Brevet FR2577610A1 — publié le 19860822

La présente invention concerne le domaine des tra- vaux publics et a notamment pour objet un dispositif à percussion à inversion de marche. Le dispositif est destiné essentiellement à percer des puits dans le sol pour poser des communications sou- terraines sanscreusement de tranchées. Outre cela, le dispositif peut être utilisé en tant qu'organe de percussion pour enfoncer dans le sol des chemises, pour confectionner des pieux sur place, pour prendre 13 des échantillons de sol pendant les travaux de prospec- tion. L'élargissement du domaine d'utilisation des dispo- sitifs à percussion à inversion de marche, en particulier pour percer une grande quantité de puits courts borgnes pour confectionner des pieux sur place et réaliserdes travaux de prospection, a rendu plus rigoureuses les exi- gences quant à la fiabilité de ces dispositifs, en par- ticulier du mécanisme d'inversion de marche, lequel, outre sa fiabilité, sa simplicité et son faible encombrement, doit se distinguer par sa rapidité de réponse et la faci- lité d'application du signal de commande audit mécanisme, par exemple par simple tension axiale d'un tuyau souple relié à la machine. Ceci explique l'apparition d'une série de conceptions qui répondent plus ou moins auxdites exigences. Il existe un dispositif à percussion à inversion de marche (cf., certificat d'auteur URSS n 263482 cl.EO2F /18, 1965) qui comporte un corps abritant un percuteur qui peut effectuer à l'intérieur du corps un mouvement de va-et-vient sous l'action d'un fluide moteur sous pres- sion, et un système de distribution du fluide moteur sous pression, qui assure le déplacement du percuteur portant sur ledit corps des coups dirigés soit vers la tête du corps, en régime de marche directe, soit vers la queue du corps, en régime de la marche arrière ou inversée. La commande de la distribution du fluide moteur sous pression dans les deux régimes de fonctionnement se fait à l'aide d'un élément de commande relié au percuteur avec possibilité de déplacement relatif. L'élément de commande peut être immobilisé par rap- port au corps en l'une ou l'autre de deux positions: une position avant et une position arrière; en position avant il commande la distribution du fluide moteur sous pression de façon à assurer le fonctionnement en régime de marche directe, et en position arrière, il distribue le fluide moteur sous pression de façon à assurer le fonctionnement au régime de marche arrière (inversée). L'élément de commande est relié au corps par l'inter- médiaire d'un tube relié à une bride. La bride est rigi- dement fixée au corps. La fixation de l'élément de com- mande par rapport au corps se fait à l'aide d'au moins une bille se situant dans l'orifice transversale du tube et, alternativement, dans l'une des saignées de l'élément de commande o la bille est immobilisée par un raccord à ressort avec une partie biseautée et une rainure, ce rac- cord passant par le tube et la cavité intérieure de la bride. Le fluide moteur sous pression est amené au rac- cord par le tuyau souple relié à celui-ci. L'élément de commande est élastiquement serré contre la bride. Afin de faire passer le dispositif au fonctionnement en régime de marche inversée (inversion), il faut, en ten- dant la tuyauterie souple, déplacer le raccord en arrière (à droite) de façon à placer sa rainure en regard de la bille. Sous l'action de l'effort appliqué par le fluide moteur sous pression à l'extrémité avant de l'élément de commande, ce dernier se déplace en arrière à fond. Alors, la bille est chassée dans la rainure du raccord et lors- que la tension du tuyau souple est supprimée, la partie biseautée du raccord déplace la bille dans la saignée avant de l'élément de commande en l'immobilisant par rap- port au tube, à la bride et au corps. Dans cette position des pièces, le percuteur effectue dans le corps un mouve- ment de va-et-vient en portant sur ledit corps des coups dirigés vers sa partie de queue, et tout le dispositif se déplace en arrière en sortant du puits percé, autrement dit, il fonctionne en régime de marche inversée. Pour la remise du dispositif en régime de marche directe, il faut couper l'amenée du fluide moteur sous pression, après quoi il faut tendre le tuyau souple. Alors le raccord se déplace en arrière de façon que la bille se place en regard de la rainure du raccord. Sous l'effet du ressort, l'élément de commande déplace la bille dans la rainure du raccord et se dépliace en avant (à gauche) de façon que sa saignée arrière se place en regard de la bille.Après la suppression de la tension du tuyau souple, le raccord se déplace en avant sous l'action d'un autre ressort et, par sa partie biseautée, déplace la bille dans la saignée arrière de l'élément de commande en l'immobi- lisant par rapport au tube, à la bride et au corps. En cette position des pièces et après l'amenée vers le dis- positif du fluide moteur sous pression, le percuteur com- mence à effectuer dans le corps un mouvement de va-et-vient en portant des coups dirigés vers sa partie avant, et le dispositif commence à fonctionner en régime de marche di- recte. Ce dispositif est caractérisé par une basse fiabilité de fonctionnement, ce qui est dû à la possibilité d'une inversion de marche spontanée de la machine, vu que la pression du raccord à ressort sur la bille n'est pas suf- fisante. il s'avère impossible d'améliorer la pression sur la bille parce que ceci exige une augmentation de la rigidité du ressort agissant sur le raccord. Mais la pos- sibilité d'élever la rigidité du ressort est limitée par la valeur de l'effort créé par la tension manuelle du tu- yau souple reliée au raccord au moment du passage de la machine du régime de marche directe au régime de marche inversée. Outre cela, ce dispositif est caractérisé par une basse fiabilité de fonctionnement par suite de la durée de service insuffisante de ses pièces, due aux grandes contraintes de contact produites dans la bille et les pièces de l'élément de commande, du raccord et du tube en interaction avec cette dernière, le contact de la bille avec ces pièces étant ponctuel. Le dispositif constitue en outre un obstacle à la création d'une machine de haute puissance spécifique (puis- sance par unité de section transversale de la machine), la présence de la bille dans le dispositif entrainant inévi- tablement une augmentation de l'encombrement (du diamètre) du dispositif, ce qui réduit sa puissance spécifique. Il existe également un dispositif à percussion à in- version de marche (cf., certificat d'auteur URSS nO 1118747 cl.EO2F 5/18, 1980), qui comporte un corps abritant un percuteur effectuant un mouvement de va-et-vient sous l'action d'un fluide moteur sous pression, et portant ainsi des coups sur la partie avant du corps en régime de mar- che directe du dispositif, et en portant des coups sur la partie arrière dudit corps en régime de marche inversée, et un élément de commande de la distribution du fluide moteur sous pression, relié d'une manière mobile au percu- teur et muni de moyens d'immobilisation par rapport audit corps en l'une ou l'autre de deux positions de commande en régime de marche directe du dispositif et en régime de marche inversée du dispositif. L'élément de commande est relié au corps par l'inter- médiaire d'une lame élastique fixée à l'élément de comman- de et d'une bride solidaire du corps. La lame élastique présente une saillie pour assurer l'interaction avec la bride et une saillie biseautée pour assurer l'interaction avec le biseau de la douille, à l'autre bout de laquelle est fixé le tuyau souple amenant dans le dispositif le fluide moteur sous pression. L'élément de commande présen- te une butée et est élastiquement serré contre la bride, et une rainurepour recevoir la lame élastique, alors que la bride présente une saignée pour recevoir la saillie de la lame élastique. Lors de l'utilisation de ce dispositif en régime de marche directe, la saillie de la lame élastique se trouve dans la saignée de la bride et immobilise l'élément de commande en position avant extrême (gauche) par rapport au corps. Le percuteur, après l'amenée du fluide moteur sous pression, effectue un mouvement de va-et-vient dans le corps en portant des coups dirigés vers sa partie avant, de sorte que le dispositif se déplace dans le sol en lais- sant derrière lui un puits. Pour faire passer le dispositif en régime de marche inversée (inversion), il faut tendre le tuyau souple pour déplacer la douille en arrière. La douille, par sa partie biseautée, transmet l'effort radial à la saillie incli- née de la lame élastique. Sous l'action de cet effort, la lame élastique se déplace dans la rainure et la saillie de la lame élastique sort de la saignée de la bride. Sous la pression du fluide moteur, l'élément de commande se déplace en arrière jusqu'à ce que la butée de l'élément de commande agisse sur la bride. En cette position, l'élé- ment de commande assure le mouvement de va-et-vient du percuteur dans le corps, ledit percuteur portant alors des coups dirigés vers la partie arrière du corps, et tout le dispositif, sous l'action de ces coups, se déplaçant dans le puits en sens inverse (fonctionnement en régime de marche inversée). Afin de remettre le dispositif en régime de marche directe, il faut arrêter l'amenée du fluide moteur sous pression vers le dispostif. Le ressort assurant la laison de l'élément de commande à la bride déplace l'élément de commande qn position avant correspondant à la marche direc- te du dispositif (la saillie de la lame élastique s'enga- ge dans la saignée de la bride en immobilisant l'élément de commande par rapport au corps en position avant extrê- me), position dans laquelle, après l'amenée du fluide mo- teur sous presssion, le percuteur effeotue dans le corps un mouvement de va-et-vient en portant des coups dirigés vers sa partie avant, c'est-àdire que tout le dispositif fonctionne en régime de marche directe. Ce dispositif est caractérisé par une fiabilité rela- tivement basse par suite de la possibilité d'une inversion de marche spontanée de la machine en cas de tension ac- cidentelle du tuyau souple. 2E Outre cela, la fiabilité du dispositif est relati- vement basse par suite du risque de destruction de la lame élastique sous l'action des efforts axiaux que lui transmet l'élément de commande et que crée le fluide moteur sous pression dans les chambres de travail du dis- positif. Il est également possible que la lame élastique soit détruite sous l'action des efforts de flexion qui lui sont transmis par la saillie au moment de l'interac- tion avec la bride du dispositif. Le but de la présente invention est de pallier aux inconvénients ci-dessus. A cette fin, l'invention vise un dispositif à per- cussion à inversion de marche dans lequel les moyens de fixation de l'élément de commande dans ses positions de travail par rapport au corps seraient réalisés de façon à assurer la fibilité de fonctionnement du dispositif. Ce but est atteint du fait que le dispositif à per- cussion à inversion de marche, du type comportant un corps abritant un percuteur qui effectue un mouvement de va-et- vient sous l'action d'un fluide moteur sous pression et portant des coups sur la partie avant du corps, en régime de marche directe, et des coups sur la partie arrière du corps, en régime de marche inversée du dispositif, et un élément de commande avec des rainures pour commander la distribution du fluide moteur sous pression, relié d'une manière mobile au percuteur et muni de moyens de fixation par rapport au corps en l'une ou l'autre de deux positions de commande correspondant respectivement au régime de mar- che directe du dispositif et au régime de marche inversée du dispositif, le moyen de fixation de l'élément de com- mande en régime de marche directe du dispositif étant réa- lisé sous la forme d'au moins un coussinet à saillies, mobile par rapport à l'élément de commande, est caracté- risé, suivant l'invention, en ce que les saillies du cous- sinet s'engagent dans les rainures de l'élément de com- mande, le coussinet lui-même étant emprisonné dans une mon- ture à ouvertures disposée entre le corps et l'élément de commande avec possibilité de se déplacer le long de l'axe du dispositif. Il est utile que cette monture soit de forme cylindri- que. Les'm edifications constructives décrites ci-dessus ont permis de créer un dispositif à percussion à inversion de marche qui assure une fixation sûre de son élément de commande dans ses positions extrêmes par rapport au corps, et qui est fiable en fonctionnement. Le fait que le coussinet soit muni de saillies coopé- rant avec les rainures de l'élément de commande et le corps assure une bonne fixation de l'élément de commande lors du fonctionnement du dispositif en régime de marche directe. En cas de tension accidentelle du tuyau souple, le cous- sinet ne se décroche pas du corps parce que l'effort du fluide moteur sous pression est transmise (axialement) à l'élément de commande, lequel, par ses rainures, trans- met l'effort radial aux saillies du coussinet en l'immobi- lisant,ainsi que l'élément de commande,d'une façon cons- tante par rapport au corps. Il faut souligner que, par variation de l'angle d'inclinaison des parties biseautées du coussinet, on peut'régler l'effort de la tension du tu- yau souple pour l'inversion de marche du dispositif. Le même résultat.est obtenu par modification de l'angle d'in- clination des parties biseautées. Le fait que le coussinet soit emprisonné dans la monture et la possibilité de déplacement du cadre le long de l'axe du dispositif excluent la nécessité d'une liai- son rigide du coussinet à l'élément de commande, une telle liaison pouvant,sous l'action des contraintes de choc, en- traîner la destruction du coussinet à l'endroit de sa liai- son à l'élément de commande. Outre cela, une telle exécu- tion du coussinet et de l'élément de commande exclut la transmission au coussinet des contraintes de traction et de flexion, parce que le coussinet ne joue que le rôle d'un joint ("taquet") entre l'élément de commande et le corps et n'est soumis qu'aux contraintes de compression, ce qui élève également la fiabilité de fonctionnement. La fiabilité de fonctionnement du dispositif est également améliorée par la possibilité de déplacer le coussinet dans l'ouverture du cadre de façon que la sail- lie arrière du coussinet s'engage dans la saignée avant de l'élément de commande, et la saillie avant, dans la saignée arrière, ce qui double la longévité du coussinet. L'immobilisation du 'coussinet en position de marche in- versée du dispositif favorise également l'augmentation de de sa longévité. Ainsi, la conception proposée assure une augmentation notable de la durée de vie des pièces du dispositif, de la sûreté d'immobilisation de l'élément de commande, ce qui élève 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--référéences aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels: - la figure 1 représente une vue d'ensemble, en coupe longitudinale partielle, d'un dispositif à percussion con- forme à l'invention (le dispositif étant montré avant l'a- menée du fluide moteur sous pression); - la figure 2 représente une vue en coupe longitudi- nale partielle du dispositif à percussion représenté sur la figure 2, en position de marche directe; - la figure 3 représente une vue en coupe longitudi- nale partielle du dispositif à percussion représenté sur la figure 1, en position de marche inverse; - la figure 4 représente une vue en perspective iso- métrique du coussinet; - la figure 5 est une vue en coupe de la monture avec son ouverture. Le dispositif à percussion à inversion de marche re- présenté sur la figure 1 comporte un corps creux 1 compor- tant une partie de tête 2 (avant) et une partie de queue 3 (arrière) destinés à recevoir les coups d'un percuteur 4 monté dans un corps 1 et effectuant un mouvement de va- et-vient sous l'action d'un milieu fluide moteur sous pres- sion. En régime de marche directe du dispositif, le percu- teur 4 porte des coups sur la partie avant 2 du corps i. En régime de marche inversée du dispositif, le percuteur 4 porte des coups sur la partie arrière du corps 1. Le dis- positif comporte également un système de distribution du fluide moteur sous pression tant en régime de marche di- recte qu'en régime de marche inversée. Ce système com- porte une chambre de travail avant 5 limitée par la sur- face intérieure du corps 1 et la surface externe du per- cuteur 4, une chambre de travail arrière 6 limitée par les parois de la cavité intérieure du percuteur 4. Le système est muni aussi de canaux 7 pour faire communiquer les chambres de travail avant 5 et arrière 6, et des ca- naux 8 ménagés dans le corps i pour l'échappement du milieu fluide à l'atmosphère. Le dispositif comporte également un élément de commande 9 dont une extrémité est reliée d'une manière mobile au percuteur 4. L'élément de commande 9 peut occuper, par rapport au corps 1, deux positions,dans l'une desquelles (position avant) l'1élément'de commande 9 assure la distribution du fluide moteur sous pression en régime de marche directe, et dans l'autre (position arriè- re), en régime de marche inversée. L'élément de commande 9 est muni d'un noyen pour sa propre immobilisation dans une position assurant le régi- me de marche directe du dispositif. Ce moyen est réalisé sous la forme d'un coussinet ou analogue 10 (figure 1 à 4) mobile par rapport à l'élément de commande 9. Le coussi- net 10 en position correspondant à la marche directe (figure 2) est en prise avec le corps 1, en immobilisant ainsi en direction axiale l'élément de commande 9 par rapport au corps 1. En position correspondant à la marche inversée, le coussinet 10 (figure 3) assure la mobilité de l'élément de commande 9 par rapport au corps 1 lors du passage du dispositif au régime de marche inversée. Sur l'autre extrémité de l'élément de commande 9 est fixée par une extrémité une monture cylindrique Il dans des ou- vertures 12 (figure 5) de laquelle est disposé le coussi- net 10. L'autre extrémité de la monture il est reliée à la source de fluide moteur sous pression (non représentée sur les dessins) par l'intermédiaire d'un tuyau souple 13 qui a une extrémité reliée à une extrémité de la monture 11 et dont l'autre extrémité est raccordée à la source de fluide moteur sous pression. Le coussinet 10 est réalisé sous la forme d'une pla- que possédant des saillies 14 ayant des parties biseautées 15. L'entrée en prise du coussinet 10 avec le corps 1 pour immobiliser en direction axiale l'élément de commande 9 par rapport au corps 1 en régime de marche directe du dis- positif est assurée par la présence d'une partie biseautée 16 du coussinet 10, par la surface 17 du coussinet 10, par la partie biseautée 18 du corps 1 et par la surface 19 du corps 1, ainsi que par des rainures 20 ménagées dans l'é- lément de commande 9. Le dispositif comporte également un ressort 21 agis- sant sur le corps 1 en direction axiale et assurant le déplacement de la monture 11 et de l'élément de commande 9 en position avant pour son immobilisation en régime de marche directe du dispositif. La monture 11 a une butée 22 limitant le déplacement axial de l'élément de commande 9 et coopérant avec une butée 23 du corps 1. Le dispositif à percussion à inversion de marche re- présenté sur les figures 1 à 4 est montré avec un seul coussinet, mais le nombre de coussinets peut être augmen- té si l'on veut améliorer encore plus la fiabilité de fonctionnement du dispositif selon l'invention. Le dispositif à percussion à inversion de marche fonc- tionne de la façon suivante. En position initiale, le dispositif débranché de la source de fluide moteur sous pression se présente comme sur la figure 1. Quand le dispositif est branché sur la source de fluide moteur, ce dernier passe par le tuyau souple 13 relié à la monture 11; à travers les canaux centraux de la monture 11l et de l'élément de commande 9, le fluide s'introduit dans la chamhre de travail avant 5 et agit sur l'extrémité avant de l'élément de commande 9 en le déplaçant vers l'arrière, c'est-à-dire vets la par- tie de queue 3 du corps 1. Les rainures 20 de iléément de commande 9,. en agissant sur les parties biseautées 15 des saillies 14 du coussinet 10, déplacent radialement ce. dernier suivant les ouvertures 12 de la monture 11 jusqu'au moment o la surface 17 du cousssinet 10 bute contre la surface 19 du corps 1. Alors, le coussinet 10, conjoin- tement avec l'élément de commande 9 et la monture 11, se déplace en arrière, vers la partie de queue 3 du corps 1, de sorte que la partie biseautée 16 du coussinet 10 vient buter contre la partie biseautée 18 du corps 1 en immobi- lisant l'élément de commande 9 par rapport au corps 1. L'effort du ressort 21 est choisi de façon à ne pas faire obstacle au déplacement de la monture 11 par rapport au corps, de sorte que le ressort 31 est légèrement compri- mé. La nouvelle position des éléments du dispositif après son branchement sur la source fluide moteur sous pression est montrée sur la figure 2 et correspond au régime de marche directe du dispositif. En régime de marche directe, sous l'action du fluide moteur sous presssion se trouvant dans les chambres de travail avant et arrière 5 et 6, respectivement, le per- cuteur effectue dans le corps I un mouvement de va-et- vient.en portant des coups sur la partie avant 2 du corps 1. Sous l'action de ce.s coups, le dispositif s'enfonce dans le sol en laissant derrière lui un puits. Le fluide moteur sous pression arrive dans la chambre de travail à travers le canal 7, alors que l'échappement a lieu à travers le canal 7 et le canal 8 du corps 1. Afin d'inverser la marche du dispositif (mise en régime de marche inverse) , il faut interrompre l'amenée du fluide moteur sous pression et ensuite tendre le tuyau souple 13 avec un effort supérieur à l'effort développé par le ressort 21. Le coussinet 10, dont la partie biseau- tée 16 glisse sur la partie biseautée 18 du corps 1, se déplace radialement dans l'ouverture 12 de la monture 11, et les saillies 14 du coussinet 10 s'engagent dans les rainures 20 de l'élément de commande 9. Ensuite, conjoin- tement avec la monture 11 et l'élément de commande 9, le coussinet 10 se déplace en arrière (vers la partie de queue 3 du corps 1) jusqu'au moment o entrent en interac- tion la butée 22 de la monture il et la butée 23 du corps 1. Le ressort 21 se comprime. La nouvelle position des pièces, représentée sur la figure 3, correspond à sa marche inverse. Maintenant, sans relâcher la tension du tuyau souple 13, il faut envoyer le fluide moteur sous pression dans les chambres de travail 5 et 6 du dispositif, et ensuite, supprimer la tension du tuyau souple. Sous l'action du fluide moteur sous pression se trouvant dans les chambres de travail 5 et 6, l'élément de commande 9 s'immobilise par rapport au corps 1 et le percuteur 4 réalise le mou- vement de va-et-vient dans le corps 1. Grâce au fait que l'élément de commande 9 occupe une nouvelle position(ayant été déplacé le long de l'axe du dispositif vers la partie de queue 3 du corps 1), la pénétration du fluide moteur sous pression à travers le canal 7 dans la chambre de travail avant 5 se fait plus tôt que l'échappement à partir de la chambre de travail avant 5 à travers les canaux 7 et 8, et le percuteur 4 porte des coups sur la partie de queue 3 du corps 1. Sous l'action de ces coups, le corps 1 et tout le dispositif se déplacent à travers le puits foré pour re- venir à leur point de départ. Le nouveau passage du dispositif au régime de marche avant se fait automatiquement après cessation de l'a- menée du fluide moteur sous pression au dispositif. Alors le ressort 21, comme le montre la figure 1, ramène l'é- lément de commande 9 en position avant. Maintenant, le dispositif étant à nouveau alimenté en fluide moteur sous pression de la manière décrite plus haut, les élé- ments du dispositif reviennent occuper les positions représentées sur la figure 2 et le dispositif fonctionne à nouveau en régime de marche directe. La présente invention assure un forage sûr et effica- *ce du sol. R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Dispositif à percussion à inversion de marche, du type comportant un corps (1) dans lequel un percuteur (4) effectue des mouvements de va-etvient sous l'action d'un fluide moteur sous pression, en portant ainsi des coups sur la partie avant (2) du corps (1) en régime de marche directe du dispositif, et des coups sur la partie arrière (3) du corps (1) en régime de marche inverse du disposi- tif, et un élément de commande (9) pourvu de rainures (20) pour commander la distribution du fluide moteur sous pres- sion, ledit élément de commande étant relié d'une manière mobile au percuteur (4) et étant muni d'un moyen pour son immobilisation par rapport au corps (1) en deux positions de commande: une position correspondant au régime de mar- che directe du dispositif et une position correspondant au régime de marche inverse du dispositif, ledit moyen d'immobilisation de l'élément de commande (9) en régime de marche directe étant réalisé sous la forme d'au moins un coussinet (10) pourvu de saillies (14) et mobile par rapport à l'élément de commande (9), caractérisé en ce que les saillies (14) du coussinet (10) sont placées dans les rainures (20) de l'élément de commande (9), le coussi- net (10) lui-même étant emprisonnée dans une monture (11) pourvue d'ouvertures (12) et disposée entre le corps (1) et l'élément de commande (9) avec possibilité de déplace- 257- ment le long de l'axe du dispositif. 2. Dispositif à percussion à inversion de marche selon la revendication 1,-caractérisé en ce que la montu- re (11) est de forme cylindrique.