les faces en contact ( 15,16) des éléments ( 6,13) est reliée en permanence au conduit basse pression ( 20) sur lequel peut être branché éventuellement un accumulateur hydraulique 30 non représenté au dessin. Dans le cylindre ( 12) débouche une lumière ( 22) communiquant avec un canal ( 23) débouchant également dans la partie annulaire située entre le cylindre ( 12) et la collerette ( 24) servant de butée haute au distributeur ( 14) Cette lumière ( 22) débouche au niveau de la gorge annulaire ( 17) du tronçon de piston à proximité de la gorge annulaire ( 19) ménagée dans le cylindre ( 12). Cet appareil comprend également, et de façon connue, notamment par le brevet français 2 369 908, un piston plongeur ( 25), un accumulateur hydraulique ( 26) relié au conduit d'alimentation ( 10) en fluide haute pression, un canal ( 27) d'alimentation en fluide haute pression en tête du tronçon de piston ( 13), un dispositif ( 28) de déclenchement du cycle, 5 ainsi qu'au moins un canal ( 29) débouchant dans le cylindre ( 12) et relié en permanence au conduit basse pression ( 20). Comme indiqué précédemment, la description du fonctionnement de cet appareil est limitée à celui des éléments intervenant dans le cycle particulier que nécessite un piston en plusieurs tronçons. La figure 1 représente les pièces mobiles dans la phase de fonctionnement correspondant à la course de frappe des éléments ( 6 et 13) La pression hydraulique appliquée à ces éléments par l'intermédiaire du fluide véhiculé par les canaux ( 9 et 27) les plaque énergiquement l'un contre l'autre, compte tenu du fait que leurs faces en contact ( 15,16) 15 ne sont soumises qu'à une faible pression, puisqu'elles sont situées dans une zone ( 19) communiquant avec le conduit basse pression ( 20). Pendant la course de retour de l'équipage mobile, représentée à la figure 2, le tronçon de piston ( 13) entraîne dans son mouvement le distributeur ( 14) et le piston plongeur ( 25) Dans un premier temps, 20 le fluide contenu à l'intérieur du distributeur ( 14) s'échappe largement à travers le canal ( 29) et le conduit basse pression ( 20), autorisant une vitesse de déplacement rapide de l'équipage mobile. Dans un second temps, le distributeur ( 14) obture le conduit ( 29) et impose au fluide de s'échapper par le canal ( 23), la lumière ( 22), 25 la gorge annulaire ( 17) et la gorge annulaire ( 19) avant de passer dans le conduit basse pression ( 20) La partie renflée ( 18) du tronçon de piston ( 13) vient alors diminuer progressivement la section d'échappement du fluide vers le conduit basse pression ( 20) qu'elle ménage avec l'arête supérieure de la gorge ( 19), créant une pression de fluide susceptible 30 de freiner énergiquement l'équipage mobile constitué par les deux tronçons de piston ( 6 et 13), le distributeur ( 14) et le piston plongeur ( 25) La section de passage de fluide diminuant, le ralentissement de l'équipage mobile est progressif, jusqu'à atteindre une vitesse suffisamment faible compatible avec un contact sans détérioration entre le distributeur ( 14) 35 et la collerette ( 24) servant de butée à celui-ci Cet agencement assure également au cours du mouvement de retour des tronçons de piston ( 6 et 13) un étroit contact entre ceux-ci du fait que leurs faces d'appui ( 15,16) demeurent situées dans une zone en communication avec le circuit basse pression. L'appareil représenté à la figure 3 est une variante de celui décrit précédemment comportant trois tronçons de piston et dans laquelle 5 les mêmes éléments sont désignés par les mêmes références qu'aux figures 1 et 2 Un élément intermédiaire ( 30) disposé entre les éléments ( 6 et 13), est monté coulissant dans un cylindre ( 32) ménagé à l'intérieur d'une partie ( 33) du corps disposée entre les parties ( 3 et 4), coaxialement à celles-ci Afin de favoriser le maintien en contact entre les deux faces 10 en regard des tronçons ( 6 et 30) de piston une gorge annulaire ( 34) est ménagée à leur niveau dans le cylindre ( 32), qui communique par un canal ( 35) avec le conduit basse pression ( 20). Le fonctionnement de cet appareil est identique à celui de l'appareil qui vient d'être décrit en référence aux figures 1 et 2. Il est à noter que l'alésage de plus grand diamètre du cylindre ( 6), l'alésage ( 32) et l'alésage ( 12) sont réalisés au même diamètre, ce qui évite la création d'un débit de fluide au niveau des gorges ( 19 et 34) pendant la course active des trois tronçons de piston Cette exécution correspondant à des tronçons de piston ( 6, 30 et 13) possédant sensiblement 20 une section constante d'une extrémité à l'autre du piston et permettant la génération dans l'outil ( 7) d'une onde de choc à contrainte constante. La figure 4 représente une variante d'exécution de l'appareil de figure 3 dans laquelle les sections des alésages ( 5 a, 32 a et 12 a) augmentent depuis celle de l'alésage ( 5 a) jusqu'à celle de l'alésage ( 12 a) ce qui 25 permet la génération dans l'outil ( 7) d'une onde de choc à contrainte progressive, ou la contrainte en fin d'impact est plus élevée qu'en début d'impact Cette propriété est obtenue très facilement du fait que les tronçons de piston ( 6, 30 et 13) et les alésages correspondants des trois parties du corps de l'appareil font l'objet d'usinages séparés. La figure 5 représente une variante d'exécution de l'appareil de figure 1 dans laquelle les mêmes éléments sont désignés par les mêmes références Dans ce cas, le tronçon de poussée ( 13) du piston présente une gorge annulaire ( 36) délimitée du côté du second tronçon ( 6) par une surface inclinée ( 37) de section croissante jusqu'à retrouver la même 35 section que la partie du piston située de l'autre côté de la gorge Une gorge annulaire ( 38) ménagée dans le cyclindre ( 12) est en communication permanente avec le conduit basse pression ( 20) par l'intermédiaire d'un canal ( 39) débouchant dans le canal ( 29). Dans le cylindre ( 12) débouche une lumière ( 40) communiquant par le canal ( 23) avec la chambre située au-dessus du tronçon de poussee du piston Cette lumière ( 40) est située à proximité de la gorge annulaire ( 38). Les positions relatives des gorges ( 36) et ( 38) sont telles qu'au cours de la remontée du piston la surface inclinée ( 37) de celui-ci réduise progressivement la section de passage de fluide du canal ( 23) vers le conduit basse-pression ( 20). Le fonctionnement de cet appareil est exactement le même que celui de l'appareil de figure 1, la seule différence résidant dans le fait que l'échappement de fluide vers le conduit basse-pression ne se fait plus par la gorge ( 19), mais par la gorge ( 38), qui remplit cette seule fonction. Comme il ressort de ce qui précède l'invention apporte une grande amélioration à la technique existante en fournissant un appareil à percussion hydraulique possédant d'excellentes performances en raison de la longueur importante de piston qui peut être obtenue de façon simple, et de l'excellent rendement du cycle hydraulique en raison de 20 la limitation des fuites internes de fluide sous pression à des valeurs négligeables, compte tenu de la faiblesse des jeux et des longueurs de guidage importantes des éléments mobiles par rapport au corps. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de cet appareil décrite ci-dessus à titre d'exemple, 25 elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation. C'est ainsi notamment que la partie renflée ( 18) du tronçon de piston ( 13) pourrait être de forme purement cylindrique; que les sections des deux tronçons d'éléments de l'appareil représenté aux figures I et 2 pourraient être différentes, que le nombre de tronçons de piston 30 pourrait être supérieur à trois ou que les moyens de commande du mouvement du piston pourraient être différents, sans que l'on sorte pour autant du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Appareil à percussions hydraulique, du type comprenant un corps dans lequel est ménagé un cylindre servant au guidage d'un piston de frappe venant percuter l'outil, caractérisé en ce que le piston de 5 frappe est réalisé sous forme de plusieurs tronçons de piston ( 6,13) coaxiaux et disposés bout à bout, des moyens étant prévus pour assurer le maintien en contact de deux tronçons de piston adjacents, au cours des différentes phases de fonctionnement, c'est-à-dire durant la course de frappe du piston jusqu'à son impact avec l'outil et durant la course 10 de retour. 2 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que son corps est réalisé en plusieurs parties ( 3,4,33) coaxiales et assemblées les unes aux autres, comportant chacune un alésage ( 5,12,32) servant au guidage d'une partie de piston. 3 Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que dans chaque zone du corps dans laquelle se déplacent les faces d'appui entre deux tronçons adjacents ( 6,13; 30,6) du piston est ménagée une gorge annulaire ( 19,34) reliée en permanence au circuit basse pression ( 20). 4 Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que le tronçon de poussée ( 13) du piston, c'est-à-dire celui subissant la pression assurant le déplacement de l'ensemble mobile durant la course de frappe comprend une gorge annulaire ( 17,) délimitée du côté du second tronçon de piston par une surface inclinée correspondant à une augmentation 25 progressive de la section du piston, tandis qu'une gorge annulaire ( 19), en communication avec le conduit basse pression ( 20) est ménagée dans l'alésage servant au guidage du piston de façon à se trouver en regard de la gorge ( 17,) du tronçon de poussée ( 13) lorsque le piston vient frapper l'outil, et que l'arête supérieure de ladite gorge ne ménage 30 avec la surface inclinée du tronçon de poussée ( 13) qu'un passage de faible section, une lumière ( 22,) étant prévue qui, débouchant dans l'alésage servant au guidage du tronçon de poussée ( 13), et en communication avec un conduit ( 23) débouchant dans la chambre limitée par la face supérieure du tronçon de poussée, est située à proximité de 35 la gorge en communication avec le conduit basse pression ( 20). Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que d'une part la gorge ménagée dans l'alésage ( 12) du corps, apte à communiquer 2550983 - avec la chambre située au-dessus du tronçon de poussée ( 15) est confondue avec la gorge ( 19) située dans la zone dans laquelle se trouve les faces d'appui l'un sur l'autre du tronçon de poussée ( 13) et du second tronçon ( 6) du piston et d'autre part la gorge annulaire ( 17) ménagée dans le tronçon de poussée est délimitée du côté de l'extrémité considérée du tronçon de poussée par une partie renflée ( 18) de section inférieure à la section du cylindre ( 12) servant au guidage du tronçon de poussée. 6 Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que la partie renflée ( 18) du tronçon de poussée est de section décroissante 10 depuis son extrémité ( 16) en appui contre le second tronçon ( 6) de piston vers la gorge annulaire ( 20). 7 Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que la partie renflée ( 18) du tronçon de poussée est de forme générale tronconique. 8 Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que la partie renflée ( 18) du tronçon de poussée ( 13) est constituée par une série de zones cylindriques juxtaposées et de sections décroissantes. 9 Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les sections respectives des différents tronçons de piston 20 sont croissantes depuis le tronçon situé du côté de l'outil vers le tronçon de poussée.