Brevet FR2571776A1 — publié le 19860418

La présente invention concerne les machin'es à per- cussion utilisées notamment dans le génie civil et la construction des routes, et a notamment pour objet un dispositif de percussion pneumatique réversible. Il est plus efficace d'appliquer la présente in- vention dans des machines de fonçage de puits dans des sols à compacter ou bien dans des machines d'enfoncement de tubes d'acier dans le solqu'on utilise ensuite en tant qu'enveloppes de conduites souterraines. Il est également possible d'utiliser le dispositif de percussion pneumatique réversible pour l'enfoncement de pieux tubulaires, pour le compactage du sol à une grande profondeur, ainsi que pour le tassement de petits pieux directement dans le sol. A l'heure actuelle, les dispotitifs de percussion pneumatiques pourvus d'un mécanisme inverseur auquel on doit faire appel lors de l'extraction du dispositif d'un puits ou lors de la séparation du dispositif d'un tube après qu'il ait été enfoncé dans le sol, ont trouvé des applications sur une grande échelle. Le fait que le domaine d'emploi des dispositifs de percussion pneumatiques réversibles s'élargisse de plus en plus nécessite leur perfectionnement en vue d'élever la fiabilité de leur fonctionnement. Le mécanisme in- verseur de marche du dispositif doit être particulièrement fiable en cas de percement de puits horizontaux dont la longueur dépasse 15 à 20 m, en cas de percement de puits verticaux (compactage du sol en profondeur, tassement des pieux en béton directement dans le sol) quand il est difficile de retirer le dispositif du sol. Il est également important de simplifier la con- ception du dispositif en élevant en même temps la fia- bilité.de son fonctionnement et en facilitant la techno- logie de sa fabrication, en baissant le coût du dispositif, en diminuant la durée du processus d'inversion (durée du réglage du dispositif pour la course de retour). On connaît un dispositif (brevet d'invention 7 1776 RFA n 1634417) comportant un corps cylindrique creux, un percuteur logé dans le corps de manière qu'il puisse effectuer un mouvement de va-etvient dans le sens axial et frapper le corps par sa partie avant ou sa partie de queue, et une tubulure à gradins associée au corps par un filetage par l'intermédiaire d'une bride. Pour l'inversion de la marche du dispositif, il est nécessaire de déplacer la tubulure à gradins dans une nouvelle position, en particulier vers la partie de queue, en faisant tourner à cet effet le tuyau d'amenée d'air relié d'une manière immobile à la tubulure à gradins. L'inconvénient de ce dispositif connu réside en sa basse fiabilité du fait que le processus d'inversion est difficile à réaliser, et parfois même, irréalisable quand il s'agit de percer des puits verticaux ou des puits horizontaux de grande longueur. En outre, le processus d'inversion de ce dispositif comprend une série d'opérations qui nécessitent un temps important pour leur réalisation et diminuent le rendement du dispositif, opérations telles que l'arrêt de l'amenée d'air comprimé dans le dispositif, la séparation du tuyau de compresseur, l'égalisation(étirage)du tuyau avant sa rotation. On connaît aussi un autre dispositif (brevet d'in- vention RFA n 2340751) comportant un corps cylindrique creux, un percuteur disposé dans ledit corps avec possibilité d'effectuer un mouvement axial de va-et-vient en venant frapper le corps par sa partie avant ou sa partie de queue, et une tubulure à gradins fixée rigide- ment dans les rainures de ladite partie de queue par l'in- termédiaire d'un arrétoir et reliée au percuteur. Pour l'inversion de la marche de ce dispositif, on utilise, outre le tuyau flexible, un câble flexible d'acier. En tendant le câble on extrait l'arrêtoir et on met la tubulure à gradins dans une nouvelle position, autrement dit, l'inversion se fait par un simple mouvement de translation de la tubulure à gradins au lieu du mouvement rotatif, 2 5, 7 1'7 7 6 difficile à réaliser, du cas précédent. En même temps, on est obligé de faire tourner aussi le tuyau flexible pour dégager la tubulure à gradins des rainures ainsi que pour son engagement dans les autres rainures lorsqu'elle se trouve dans sa position arrière extrême. Il s'ensuit que le dispositif réalisé selon le brevet d'invention R.F.A. n 2340751 présente le même inconvénient que le dispositif précedemment décrit. On connaît aussi un dispositif (brevet d'invention RFA n 2105229), qui ne se distingue des dispositifs décrits ci-dessus que par la construction de la tubulure à gradins, qui comprend dans ce cas un gradin extérieur percé de canaux radiaux débouchants et un gradin intérieur pourvu de canaux radiaux débouchants, montée coaxialement avec une précision élevée et avec possibilité de rotation et de déplacement en va-et-vient par rapport au gradin extérieur. Pour inverser la marche du dispositif, on tourne la tubulure intérieure à gradins par rapport à la tubulure extérieure en amenant l'air comprimé dans le dispositif à plusieurs reprises. En comparaison des dispositifs mentionnés plus haut, l'avantage de ce dispositif réside en ce qu'on n'a plus besoin de tourner le tuyau. Par contre ce dispositif présente l'inconvénient que le régime de fonctionnement est difficile à déterminer par suite de ces amenées réitérées de l'air comprimé. L'opérateur ne sait pas o se déplacera le dispositif après chaque mise en action successive, et, en fait, il ne sait même pas si le dispositif se déplacera, car, en plus des positions "en avant" et "en arrière", il existe des positions intermédiaires. L'inconvénient d'un tel dispositif réside aussi dans sa conception compliquée et dans la complexité de la technologie de sa fabrication. Le dispositif de percussion pneumatique réversible conforme au brevet d'invention RFA n 2722298 est le plus proche du dispositif de la présente invention du point de vue de son essence technique et du résultat obtenu. Il comporte un corps, un percuteur disposé dans ledit corps avec possibilité d'effectuer un mouvement axial de va-et-vient et dans la partie de queue duquel sont prévus une cavité axiale s'ouvrant à son extrémité,et un canal radial débouchant. Le percuteur forme avec le corps une chambre de travail avant. La tubulure à gradins disposée dans le corps comporte des gradins cylindriques de grand diamètre et de petit diamètre, pourvus de canaux radiaux débouchants. Le gradin de grande diamètre est logé dans ladite cavité axiale du percuteur de manière à former une chambre de travail arrière, tandis que le gradin de petit diamètre est fixé rigidement par une bride dans la partie de queue du corps. La tubulure à gradins contient une bague à ressort montée avec une précision élevée dans les gradins de la tubulure. Le tuyau flexible d'amenée d'air fait fonction de moyen de commande de la bague à ressort. La bague à ressort peut effectuer un mouvement axial de va-et-vient. La position avant extrême de la bague cor- respond à la course aller du dispositif, et la position extrême arrière, à la course retour. Dans ce dispositif, les incovénients propres aux dispositifs décrits précédemment sont supprimés, car, pour inverser le sens de marche, il suffit de tendre le tuyau,et les pièces du dispositif prennent toujours une position précise et nettement déterminée correspondant à la course aller ou à la course retour du dispositif. Mais même ce dispositif présente des inconvénients assez importants. Le glissement et l'étanchéification de la bague suivant ses deux surfaces cylindriques nécessitent une fabrication de haute précision des surfaces conjuguées De ce fait, la fabrication de ce dispositif nécéssite une technologie difficile. Ce dispositif n'est pas, lui non plus, fiable en fonctionnement du fait que le glissement de la bague suivant ses surfaces cylindriques et son montage à ajustement précis donnent lieu à des coincements fréquents de la bague, ce qui exclut sa mobilité axiale, surtout quand les surfaces de glissement sont encrassées. Ce dispositif comporte une enceinte étanche composée de trois compartiments isolés formés par la bague à ressort conjointement avec la tubulure à gradins. L'étanchéité de l'enceinte est assurée par un usinage précis des surfaces de glissement. On s'est donc proposé de mettre au point un dispositif de percussion pneumatique réversible dans lequel la bague précitée n'entrerait en contact, pendant son déplacement, avec la tubulure à gradins que par l'une de ses surfaces cylindriques. Le problème ainsi posé est résolu à l'aide d'un dispositif de percussion pneumatique réversible comportant un corps, un percuteur disposé dans ledit corps avec possibilité de mouvement axial de va-et-vient pourvu, dans sa partie de queue, d'une cavité s'ouvrant à l'extrémité de ladite de queue, et un canal radial débouchant, et formant, conjointement avec ledit corps, une chambre de travail avant, une tubulure à gradins ayant un premier et un deuxième gradin cylindriques, respectivement de grand et de petit diamètre, pourvus de canaux radiaux débouchants, ledit gradin de grand diamètre étant monté dans ladite cavité du percuteur de manière à former une chambre de travail arrière, ledit gradin de petit diamètre étant fixé rigidementpar une bride, à la partie de queue dudit corps, une bague à ressort montée à l'intérieur de ladite tubulure à gradins avec possibilité d'effectuer un mouvement axial, munie d'un moyen pour sa commande et formant, conjointement avec la tubulure, une enceinte, et un moyen pour l'étanchéifi- cation de ladite enceinte, caractérisé, selon l'invention, en ce que lesdits premier et deuxième gradins de la tubulure sont disposes coaxialement, ladite bague à ressort étant montée sur ledit deuxième gradin à l'intérieur dudit premier gradin de la tubulure, le diamètre extérieur de ladite bague étant sensiblement inférieur au diamètre intérieur dudit premier gradinet un canal annulaire étant ménagé entre eux. L'invention permet de supprimer le glissement de la bague sur le premier gradin cylindrique de la tubulure et, par conséquent, son coincement pendant son déplacement, et ne nécessite aucun usinage précis de la surface extérieure de la bague et de la surface du premier gradinde plus grand diamètre;qui l'enveloppe. Ceci simplifie sensiblement la conception du dispositif et améliore la technologie de sa fabrication. Le canal annulaire ménagé entre la bague et le premier gradin de la tubulure supprime pratiquement tout risque de coincement de la bague pendant son déplacement et accroît la fiabilité de fonctionnement de l'ensemble du dispositif. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront 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 annexes dans lesquels: - la figure 1 représente une coupe longitudinale du dispositif dans lequel la position mutuelle des pièces correspond à la course aller du dispositif; la figure 2 représente le même dispositif dans la position de la course retour; - la figure 3 est une coupe longitudinale d'un mode de réalisation du dispositif. Le dispositif de percussion pneumatique comporte un corps 1 et un percuteur 2 monté dans le corps 1 de façon à pouvoir y effectuer un mouvement de va-et-vient axial. Dans sa partie de queuele percuteur 2 comporte une cavité axiale s'ouvrant à l'extrémité de celle-ci, et un canal radial débouchant 3. Ce percuteur 2 et le corps 1 forment entre eux une chambre de travail avant 4. Dans le corps 1 est montée une tubulure cylindrique 5 ayant deux gradins 6, 7, l'un de plus grand diamètre et l'autre de plus petit diamètre, respectivement, disposes coaxialement l'un à l'autre. Par une bride 8 montée sur le gradin 7, la tubulure 5 est fixée rigidement sur la partie de queue du corps 1. Le gradin 6 est pourvu d'un canal radial débouchant 9, tandis que le gradin 7 possède un canal radial débouchant 10 et un canal axial 11. Le gradin 6 est logé dans la cavité axiale du percuteur 2 et forme avec celui-ci une chambre de travail arrière 12. Dans une enceinte annulaire 13 formée entre les gradins 6, 7 de la tubulure 5, est montée une bague cylindrique 14 pouvant effectuer un mouvement de va-etvient axial. Le diamètre extérieur de cette bague est sensiblement plus petit que le diamètre intérieur du gradin 6 afin d'exclure tout contact de la bague 14 avec la surface cylindrique intérieure du gradin 6. Un canal annulaire 15 est formé entre la bague 14 et le gradin 6. Un ressort 16 est disposé sur le gradin 7 de la tubulure 5. Une extrémité de ce ressort bute contre la bride 8, et l'autre, contre la face en bout de la bague 14. Le moyen d'étanchéification de l'enceinte 13 est constitué par un élément d'étancheité élastique 17, monté sur la face en bout de la bague 14, et un siège 18 formé sur la surface intérieure du gradin 6. La bague 14 est munie d'un moyen pour sa commande, exécuté sous forme d'un câble d'acier 19 (figures 1,2) ou bien sous forme d'un tube 20 (figure 3), dont une extrémité est reliée à un tuyan flexible 21 d'amenée d'airet l'autre, à la bague 14 par une cheville ou analogue 22 montée dans le canal 10 de manière à pouvoir s'y déplacer axialement par rapport au gradin 7. La bride 8 et le percuteur 2 forment entre eux, dans le corps 1, une enceinte 23 communiquant avec l'atmosphère par des orifices 24 pratiqués dans la bride 8. Le dispositif revendiqué fonctionne de la manière suivante. a) Régime de fonctionnement "en course aller". La bague 14 est maintenue par le ressort 16 (figure 1) dans sa position normale extrême par rapport à la partie de tête du dispositif. Cette position de la bague 14 correspond au régime de fonctionnement du dispositif en "course aller". La position de départ du percuteur 2 dans le corps 1 peut être quelconque. Le câble 19 est libre, autrement dit;il n'est pas tendu. Avant de mettre le dispositif en fonctionnement, on le raccorde à un compresseur (non représenté),ensuite, en se servant du tuyau flexible 21, on oriente le dispositif dans la direction voulue et on l'applique contre le sol par sa partie avant pointue à l'aide d'un dispositif de démarrage approprié ou d'un simple levier. Ceci fait, on ouvre le robinet du compresseur et l'air comprimé fourni par le compresseur passe par le tuyau flexible 21, le canal axial 11 de la tubulure 5jet arrive dans la chambre de travail arrière 12, o il déplace le percuteur jusqu'à ce qu'il vienne buter contre la face intérieure de la partie de tête du corps 1, en ouvrant ainsi le canal radial 3 du percuteur 2,comme montré sur la figure 1. L'air comprimé arrive dans la chambre de travail avant 4. Du fait que la surface active du percuteur 2 est plus grande du côté de la chambre 4 que du côté de la chambre 12, quand les pressions dans les chambres 4 et 12 sont égales, la force appliquée au percuteur 2 du côté de la chambre 4 est supérieure à celle agissant du côté de la chambre 12. Sous l'action de la force résultante, le percuteur 2 commence à se déplacer vers la bride 8 (à droite d'après la figure 1). Apres que le gradin cylindrique 6 ait masqué le canal radial 3, c'est-àdire quand l'air comprimé n'arrive plus dans la chambre 4, le percuteur 2 continue à se déplacer sous l'action de la pression de l'air se dilatant dans la chambre 4. Lorsque le canal radial 3 du percuteur 2 vient en coincement avec le canal radial 9 du gradin 6, l'air de la chambre 4 passe par les canaux 3 et 9 et arrive dans l'enceinte 13, puis dans l'enceinte 23, et s'échappe à l'atmosphère par les orifices 24 de la bride 8. Du fait quemaintenant,la pression dans la chambre 4 est nulle et que dans la chambre 12 règne constamment la pression d'air comprimé, le percuteur 2 effectue sa course vers la partie de tête du corps 1 (sur la figure 1, vers la gauche) et vient frapper sa face intérieure. Au moment du choc, l'air comprimé remplit la chambre 4 suivant la séquence décrite ci-dessus, et le cycle recommence. Sous l'action des coups portés au corps 1, le dispositif s'enfonce dans le sol ( en cas de creusement d'un puits), ou bien il enfonce un tube d'acier dans le sol (pour celaon raccorde le dispositif, rigidement et axialement, à la partie extrême du tube), b) Régime de fonctionnement du dispositif en "course retour". L'inversion de marche du dispositif est nécessaire pour l'extraire du puits. Pour faire passer le dispositif au régime de "course retour", il est nécessaire d'appliquer un effort de traction au câble 19 (figures 1, 2) sans interrompre l'amenée d'air et, en comprimant le ressort 16, de déplacer la bague 14 jusqu'à sa position extrême arrière, c'est-à-dire de la déplacer de la position représentée sur la figure 1 jusqu'à la position représentée sur la figure 2. Dans cette position, l'élément d'étanchéité élasti- que 17 vient en contact intime avec le siège 18 et ferme d'une façon étanche l'enceinte annulaire 13. Le canal radial 10 du gradin cylindrique 7 s'ouvreet la fonction du canal radial 9 du gradin 6 et de l'enceinte annulaire 13 change, c'est-à-dire qu'ils sont coupés du système d'échappement et sont mis en communication avec le système d'amenée d'air comprimé dans la chambre de travail 4. Lorsque les pièces du dispositif se trouvent dans les positions relatives représentées sur la figure 2, l'air comprimé fourni par le compresseur passe par le tuyau flexible 21 et le canal axial 11 et arrive dans la chambre de travail arrière 12, ainsi que dans l'enceinte annulaire 13 à travers le canal radial 10. La pression d'air dans l'enceinte annulaire 13 serre la bague 14, par l'intermé- diaire de l'élément d'étanchéité 17, contre le siège 18 du gradin 7, et la maintient dans cette position en surmontant l'effort du ressort 16. Actionné par la pression d'air régnant dans la chambre 12, le percuteur 2 commence à se déplacer vers la face intérieure de la partie de tête du corps 1. Quand le canal radial 3 du percuteur 2 vient en coinci- dance avec le canal radial 9 du gradin 6, l'air comprimé passe du canal annulaire 13 dans la chambre 4, ce qui a pour effet de freiner le percuteur 2 et de l'arrêter à une certaine distance de la face du corps 1. Lorsque la chambre 4 est remplie d'air, le percuteur 2 effectue sa course vers la bride 8 et vient le frapper. Au moment du coup, l'air de la chambre 4 passe par le canal radial 3 du percuteur 2 et arrive dans l'enceinte 23, comme montré sur la figure 2, et puis s'échappe à l'atmosphère à travers les orifices 24 de la bride 8. Après avoir frappé la bride 3, le percuteur 2, sous l'action de la pression d'air dans la chambre 12, commence à se déplacer vers la partie de tête du corps 1, et le cycle recommence suivant la séquence décrite plus haut. Pour assurer une inversion fiable de la marche du dispositif, il est indispensable et suffisant que soient satisfaites les conditions suivantes: 1) P1: Pc; 2) Pab P2 + Pc ' o P1 est la force de compression préalable du ressort 16, P2 est la force de compression finale du ressort 16, P est la force de résistance (de frottement) c s'opposant au déplacement du tuyau flexible 21 pendant le mouvement du dispositif vers l'avant (figure 3), Pb est la force créSpar la pression de l'air comprimé dans l'enceinte annulaire 13 et appli- quant la bague 14 contre le siège 18. Le passage du dispositif au régime de course retour 1 1 peut être réalisé aussi bien avant la mise en marche du dispositif que pendant son fonctionnement en régime de "course aller", sans interruption de l'amenée d'air comprimé. Pendant le fonctionnement du dispositif en régime de "course retour", une pression d'air comprimé existe en permanence dans l'enceinte annulaire 13. Ceci assure la fermeture permanente de l'enceinte annulaire 13 par la bague 14 et, par conséquent, une position stable de la bague 14 en contact avec le siège 18. On ne peut réaliser l'ouverture de l'enceinte annulaire 13, autrement dit, sa mise en communication avec l'atmosphère, qu'àprès avoir isolé le dispositif de la source d'air comprimé, ce qui permet le déplacement, sous l'action du ressort 16, de la bague 14 vers la position représentée sur la figure 1. RE V E N D I C AT I 0 N Dispositif de percussion pneumatique réversible, comportant un corps (1); un percuteur (2) disposé dans ledit corps (1) avec possibilité d'y effectuer un mouve- ment axial de va-et-vient, ledit percuteur étant pourvu, dans sa partie de queue, d'une cavité axiale débouchant à son extrémité et d'un canal radial traversant ladite partie de part en partet ledit percuteur formant entre lui-même et le corps (1)une chambre de travail avant (4); une tubulure cylindrique (5) à gradinscomprenant un premier gradin (6) et un deuxième gradins (7), respecti- vement de grand diamètre et de petit diamètre, pourvus chacun d'un canal radial (9) et (10), respectivement, ledit premier gradin (6) de la tubulure (5) étant logé dans ladite cavité du percuteur (2) et y formant une chambre de travail arrière (12), et ledit deuxième gradin (7) de la tubulure (5) étant fixé rigidement, par l'intermédiaire d'une bride (8), à la partie de queue du corps (1); une bague cylindrique (14) à ressort, montée à l'intérieur de ladite tubulure (5) à gradins de manière qu'elle puisse s'y déplacer axialement, munie d'un moyen (19) pour sa commande et formant entre elle-même et la tubulure (5) une enceinte annulaire (13); et des moyens (17,18) pour la fermeture étanche de ladite enceinte (13), caractérisé en ce que le premier gradin (6) et le deuxième gradin (7) de la tubulure cylindrique (5) sont disposés coaxialement, la bague (14) à ressort étant montée sur ledit deuxième gradin (7) de la tubulure (5), à l'intérieur de son premier gradin (6), et le diamètre extérieur de ladite bague (14) étant sensiblement plus petit que le diamètre intérieur dudit premier gradin (6) de manière à former entre eux un canal annulaire (15).