Brevet FR2634817A1 — publié le 19900202

La présente invention concerne un dispositif pour commander des moyens hydrauliques d'actionnement équipés de soupapes à dépassement de point mort dans une flèche de forage de roche et une structure de flèche ana- logue, les soupapes à dépassement de point mort étant reliées à des conduits de fluide sous pression des moyens d'actionnement et à des conduits de commande pour les soupapes d'une manière telle que les soupapes arrêtent l'écoulement du fluide sous pression dans les conduits dans une direction opposée aux moyens d'actionnement lorsqu'il n'y a pas fourniture de fluide sous pression aux moyens d'actionnement alors que, quand.du fluide sous pression est fourni à un des conduits, la soupape à dépas- sement de point mort qui est reliée à l'autre conduit s'ouvre quand la pression du fluide fourni agit dans son conduit de commande, en permettant le passage d'un écoule- ment de fluide sous pression à partir des moyens d'action- nement, le dispositif comprenant en outre des tuyaux souples pour canaliser du fluide sous pression partant du support d'un appareil de forage de roche dans la direc- tion longitudinale de la flèche afin de fournir du fluide sous pression aux moyens d'actionnement dans la flèche et pour évacuer le fluide de ceux-ci, et des soupapes de régulation pour commander des moyens d'actionnement. Des moyens hydrauliques d'actionnement comme des cylindres et des moteurs hydrauliques, sont largement utilisés dans un équipement de forage de roche. Des moyens d'actionnement de l'art antérieur sont actionnés à l'aide de deux tuyaux souples robustes canalisant du fluide sous pression. Le fluide sous pression est introduit dans les différentes chambres de chacun des moyens d'actionnement à l'aide de soupapes de commande ou de régulation qui sont situées en avant de l'opérateur. Il en résulte que, lorsque la flèche d'une machine de forage de roche peut comprendre huit ou même plus de huit cylindres aux moyens d'actionnement, le nombre des tuyaux souples nécessaires est usuellement le double du nombre des moyens d'actionne- ment. Pour des systèmes hydrauliques à haute pression, un tel ensemble de tuyaux souples est très lourds. Les tuyaux souples s'étendent du support jusqu'à la flèche et risquent d'être endommagés en cours de fonctionnement. La construc- tion de l'équipement ne peut pas être optimisée du fait que l'espace occupé nécessairement par cet ensemble de tuyaux souples doit toujours être pris en considération, de même que les mouvements et le poids des tuyaux souples. Un autre problème qui se pose à cause des longs tuyaux souples et de la commande des moyens d'actionnement avec des soupapes placées à côté del'opérateur consiste en ce que les cylindres ainsi que d'autres moyens d'action- nement comprennent usuellement ce qu'on appelle une soupa- pe à dépassement de point mort dont la fonction est d'empê- cher la flèche, par exemple, de descendre dans le cas d'un endommagement d'un tuyau souple ou bien quand la pression du fluide baisse brusquement pour une autre raison. Pour que la soupape à dépassement de point mort puisse fonc-- tionner correctement, ces conduits de commande doivent être dépressurisés, ce qui est effectué par la liaison d'un long tuyau souple, pourvu d'une soupape de régulation, avec un réservoir de fluide sous pression. Cela rend le fonctionnement de la soupape lent et moins efficace. La soupape à dépassement de point mort remplit également souvent une fonction de limitation de charge. qui est affectée par le long tuyau souple et qui devient sans effet dans des réalisations connues lorsque du fluide sous pression est en train d'être introduit dans les moyens d'actionnement. L'objet de l'invention est de créer un disposi- tif de commande de moyens hydrauliques d'actionnement dans une flèche de forage de roche, ce dispositif évitant les inconvénients précités et étant simple et facile à réaliser à la fois dans des machines existantes et nouvelles. Ce problème est résolu conformément à l'invention en ce que le dispositif comprend pour l'alimentation en fluide sous pression des moyens d'actionnement, un-tuyau souple d'ali- mentation commun à au moins deux moyens d'actionnement et s'étendant dans la direction longitudinale de la flèche, ainsi qu'un tuyau souple commun de retour pour évacuer du fluide sous pression des moyens d'actionnement respectifs, les deux tuyaux souples étant pourvus de branches en des points appropriés pour un raccordement avec chacun des moyens d'actionnement; en ce qu'au maximum deux soupapes de type-cartouche, télécommandées et reliées à chacun des moyens d'actionnement, sont utilisées comme soupapes de régulation dans chacun des moyens d'actionnement qui sont reliés au même tuyau souple d'alimentation-en fluide sous pression; en ce que les soupapes de régulation de chacun des moyens d'actionnement sont branchées entre les conduits de fluide sous pression des moyens d'actionne- ment et le tuyau souple d'alimentation en fluide sous pression; en ce que les soupapes à dépassement de point mort sont branchées entre les conduits de fluide sous pression des moyens d'actionnement et le tuyau souple de retour de fluide sous pression; et en ce que le conduit de commande des deux soupapes à dépassement-de point mort est disposé de façon à recevoir une pression de commande quand la soupape de régulation, reliée au mime conduit de fluide sous pression des moyens d'actionnement que l'autre soupape à dépassement de point mort, laisse passer du fluide sous pression dans ledit conduit. L'idée de base de l'invention consiste en ce que la ou les soupapes de régulation de chacun des moyens d'actionnement sont des soupapes du type-cartouche, télé- commandées et montées de façon fixe dans les moyens d'actionnement ou dans un bloc solidaire des moyens d'ac- tionnement. Les soupapes de régulation sont branchées entre le tuyau souple d'alimentation en fluide sous pression et les conduits de fluide sous pression des moyens d'actionne- ment tandis que les soupapes à dépassement de point mort sont branchées entre les conduits de fluide sous pression des moyens d'actionnement et le tuyau souple de retour de fluide sous pression. Par commande des soupapes de régula- tion, par exemple électriquement, à l'aide d'un fluide à haute pression ou à basse pression, d'air comprimé ou de toute autre manière, les moyens d'actionnement peuvent être déplacés dans une diection désirée par introduction de fluide sous pression dans le conduit désiré de fluide sous pression du moyen d'actionnement correspondant, tandis qu'une quantité nécessaire de fluide sous pression est déchargée d'un autre conduit de fluide sous pression des moyens d'actionnement par la soupape à dépassement de point mort respective en réponse à la pression du fluide intro- duit par l'intermédiaire des soupapes de régulation. Dans le dispositif conforme à l'invention, tous les moyens d'actionnement qui sont manoeuvrés hydrauliquement et qui sont instalfés dns la flèche, par exemple, peuvent être actionnés à l'aide d'un seul tuyau souple d'alimentation en fluide sous pression servant à introduire du fluide sous pression dans la flèche tandis qu'il est prévu un seul tuyau souple de retour pour renvoyer le fluide sous pres- sion au réservoir de fluide. Il est prévu à l'extrémité supérieure de la flèche un distributeur de telle sorte qu'un court tuyau souple d'alimentation et un court ayau souple de retour puissent être reliés au distributeur pour chacun des moyens d'actionnement. La commande des moyens d'actionnement nécessite additionnellement seulement un petit groupe de conducteurs électriques, par exemple, qu'il est facile de faire passer le long de la flèche d'une manière telle qu'ils ne risquent pas d'être endommagés et sans avoir à prévoir aucune construction spéciale pour la flèche. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue schématique d'une réalisation de l'invention; la figure 2 est une vue schématique d'une autre réalisa- tion de l'invention; et la figure 3 est une vue en coupe schématique d'un ensemble de soupapes approprié pour la réalisation du dispositif conforme à l'invention. La figure 1 représente un cylindre hydraulique 1 agissant comme un moyen d'actionnement. Un piston 2 disposé à l'intérieur du cylindre hydraulique divise le volume intérieur du cylindre en deux chambres séparées 3 et 4 recevant du fluide sous pression. Un conduit 5 de fluide sous pression est relié à la chambre 3 et un conduit 6 de fluide sous pression est relié à la chambre 4. Une soupape à dépassement de point mort, ou de surchar- ge, commandée par pression et désignée par 7, est reliée au conduit de fluide sous pression 5 tandis qu'une soupape semblable 8 est reliée au conduit 6. De l'autre côté, les soupapes 7 et 8 sont reliées à un tuyau souple de retour 9 servant à renvoyer du fluide sous pression à un réservoir 10. Des clapets de non-retour 11 et 12 sont branchés en parallèle avec les soupapes 7 et 8. Le fonctionnement des clapets de non-retour va être décrit de façon plus détail- lée dans la suite. La figure montre en outre un tuyau souple 13 d'alimentation en fluide sous pression, qui est relié à des soupapes 14 et 15 pouvant être commandées. La soupape 14 est à son tour reliée, par l'intermédiaire d'un clapet de non-retour 16, au conduit 5 tandis que la soupape est reliée, de l'autre c8té, au conduit 6 par l'intermé- diaire d'un clapet de non-retour 17. Un conduit de commande 18 de la soupape 8 reliée au conduit 5 est raccordé au côté de la soupape 15 qui est dirigé vers le conduit 6 tandis qu'un conduit de commande 19 de la soupape 8 est raccordé en correspondance au côté de la soupape 14 qui est dirigé vers le conduit 5. La soupape 7 comprend en outre un conduit 20 de contrôle de surcharge, reliant la soupape au conduit 5,tandis que la soupape 8 comprend un conduit 21 de contrôle de surcharge, assurant sa liaison avec le conduit 6. Des conducteurs 22 et 23 de transmission de signaux de commande sont reliés aux soupapes 14 et 15 pouvant être commandées. La ligne en trait interrompu 24 indique schématiquement que l'ensemble représenté sur la figure 1 est agencé de façon à être sensiblement unitaire avec le corps du cylindre 1 de telle sorte que seulement le tuyau souple 13 d'alimentation en fluide sous pression et le tuyau de retour 9 ainsi que les conducteurs 22, 23 de transmission de signaux de commande sont fixés sur le cylindre. Avec l'agencement représenté sur la figure 1 et dans la position indiquée pour les soupapes de commande 14 et 15, les pressions du fluide sont égales dans les chambres 3 et 4, de sorte que le piston 2 occupe une posi- tion déterminée par rapport au cylindre 1. Dans des condi- tions normales, le fluide contenu dans les chambres 3 et 4 ne peut pas s'échapper par l'intermédiaire des conduits 5 et 6 du fait que les soupapes commandées par pression 7 et 8 d'une part et les clapets de nonretour 11, 12, 16, 17 d'autre part empêchent l'écoulement du fluide, de sorte que le cylindre est ainsi bloqué en position. En correspondan- ce, lorsque les soupapes 14 et 15 se trouvent dans la posi- tion indiquée sur la figure, la pression régnant dans le tuyau souple 13 d'alimentation en fluide ne peut pas pro- gresser à cause des clapets de non-retour qui sont dispo- sés à l'intérieur des soupapes, et la pression du fluide ne peut pas agir sur l'une ou l'autre des soupapes 7 et 8. De même le fluide ne peut également pas s'écouler dans les conduits 5 et 6 vers l'aval des clapets de non-retour 16 et 17. Quand la soupape 14 est commandée au moyen d'un signal de commande appliqué par l'intermédiaire du conduc- teur 22 de telle sorte qu'elle soit amenée dans une posi- tion o le fluide sous pression provenant du tuyau souple 13 peut la traverser, ce fluide pénètre dans le conduit par l'intermédiair du clapet de non-retour 16 et parvient ensuite dans la chambre 3 tandis que la pression existant dans le conduit de commande 19 ouvre la soupape 8, en permettant un écoulement de fluide sous pression de la chambre 4 jusque dans le tuyau souple de retour 9 par l'intermédiaire du conduit 6 et de la soupape 8. Lorsque le signal de commande appliqué à la soupape 14-est suppri- mé, la soupape revient dans la position indiquée sur la figure et la pression de commande régnant dans le conduit 19 est abaissée à cause de petites fuites existant dans les soupapes, de sorte que la soupape 8 se ferme et que le piston 2 est à nouveau bloqué en position.-Le fonctionne- ment est absolument identique dans des cas o la soupape 15 est commandée d'une manière semblable à la soupape 14, excepté que le piston 2 se déplace dans la direction opposée. Une situation de surcharge, par exemple lorsqu'il existe une pression excessive dans la chambre 3, produit une ouverture de la soupape 7 par l'intermédiaire du conduit 5 et du conduit de surcharge 20 de telle sorte que du fluide sous pression pénètre dans le tuyau souple de retour par l'intermédiaire de la soupape 7. Lorsque le piston est déplacé, du fluide provenant du tuyau souple de retour pénètre dans le conduit 6 par l'intermédiaire du clapet de non-retour 12 et parvient ensuite dans la cham- bre 4 du cylindre 1, en permettant alors un déplacement du piston jusqu'à ce que la surcharge soit compensée. Si la - pression dans les conduits 18 et 19 ne peut pas baisser du fait que les soupapes 7, 8, 14 et 15 sne sont affectées par aucune fuite, la pression provenant des conduits 18 et 19 doit être transmise au tuyau souple de retour par l'inter- médiaire d'un passage séparé, par exemple par l'intermé- diaire d'un conduit pourvu d'un organe d'étranglement. La baisse de pression peut être produite d'une manière analo- gue en utilisant les soupapes 14 et 15 par exemple à trois voies, ces soupapes assurant, dans l'état de repos, la liaison des conduits auxiliaires associés aux conduits 18 et 19 avec le tuyau souple de retour 9. Le fonctionnement et la structure des soupapes 7 et 8 ainsi que des soupapes 11 et 12 sont généralement connus et les soupapes sont montées sous la forme d'organes standard dans des cylindres hydrauliques, en étant usuellement du type-cartouche et en étant formées dans le corps du cylindre ou bien en étant fixées sous forme d'une soupape séparée à l'extrémité du cylindre. Conformément à l'invention, les soupapes de commande, qui étaient antérieurement disposées à l'extrémité de longs tuyaux souples se trouvant à côté de l'opérateur, sont remplacées par les soupapes de commande 14 et 15 du type- cartouche qui sont montées dans des positions fixes sur le cylindre sous la forme d'un ensemble unitaire, en même temps que les clapets de non-retour 16 et 17. Tout l'ensem- ble formé par les soupapes et les clapets est ainsi monté sous forme d'une partie intégrante du cylindre ou du moyen d'actionnement analogue et ce moyen d'actionnement peut être commandé d'une manière simple à l'aide d'un signal électrique ou d'un autre signal de commande semblable qui est appliqué aux soupapes 14 et 15. Un seul tuyau souple d'alimentation en fluide sous pression et un seul tuyau souple de retour sont nécessaires pour faire fonctionner l'ensemble des moyens d'actionnement et des cylindres qui sont positionnés à l'extrémité de la flèche de la machine de forage de roche, par exemple. Les tuyaux souples sont branchés entre un moyen d'actionnement et un autre à l'extrémité de la flèche. De cette façon, il n'y a pas formation de gros faisceaux de tuyaux souples du fait que les soupapes nécessaires pour la commande de tous les moyens d'actionnement sont fixées sur chaque moyen d'ac- tionnement particulier et que la commande est assurée à l'aide de conducteurs électriques minces, d'un tuyau souple pneumatique mince ou analogue. La solution représentée sur la figure 2 corres- pond à celle de la figure 1, excepté que ce qu'on appelle une soupape proportionnelle 25 est utilisée dans le cas de la figure 2 à la place des deux soupapes séparées de type marche/arrêt de la figure 1. Dans la soupape proportionnel- le, la quantité du fluide sous pression en écoulement peut être réglée de façon continue d'une manière telle que le fluide s'écoule vers l'un ou l'autre des conduits ou bien vers aucun d'eux. La soupape 25 est commandée à l'aide d'un signal de commande 26. Quand aucun signal de commande n'est appliqué, la soupape se trouve dans la position de la figure 2, o l'écoulement du fluide sous pression vers le cylindre est comètement empêché. Lors de l'application du signal de commande, celui-ci provoque le déplacement de la tige de soupape vers la gauche, sur la figure 2, de telle sorte que chacun des conduits ne permette pas encore le passage du fluide sous pression. Par réglage de l'inten- sité du signal de commande, la tige de la soupape 25 est déplacée plus loin vers la gauche ou en arrière vers la droite, de telle sorte que du fluide sous pression puisse pénétrer dans l'un ou l'autre des conduits respectifs. La figure 3 est une vue en coupe schématique d'un ensemble de soupapes comportant deux soupapes du type- cartouche, cet ensemble étant approprié pour la mise en oeuvre de l'invention. Il comprend des soupapes à dépasse- ment de point mort 7 et 8 du type-cartouche qui sont montées dans des alésages ménagés dans le corps du moyen d'actionnement 1. Les soupapes à dépassement de point mort comprennent des clapets de non-retour 11 et 12 qui sont respectivement placés en parallèle avec elles. La structu- re et la fabrication de telles soupapes à dépassement de point mort ainsi que leur montage dans le corps du moyen d'actionnement correspondant et la réalisation des conduits nécessaires sont bien connus et tout à fait évidents pour un spécialiste de ce domaine, de sorte qu'on ne les décri- ra pas de façon plus précise dans la suite. Des soupapes de régulation 14 et 15 du type-cartouche sont en outre montées dans les alésages ménagés dans le corps du moyen d'actionnement 1, ces soupapes étant équipées de solenoa- des respectifs 28 et 29 en vue de leur commande électrique. Les soupapes à dépassement de point mort 7 et 8 sont reliées, au moyen de conduits non représentés, avec les conduits de fluide sous pression du moyen d'actionnement 1 et avec le tuyau souple 9 de retour de fluide sous pres- sion. Les soupapes de régulation 14 et 15 sont à leur tour reliées, au moyen de conduits non représentés, avec respec- tivement les conduits de fluide sous pression 5 et 6 du moyen d'actionnement 1 et avec le tuyau souple 9 d'alimen- tation en fluide sous pression. Les conduits 18 et 19 s'étendent des soupapes à dépassement de point mort 7 et 8 jusqu'aux soupapes de régulation 15 et 14 et des clapets de non-retour 17 et 16 sont prévus entre les conduits 18 et 19, et 6 et 5, respectivement. La structure des soupapes ainsi que le raccordement et la fabrication des conduits sont connus en soi et ne seront pas décrits plus précisé- ment ici. L'invention a été décrite ci-dessus seulement schématiquement et seulement quelques réalisations prati-- ques ont été mises en évidence. Cependant, l'invention peut être réalisée de différentes manières et avec diffé- rentes liaisons, en fonction des impératifs concernant chaque cas particulier ainsi que le mode de fonctionnement désiré. A la place dessoupapes 14 et 15 du type marche/ arrêt de la figure 1, par exemple, il est possible d'utili- ser deux soupapes individuelles opérant proportionnelle- ment. Dans la réalisation de l'invention, il est essentiel que les soupapes nécessaires pour la commande de l'ensemble des cylindres ou moyens d'actionnement soient des soupapes du type-cartouche qui sont montées dans les carters de soupapes formés unitairement dans le corps du cylindre ou du moyen d'actionnement correspondant, ou bien dans un ensemble de soupapes séparées qui est monté unitairement avec le corps du moyen d'actionnement ou du cylindre. L'appareillage est ainsi commandé électriquement ou bien il est télécommandé de toute autre manière et du fluide sous pression peut être fourni à plusieurs moyens d'actionne- ment par l'intermédiaire d'un seul tuyau souple d'alimen- tation primaire et il peut être renvoyé au réservoir par l'intermédiaire d'un seul tuyau souple de retour primaire. Dans certains cas, il est possible d'utiliser un clapet de non-retour commandé par pression à la place de la soupape à dépassement de point.mort. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour commander des moyens hydrauli- ques d'actionnement (1) équipés de soupapes à dépassement de point mort (7, 8) dans une flèche de forage de roche et une structure de flèche analogue, les soupapes à dépassement de point mort (7, 8) étant reliées à des conduits de fluide sous pression (5, 6) des moyens d'ac- tionnement (1) et à des conduits de commande (18, 19) pour les soupapes d'une manière telle que les soupapes (7, 8) arrêtent l'écoulement du fluide sous pression dans les conduits (5, 6) dans une direction opposée aux moyens d'actionnement (1) lorsqu'il n'y a pas fourniture de fluide sous pression aux moyens d'actionnement (1) alors que, quand du fluide sous pression est fourni à un des conduits (5, 6), la soupape à dépassement de point mort (8, 7) qui est reiiée à l'autre conduit (6, 5) s'ouvre quand la pression du fluide fourni agit dans son conduit de comman- de (19, 18),en permettant le passage d'un écoulement de fluide sous pression à partir des moyens d'actionnement (1), le dispositif comprenant en outre des tuyaux souples (9, 13) pour canaliser du fluide-sous pression partant du support d'un appareil de forage de roche dans la direction longitudinale de la flèche afin de fournir du fluide sous pression aux moyens d'actionnement (1) dans la flèche et pour évacuer le fluide de ceux-ci et des soupapes de régulation (14, 15; 25) pour commander chacun des moyens d'actionnement (1) caractérisé en ce que: - il est prévu, pour l'alimentation en fluide sous pres- sion des moyens d'actionnement (1), un tuyau souple d'ali- mentation (13) commun à au moins deux moyens d'actionne- ment (1) et s'étendant dans la direction longitudinale de la flèche, ainsi qu'un tuyau souple commun de retour (9) pour évacuer du fluide sous pression des moyens d'action- nement respectifs (1), -les deux tuyaux souples étant pourvus de branches en des points appropriés pour un raccordement avec chacun des moyens d'actionnement (1); - au maximum deux soupapes de type-cartouche (14, 15; 25), télécommandées et reliées à chacun des moyens d'actionne- ment (1), sont utilisées comme soupapes de régulation (14, 15; 25) dans chacun des moyens d'actionnement (1) qui sont reliés au même tuyau souple (13) d'alimentation en fluide sous pression; - les soupapes de régulation (14, 15; 25) de chacun des moyens d'actionnement (1) sont branchées entre les con- duits de fluide sous pression (5, 6) des moyens d'action- nement (1) et le tuyau souple (13) d'alimentation en fluide sous pression; - les soupapes à dépassement de point mort (7, 8) sont branchées entre les conduits de fluide sous pression (5, 6) des moyens d'actionnement (1) et le tuyau souple 9) de retour de fluide sous pression; et - le conduit de commande (18, 19) des deux soupapes à dépassement de point mort (7, 8) est disposé de façon à recevoir une pression de commande quand la soupape de régulation (14, 15; 25), reliée au même conduit de fluide sous pression (6, 5) des moyens d'actionnement (1) que l'autre soupape à dépassement de point mort (8, 7), laisse passer du fluide sous pression dans ledit conduit (6, 5). 2. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que des clapets de non-retour (16, 17) sont disposés entre les soupapes de régulation (14, 15; 25) et les conduits de fluide sous pression (5, 6), des moyens d'actionnement (1) afin d'empêcher l'écoulement de fluide sous pression des conduits (5, 6) vers les soupapes de régulation (14, 15; 25) et en ce que les conduits de commande (18, 19) des soupapes à dépassement de point mort (7, 8) sont branchés entre les soupapes de régulation (14, 15; 25) et les clapets de non-retour (16, 17). 3. Dispositif selon une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'au moins un des moyens d'actionnement (1) comprend deux soupapes de régulation (14, 15) qui sont agencées de façon à commander le moyen d'actionnement (1) de telle sorte qu'il se déplace respectivement dans deux directions opposées. 4. Dispositif selon une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'au moins un des moyens d'actionnement (1) comprend une seule soupape de régulation (25) qui est agencée de façon à être raccordée pour commander le moyen d'actionnement (1) dans les deux directions. 5. Dispositif selon une quelconque des revendica- tions 1 à 4, caractérisé en ce que chaque soupape de régu- lation (14, 15; 25) est montée dans des alésages ménagés dans le corps du moyen d'actionnement (1). 6. Dispositif selon une quelconque des revendica- tions 1 à 4, caractérisé en ce que chacune des soupapes de régulation (14, 15; 25) est montée dans un ensemble de soupapes séparé qui est lié unitairement avec le corps du moyen d'actionnement (1). 7. Dispositif selon une quelconque des revendica- tions 1 à 6, caractérisé en ce que les soupapes de régula- tion (14, 15; 25) sont agencées de façon à être comman- dées électriquement. 8. Dispositif selon une quelconque des revendica- tions 1 à 7, caractérisé en ce que les soupapes de régula- tion (14, 15; 25) sont agencées pour être commandées au moyen d'un fluide sous pression.