Brevet FR2647870A1 — publié le 19901207

i "Appareil de percussion hydraulique avec dispositif d'amortissement des ondes de - choc en retour" La présente invention concerne un appareil de percussion hydraulique, constituant notamment un appareil pour la foration de la roche dans l'industrie minière, pourvu d'un dispositif amortissant les ondes de choc en retour, engendrées à chaque impact de l'outil. Plus particulièrement, les dispositions faisant l'objet de cette invention peuvent être considérées comme des modifications et perfectionnements apportés à l'objet de la demande de brevet français N 86 04952 / 2 596 681 déposée le 3 Avril 1986 au nom de la Demanderesse. Ce document se rapporte à un appareil de percussion hydraulique comprenant pour la commande de la percussion, selon un principe bien connu, un piston frappeur de forme étagée monté coulissant à l'intérieur d'un cylindre qui délimite, autour du piston, une chambre annulaire avant de plus petite section, reliée en permanence à une arrivée de fluide hydraulique sous pression, et une chambre annulaire arrière de plus grande section, reliée à une valve de commande avec tiroir à sections différentielles, mettant la chambre annulaire arrière en communication alternativement avec l'amenée de fluide hydraulique sous pression et avec un départ de ce fluide vers le réservoir, le pilotage de la valve de commande étant assuré par au moins un conduit de fluide partant du cylindre, le piston venant frapper périodiquement, dans son mouvement de va-et-vient, un emmanchement d'outil qui transmet la percussion à l'outil lui-même. Cet outil peut être animé en outre d'un mouvement de rotation, par l'intermédiaire d'un manchon d'entraînement monté rotatif, entraîné en rotation à partir d'un moteur, et lié en rotation avec l'emmanchement d'outil par l'intermédiaire de cannelures longitudinales. L'appareil'plus particulièrement décrit dans le document précité est pourvu en outre d'un dispositif d'amortissement des ondes de choc en retour, qui comprend une chambre annulaire remplie de fluide hydraulique, formée autour de la partie avant du piston frappeur et délimitée, vers l'avant, par la face arrière de l'une de plusieurs pièces tubulaires interposées entre la chambre d'amortissement, d'une part, et l'emmanchement d'outil et/ou un manchon d'entraînement en rotation de l'outil, d'autre part, cette chambre d'amortissement étant entièrement séparée de la chambre annulaire avant précitée par un épaulement annulaire du piston, lorsque ce dernier se trouve en position avant, mais se trouvant réunie à la chambre annulaire avant, pour ne former qu'une seule chambre dès que le piston est repoussé en arrière du 26478t0 point d'impact. Le dispositif en question intervient, au cours du fonctionnement de l'appareil de percussion, pour limiter le bruit et les vibrations et ainsi préserver cet appareil, en amortissant les ondes de choc en retour venant du matériau à forer après chaque impact et en évitant que ces ondes de choc ne se transmettent mécaniquement au corps de l'appareil. En effet, l'énergie des ondes de choc en retour est transmise, par les pièces mécaniques intermédiaires, au fluide hydraulique contenu dans la chambre d'amortissement alors isolée, lequel absorbe cette énergie et en transmet une fraction au piston frappeur. Après un certain recul de ce piston, la chambre d'amortissement se réunit à la chambre annulaire avant utilisée pour commander le déplacement alternatif du piston, ce qui rend inutile tout canal supplémentaire pour l'alimentation en fluide hydraulique de la chambre d'amortissement. Le dispositif est assimilable à un ressort hydraulique, puisqu'il amortit les ondes de choc en retour en accumulant l'énergie, puis la restitue en sens opposé, au rendement près. Un tel dispositif crée aussi un effort permanent sur une butée annulaire avant. Ces deux phénomènes engendrent des contraintes dans les pièces mécaniques d'entraînement en rotation de l'outil, ainsi que dans les organes d'assemblage. Le but de la présente invention est de fournir un dispositif amélioré, utilisant toujours le principe d'une chambre d'amortissement alimentée par le fluide hydraulique d'actionnement de l'appareil, qui naturellement amortit les ondes de choc en retour et qui permet, en outre - de récupérer pour le recul du piston frappeur l'énergie fournie par ces ondes de choc en retour, - d'éviter que l'énergie accumulée dans la chambre d'amortissement soit transmise aux pièces mécaniques qui entraînent l'outil en rotation et/ou aux organes d'assemblage, et - d'arrêter automatiquement la frappe en cas d'absence ou de rupture de l'emmanchement d'outil, une telle frappe accidentelle pouvant être très destructrice. A cet effet, dans l'appareil de percussion hydraulique objet' de l'invention, le dispositif d'amortissement des ondes de choc en retour comprend une chambre annulaire d'amortissement, remplie de fluide hydraulique et formée autour de la partie avant du piston frappeur, ladite chambre étant délimitée, vers l'avant; par la face arrière d'une pièce tubulaire interposée entre cette chambre d'amortissement, d'une part, et l'emmanchement d'outil et/ou un manchon d'entraînement en rotation de l'outil, d'autre part, et vers l'arrière, par une face annulaire appartenant au corps de l'appareil, la partie avant du piston frappeur comportant extérieurement au moins une gorge ou rainure longitudinale, ou au moins. un méplat, apte à faire communiquer la chambre annulaire d'amortissement avec la chambre annulaire avant du cylindre, tandis que cette chambre annulaire d'amortissement est apte à être mise en communication avec le circuit de retour du fluide hydraulique par au moins un orifice masqué ou découvert suivant la position axiale de la pièce tubulaire précitée. Ainsi, grâce à la présente invention, l'appareil dispose d'une chambre d'amortissement de caractéristiques particulières, qui - est isolée pendant le temps o le piston frappeur reste en arrière du point de frappe; - est rendue communicante avec la chambre avant du cylindre, et plus particulièrement avec la partie extrême de cette chambre délimitée à l'arrière par un épaulement du piston, au moment de la frappe et au retour des ondes de choc, ceci par la ou les gorges ou rainures longitudinales est mise en communication avec le circuit de retour, avant que la pièce tubulaire précitée soit en butée sur l'avant, de façon à supprimer tout effort générateur des contraintes mécaniques indésirables (cas de la frappe à vide). En prévoyant au moins une gorge ou rainure longitudinale ou encore un méplat supplémentaire sur la partie avant du piston, mais plus en arrière que la gorge ou rainure, ou le méplat précédemment nommé, on obtient de plus la mise en communication de la chambre avant du cylindre avec le circuit de retour lorsque le piston a une course trop importante vers l'avant du fait de l'absence ou de la rupture de l'emmanchement d'outil, afin d'arrêter le déplacement du piston. La communication de la chambre d'amortissement avec l'orifice latéral de départ du circuit de retour, situé vers la périphérie de la pièce tubulaire précitée, est rendue possible par un épaulement annulaire de cette pièce, ou en variante par un ajutage ménagé dans cette pièce, entre sa surface latérale et sa face postérieure. Dans certaines applications minières, il convient de prévoir sur la partie avant du piston frappeur une pluralité de gorges ou rainures longitudinales, ou de méplats, assurant les fonctions d'isolement ou de mise en communication de la chambre avant du cylindre avec la chambre d'amortissement ou avec le circuit de retour. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence aux figures du dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemples non limitatifs, une forme d'exécution de cet appareil de percussion hydraulique avec dispositif d'amortissement des ondes de choc en retour, ainsi que diverses variantes Figure 1 est une vue d'ensemble, en coupe longitudinale, d'un appareil de percussion hydraulique conforme à la présente invention Figures 2 à 6 sont des vues partielles en coupe longitudinale de l'appareil de figure 1, illustrant divers instants du fonctionnement du dispositif d'amortissement des ondes de choc en retour; Figure 7 est une vue similaire aux précédentes, relative à une variante de ce dispositif d'amortissement Figure 8 est une vue en coupe transversale du piston frappeur, montrant une disposition de ses gorges ou rainures longitudinales; Figure 9 est une vue similaire à figure 8, illustrant une variante de ce piston avec des méplats. L'appareil, représenté dans son ensemble en coupe longitudinale sur la figure 1, comprend un corps allongé I délimitant un cylindre 2 d'axe 3, dans lequel est monté coulissant un piston frappeur 4, animé d'un mouvement de va-et-vient au cours duquel ce piston 4 vient frapper périodiquement, en fin de course d'avance, un emmanchement d'outil 5 libre axialement et lui-même lié à un outil de foration non représenté. Dans le cas de l'appareil représenté, du type roto-percutant, l'emmanchement d'outil 5 est lié en rotation, par des cannelures longitudinales 44, avec un manchon 6 tournant dans des paliers 45 et luimême pourvu d'une denture extérieure 7, pour l'entraînement en rotation de l'outil à partir d'un moteur hydraulique non indiqué sur la figure 1. Le piston 4 présente une forme étagée, avec deux portées cylindriques 8,9 entre lesquelles est creusée une gorge annulaire 10, une partie avant Il de plus petit diamètre, et une partie arrière 12 de diamètre encore plus faible. La conformation du pistorn 4 détermine, à J'intérieur du cylindre 2, une chambre annulaire avant 13 de plus petite section, et une chambre annulaire arrière 14 de plus grande section. La chambre annulaire avant 13 est raccordée de façon perrrianente, par un conduit 15, à une arrivée d'huile sous pression en 16. La chambre annulaire arrière 14 est mise en relation soit avec l'arrivée d'huile sous pression 16, soit avec un départ d'huile en 17 vers un réservoir, par l'intermédiaire d'une valve de commande 18. La valve de commande 18 comprend un tiroir 19 monté coulissant dans une cavité du corps 1, déterminant autour du tiroir L9 trois chambres de distribution coaxiales 20,21 et 22. Une première chambre de distribution 20 est reliée, par un canal 23, à un point du conduit 15 d'amenée d'huile sous pression. Une deuxième chambre de distribution 21 est reliée, par un conduit de retour 24, au départ 17 vers le réservoir. Une troisième chambre de distribution 22, située entre les deux précédentes, est reliée par un canal 25 à la chambre annulaire arrière 14 du cylindre 2. Un accumulateur 26 est en liaison avec la première chambre de distribution 20, donc avec le conduit 15 d'amenée d'huile sous pression. Le tiroir 19 possède deux portées intermédiaires de grande section, et deux parties terminales de sections plus petites et distinctes l'une de l'autre, qui coulissent dans des chambres cylindriques respectives 27 et 28 de sections correspondantes. Les deux chambres cylindriques 27 et 28 sont mises en communication permanente par un canal axial 29 du tiroir 19, qui lui-même communique, par un ajutage latéral 30, avec la première chambre de distribution 20. Autour d'une extrémité du tiroir 19 est encore formée une chambre annulaire 31, mise en communication avec le cylindre 2 par un conduit de pilotage 32, possédant des ramifications 33 qui débouchent en différents points de la longueur du cylindrique 2, certaines ramifications 33 pouvant être obturées. D'autres orifices 34,35 et 36 ménagés en certains points du cylindre 2 sont reliés à un canal 37, qui lui-même se réunit au conduit de retour 24. Le dispositif d'amortissement des ondes de choc en retour, placé dans la partie antérieure de l'appareil comprend une butée annulaire 38 mobile axialement, entourant un tronçon de l'emmanchement d'outil 5, et prenant appui sur ce dernier; la butée 38 détermine ainsi la position arrière de l'emmanchement 5, donc le point d'impact du piston 4. L'extrémité arrière de la butée annulaire 38 est appuyée sur la partie avant d'une bague porte-joints 39, également mobile axialement, qui entoure la partie avant Il du piston 4. La bague 39 présente des gorges annulaires intérieures recevant des joints 40 appliqués sur la partie avant Il du piston 4, tandis qu'au moins un autre joint 41, porté par le corps 1, est appliqué contre la surface extérieure de la bague 39. Lorsque le piston 4 se trouve en position avant, qui est celle indiquée au dessin, une chambre annulaire. supplémentaire 43, dite chambre d'amortissement, entièrement fermée, est délimitée vers l'avant par la face arrière de la bague 39, vers l'intérieur par la surface cylindrique de la partie avant Il du piston 4, et vers l'arrière par une face annulaire 50 appartenant au corps 1. Dans la partie avant 1l1 du piston 4 et à distance de la portée 8, est ménagée au moins une gorge ou rainure longitudinale 52 parallèle à l'axe 3. La partie avant 11 du piston 4 présente encore au moins une autre gorge ou rainure longitudinale 54, parallèle à l'axe 3, qui est située en arrière de la gorge ou r&inure 52 et qui s'étend jusqu'à la face avant 46 de l'épaulement séparant cette partie 1 1 de la portée 8 du piston 4. Comme le montre aussi la figure 2, lorsque le piston 4 se déplaçant vers l'avant arrive au point de frappe, il existe une chambre annulaire 51 située à l'extrémité avant du cylindre 2 et isolée de la chambre annulaire d'alimentation 13. La gorge ou rainure longitudinale 52 met alors la chambre annulaire 51 en communication avec la chambre d'amortissement 43. L'effort de poussée s'exerçant sur l'outil maintient la bague 39 en position reculée, de façon à éviter la communication entre la chambre d'amortissement 43 et l'orifice de retour 34. Pendant l'enfoncement de l'outil dans la roche, par exemple sur une course de l'emmanchement 5 allant jusqu'à 5 mm, la chambre annulaire 51 alimente la chambre d'amortissement 43 par l'intermédiaire de la gorge ou rainure 52, et la bague 39 accompagne l'emmanchement 5 - voir figure' 3. La figure 4 schématise le dispositif au moment o les ondes de choc en retour repoussent le piston 4 d'une part et la bague 39 d'autre part, ce qui a pour effet de chasser une partie de l'huile de la chambre d'amortissement 43 vers la chambre annulaire 51 par la gorge ou rainure 52. La surpression engendrée par l'amortissement des ondes de choc en retour dans la chambre 43 est donc directement transmise à la face avant 46 dé l'épaulement du piston 4, et provoque le recul de ce piston 4 par exemple sur 3 mm, jusqu'au moment o la chambre 13 est mise en communication avec la chambre 51 et prend le relais. Le dispositif permet ainsi de récupérer l'énergie fournie par les ondes de choc en retour. Pendant la course de recul du piston 4, et sa course d'avance précédant le point de frappe, la chambre d'amortissement 43 est totalement isolée (abstraction faite des fuites par les interstices entre laces en contact), et ainsi elle ne crée pas de contrainte sur le manchon 6 et la denture 7 par l'intermédiaire de la butée annulaire 38. Dans le cas d'une frappe à vide, o l'outil de foration n'est pas en appui, le dispositif d'amortissement fonctionne comme indiqué précédemment mais, en l'absence de poussée, la bague 39 se déplace vers l'avant par exemple sur 10 mm, jusqu'à permettre la communication de la chambre d'amortissement 43 avec l'orifice 34 relié au conduit de retour, au moment o un épaulement annulaire 53 de la bague 39 découvre cet orifice 34 et avant que la bague 39 ne prenne appui sur la face arrière du manchon 6 par l'intermédiaire de la butée 38 - voir figure 5. Dans ces conditions, l'effort nécessaire à l'amortissement est donc annulé et n'engendre pas de contraintes dans le mécanisme de rotation. La figure 6 illustre un cas de fonctionnement de l'appareil de percussion sans emmanchement, situation qui est néfaste à la tenue mécanique de l'ensemble. Dans ce cas, la deuxième gorge ou rainure longitudinale 54 intervient, quand le piston 4 dépasse sa course de frappe à vide en avançant par exemple sur 20 mm, pour mettre la chambre annulaire 51 en communication avec l'orifice 34 relié au conduit de retour, par l'intermédiaire de la chambre d'amortissement 43, la bague 39 étant en position avant du fait de l'absence de l'effort de poussée sur l'outil et l'emmanchement. Le dispositif interdit ainsi d'utiliser l'appareil sans emmanchement, puisque le piston 4 n'a plus d'effort de recul. La figure 7 indique une variante, dans laquelle la communication entre la chambre d'amortissement 43, d'une part, et l'orifice 34 constituant le départ du conduit de retour, d'autre part, est assurée non pas par un épaulement de la bague, mais par un ajutage 55 ménagé dans. cette bague 39. L'ajutage 55 débouche radialement à la surface latérale de la bague 39 en face de l'orifice 34 ou non selon la position axiale de la bague 39, et il est en communication permanente avec la chambre d'amortissement 43. Un autre conduit radial 56, ménagé dans la bague 39, sert uniquement à éviter que les joints 40 soient soumis à la pression d'amortissement. Le conduit 56 est en communication permanente avec l'orifice 34 relié au conduit de retour. Comme le montre la figure 8, les gorges ou tainures longitudinales 52 et 54 peuvent être multiples et réparties régulièrement sur la circonférence du piston 4. Le nombre de ces gorges ou rainures est ainsi illimité, de même que leur forme. Ainsi, la figure 9 indique une variante, dans laquelle ces gorges ou rainures sont constituées par des méplats 57 formes sur la surface latérale cylindrique du piston 4 et ménageant des canaux de communication équivalents. Les gorges ou rainures longitudinales qui ont la même fonction, telles que toutes les gorges 52 d'une part et les gorges 54 d'autre part, peuvent être reliées ensemble par une gorge circulaire, respectivement 60, 61, exécutée sur le piston 4 - voir figure 7. Il va de soi, et il résulte de ce qui précède, que l'invention n'est pas limitée aux seules formes d'exécution de cet appareil de percussion hydraulique décrites ci-dessus, à titre d'exemples; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe, et notamment les variantes mettant en oeuvre des équivalents techniques des dispositions décrites. REVENDICATIONS 1. Appareil de percussion hydraulique, avec dispositif d'amortissement des ondes de choc en retour, du genre de ceux comprenant, pour la commande de la percussion, un piston frappeur (4) de forme étagée, monté coulissant à l'intérieur d'un cylindre (2) qui délimite, autour du piston (4), une chambre annulaire avant (13) de plus petite section, reliée en permanence à une arrivée de fluide hydraulique sous pression (16), et une chambre annulaire arrière (14) de plus grande section, reliée à une valve de commande (18) avec tiroir à sections différentielles (19), mettant la chambre annulaire arrière (14) en communication alternativement avec l'amenée de fluide hydraulique sous pression (16) et avec un départ de ce fluide (17) vers le réservoir, le pilotage de la valve de commande (18) étant assuré par au moins un conduit de fluide (32) partant du cylindre (2), le piston (4) venant frapper périodiquement, dans son mouvement de va-et-vient, un emmanchement d'outil (5) qui transmet la percussion à l'outil lui-même, caractérisé en ce que le dispositif d'amortissement des ondes de choc en retour comprend une chambre annulaire d'amortissement (43), remplie de fluide hydraulique et formée autour de la partie avant (11) du piston frappeur (4), ladite chambre (43) étant délimitée, vers l'avant, par la face arrière d'une pièce tubulaire (39) interposée entre cette chambre d'amortissement (43), d'une part, et l'emmanchement d'outil (5) et/ou un manchon (6,7) d'entraînement en rotation de l'outil, d'autre part, et vers l'arrière, par une face annulaire (50) appartenant au.corps (1) de l'appareil, la partie avant (Il) du piston frappeur (4) comportant extérieurement au moins une gorge ou rainure longitudinale (52), ou au moins un méplat (57), apte à faire communiquer la chambre annulaire d'amortissement (43) avec la chambre annulaire avant (13) du cylindre (2), tandis que cette chambre annulaire d'amortissement (43) est apte à être mise en communication avec le circuit de retour (24,37) du fluide hydraulique par au moins un orifice (34) masqué ou découvert suivant la position axiale de la pièce tubulaire (39) précitée. 2. Appareil de percussion hydraulique, avec dispositif d'amortissement des ondes de choc en retour, selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu au moins une gorge ou rainure longitudinale (54) ou encore un méplat supplémentaire sur la partie avant (11) du piston (4), mais plus en arrière que la gorge ou rainure (52), ou le méplat (57) précédemment nommé, pour obtenir la mise en communication de la chambre avant (13) du cylindre (2) avec le circuit de retour (24,37) lorsque le piston (4) a une course trop 26478 70 importante vers l'avant du fait de l'absence ou de la rupture de l'emmanchement d'outil (5), afin d'arrêter le déplacement du piston (4). 3. Appareil de percussion hydraulique, avec dispositif d'amortissement des ondes de choc en retour, selon la revendication I ou 2, caractérisé en ce que la communication de la chambre d'amortissement (43) avec l'orifice latéral (34) de départ du circuit de retour (24,37), situé vers la périphérie de la pièce tubulaire (39) précitée, est rendue possible par un. épaulement annulaire (53) de cette pièce (39). 4. Appareil de percussion hydraulique, avec dispositif d'amortissement des ondes de choc en retour, selon la revendication I ou 2, caractérisé en ce que la communication de la chambre d'amortissement (43) avec l'orifice latéral (34) de départ du circuit de retour (24,37) situé vers la périphérie de la pièce tubulaire (39) précitée, est rendue possible par un ajutage (55) ménagé dans cette pièce (39), entre sa surface latérale et sa face postérieure. 5. Appareil de percussion hydraulique, avec.dispositif d'amortissement des ondes de choc en retour, selon l'une quelconque des revendications I à 4, caractérisé en ce que sont prévus, sur la partie avant (11) du piston frappeur (4), une pluralité de gorges ou rainures longitudinales (52,54), ou de méplats (57), assurant les fonctions d'isolement ou de mise en communication de la chambre avant (13) du cylindre (2) avec la chambre d'amortissement (43) ou avec le circuit de retour (24,37). 6. Appareil de percussion hydraulique, avec dispositif d'amortissement des ondes de choc en retour, selon la revendication 5, caractérisé en ce que les gorges ou rainures longitudinales de même fonction (52,5.4) sont reliées ensemble par une gorge circulaire (60,61), exécutée sur le piston (4).