Brevet FR2567221A1 — publié le 19860110

i La présente invention concerne un dispositif d'accouplement pour une machine de forage par percussion servant à l'accouplement d'une tige de forage de façon non tournante avec une chemise montée de façon tournante dans un bâti et entraînée en rotation par un mécanisme d'entraînement, ledit dispositif comprenant: - des rainures axiales d'entraînement ménagées.dans ladite chemise de bâti en regard de ladite tige, - des contre-rainures axiales ménagées dans ladite tige en regard de ladite chemise de bâti, et - des éléments en forme de coins positionnés dans des paires de rainures formées par lesdites rainures d'entraînement et lesdites contre-rainures, lesdites pièces en forme de coins étant en contact avec des contre-surfaces formées dans lesdites rainures. Dans une machine de forage par percussion, le mouvement de rotation nécessaire dans l'opération de forage est transmis à partir d'un moteur de la machine de forage d'abord à une chemise montée dans le bâti et ensuite à une tige s'étendant à l'intérieur de ladite chemise. Pour transmettre le couple de rotation de la chemise de bâti à la tige, il est connu dans l'art antérieur d'utiliser des coins libres qui sont placés entre les éléments précités de telle sorte que chaque coin soit engagé partiellement dans une rainure ménagée dans la chemise de bâti et en partie dans une rainure ménagée dans la tige,afin que lesdits coins assurent l'accouplement de la tige de telle sorte qu'elle tourne avec la chemise de bâti. De tels dispositifs d'accouplement entre la tige de forage et la chemise de bâti sont décrits dans la demande de brevet finlandaise 821 725, dans le brevet suédois 346 827, dans la demande de brevet allemande publiée 2 348 850 et dans le brevet US 3 866 746. La demande de brevet finlandaise 821 725 suggère d'utiliser ccmze coins des éléments en forme de barres à têtes arrondies pour fixer un bras d'outil dans une chemise de fixation, des ouvertures allongées s'étendant au travers de la chemise de fixation étant ménagées dans cette chemise pour lesdits éléments en forme de barres. Dans ce mode de réalisa- tion, un contact linéaire s'établit entre les éléments en forme de barres et les bords des ouvertures ménagées dans la chemise de fixation. Cela produit, pendant le fonctionnement de la machine de forage, de grandes pressions surfaciques, entre autres effets, de sorte qu'une lubrification efficace est nécessaire. Le brevet suédois 346 827 suggère d'utiliser comme coins des doigts en forme de barres, constitués d'un matériau élastique, en combinaison avec des rainures d'une conception spéciale qui sont ménagées dans la tige et dans une chemise de bâti. Ce type de conception permet évidemment aux doigts de régler leurs positions dans les rainures mais la réalisa- tion des parties usinées de profil ondulé formant lesdites rainures rend cet agencement non approprié et également coûteux. La demande de brevet allemand publiée 2 348 850 suggère d'utiliser comme coins des barres individuelles qui remplissent les contre-rainures ménagées dans la tige et dont le profil est adapté à celui de la tige de façon que celle-ci puisse être accouplée à la machine de forage. Cependant lesdites barres ont une section droite telle qu'elles ne peuvent pas s'adapter en position, du fait que les barres prennent une position stationnaire dans les rainures. Les pressions surfaciques sont réduites seulement après une usure des rainures. Le brevet US 3 866 746 suggère d'utiliser comme coins des barres formées par des segments rectangulaires, lesdites barres étant disposées d'une manière légèrement asymétrique dans des contre-rainures rectangulaires ménagées dans la tige, de telle sorte que les barres sont soumises à un couple poussant les barres en direction du centre, lorsque le trépan tourné dans une certaine direction. Cependant lesdites barres ne sont pas capables d'ajuster leurs positions dans leurs rainures. L'invention a pour but de créer un dispositif d'accouplement qui remédie aux inconvénients mentionnés ci- dessus. Ce problème est résolu au moyen d'un dispositif d'accouplement conforme à l'invention, qui est caractérisé en ce que: - chaque élément en forme de coin, considéré en section droite, comprend au moins une partie de surface incurvée et au moins une partie de surface sensiblement plane, et - dans les rainures d'entraînement et les contre-rainures, les contre-surfaces établissant un contact avec ledit élément en forme de coin ont, dans la zone de contact, le même profil que lesdites parties de surface de l'élément en forme de coin. L'invention est basée sur l'idée de donner à l'élément en forme de coin la possibilité de changer sa posi- tion dans une rainure de telle sorte que ledit élément en forme de coin entre en contact à plat avec l'autre rainure. Au moyen de la structure conforme à l'invention, il est possible que l'élément en forme de coin prenne la position correcte dans la paire de rainures même lorsque cet élément en forme de coin est neuf, du fait que la chemise de bâti et la tige de forage sont pourvues en correspondance de rainures d'un profil approprié pour l'élément en forme de coin, c'està-dire une rainure ayant une section droite qui forme une surface incurvée dans une partie et une rainure qui forme une surface plane dans l'autre partie. Ainsi la surface plane de l'élément en forme de coin et la surface plane de la rainure correspondante sont disposées l'une contre l'autre et la surface incurvée de l'élément en forme de coin ainsi que la surface incurvée de la rainure correspondante sont disposées concentriquement l'une par rapport à l'autre, du fait que lesdites surfaces planes peuvent se déplacer l'une par rapport à l'autre dans le plan desdites surfaces. Du fait que l'élément en forme de coin peut tourner dans une rainure autour de son axe d'une manière semblable à un pivot, la surface plane de l'élément en forme de coin peut légèrement corriger sa position de telle sorte qu'elle soit appliquée avec précision contre la surface plane de l'autre rainure, en supposant que lesdites surfaces planes ne sont pas exacte- ment parallèles au moment de l'accouplement. Lesdits éléments en forme de coins et lesdites rainures correspondantes sont également d'une fabrication facile avec la précision nécessaire au moyen de procédés d'usinage classiques. Conformément à l'invention, le profil des éléments en forme de coins est tel que les forces radiales engendrées par la transmission du couple de rotation aient tendance à centrer la tige de forage et à allonger la chemise de bâti sous l'effet de coins engendrés par les surfaces planes des éléments en forme de coins. En conséquence, l'accouplement sert d'embrayage élastique, de manière à amortir des chocs causés par une vibration de torsion. Il est avantageux que l'élément en forme de coin comporte deux parties de surface planes de telle sorte que cet élément puisse ajuster indépendamment sa position dans les deux sens de rotation de la tige de forage. Au moyen de deux surfaces planes, les éléments en forme de coins peuvent prendre leurs positions correctes à la fois pendant l'opéra- tion de forage et lors d'un desserrage des liaisons filetées des tiges de forage en faisant tourner la tige de forage dans la direction opposée. La Figure 1 est une vue en coupe axiale d'une machi- ne de forage par percussion équipée d'un dispositif d'accouplement conforme à l'invention, la Figure 2 est une vue en coupe faite selon la ligne 2-2 de la figure 1, la Figure 3 est une vue en coupe axiale à échelle agrandie d'un joint d'accouplement, la Figure 4 est une vue en bout d'un élément en forme de coin, la Figure 5 est une vue en coupe à échelle agrandie d'une partie d'accouplement, les Figures 6 à 8 montrent d'autres profils de l'élément en forme de coin, et les Figures 9 et 10 sont respectivement une section droite et une vue en coupe faite selon la ligne IX-IX d'une partie d'accouplement, lors de l'utilisation d'un autre mode de réalisation de l'élément en forme de coin. La machine de forage par percussion représentée sur la figure 1 comprend un bâti 1 et une chemise 2 montée à rotation dans ledit bâti et pourvue d'une couronne dentée 3. La chemise est accouplée au moyen d'un engrenage intermédiaire 4 avec un engrenage 6 entraîné en rotation par un moteur hydraulique 5. La machine de forage comprend en outre une tige 7, dont l'extrémité avant est montée de façon tournante dans ledit bâti au moyen d'un coussinet 8, l'extrémité arrière étant montée à rotation dans la chemise de bâti au moyen d'un manchon de forage 9. Un piston de percussion, qui exerce des chocs axiaux sur l'extrémité de la tige, est désigné par la référence numérique 10. La tige est accouplée de façon non tournante, mais avec possibilité de coulissement axial, à la chemise de bâti au moyen d'un dispositif d'accouplement qui comprend un certain nombre de coins en forme de barres 11, uniformément espacés entre la tige et la chemise de bâti. Il est prévu un nombre correspondant de rainures axiales d'entratnement 12 pour lesdits éléments en forme de coins dans une surface intérieure cylindrique de la chemise de bâti, un nombre correspondant de contre- rainures 13 étant formées dans des positions radialement adjacentes auxdites rainures d'entraIne- ment dans une surface extérieure cylindrique de la tige. Dans le présent mode de réalisation, l'élément en forme de coin 11 comprend une partie 11A ayant une section droite sensiblement demicirculaire et une partie adjacente 11B ayant une section droite sensiblement triangulaire. Cette dernière partie constitue une surface lla ayant la forme d'un arc de cercle tandis que la première partie forme deux surfaces planes llb qui font un certain angle l'une par rapport à l'autre. Chaque contre-rainure 13 de la tige a une section droite en forme de V, qui correspond à la partie triangulaire de l'élément en forme de coin et qui forme deux surfaces planes 13b. Chaque rainure d'entraînement 12 de la chemise de bâti a une section droite demi-circulaire, qui correspond à la partie demi-circulaire de l'élément en forme de coin et qui constitue une surface 12a ayant la forme d'un arc de cercle. Les dimensions sont choisies de façon à permettre le montage des éléments en forme de coins dans les rainures avec un petit jeu A, figure 5, et à permettre un mouvement axial de la tige par rapport aux éléments en forme de coins sous l'effet des chocs exercés par le piston de percussion. Le dispositif d'accouplement décrit assure l'accou- plement non tournant de la tige avec la chemise de bâti de telle sorte que la tige tourne dans les deux directions avec la chemise de bâti. Il ressort en particulier de la figure 5 que la partie demi-circulaire 11A de l'élément en forme de coin peut légèrement tourner autour de son axe dans la rainure d'entrainement de la chemise de bâti de telle sorte que la surface plane 11b de l'élément en forme de coin puisse ajuster sa position d'une manière telle que ladite surface plane soit appliquée sur toute sa largeur contre la surface plane correspondante 13b de la contre- rainure prévue dans la tige, lorsque la chemise de bâti fait tourner la tige. Une applica- tion correspondante des surfaces planes l'une contre l'autre se produit également quand la chemise de bâti tourne dans la direction opposée. Il ressort en outre de la figure 5 que, lorsque la chemise de bâti fait tourner la tige, le couple de rotation soumet les éléments en forme de coins à des forces radiales, lesdites forces ayant tendance, en exploitant l'effet de coin des surfaces planes llb, 12b, d'une part à centrer la tige et d'autre part à allonger la chemise de bâti de telle sorte que l'accouplement agisse comme un embrayage élastique entre la chemise de bâti et la tige. Les extrémités de l'élément en forme de coin sont pourvues de griffes de blocage 14 qui, lorsque l'élément est monté en place dans la rainure d'entraînement de la chemise de bâti, sont introduites dans un évidement 15 ménagé dans la chemise et, en correspondance, en dessous d'un bord de retenue 16a d'un manchon de blocage 16 monté à l'intérieur de la chemise de bâti. Ce bord maintient en place tous les éléments en forme de coins. Cependant les éléments en forme de coins peuvent tourner dans leurs rainures d'une manière décrite ci-dessus. Les figures 6 et 7 représentent certains autres profils des éléments en forme de coins. Les éléments 21 et 31 comprennent respectivement une partie demi-circulaire 21A, 31A, qui forment une surface incurvée 21a, 31a, et une partie 21B, 31B, qui forme deux surfaces planes 21b et 31b. La figure 8 représente un autre profil de l'élément en forme de coin, qui comprend deux surfaces incurvées 41a et deux surfaces planes 41bo Cette solution permet de répartir la charge s'exerçant sur l'élément en forme de coin sur les surfaces dudit élément d'une manière désirée par un choix approprié des positions des centres de courbure des surfaces incurvées. Les figures 9 et 10 représentent un autre profil de l'élément en forme de coin. Ce profil correspond à l'élément 11 représenté en coupe sur la figure 5, excepté qu'une surface llb' de la partie triangulaire 11B est légèrement convexe dans la section droite longitudinale de l'élément, comme le montre la figure 10. En conséquence, une surface 13b' de la contre-rainure 13 prévue dans la tige a un profil concave correspondant. Bien entendu l'invention n'est pas limitée auz exemples de réalisation cidessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. Ainsi il est possible que les rainures ayant des surfaces incurvées soient ménagées dans la tige et que les rainures ayant des surfaces planes soient ménagées dans la chemise de bâti. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'accouplement pour une machine de forage par percussion servant à l'accouplement d'une tige de forage (7) de façon non tournante avec une chemise (2> montée de façon tournante dans un bâti (1) et entraînée en rotation par un mécanisme d'entraînement (5), ledit dispositif comprenant: - des rainures axiales d'entraînement (12) ménagées dans ladite chemise de bâti en regard de ladite tige, - des contre-rainures axiales (13) ménagées dans ladite tige en regard de ladite chemise de bâti, et - des éléments en forme de coins (11; 21; 31; 41) posi- tionnés dans des-paires de rainures formées par lesdites rainures d'entraînement et lesdites contre-rainures, lesdites pièces en forme de coins étant en contact avec des contre-surfaces (12a, 13b) formées dans lesdites rainures, caractérisé en ce que chaque élément en forme de coin ( 11; 21; 31; 41), considéré en section droite, comprend au moins une partie de surface incurvée (ila; 21a; 31a; 41a) et au moins une partie de surface sensiblement plane (llb; llb'; 21b; 31b; 41b),et en ce que - dans les rainures d'entraînement (12) et les contre-rainures (13), les contresurfaces (12a, 13b) établissant un contact avec ledit élément en forme de coin ont, dans la zone de contact, le même profil que lesdites parties de surface de l'élément en forme de coin. 2. Dispositif d'accouplement selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément en forme de coin (11; 21; 31) comprend deux parties de surface planes (llb; 21b; 31b) positionnées suivant un certain angle l'une par rapport à l'autre et au moins une partie de surface incurvée (lla; 21a; 31a), la section droite d'un côté (MlA; 21A; 31A) de l'élé- ment en forme de coin ayant sensiblement le profil d'un arc de cercle. 3. Dispositif d'accouplement selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un côté (11lA) de l'élément en forme de coin (11) a une section droite sensiblement demi-circulaire, l'autre côté (llB) étant sensiblement triangulaire. 4. Dispositif d'accouplement selon une des revendica- tions 2 ou 3, caractérisé en ce que la section droite des rainures d'entraînement (12) de la chemise de bâti (2) a sensiblement la forme d'un arc de cercle (12a), le rayon dudit arc correspondant à celui de l'arc de cercle (11A) de l'élément en forme de coin (11). 5. Dispositif d'accouplement selon la revendication 3, caractérisé en ce que les contre-rainures (13) de la tige (7) ont une section droite sensiblement en forme de V, l'angle au sommet de ladite rainure correspondant à celui du triangle (11B) de l'élément en forme de coin (11). 6. Dispositif d'accouplement selon la revendication 50 caractérisé en ce que, dans le triangle (11B) de l'élément en forme de coin (11), au moins une partie de surface (Illb) est incurvée dans la section droite longitudinale de l'élément en forme de coin et en ce que, dans la contrerainure (13) de la tige (7), une surfce (13b') a un profil incurvé correspondant. 7. Dispositif d'accouplement selon la revendication 1, caractérisé en ce que les extrémités opposées des éléments en forme de coins (11) sont pourvues de griffes de blocage (14) et en ce que la chemise de bâti (2) est pourvue d'un manchon de blocage (16) comportant un bord de retenue (16a) qui est accroché par lesdites griffes de blocage des éléments en forme de coins. 8. Dispositif d'accouplement selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément en forme de coin (41) comprend deux parties de surface incurvées (41a) et deux parties de surface planes (41b). 9. Dispositif d'accouplement selon la revendication 8, caractérisé en ce que la section droite desdites parties de surface incurvées (41a) a la forme d'un arc de cercle.