Brevet FR2633339A1 — publié le 19891229

"Dispositif pour le contrôle du bon fonctionnement d'un accumulateur appartenant à un appareil ou circuit hydraulique" La présente invention concerne un dispositif pour le contrôle du bon fonctionnement d'un accumulateur appartenant à un appareil ou circuit hydraulique. Cette invention s'applique, notamment, au contrôle de l'état de fonctionnement d'au moins un accumulateur appartenant à un appareil de percussion hydraulique, tel que ceux utilisés pour la foration de la roche dans l'industrie minière. Dans une perforatrice hydraulique, un piston frappeur est monté coulissant dans un corps formant un cylindre, et est animé d'un mouvement de va-et-vient sous l'action d'un fluide hydraulique amené par un conduit d'alimentation et distribué au moyen d'une valve de commande. Le circuit hydraulique de ce genre d'appareil comprend habituellement au moins un accumulateur hydraulique, qui est nécessaire à son fonctionnement comme l'illustre très schématiquement le diagramme de la figure 1 du dessin schématique annexé: L'appareil de percussion est alimenté en fluide hydraulique à partir d'une pompe qui délivre un débit continu et constant Do. Or le débit de fluide hydraulique D réellement demandé par cet appareil varie de façon cyclique dans le temps t. L'accumulateur, qui se trouve en liaison avec le conduit d'alimentation amenant le fluide hydraulique à l'appareil, permet de transformer le débit constant Do de la pompe en un débit variable D, cet accumulateur absorbant une certaine quantité de fluide QA dans une partie du cycle de fonctionnement de l'appareil o la demande de ce dernier est inférieure au débit Do, et restituant la quantité de fluide accumulée, comme figuré en QR, dans une autre partie du cycle de fonctionnement de l'appareil o la demande est supérieure à Do. En outre, l'accumulateur assure une fonction d'amortissement des coups de bélier hydrauliques. Cet accumulateur est porté directement par le corps de l'appareil de percussion. Dans une réalisation bien connue, il comporte à l'intérieur d'une sphère une membrane qui sépare une partie recevant le fluide hydraulique d'une autre partie remplie d'un gaz sous pression, par exemple d'azote. D'autres types d'accumulateurs, notamment à piston, sont aussi utilisés. Dans le cas d'un accumulateur à membrane, dès que la pression de gaz dans l'accumulateur disparaît, et quelle qu'en soit la cause (remplissage incorrect dû à la défectuosité d'une vanne, rupture de la membrane, etc), l'accumulateur n'assure plus ses fonctions. Le fonctionnement de l'appareil s'en trouve perturbé et il peut alors se produire des coups de bélier hydrauliques, ou des pulsations, qui risquent d'entraîner une destruction de parties mécaniques de l'appareil. De tels incidents de fonctionnement sont assez fréquents sur les appareils de percussion hydrauliques, et en l'absence de moyens capables de les empêcher en supprimant leurs causes, il apparaît souhaitable de pouvoir au moins détecter rapidement toute chute anormale de pression gazeuse dans l'accumulateur, afin d'arrêter alors l'appareil au plus vite. Dans le cas d'un appareil de percussion, monté habituellement sur un bras-support articulé et situé à distance de son poste de commande par un opérateur et de la source de fluide hydraulique sous pression, il est en outre souhaitable de pouvoir effectuer aussi à distance le contrôle des fonctions de l'appareil et notamment de l'accumulateur sans pour autant multiplier les liaisons, telles que par conduits hydrauliques ou par fils conducteurs de circuits électriques. entre l'appareil lui-même et son poste de commande. Le but de la présente invention est de répondre aux problèmes exposés cidessus, en fournissant un dispositif permettant de contrôler à distance le bon fonctionnement de l'accumulateur, pour détecter de façon automatique et immédiate toute anomalie dont les conséquences peuvent être désastreuses, ceci sans adjonction de liaisons supplémentaires entre l'appareil hydraulique concerné et son poste de commande et en utilisant au contraire des éléments de circuit hydraulique existants, de manière à obtenir un dispositif particulièrement simple, fiable et peu coûteux. A cet effet, l'invention a essentiellement pour objet un dispositif pour le contrôle du bon fonctionnement d'un accumulateur appartenant à un appareil ou circuit hydraulique, l'accumulateur étant relié à une source de fluide hydraulique sous pression par un conduit d'amenée de fluide sur lequel est intercalé de façon connue un limiteur de pression, et des moyens étant prévus pour l'évacuation des excédents de fluide hydraulique passant au travers du limiteur, ce dispositif comprenant des moyens de stabilisation de la pression liée aux excédents de fluide hydraulique passant au travers du limiteur de pression, et des moyens de mesure ou de détection de cette pression stabilisée. Ainsi, l'invention fournit un dispositif de contrôle qui se greffe sur le limiteur de pression prévu de manière habituelle dans les circuits hydrauliques du genre considéré, entre la source de fluide et l'appareil, ce limiteur donc le dispositif de contrôle pouvant être situés à distance de l'appareil équipé de l'accumulateur. On établit facilement, dans le cas d'un appareil de percussion hydraulique, que la pression "piégée" au niveau du limiteur par le dispositif selon l'invention est une image de l'état de l'accumulateur Dans le mouvement de va-et-vient du piston frappeur, à chaque fin de course avant ou arrière donc à chaque changement du sens de déplacement du piston, on observe dans l'appareil une crête de pression importante due à une demande instantanée de débit plus faible dans l'appareil. Un certain excédent de fluide hydraulique est alors évacué au travers d'un limiteur de pression et par-une canalisation de retour. Si l'accumulateur est en état de fonctionnement, grâce à un gonflage correct en gaz, il absorbe cette variation de débit et les excédents de fluide s'échappant au travers du limiteur restent relativement faibles. Par contre, dans le cas o l'accumulateur est défectueux, les excédents de fluide qui traversent le limiteur deviennent importants. Des débits instantanés élevés dans la canalisation de retour du limiteur de pression se traduisent par des pics de pression dans cette canalisation. Toutefois, en raison du fonctionnement cyclique à fréquence élevée d'un appareil de percussion hydraulique, les crêtes de pression au niveau du limiteur sont de durée très faible et ne sont pas décelables par des moyens électro-hydrauliques traditionnels. C'est pourquoi le dispositif selon l'invention assure un "piégeage" de ces crêtes de pression, de manière à transformer un signal très bref, non captable, en une information permanente facilement captable. Cette information de pression hydraulique, une fois stabilisée, peut ensuite être facilement comparée à un seuil significatif, une valeur élevée de ladite pression hydraulique signalant de façon certaine un mauvais fonctionnement de l'accumulateur. Dans une forme de réalisation simple du dispositif de contrôle objet de l'invention, les moyens de stabilisation de la pression liée aux excédents de fluide hydraulique, passant au travers du limiteur de pression, sont constitués par un étranglement placé sur le conduit de retour de ces excédents vers le réservoir, une dérivation reliant un point situé en amont de l'étranglement à une chambre de mesure pourvue à son entrée d'un clapet antiretour et équipée aussi d'un capteur de pression. La mesure ou la détection de la pression de fluide stabilisée, s'établissant dans cette chambre, fournit l'information désirée relative à l'état de l'accumulateur. Cette information peut être donnée et transmise par des moyens électriques, hydrauliques ou pneumatiques, soit pour émettre simplement un signal avertisseur indiquant à l'opérateur la défaillance de l'accumulateur, soit pour déclencher automatiquement l'arrêt de l'appareil équipé de l'accumulateur et éviter ainsi sa détérioration. Les moyens de mesure ou de détection peuvent comprendre un contact électrique, sensible à la pression stabilisée du fluide hydraulique dans la chambre de mesure, ce contact provoquant l'ouverture ou la fermeture d'un circuit électrique lorsque la pression dans ladite chambre dépasse un seuil prédéterminé. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de ce dispositif pour le contrôle du bon fonctionnement d'un accumulateur: Figure 2 représente très schématiquement un appareil de percussion hydraulique, pourvu du dispositif objet de l'invention pour le contrôle du bon fonctionnement de son accumulateur; Figure 3 est un diagramme illustrant le fonctionnement du dispositif de figure 2, avec distinction des effets obtenus dans le cas d'un accumulateur en état de marche et dans le cas d'un accumulateur détérioré. La figure 2 montre, très schématiquement, une perforatrice hydraulique I qui comprend un corps allongé 2 délimitant un cylindre 3, dans lequel est monté coulissant un piston frappeur 4. Le piston 4 est animé d'un mouvement de va-et-vient sous l'action d'un fluide hydraulique, amené par un conduit d'alimentation 5 et distribué au moyen d'une valve de commande 6 dans les différentes chambres du cylindre 3, avant de s'échapper par un conduit de retour 7. Au cours de son mouvement de va-et-vient, le piston 4 vient frapper périodiquement, en fin de course d'avance, un emmanchement d'outil 8 lié à un outil de foration 9. Sur le corps 2 de la perforatrice est monté un accumulateur 10, se présentant comme un volume divisé en deux parties 11 et 12 par une membrane déformable 13. La première partie 11 de l'accumulateur 10 est en communication permanente avec le conduit d'alimentation 5, et se trouve donc remplie de fluide hydraulique sous pression. La seconde partie 12 de l'accumulateur 10 est remplie d'un gaz inerte, par exemple d'azote, sous une certaine pression de gonflage. Cet accumulateur 10 est en outre mis en communication cycliquement, par l'intermédiaire de la valve de commande 6, avec des chambres internes de la perforatrice, par exemple avec la chambre 14 située en arrière du piston frappeur 4. Une source de fluide hydraulique sous pression, constituée en pratique par une pompe 15, est prévue au départ du conduit d'alimentation 5. D'une manière habituelle, il est prévu sur le conduit d'alimentation 5 un distributeur de commande 16 et un limiteur de pression 17. La perforatrice 1 proprement dite, avec son accumulateur 10, peut être montée à l'extrémité d'un bras-support articulé, non représenté, tandis que la pompe 15, le distributeur 16, le limiteur de pression 17 et le réservoir 18 auquel aboutit le conduit de retour 7 sont situés à distance de la perforatrice 1, par exemple sur un châssis de véhicule porteur comportant un poste de commande. L'objet de la présente invention est un dispositif capable de contrôler le bon fonctionnement de l'accumulateur 10, et de détecter toute anomalie résultant du "dégonflage" de la partie 12 de cet accumulateur 10 remplie de gaz, par exemple en raison d'une rupture de la membrane 13. Le dispositif de contrôle, désigné daris son ensemble par le repère 19, se greffe sur le limiteur de pression 17 et il peut ainsi être situé, avec ce limiteur 17 à distance de la perforatrice 1. Ce dispositif 19 comprend un étranglement 20 placé sur un conduit 21 de retour des excédents de fluide vers le réservoir 18, qui part du limiteur de pression 17. Une dérivation 22, dont le point de départ 23 est situé sur le conduit 21 entre le limiteur de pression 17 et l'étranglement 20, mène à une chambre de mesure 24. Cette chambre 24 est pourvue à son entrée d'un clapet antiretour 25. Un capteur 26, disposé dans la chambre de mesure 24, détecte la pression du fluide hydraulique admis à l'intérieur de cette chambre 24. Dans l'exemple représenté au dessin, le capteur de pression 26 comporte un contact électrique 27, intercalé sur un circuit électrique 28. Au cours du fonctionnement de la perforatrice 1, lorsque le piston frappeur 4 arrive vers sa position de fin de course avant ou arrière donc à chaque changement du sens de déplacement du piston, un certain excédent de fluide hydraulique est partiellement absorbé par l'accumulateur 10, et partiellement évacué au travers du limiteur de pression 17 et par le conduit 21 de retour. Les débits de fluide de valeur cycliquement élevée, au niveau du limiteur 17 et dans ce conduit 21, se traduisent par des pics de pression en sortie du limiteur 17. Dans le dispositif de contrôle 19, l'étranglement 20 placé sur le conduit 21 de retour des excédents de fluide intervient pour stabiliser la pression liée à ces fuites, et pour faire admettre une certaine quantité de fluide hydraulique dans la chambre de mesure 24, par la dérivation 22 et le clapet antiretour 25. Il se présente alors deux possibilités, illustrées par le diagramme de la figure 3 o le temps t est porté en abscisses, tandis qu'en ordonnées est portée la pression P relevée dans la chambre de mesure 24 (l'appareil étant supposé mis en marche à l'instant zéro): Dans le cas o l'accumulateur 10 est en état de marche, les pics de pression PL1 ne sont pas très importants, et la pression obtenue dans la chambre de mesure 24 suit une courbe PI, pour se stabiliser après un certain temps à une valeur relativement faible. Au contraire, dans le cas o l'accumulateur 10 est détérioré et n'assure plus sa fonction d'écrétage, les pics de pression PL2 sont plus importants, et la pression obtenue dans la chambre de mesure 24 suit une courbe P2, pour se stabiliser après un certain temps à une valeur relativement élevée, le diagramme montrant l'écart important qui existe entre les deux courbes PI et P2. Ainsi, il suffit de comparer la pression P stabilisée à une valeur de seuil S prédéterminée, pour détecter l'état de l'accumulateur 10. Cette détection est assurée par le capteur de pression 26, dont le contact 27 ferme par exemple le circuit électrique 28 lorsque la pression P stabilisée dépasse la valeur de seuil S. L'information électrique ici donnée peut être transmise à distance, par le circuit 28, vers tout dispositif approprié par exemple pour déclencher une alarme sonore et/ou lumineuse signalant à l'opérateur le défaut, à savoir le manque de pression gazeuse dans l'accumulateur 10, ou encore pour provoquer l'arrêt automatique de la perforatrice I. On comprend que l'état de l'accumulateur 10 peut être ainsi contrôlé à distance, d'une manière simple et sûre, sans nécessité d'aucune liaison hydraulique ou électrique supplémentaire avec l'accumulateur, et sans modification de cet accumulateur. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de ce dispositif pour le contrôle du bon fonctionnement d'un accumulateur qui a été décrite ci-dessus, à titre d'exemple; elle en embrasse au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application -respectant le même principe. En particulier, l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention par une modification des moyens de mesure ou de détection de la pression, le recours à tous équivalents étant ici possible, qu'il s'agisse de moyens électriques, hydrauliques ou autres. Le traitement de l'information délivrée par ces moyens de mesure ou de détection peut également être effectué de façon différente, par exemple en exploitant cette information de manière progressive jusqu'à obtenir l'arrêt complet de l'appareil. Le dispositif objet de l'invention peut aussi assurer le contrôle simultané du bon fonctionnement de deux ou plusieurs accumulateurs alimentés à partir du même conduit hydraulique. Le ou les accumulateurs contrôlés par le dispositif peuvent être de tout type connu, à membrane ou autre. Enfin, ce dispositif est applicable non seulement aux accumulateurs appartenant à des appareils de percussion hydrauliques, mais aussi à des accumulateurs prévus sur d'autres types d'appareils hydrauliques et, encore plus généralement, sur tous circuits hydrauliques. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour le contrôle du bon fonctionnement d'un. accumulateur (10) appartenant à un appareil (1) ou circuit hydraulique, l'accumulateur (10) étant relié à une source (15) de fluide hydraulique sous pression par un conduit (5) d'amenée de fluide sur lequel est intercalé un limiteur de pression (17), et des moyens (21) étant prévus pour l'évacuation des excédents de fluide hydraulique passant au travers du limiteur (17), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (20) de stabilisation de la pression (P) liée aux excédents de fluide hydraulique passant au travers du limiteur de pression (17), et des moyens (22 à 28) de mesure ou de détection de cette pression (P) stabilisée. 2. Dispositif pour le contrôle du bon fonctionnement d'un accumulateur, selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de stabilisation de la pression (P) liée aux excédents de fluide hydraulique, passant au travers du limiteur de pression (17), sont constitués par un étranglement (20) placé sur le conduit de retour (21) de ces excédents vers le réservoir (18), une dérivation (22) reliant un point (23) situé en amont de l'étranglement (20) à une chambre de mesure (24) pourvue à son entrée d'un clapet antiretour (25) et équipée aussi d'un capteur de pression (26). 3. Dispositif pour le contrôle du bon fonctionnement d'un accumulateur, selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de mesure ou de détection comprennent un contact électrique (27) sensible à la pression (P) stabilisée du fluide hydraulique dans la chambre de mesure (24), ce contact (27) provoquant l'ouverture ou la fermeture d'un circuit électrique (28) lorsque la pression (P) dans ladite chambre (24) dépasse un seuil prédéterminé (S). 4. Dispositif pour le contrôle du bon fonctionnement d'un accumulateur, selon l'une quelconque des revendications I à 3, caractérisé en ce que les moyens (22 à 28) de mesure ou de détection de la pression (P) stabilisée sont prévus pour émettre un signal avertisseur indiquant la défaillance de l'accumulateur (10). 5. Dispositif pour le contrôle du bon fonctionnement d'un accumulateur, selon l'une quelconque des revendications I à 3, caractérisé en ce que les moyens (22 à 28) de mesure ou de détection de la pression (P) stabilisée sont prévus pour déclencher automatiquement l'arrêt de l'appareil (I) équipé de l'accumulateur (10). - 6. Dispositif pour le contrôle du bon fonctionnement d'un accumulateur, selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'ensemble de ce dispositif (19) est situé, avec le limiteur de pression (17), à distance de l'appareil (1) équipé de l'accumulateur (10). 7. Dispositif pour le contrôle du bon fonctionnement d'un accumulateur, selon l'une quelconque des revendications I à 6, caractérisé par son application au contrôle de l'état de fonctionnement d'au moins un accumulateur (10) appartenant à un appareil de percussion hydraulique (1).