Brevet FR2630495A1 — publié le 19891027

La présente invention concerne le matériel utilisé pour l'exploitation des mines et des carrières, et a notamment pour objet une foreuse hydraulique destinée au forage de trous de mine et de puits dans des chantiers, des mines, des minières, des carrières, pour le creusement de galeries et.de tunnels dans des ouvrages hydrotechniques. On connait une foreuse hydraulique (SUA 1073450) qui comporte un outil de forage, un moteur hydraulique entraînant l'outil de forage, qui est relié à celui-ci par l'inter- médiaire d'un réducteur et ayant un conduit de refoulement et un conduit d'évacuation hydraulique ainsi qu'un dispositif hydraulique de percussion ayant un conduit de refoulement hydraulique et un conduit d'évacuation hydraulique, qui sont reliés à celui-ci par un distributeur hydraulique rotatif avec une commande entraînant le distributeur hydraulique en rotation. Dans cette foreuse hydraulique, un moteur hydraulique est utilisé en tant que commande de rotation du distributeur. Pour l'alimenta- tion du moteur hydraulique entraînant le distributeur en rotation, on utilise un conduit de refoulement hydraulique. Pour créer un réglage doux de la cadence et de l'énergie de frappe, on a recours à un régulateur à tiroir qui est branché sur les conduits de refoulement du dispositif hydraulique de percussion et du moteur hydraulique entraînant l'outil de forage en rotation. L'emploi.d'un moteur hydraulique en tant que commande de rotation du distributeur nécessite une consommation supplémentaire d'un liquide sous pression en prévoyant,en conséquence, un poste supplémentaire de pompage. Du fait que le régulateur à tiroir est branché sur les conduits de refoulement du moteur hydraulique de rotation de l'outil de forage et du dispositif de percus- sion, il est également indispensable de prévoir, pour sa 26304 95 commande, une consommation supplémentaire -du liquide à haute pression. En outre, selon ce schéma de commande du fonctionnement d'une foreuse hydraulique, la cadence de frappe et l'énergie de frappe du frappeur du dispositif de percussion hydraulique ne sont pas réglées lors de l'inversion du moteur hydraulique qui entraîne l'outil de forage en rotation. Tous ces inconvénients compliquent la conception d'une foreuse hydraulique et de son système de commande, etdiminuent sa fiabilité ainsi que son rendement. On s'est donc proposé de créer une foreuse hydraulique dans laquelle le système de commande de l'outil de forage et du dispositif hydraulique de percussion permettrait d'augmenter le rendement du système hydraulique et d'assurer simultanément un réglage de la cadence de frappe pendant un déplacement de l'outil de forage en différentes directions, ainsi que l'arrêt de la rotation de l'outil de forage, augmentant la fiabilité de fonctionnement de la foreuse hydraulique. Le problème ainsi posé est résolu à l'aide d'une foreuse hydraulique comportant un outil de forage, un moteur hydraulique qui l'entraîne en rotation, et qui est relié à celui-ci par l'intermédiaire d'un réducteur, et possède un conduit de refoulement et un conduit d'évacuation et un dispositif hydraulique de percussion pourvu d'un conduit de refoulement et d'un conduit d'évacuation, lesquels sont reliés au dispositif de percussion par un distributeur hydraulique rotatif et une commande de rotation du distributeur hydraulique, caractérisé en ce que la commande compor';e un régulateur de courant, qui est constitué d'une soupape de retenue et d'une vanne d'étranglement réglable, qui sont en parallèle, en ce que l'entrée du régulateur de courant Z630495 -est raccordée au conduit d'évacuation du moteur hydraulique entraînant l'outil de forage en rotation, par un distri- buteur hydraulique, qui est monté dans le conduit et au conduit d'évacuation hydraulique du moteur hydraulique par une vanne d'étranglement et en ce que la sortie du régulateur de courant est reliée à un conduit d'évacuation du dispositif hydraulique de percussion et à l'entrée de la commande de rotation du distributeur, qui a la forme d'une turbine hydraulique, un accumulateur étant alors branché sur le conduit d'évacuation du dispositif hydraulique de percussion. Il est avantageux que la turbine hydraulique ait la forme d'une turbine à réaction et soit fixée sur un élément rotatif du distributeur hydraulique et que sa chambre de travail soit mise en communication avec la cavité d'évacuation du dispositif hydraulique rotatif à travers des canaux axiaux pratiqués dans celui-ci, et que la cavité d'évacuation du dispositif hydraulique rotatif soit mise en communication constante avec l'accumulateur. Ainsi, grâce au fait que la turbine hydraulique emploie courant réuni du liquide usé arrivant du dispositif pneumatique de percussion et du moteur hydraulique de rotation de l'outil de forage ainsi que du régulateur de courant et de l'accumulateur, la solution proposée permet d'augmenter le rendement, d'assurer un démarrage garanti de la turbine hydraulique et d'élargir les possibilités de fonctionnement du système hydraulique. L'utilisation de la turbine hydraulique à réaction en tant que commande de rotation du distributeur hydraulique permet de simplifier la conception, de réduire le poids, de diminuer les cotes d'encombrement et d'augmenter la fiabilité de fonctionnement de la foreuse hydraulique selon l'invention. En utilisant le courant réuni du liquide usé arrivant du moteur hydraulique entrainant l'outil de forage en rotation et du dispositif hydraulique de percussion pour l'alimentation de la turbine, on réussit à augmenter le rendement et à réduire la consommation du liquide sous pression, ainsi qu'à simplifier le poste de pompage d'huile grâce à la suppresion de la pompe d'alimen- tation du moteur hydraulique entraînant le distributeur en rotation. Tous ces avantages permettent de simplifier le poste de pompage d'huile, de réduire son poids et de diminuer ses cotes d'encombrement. En reliant le régulateur de courant au conduit d'évacuation du moteur hydraulique entraînant l'outil de forage en rotation, par l'intermédiaire d'un distributeur, on assure la possibilité de régler la vitesse de rotation de la turbine hydraulique indépendamment de la direction de rotation de l'outil de forage ou de son arrêt. L'accumulateur monté dans le circuit d'évacuation du dispositif de percussion hydraulique permet de conserver la vitesse de rotation de la turbine hydraulique pendant la période de la course utile du frappeur du dispositif hydraulique de percussion. La soupape de retenue montée dans le système hydraulique permet d'orienter tout le courant du liquide usé, du dispositif hydraulique de percussion,vers la turbine hydraulique. 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 d'un mode de réalisation donné uniquement à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels: - la figure 1 montre d'une manière schématique, une vue d'ensemble d'une foreuse hydraulique, selon l'invention; - la figure 2 représente, en coupe longitudinale, un mode de réalisation de la commande de rotation du distributeur hydraulique; et - la figure 3 est une vue en coupe faite suivant la ligne III-III de la figure 2. La foreuse hydraulique selon l'invention comporte un dispositif hydraulique de percussion 1, que l'on peut voir à la figure 1, un distributeur hydraulique rotation 2, une commande d'entraînement du distributeur 2 en rotatif qui a la forme d'une turbine hydraulique 3, un moteur hydraulique 4, un outil de forage 5, un réducteur 6, qui transmet la rotation du moteur 4 à l'outil de forage 5, un distributeur 7 qui a la forme d'un tiroir à trois positions, -une vanne d'étranglement 8, des conduits de refoulement 9 et 10 du moteur hydraulique 4 et du dispositif hydraulique de percussion, respectivement, un conduit d'évacuation 11 du moteur hydraulique 4, des accumulateurs 12 et 13, par exemple, hydrauliques, un régulateur de courant 14, un conduit d'évacuation 15 du moteur 4 et un conduit d'évacuation 16 du dispositif hydraulique de percussion 1. Le régulateur de courant 14 est constitué d'une soupape de retenue 17 et d'une vanne réglable d'étranglement 18, qui sont reliés en parallèle. La direction de rotation de l'outil de forage 5 est imposée par le transfert du tiroir 7 à trois positions à une position souhaitée. Le moteur hydraulique 4 entraînant l'outil de forage 5 en rotation et le dispositif hydraulique de percussion 1 sont alimentés par des conduits de refoulement 9 et 10 respective- ment. L'alimentation de la turbine hydraulique 2 se fait par un courant réuni du liquide usé du dispositif hydrau- lique de percussion 1 et du moteur hydraulique 4 pour la rotation de l'outil de forage. Dans ce cas, l'entrée du régulateur 14 de courant est mise en communication avec le 263D495 conduit d'évacuation 15 du moteur 4, à travers le tiroir 7 à trois positions qui est monté dans ce circuit et avec le conduit d'évacuation 11 du moteur 4 à travers une vanne d'étranglement 8. La sortie du régulateur 14 est reliée au conduit d'évacuation 16 du dispositif hydraulique de percussion 1 et à l'entrée de la commande de rotation du dispositif 1, c'est-à-dire à la turbine hydraulique 3. L'accumulateur 12 est monté dans le conduit d'évacuation 16 du dispositif hydraulique de percussion 1, l'accumulateur 13 est monté dans le conduit de refoulement 10. Le conduit 10 et le conduit 16 sont reliés aux cavités correspondantes du dispositif hydraulique de percussion 1 par le distributeur 2. Selon un mode de réalisation de l'invention, une turbine hydraulique à réaction 19 est utilisée pour la mise en rotation du distributeur hydraulique 2. Par son arbre, la turbine à réaction 19 est fixée sur un élément rotatif 20 du distributeur 2 et sa chambre de travail 21 est mise en communication avec une cavité annulaire d'évacuation 22 du distributeur 2 à travers des canaux axiaux 23 qui sont pratiqués dans ce distributeur. La cavité annulaire d'évacuation 22 du distributeur hydraulique est mise en communication constante avec l'accumulateur 12.. La cavité annulaire de refoulement 24 du distributeur hydraulique 2 est mise en communication avec la chambre de la course de retour du frappeur 26 du dispositif hydraulique de percussion 1. La chambre de travail 21 de la turbine hydrau- lique à réaction 19 est reliée par des trous tangentiels 27, que l'on peut voir à la figure 3, et une cavité 28 du corps 29 au conduit d'évacuation 30 comme on peut le voir aux figures 2 et 1. Des rainures longitudinales 31 et 32 sont pratiquées dans l'élément rotatif 20 du distributeur hydraulique 2 et elles sont reliées à la cavité annulaire de refoulement 24 et à la cavité annulaire d'évacuation 22 respectivement. La chambre 33 de la course utile du frappeur du dispositif hydraulique de percussion 1 est mise en communication, par les rainures 31 et 32, avec la chambre annulaire de refoulement 24 ou avec la chambre annulaire d'évacuation 22.- La foreuse hydraulique selon l'invention fonctionne à la manière suivante. Le cycle de fonctionne- ment de la foreuse hydraulique est entrepris en amenant le liquide par les conduits de refoulement 9 et 10 respectivement au moteur hydraulique 4 qui met l'outil de forage 5 en rotation ainsi qu'au dispositif hydraulique de percussion 1. Le tiroir 7 à trois positions sert à arrêter et à mettre l'outil de forage 5 en rotation en sens inverse. Du moteur hydraulique 4 qui entraine l'outil 5.en rotation, le liquide usé est évacué vers le tiroir 7 à trois positions puis il est subdivisé en deux courants parallèles. L'un de ces courants se dirige à travers la vanne d'étranglement 8 vers le conduit d'évacuation 1i1 et l'autre passe par le régulateur de courant 14 pour se réunir avec la portion évacuée du dispositif hydraulique de percussion 1 et de l'accumulateur 12 et se diriger vers la turbine hydraulique 3. La vanne d'étranglement 8, montée dans le conduit d'évacuation hydraulique 11, crée une différence de pression suffisante. pour l'opverture *25 de la soupape de retenue 17 et, à ce moment, la portion principale du liquide arrive du moteur hydraulique 4, entraînant l'outil de forage en rotation, dans la turbine hydraulique 3,alors que la portion résiduelle du liquide passe à travers la vanne d'étranglement 8 vers le conduit hydraulique d'évacuation 11. Le liquide arrivé dans la turbine 3 la met en marche. La turbine hydraulique 3 commence à faire tourner le distributeur hydraulique 2 à une petite vitesse. En tournant, le distributeur 2 relie la chambre 33 de course utile du-frappeur 26 du dispositif hydraulique de percussion 1 alternativement au conduit de refoulement 10 et au conduit d'évacuation 16. Au moment o le distributeur hydraulique 2 relie la chambre 33 au conduit 16, le frappeur 26 effectue sa course de retour du fait que la chambre 25 de course de retour se trouve en communication constante avec le conduit de refoulement 10. A ce moment, le liquide est chassé de la chambre 33 par le frappeur 26 vers l'accumulateur 12, la turbine hydraulique 3 et le régulateur 14 de courant. Le liquide arrivé du dispositif hydraulique de percussion 1 à la soupape de retenue 17 en provoque la fermeture. En conséquence, tout le courant du liquide usé se dirigé du dispositif de percussion 1, chargeant l'accumu- lateur 12,vers la turbine hydraulique 3, ce qui accélère notablement la vitesse de rotation du distributeur hydraulique 2. Lorsque ce distributeur 2 relie la chambre 33 de course utile au conduit de refoulement 10, le frappeur 26 effectue sa course utile en portant le coup sur l'outil de forage 5. La course utile du frappeur 26 est réalisée grâce à la différence des sections dans ses chambres de course de retour et de course utile. A ce moment, l'accumulateur 12 monté dans le conduit d'évacua- tion 16 du dispositif hydraulique 1 se décharge en effectuant l'alimentation d'appoint de la turbine hydrau- lique 3, qui continue à faire tourner le distributeur 2 à la même vitesse. Après l'interruption de l'alimenta- tion du dispositif hydraulique de percussion 1, la vitesse de rotation de la turbine hydraulique 3 diminue, la soupape de retenue 17 s'ouvre et le liquide commence à arriver à la turbine hydraulique 3, du moteur 4 entrai- nant l'outil de forage 5. La turbine hydraulique 3 continue à faire tourner le distributeur nydraulique 2 à des vitesses lentes jusqu'au moment o débute l'alimen- tation du dispositif hydraulique de percussion 1. Après interruption, par le tiroir 7, de la rotation de l'outil de forage 5, le liquide arrive du circuit de refoulement 9, passe à travers le circuit d'évacuation 15, le régulateur 14 de courant et parvient dans la turbine hydraulique 3 qui continue à tourner. La turbine 3, selon cette variante,sera toujours en rotation et le dispositif hydraulique de percussion 1 peut être mis en marche à n'importe quel moment par l'amenée du liquide dans le conduit de refoulement 10 et a la possibilité de fonctionner indépendamment du fonctionne- ment du moteur hydraulique 4 de rotation de l'outil 5. La cadence de frappe dans le dispositif hydraulique de percussion 1 est réglée par la variation de la vitesse de rotation du distributeur hydraulique 2, qui est réglée par la vanne d'étranglement 18. Après fermeture de la soupape de retenue 17, la turbine hydraulique 3 n'est alimentée que par le liquide usé provenant du dispositif hydraulique de percussion 1 et fait tourner le distributeur hydraulique 2 à une vitesse maximale et, de ce fait, la cadence de frappe du dispositif de percussion 1 se trouve maximale, et pour diminuer cette cadence de frappe,il faut changer la vitesse de rotation du distributeur hydraulique 2. Cela est obtenu en réglant la vanne d'étranglement 18. A l'ouverture de la vanne d'étranglement 18, le liquide est évacué du conduit d'évacuation 16 du dispositif de percussion l-à travers les vannes d'étranglement 18 et 8 vers le conduit d'évacuation 11. La diminution de la quantité du liquide arrivant dans la turbine hydraulique 3 diminue la vitesse de rotation du distributeur hydraulique 2. En ouvrant totalement la vanne d'étranglement 18, on obtient une cadence minimale de frappe dans le dispositif de percussion hydraulique 1, grâce à la diminution de la vitesse de rotation du distributeur 2. Si l'on a besoin d'augmenter la cadence de frappe dans le dispositif hydraulique de percussion 1, il faut fermer la vanne d'étranglement 18 et, en conséquence, la quantité du liquide évacué dans le conduit d'évacuation hydraulique 11 diminue et le courant du liquide arrivant dans la turbine hydraulique 3 augmente ce qui aboutit à l'augmentation de la vitesse de rotation de la turbine hydraulique 3. Ainsi, après mise en marche de la turbine 3, une quantité supplémentaire de liquide usé commence à arriver du dispositif 1, provoquant la fermeture de la soupape de retenue 17 et l'accélération de la vitesse de rotation du distributeur hydraulique 2. Quant à la vanne d'étranglement réglable 18, elle effectue la répartition du liquide arrivé du conduit d'évacuation du dispositif hydraulique de percussion 1 vers le conduit d'évacuation 11 et la turbine hydraulique 3 permettant ainsi d'obtenir une variation de la cadence de frappe du dispositif hydraulique de percussion 1. La foreuse hydraulique équipée d'une commande de rotation du distributeur hydraulique ayant la forme d'une turbine à réaction 19 telle que montrée à la figure 2 fonctionne de la manière suivante. Le liquide arrive à l'accumulateur hydraulique 12 et dans la cavité annulaire d'évacuation 22,puis parvient par les canaux axiaux 23 dans la chambre de travail 21 de la turbine hydraulique 3. De la chambre 21 de la turbine 3, le liquide passe à travers les trous tangentiels 27 et fait tourner la turbine hydraulique par un jet de propulsion du liquide qui débouche des trous tangentiels 27 de la chambre de travail 21 dans la cavité 28. De la cavité 28, le liquide arrive dans le conduit d'évacuation 30. Sous l'action de la poussée de la réaction du liquide débouchant des trous tangentiels 27, la turbine hydraulique tourne d'elle-même et fait tourner le distributeur 2. En tournant, le distributeur 2 relie alternativement, par ses rainures longitudinales 31 et 32, la chambre 33 de course utile du frappeur 26 à la cavité annulaire d'évacuation 22 et à la cavité annulaire de refou- lement 24. Quand le distributeur hydraulique 2 a relié, par sa rainure longitudinale 32, la chambre 33 de course utile à la cavité annulaire d'évacuation 22, le frappeur 26 effectue sa course de retour du fait que la chambre 25 de course de retour du frappeur 26 est mise en communication constante avec le conduit hydraulique de refoulement 10. De la chambre 33 de course utile, le liquide est chassé par le frappeur 26 à travers les rainures longitudinales 32 du distributeur hydraulique 2 vers la cavité annulaire d'évacuation 22 et l'accumulateur hydraulique 12. A ce moment, l'accumulateur 12 se charge. Ensuite, de la chambre 33 de course utile, le liquide parvient à travers les canaux axiaux 23, dans la chambre de travail 21 de la turbine 19 à réaction. Du fait que le liquide utilisé du dispositif hydraulique de percussion 1 s'ajoute au liquide arrivé uniquement par le conduit d'évacuation 16 du dispositif hydraulique par les trous tangentiels 27, la vitesse de rotation de la turbine hydraulique croît, et la vitesse de rotation du distributeur hydraulique 2 augmente également. Au moment o la chambre 33 de course utile se trouve reliée par la rainure longitudinale 31 du distributeur hydraulique 2 à la cavité annulaire de refoulement 24, le frappeur 26 effectue sa course utile grâce à la différence de ses sections dans les chambres de course utile 33 et de course de retour 25. Le frappeur 26 effectue sa course utile sous l'action de la différence des forces qui agissent sur lui. Après transfert du frappeur 26 en course utile par le distributeur hydraulique 2 et pendant la période de la course utile et jusqu'au transfert du frappeur à sa course de retour, la turbine hydraulique 19 ne reçoit pas l'alimentation du dispositif hydraulique de percussion mais elle garde sa vitesse de rotation du fait que l'accumulateur hydraulique 12 se décharge pendant cette période, alimentant sa turbine hydraulique. Après que le frappeur 26 a terminé sa course utile, le dispositif hydraulique 2, qui tourne, relie, par la rainure longitudi- nal 32, la chambre 33 à la cavité annulaire d'évacuation 22. Le frappeur 26 effectue sa course de retour et le liquide est de nouveau chassé par le frappeur 26, de la chambre 33,vers la cavité annulaire d'évacuation 22, en chargeant l'accumulateur hydraulique 12 puis il parvient, par les canaux axiaux 23, dans la chambre de travail 21 de la turbine hydraulique 3. Le cycle de travail se termine. Ensuite, il recommence. Ainsi, en comparaison avec l'antériorité la plus proche, la foreuse hydraulique selon l'invention possède les avantages suivants: augmentation du rendement obtenue grâce à l'utilisation du courant réuni du liquide usé du dispositif hydraulique de percussion de l'accumulateur et du moteur hydraulique entraînant l'outil de forage en rotation pour la rotation de la turbine hydraulique; - élargissement des possibilités de fonctionne- ment du dispositif hydraulique de percussion lors du réglage de la cadence de frappe avec l'utilisation d'un démarrage garanti de la turbine hydraulique lors de sa rotation dans des sens différents et de l'arrêt de l'outil de forage grâce au liquide arrivé du tiroir par le régulateur de d'ourant dans la turbine hydraulique à l'aide de la vanne d'étranglement montée dans le conduit d'évacua- tion. 263049S- R E V E N D I C AT I 0 N S 1. Foreuse hydraulique du type comportant un outil de forage, un moteur hydraulique entraînant ledit outil en rotation, relié à celui-ci par l'intermédiaire d'un réducteur et ayant une conduite de refoulement et une conduite d'évacuation, et un dispositif de percussion avec une conduite de refoulement et une conduite d'évacuation, qui sont reliées au dispositif de percussion par un distributeur rotatif hydraulique et une commande de rotation dudit distributeur, caractérisée en ce qu'elle comporte un régulateur (14) du courant, constitué d'une soupape de retenue (17) et d'une vanne réglable d'étrangle- ment (18), qui sont reliées en parallèle, en ce que l'entrée du régulateur (14) est raccordée au conduit d'évacuation (15) du moteur hydraulique (4) entraînant l'outil de forage, à travers un distributeur hydraulique (7) monté dans ledit conduit et au conduit d'évacuation (11) du moteur hydraulique (4) à travers une vanne d'étranglement (8) et en ce que la sortie du régulateur (14) est reliée à un conduit d'évacuation (16) du dispositif hydraulique de percussion (1) et à l'entrée de la commande de rotation du dispositif hydraulique qui a la forme d'une turbine hydraulique (3), l'accumulateur (12) étant alors branché sur le conduit d'évacuation (16) du dispositif hydraulique de percussion (1). 2. Foreuse hydraulique selon la revendication 1, caractérisée en ce que la turbine hydraulique (3) a la forme d'une turbine à réaction, qui est fixée sur un élément tournant (20) du distributeur hydraulique (20) et en ce que sa chambre de travail (21) est mise en communication avec une cavité d'évacuation ('22) du distributeur hydraulique rotatif (2) à travers des canaux axiaux (23) qui y-sont 2630495- pratiqués, et en ce que la cavité d'évacuation (22) du distributeur (2) est mise en communication constante avec l'accumulateur (12).