Brevet FR2579240A1 — publié le 19860926

"Dispositif de percussions, notamment pour l'enfoncement de pieux dans le sol" La présente invention a pour objet un dispositif de percussions, notamment pour l'enfoncement de pieux dans le sol. Dans de nombreuses applications industrielles, agricoles, ou encore militaires, il est nécessaire d'enfoncer des pieux ou piquets dans le sol. Il existe différents appareils permettant d'enfoncer un élément dans le sol, tels que ceux fonctionnant selon le principe d'un marteau pilon, consistant à laisser tomber une masse relativement importante sous l'effet de la gravité, ceux mettant en oeuvre un vérin à double effet, les appareils constitués par des marteaux hydrauliques, et les appareils constitués par des marteaux à excentriques. Tous ces appareils nécessitent une consommation importante d'énergie pour un faible rendement, notamment dans le sol sec. En outre, les appareils mettant en oeuvre la gravité, tels que le marteau pilon, ne peuvent travailler qu'à la verticale. Enfin, ces appareils nécessitent des sources de puissance importantes, ne permettant pas une installation facile sur un véhicule. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en fournissant un appareil maintenant une énergie d'impact constante quelle que soit la fréquence, travaillant à basse fréquence afin de permettre le travail du sol entre deux impacts, évitant le rebondissement incontrôlé de la masse de frappe, et pouvant travailler dans des positions autres que la position verticale. A cet effet, le dispositif qu'elle concerne comprend un bâti à l'intérieur duquel est montée, déplaçable linéairement, une masse de frappe associée, d'une part, à un ressort qui, sous l'effet de sa détente, assure un déplacement rapide de la masse en vue de fournir un impact et, d'autre part, à au moins un vérin relié à une source de fluide sous pression, et susceptible de déplacer la masse frappante en sens inverse à l'encontre de l'action du ressort, des moyens étant prévus pour assurer, en fin de course de retour de la masse frappante, la coupure de l'alimentation du ou des vérins assurant cette course de retour. En pratique, la source d'énergie est utilisée seulement pour le retour de la masse frappante, en comprimant le ressort d'accumulation d'efforts, le mouvement de frappe et l'impact résultant seulement de la détente du ressort, l'énergie de l'impact étant donc indépendante de la fréquence des mouvements de la masse frappante. La fréquence est, pour sa part, une fonction directe du débit de fluide alimentant le ou les vérins assurant le mouvement de retour de la masse. La source de fluide moteur peut être, par exemple, constituée par de l'air comprimé contenu dans des bouteilles pouvant être rechargées à l'aide d'un compresseur. Cette solution est très intéressante car permettant d'utiliser l'appareil sans nécessiter une source de production d'énergie, le rendant parfaitement autonome et permettant même une utilisation sous-marine. Avantageusement, cet appareil comprend des moyens assurant, en fin de course de retour de la masse frappante, successivement, le verrouillage de celle-ci, la coupure de l'alimentation en fluide dans le ou les vérins assurant le mouvement de retour, la mise à l'échappe- ment de ce ou ces vérins, la libération de la masse frappante, puis l'alimentation en fluide sous pression du ou des vérins assurant la course de retour. Cette cinématique est intéressante du fait que les vérins sont mis à l'échappement avant le début du mouvement de la masse frappante et ne contrarient pas le mouvement de celle-ci. Selon une caractéristique, la masse frappante est prolongée du côté opposé à sa face fournissant l'impact, par une tige à l'extrémité libre de laquelle est ménagé un talon coopérant, en fin de course de retour de la masse, avec un doigt solidaire d'une gâchette pivotante, et soumise à l'action d'un ressort tendant à la faire pivoter pour engager le doigt sous le talon de la tige. Lorsque la masse frappante arrive en position haute, le doigt de la gâchette prend appui sous le talon de la tige de la masse frap pante, assurant le verrouillage de celle-ci en fin de course de retour. Selon une autre caractéristique, les tiges des vérins sont reliées les unes aux autres par une barre d'accouplement, perpendiculaire à la direction de déplacement de la masse frappante, traversant une lumière ménagée dans la tige de celle-ci, la gâchette pivotante actionne, en position de verrouillage de la tige, l'organe de commande de la valve de distribution de fluide sous pression pour couper l'alimentation des vérins de retour et mettre ceux-ci à l'échappement, et la tige de l'un des vérins est conformée pour pouvoir, en fin de course de retour de ce vérin, prendre appui sur la gâchette, pour la faire pivoter dans un sens assurant la libération de la masse frappante. Lorsque les vérins commandant le retour de la masse frappante arrivent en fin de course haute et que la gâchette pivote pour verrouiller la tige de la masse frappante, la gâchette actionne la valve de distribution qui coupe l'alimentation en fluide et met la chambre du vérin à l'échappement. Avantageusement, chaque vérin assurant le mouvement de retour de la masse frappante est un vérin à simple effet dont la chambre, qui n'est pas reliée à la source de fluide, est équipée d'un ressort. Lorsque l'ensemble se trouve en fin de course de retour, et que la chambre de chaque vérin est mise à l'échappement, la détente du ressort va provoquer le déplacement de la tige de vérin dans un sens inverse à celui de la course de retour. A la fin de ce mouvement de retour, la tige de l'un des vérins appuie sur la gâchette pour la faire pivoter dans un sens assurant la libération de la masse frappante. Selon une autre caractéristique de l'invention, la masse frappante est creuse et contient des billes d'acier. Lorsque la masse frappante est libérée, elle est soumise, sous l'action de détente du ressort, à une accélération supérieure à celle de la pesanteur. De ce fait, les billes ont tendance à descendre avec un certain retard, et à s'opposer au rebondissement de la masse frappante après qu'elle ait frappé le pieu à enfoncer. Avantageusement, le bâti de l'appareil est monté sur un support avec interposition de moyens assurant le maintien d'une pression constante sur l'organe devant recevoir un impact. A cet effet, le bâti est monté coulissant sur son support, et soumis à l'action d'un vérin solidaire du support, tel qu'un vérin à câble. Cette caractéristique permet d'exercer sur l'organe à enfoncer dans le sol, d'une part, une poussée constante et, d'autre part, des impacts comme il a été indiqué précédemment. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit en référence au dessin annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de cet appareil, dont les figures 1 et 2 sont deux vues en coupe longitudinale, très schématiques, au cours de deux phases de fonctionnement. Cet appareil comprend un bâti (2) monté coulissant sur une colonne (3) solidaire d'un châssis. Sur ce châssis est fixé un vérin à câble (4) agissant sur le bâti (2) de façon à ce que celui-ci exerce une pression constante sur le pieu (5) à enfoncer. A cet effet, le pieu (5) comporte indépendamment de sa partie axiale recevant l'impact, une partie élargie (6) sur laquelle prend appui la face inférieure du bâti. A l'intérieur du bâti est montée la masse frappante (7) qui comprend une enveloppe creuse (8) à l'intérieur de laquelle sont disposées des billes métalliques (9). La masse frappante (7) est prolongée vers le haut par une tige (10) entourée, sur une partie de sa hauteur, par un ressort (12) prenant appui, d'une part, sur la paroi supérieure de la masse frappante et, d'autre part, sur une cloison intermédiaire transversale (13) du bâti (2). La paroi supérieure de la cloison transversale (13) du bâti sert de support à deux vérins (14), d'axes parallèles à celui de la tige (10). Chaque vérin est un vérin à simple effet dont la chambre inférieure (15) est reliée par une conduite (16) à une source de fluide sous pression, telle que de l'air comprimé et dont l'autre chambre (17) contient un ressort (18). Les tiges (19, 20) des deux vérins sont attelées l'une à l'autre par une entretoise (22) traversant une lumière (23) ménagée dans la tige (10) de la masse frappante. A la partie supérieure de l'appareil, est montée pivotante autour d'un axe horizontal (26) une gâchette (27) comprenant un doigt de verrouillage (28), susceptible de venir s'engager derrière un talon de retenue (25), formé par le bord d'une ouverture ménagée dans la tige (10), lorsque la masse frappante est en position haute. Ce mouvement de pivotement de la gâchette est obtenu sous l'action d'un ressort (29). La gâchette (27) comprend, du côté opposé au ressort (29), une partie (27a) en débord, dont la face supérieuré vient, en position de verrouillage de la masse frappante, actionner une valve de distribution (24) de l'alimentation en fluide sous pression des vérins (14), comme montré à la figure 2. Lorsque la valve (24) n'est pas actionnée, elle permet l'alimentation en fluide sous pression des vérins (14), tandis que, lorsqu'elle est actionnée par la gâchette (27), elle coupe l'alimentation en fluide des vérins (14), et met ceux-ci à l'échappement. En outre, la tige (19) de l'un des vérins (14), celui de droite au dessin, est prolongée vers le haut, et traverse une lumière (27b) ménagée dans la partie en débord (27a) de la gâchette. Cette tige (19) est équipée, à son extrémité libre, d'une butée (30), de largeur supérieure à celle de la lumière (27b), et la longueur de la tige (19) est telle qu'en fin de course de retour des tiges des vérins (14), la butée (30) prend appui sur la face supérieure de la gâchette, et fait pivoter celle-ci à l'encontre de l'action du ressort (29), pour libérer la tige (10) et par suite la masse frappante (7), la puissance des ressorts (18) des vérins (14) étant supérieure à la puissance du ressort (29) de la gâchette (27). Le fonctionnement de cet appareil est le suivant. Le bâti (2) est tout d'abord positionné, de telle sorte que sa paroi inférieure prenne appui sur un pieu (5). Pendant toute la durée de l'opération et de l'enfoncement du pieu, la pression sur celui-ci est maintenue constante sous l'action du vérin à câble. L'appareil se trouvant dans la position représentée à la figure 1, il est procédé à l'alimentation des chambres (15) des vérins (14), ce qui se traduit par la sortie des tiges (19, 20) de ces vérins, qui entraînent la tige (10) de la masse frappante et la masse frappante elle-même vers le haut à l'encontre de l'action du ressort (12). Lorsque l'ensemble mobile arrive en position haute, la gâchette (27) pivote et son doigt (28) prend appui sous le talon (25) de la tige (10) assurant le verrouillage de la masse frappante en position haute. Simultanément, la gâchette (27) actionne la valve de distribution (24), afin de couper l'alimentation en fluide et de mettre à l'échappement les chambres (15) des vérins (14). Lorsque la pression dans ces chambres (15) est inférieure à la pression exercée par les ressorts (18), les tiges (19, 20) des vérins rentrent sous l'action de détente des ressorts (18). A la fin de ce mouvement, la butée (30) fait pivoter la gachette (27) à l'encontre de l'action du ressort (29), la gâchette libérant la tige (10) et par suite la masse frappante (9) qui descend à une vitesse supérieure à celle due à la pesanteur, de telle sorte que les billes (9) ont tendance à descendre avec un temps de retard. Dès que la masse frappante atteint le récepteur, sa vitesse diminue et l'élasticité de son enveloppe (8) a tendance à faire rebondir l'ensemble, mouvement auquel s'opposent les billes (9), qui poursuivent leur mouvement de descente alors que la masse frappante a déjà tendance à remonter. I1 est à noter que le mouvement de remontée de l'ensemble mobile s'effectue immédiatement après l'impact, du fait que la gâchette n'agit plus sur l'organe de commande de la valve de distribution (24). Comme il ressort de ce qui précède, I'invention apporte une grande amélioration à la technique existante en fournissant un appareil de conception simple, dans lequel la vitesse de projection de la masse frappante est une fonction directe de la tension d'un ressort, et la fréquence des impacts est une fonction directe du débit du fluide, cette fréquence réglable étant choisie relativement basse pour permettre la détente de la masse réceptrice entre deux impacts successifs. Un tel appareil qui peut travailler dans n'importe quelle position et dans n'importe quel milieu, y compris en milieu sous-marin, est également très économique puisque permettant une réduction de moitié de la consommation de fluide moteur-par rapport aux marteaux pneumatiques ou hydrauliques classiques. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de cet appareil, décrite ci-dessus à titre d'exemple ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de - réalisation. REVENDICATIONS 1. - Dispositif de percussions, caractérisé en ce qu'il comprend un bâti (2) à l'intérieur duquel est montée déplaçable linéairement une masse de frappe (7) associée, d'une part, à un ressort (10) qui, sous l'effet de sa détente, assure un déplacement rapide de la masse en vue de fournir un impact et, d'autre part, à au moins un vérin (14) relié à une source de fluide sous pression, et susceptible de déplacer la masse frappante en sens inverse à l'encontre de l'action du ressort (10), des moyens étant prévus pour assurer, en fin de course de retour de la masse frappante, la coupure de l'alimentation du ou des vérins assurant cette course de retour. 2. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens assurant, en fin de course de retour de la masse frappante (7), successivement le verrouillage de celle-ci, la coupure de l'alimentation en fluide dans le ou les vérins (14) assurant le mouvement de retour, la mise à l'échappement de ce ou ces vérins, la libération de la masse frappante, puis l'alimentation en fluide sous pression du ou des vérins assurant la course de retour. 3. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la masse frappante (7) est prolongée du côté opposé à sa face fournissant l'impact, par une tige (10) à l'extrémité libre de laquelle est ménagé un talon (25) coopérant, en fin de course de retour de la masse, avec un doigt (28) solidaire d'une gâchette pivotante (27), et soumise à l'action d'un ressort (29) tendant à la faire pivoter pour engager le doigt (28) sous- le talon (25) de la tige (10). 4. - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les tiges des vérins (14) sont reliées les unes aux autres par une barre d'accouplement (22), perpendiculaire à la direction de déplacement de la masse frappante, traversant une lumière (23) ménagée dans la tige (10) de celle-ci, en ce que la gâchette pivotante (27) actionne, en position de verrouillage de la tige (10), I'organe de commande de la valve (24) de distribution de fluide sous pression pour couper l'alimentation des vérins de retour (14) et mettre ceux-ci à l'échappement, et en ce que la tige (19) de l'un des vérins (14) est conformée pour pouvoir, en fin de course de retour de ce vérin, prendre appui sur la gâchette (27), pour la faire pivoter dans un sens assurant la libération de la masse frappante (7). 5. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque vérin (14) assurant le mouvement de retour de la masse frappante est un vérin à simple effet dont la chambre (17), qui n'est pas reliée à la source de fluide, est équipée d'un ressort (18). 6. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la masse frappante (7) est creuse et contient des billes d'acier (9). 7. - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le bâti (2) de l'appareil est monté sur un support avec interposition de moyens assurant le maintien d'une pression constante sur l'organe devant recevoir un impact. 8. - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le bâti (2) est monté coulissant sur son support (3), et soumis à l'action d'un vérin (4) solidaire du support, tel qu'un vérin à câble.