Brevet FR3037345A1 — publié le 20161216

APPAREIL HYDRAULIQUE A PERCUSSIONS DOMAINE TECHNIQUE La présente invention se rattache au domaine des engins de travaux publics. Elle concerne un appareil hydraulique à percussions de type « brise-roches » ou analogue. ART AN I ERIEUR Tel que décrit sur les Figures 1 et 2 de l'état de la technique, les appareils hydrauliques à percussions 100 appelés « brise-roches » sont généralement constitués d'un corps contenant une cellule de frappe 140 et d'un carter 150 qui permet d'une part, de protéger la cellule de frappe 140 des roches abrasives et d'autre part, de maintenir mécaniquement l'ensemble pour pouvoir l'accrocher sur une extrémité d'un bras 12 d'un engin porteur 11, par exemple une pelle hydraulique. La cellule de frappe 140 comporte un piston de frappe 180 mobile dans une chambre de sorte à percuter un outil 19 maintenu dans l'alignement d'une extrémité inférieure du piston de frappe 180. Les déplacements du piston de frappe 180 sont commandés par deux chambres annulaires 370, 380 antagonistes alimentées alternativement en fluide sous pression. La cellule de frappe 140 comporte également une chambre de compression 220, contenant un gaz compressible, disposée au-dessus du piston de frappe 180. Lorsque l'appareil 100 est actionné, une première phase consiste à déplacer le piston de frappe 180 dans la chambre de compression 220 par application d'une pression dans la chambre annulaire inférieure 380, comprimant ainsi le gaz dans la chambre de compression 220. Une deuxième phase consiste à annuler l'effet de la pression dans la chambre annulaire inférieure 380, en alimentant à la même pression la chambre annulaire supérieure 370. La force alors appliquée sur le piston de frappe 180 dépend de la différence de surface entre par les chambres annulaires 370, 380 et cette différence de surface est faible. Dans une troisième phase, le gaz compressible se détend et déplace violement le piston de frappe 180 vers le bas impactant l'outil 19 avec suffisamment de force pour briser une roche. Ainsi, la pression du gaz dans la chambre de compression 220 est très importante. 3037345 2 Pour contenir cette pression, une extrémité supérieure de la cellule de frappe 140 est obturée par un couvercle 240 fixé dans les montants de la cellule de frappe 140 par une série de vis 310. Cette série de vis 310 disposées annulairement est nécessaire pour maintenir une étanchéité de la chambre de compression 220. 5 Cependant, cette solution est particulièrement complexe à mettre en oeuvre à cause de ces fortes pressions sur le couvercle 240. Ainsi, l'épaisseur des montants de la cellule de frappe 140 doit ainsi surdimensionnée pour accueillir la série de vis 310. Les vis 310 doivent être sélectionnées avec une grande longueur et une qualité importante. Le nombre 10 de vis 310 nécessaires impacte négativement le poids de l'appareil hydraulique à percussions 100 ainsi que le temps de montage de l'appareil. En outre, le bras 12 de l'engin porteur 11 est mobile de sorte à déplacer l'outil 19 contre une surface S à détruire. Pour ce faire, la cellule de frappe 140 est montée dans un 15 carter 150 lui-même fixé sur le bras 12 par une plaque de fixation 160 formant un U. La plaque de fixation 160 peut être disposée sur le côté du carter 150 ou sur un couvercle 200 du carter 150 tel qu'illustré sur la Figure 2. La force du bras 12 de l'engin porteur 11 est transmise à l'outil 19 par l'intermédiaire de moyens 260 d'appui sur l'outil 19 fixés dans la cellule de frappe 140. 20 Lorsque l'appareil hydraulique à percussions 100 frappe une surface S à détruire, il transmet une onde F de compression sur cette surface S dans la direction du mouvement de l'outil 19. Cette onde F peut induire une onde de choc réfléchie R dans la direction opposée à l'onde F générée par le piston de frappe 180. Cette onde de choc réfléchie R 25 est transmise à toute la cellule de frappe 140 par les moyens 260 d'appui de l'outil 19. Pour éviter de transmettre cette onde de choc résultante R au bras 12 de l'engin porteur 11, la cellule de frappe 140 est montée dans le carter 150 entre deux suspensions supérieure 280 et inférieure 281. Les déplacements de la cellule de frappe 140 par rapport au carter 150 sont guidés par des moyens 290 de guidage disposés le long du carter 150. 30 Cette solution présente également un inconvénient lié aux suspensions supérieure 280 et inférieure 281. Ces ensembles élastiques doivent résister à la chaleur, aux huiles et graisses, aux efforts de poussée de l'engin porteur 11 et aux efforts induits par l'onde 3037345 3 réfléchie R. Ce sont des pièces d'usure aux coûts élevés et dont les durées de vie restent faibles. De plus, très souvent, il faut prévoir un calage pour obtenir une pré-compression déterminée de la suspension supérieure 280 pour maintenir la plaque de fermeture 200 fermant le carter 150. L'invention a pour but de trouver une solution permettant d'installer une cellule de frappe 140 dans un carter 150 sans avoir à utiliser une suspension complexe et couteuse. EXPOSE DE L'INVENTION La présente invention vise à résoudre ce problème technique à l'aide d'une suspension réalisée par un piston de fermeture mobile dans une chambre contenant un fluide compressible. 15 A cet effet, l'invention concerne un appareil hydraulique à percussions destiné à être installé sur un engin porteur, l'appareil comportant : - un carter comportant une plaque de fermeture, - une cellule de frappe montée dans le carter comportant un piston de frappe mobile en translation, et 20 - un amortisseur reliant la cellule de frappe et la plaque de fermeture de manière à transmettre les efforts de déplacement appliqués sur le carter à la cellule de frappe, l'amortisseur comportant : - un corps solidaire de la cellule de frappe en regard de la plaque de fermeture, - une chambre ménagée à l'intérieur du corps, et 25 - un piston de fermeture mobile dans la chambre apte à venir en appui sur la plaque de fermeture pour obturer la chambre, - la chambre étant destinée à contenir un fluide compressible apte à amortir les déplacements de la cellule de frappe par rapport au carter. 30 L'invention permet ainsi de reproduire plus simplement le rôle du couvercle et des suspensions de l'art antérieur par un piston de fermeture mobile dans une chambre contenant un fluide compressible. La cellule de frappe peut ainsi être allégée par rapport aux dispositifs de l'art antérieur en diminuant l'épaisseur des montants de la cellule de 5 10 3037345 4 frappe et en supprimant les vis et le couvercle. L'amortissement des déplacements de la cellule de frappe par rapport au carter et du carter par rapport à la cellule de frappe est également amélioré ce qui permet de supprimer la suspension inférieure. 5 L'appareil conforme à l'invention peut être intégré dans diverses configurations. Selon un premier mode de réalisation, au moins une partie du piston de frappe est destinée à pénétrer dans la chambre de sorte que, lorsque la chambre contient un fluide compressible, le déplacement du piston de frappe à l'intérieur de la chambre est apte à 10 comprimer le fluide compressible et la décompression du fluide compressible est apte à déplacer le piston de frappe.. Ainsi, l'amortisseur sert également d'actionneur pour le piston de frappe. Ce mode de réalisation permet de supprimer le couvercle de fermeture de la cellule de frappe et ainsi de simplifier et d'alléger l'appareil. 15 Selon un second mode de réalisation, la cellule de frappe est reliée à un accumulateur de pression comportant un circuit hydraulique et un circuit pneumatique séparés par une membrane deformable, la chambre est en communication pneumatique avec le circuit pneumatique de l'accumulateur de pression de sorte que la pression contenue dans le circuit hydraulique est transmise à la chambre par l'intermédiaire de 20 cette membrane. Dans ce cas, l'amortisseur joue également le rôle d'accumulateur de pression, pour encaisser les coups de bélier ou les fortes variations de pression générées par la cellule de frappe. Ce mode de réalisation permet également de supprimer le couvercle de fermeture de la cellule de frappe et ainsi de simplifier et d'alléger l'appareil. 25 Selon un troisième mode de réalisation, la cellule de frappe étant obturée par un couvercle, le corps comportant la chambre est monté sur ledit couvercle. Dans ce mode de réalisation, l'amortisseur est hydrauliquement indépendant des organes de déplacement du piston de frappe. Ce mode de réalisation permet de limiter les pressions subies par le couvercle de la chambre d'actionnement. 30 Selon un mode de réalisation, le piston de fermeture comporte : - un corps, destiné à assurer l'étanchéité de la chambre, et, 3037345 5 - une tête, destinée à assurer le maintien du piston de fermeture contre la plaque de fermeture. Avantageusement, le corps du piston de fermeture comporte une rainure contenant un joint d'étanchéité adapté au diamètre de la chambre et à une pression attendue dans la chambre. Ce mode de réalisation permet de garantir l'étanchéité de la 5 chambre de l'amortisseur. Avantageusement, en pratique la chambre est destinée à contenir de l'azote sous forme gazeuse. Ce mode de réalisation permet de répondre efficacement aux contraintes de compression et de dilatation du fluide compressible. Selon un mode de réalisation, l'appareil comporte un élément de fixation du carter solidaire de la plaque de fermeture, l'élément de fixation étant destiné à fixer le carter sur un engin porteur. Alternativement, l'élément de fixation est positionné sur le carter dans une zone distante de la plaque de fermeture. DESCRIPTION SOMMAIRE DES FIGURES La manière de réaliser l'invention ainsi que les avantages qui en découlent, ressortiront bien du mode de réalisation qui suit, donné à titre indicatif mais non limitatif, 20 à l'appui des figures annexées dans lesquelles les figures 1 à 6 représentent : - Figure 1, état de la technique : une représentation schématique en perspectives d'un engin porteur équipé d'un appareil hydraulique à percussions; - Figure 2, état de la technique : une représentation schématique en coupe de l'appareil hydraulique à percussions de la Figure 1; 25 - Figure 3 : une représentation schématique en coupe d'un appareil hydraulique à percussions selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - Figure 4 : une représentation schématique en coupe d'un appareil hydraulique à percussions selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; - Figure 5 : une représentation schématique en perspective de l'appareil 30 hydraulique à percussions de la Figure 4; - Figure 6 : une représentation schématique en perspective d'une cellule de frappe selon le mode de réalisation de la Figure 4 ; et - Figure 7 : une représentation schématique en coupe d'un appareil hydraulique à 10 15 3037345 6 percussions selon un troisième mode de réalisation de l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE L' INVENTION 5 Dans la description, l'appareil hydraulique à percussions 10a, 10b, 10c est décrit en supposant qu'il est positionné dans sa configuration la plus commune, à savoir verticalement, c'est-à-dire avec l'outil 19 orienté verticalement au contact d'une surface à détruire tel qu'illustré sur la Figure 1. 10 La Figure 3 illustre un appareil hydraulique à percussions hydrauliques 10a comportant un carter 15 supportant une cellule de frappe 14. La cellule de frappe 14 présente une forme sensiblement cylindrique ou parallélépipédique obturée par un couvercle 32. La cellule de frappe 14 est montée à l'intérieur du carter 15 entre un amortisseur 28, des moyens de guidage 29 et une butée 25. Une plaque de fixation 16 15 formant un U est disposée sur le côté du carter 15 pour fixer le carter 15 sur le bras 12 d'un engin porteur 11. En variante, tel que décrit sur les Figures 4 à 7, la plaque de fixation 16 peut être disposée sur la partie supérieure du carter 15. Le carter 15 comporte une plaque de fermeture 20a fixée sur les montants entourant 20 la cellule de frappe 14. L'amortisseur 28 est positionné entre cette plaque de fermeture 20a et le couvercle 32 de la cellule de frappe 14. Cet amortisseur 28 comporte un corps 27 solidaire de la cellule de frappe 14 en regard de la plaque de fermeture 20a. On entend par solidaire, le fait que le corps 27 soit fixé directement ou indirectement sur la cellule de frappe 14. Une chambre 22 est ménagée à l'intérieur du corps 27 et, un piston de 25 fermeture 30 est monté mobile en translation dans la chambre 22. Le corps 27 et la chambre 22 sont préférentiellement cylindriques. Le piston de fermeture 30 est dimensionné pour assurer l'étanchéité de la chambre 22. Par exemple, tel qu'illustré sur la Figure 3, le piston de fermeture 30 peut comporter un corps 44 et une tête 45 cylindriques. Le diamètre du corps 44 est adapté au diamètre de la chambre 22 de sorte à 30 garantir l'étanchéité de la chambre 22. De préférence, le corps 44 comporte une rainure contenant un joint d'étanchéité 43 adapté au diamètre de la chambre 22. 3037345 7 La chambre 22 est destinée à contenir un fluide compressible, par exemple de l'azote sous forme gazeuse. La tête 45 du piston de fermeture 30 est plaquée contre la plaque de fermeture 20a lorsque la chambre 22 est sous pression. Le fluide compressible est destiné à amortir les déplacements de la cellule de frappe 14 par rapport au carter 15 5 par exemple lorsqu'une onde de choc réfléchie est transmise à la cellule de frappe 14 par l'outil 19. Le fluide compressible peut également amortir les déplacements du carter 15 par rapport à la cellule de frappe 14 par exemple lorsqu'un mouvement brutal de l'outil 19 est commandé par le bras 12 d'un engin porteur 11. 10 Dans le premier mode de réalisation de la Figure 3, le piston de frappe 18 contenu dans la cellule de frappe 14 est mobile dans une chambre d'actionnement distincte de la chambre 22 de l'amortisseur 28. Dans le deuxième mode de réalisation des Figures 4 à 6, la chambre d'actionnement du piston de frappe 18 et la chambre 22 de l'amortisseur 28 sont réalisées par un seul alésage traversant la cellule de frappe 14. Le corps 23 de la 15 cellule de frappe 14 est confondu avec le corps 27 de l'amortisseur 28. De bas en haut, le corps 23 de la cellule de frappe 14 contient une partie de l'outil 19, le piston de frappe 18 et une partie du piston de fermeture 30. Ces deux éléments sont mobiles dans la chambre 22 et s'étendent longitudinalement suivant un même axe X. 20 L'outil 19 comporte une extrémité supérieure destinée à recevoir des chocs du piston de frappe 18. L'onde de choc se propage alors le long du corps de l'outil 19 jusqu'à une extrémité inférieure destinée à venir au contact de la surface S à détruire. Le corps de l'outil 19 est préférentiellement cylindrique avec un méplat dans lequel deux clavettes 17 sont disposées. Les clavettes 17 sont reliées à la cellule de frappe 14 de sorte 25 à limiter les mouvements de rotation et en translation de l'outil 19. Les clavettes 17 permettent également de maintenir l'outil 19 dans la cellule de frappe 14 lors des déplacements de l'appareil hydraulique à percussion 10b et lorsque l'outil 19 n'est pas en contact avec une surface S à détruire. Le bras 12 d'un engin porteur 11 peut également appuyer sur l'outil 19. Pour ce faire, le bras 12 déplace le carter 15 entraînant ainsi un 30 déplacement de la cellule de frappe 14. Des moyens 26 d'appui sur l'outil 19 sont également fixés dans le corps 23 de la cellule de frappe 14 au niveau d'une surface biseauté de l'outil 19 de sorte à transmettre les déplacements de la cellule de frappe 14 à l'outil 19. 3037345 8 Le piston de frappe 18 est mobile dans le corps 23 de la cellule de frappe 14 au moyen de deux chambres annulaires 37, 38 antagonistes alimentées alternativement en fluide sous pression. Les deux chambres 37, 38 sont commandées par un dispositif de 5 commande hydraulique 41. La cellule de frappe 14 comporte également une chambre de compression, contenant un gaz compressible, disposée au-dessus du piston de frappe 18. La chambre de compression est confondue avec la chambre 22 de l'amortisseur 18. Le même gaz compressible, par exemple l'azote, est utilisé pour réaliser la fonction de la chambre de compression et la fonction de l'amortisseur 18. 10 Lorsque l'appareil hydraulique à percussions 10b est actionné, une première phase consiste à déplacer le piston de frappe 18 dans la chambre 22 par injection d'une pression dans la chambre annulaire inférieure 38, comprimant ainsi le gaz dans la chambre 22. Une deuxième phase consiste à annuler l'effet de la pression dans la chambre annulaire 15 inférieure 38, en alimentant à la même pression la chambre annulaire supérieure 37, quasiment aucune force n'est alors appliquée sur le piston de frappe 18 par les chambres annulaires 37, 38. Dans une troisième phase, le gaz compressible se détend et déplace violement le piston de frappe 18 vers le bas impactant l'outil 19 avec suffisamment de force pour briser une roche. 20 L'amortisseur 28 comporte un corps 27 confondu avec le corps 23 de la cellule de frappe 14 et un piston de fermeture 30 mobile en translation dans le corps 23. Le piston de fermeture 30 comporte un corps 44 dont le diamètre est adapté au diamètre de la chambre 22. Ce corps 44 est pourvu d'une rainure annulaire dans laquelle est inséré un 25 joint 43 assurant l'étanchéité de la chambre 22. Le piston de fermeture 30 comporte une tête 45 venant de matière avec le corps 44. La tête 45 est destinée à venir en contact d'une plaque de fermeture 20b. Le piston de fermeture 30 permet ainsi d'obturer efficacement la chambre 22 et de bloquer la cellule de frappe 14 dans le carter 15. 30 De préférence, le piston de fermeture 30 est dimensionné de telle sorte que, lorsque la chambre 22 est sous pression, la pression de la chambre 22 sur le piston de fermeture 30 est supérieure à la force de poussée du bras 12 de l'engin porteur 11 sur la plaque de fermeture quelle que soit la position du piston de frappe 18. 3037345 9 Dans l'exemple des Figures 4 à 6, la plaque de fermeture 20b est formée par la plaque de fixation 16 destinée à fixer le bras 12 d'un engin porteur 11. Le carter 15 comporte une plaque de fixation 21 destinée à coopérer avec la plaque de fixation 16 pour 5 attacher l'appareil hydraulique à percussions 10b sur le bras 12 d'un engin porteur 11. La plaque de fixation 21 du carter 15 comporte un évidement central dans lequel la tête 45 du piston de fermeture 30 pénètre pour entrer en contact avec la plaque de fixation 16. Pour réaliser le montage de l'appareil hydraulique à percussions 10b, l'outil 19 le 10 piston de frappe 18 et le piston de fermeture 30, sont insérés successivement dans le corps 23 de la cellule de frappe 14. Après l'insertion de l'outil 19, les clavettes 17 sont insérées pour contraindre en rotation et en translation les mouvements de l'outil 19. Le piston de frappe 18 est déplacé dans le corps 23 en butée contre l'outil 19, de sorte que les chambres 37, 38 puissent commander les déplacements du piston de frappe 18. Le piston 15 de fermeture 30 est alors inséré dans le corps 23 au-dessus du piston de frappe 18. La plaque de fixation 21 du carter 15 est fixée avec la plaque de fixation 16 destinée à fixer le bras 12 d'un engin porteur 11. Pour finir, le gaz est ensuite introduit dans la chambre 22 au moyen d'une arrivée de fluide 33 déplaçant le piston de fermeture 30 contre la plaque de fixation 16. 20 Dans l'exemple de la Figure 7, un appareil hydrauliques à percussion 10c comporte une chambre supérieure 37 de commande du piston de frappe 18 disposée au-dessus du piston de frappe 18 dans un accumulateur de pression 51. L'accumulateur de pression 51 comporte un circuit pneumatique 53 disposé au-dessus de la chambre supérieure 37. Le 25 circuit pneumatique 53 et la chambre supérieure 37 sont reliés par une membrane deformable 52 de sorte que les variations de pression de la chambre supérieure 37 soient absorbées par le circuit pneumatique 53 par l'intermédiaire de la membre deformable 52. L'amortisseur 28 est disposé sur l'accumulateur de pression 51 et la chambre 22 de l'amortisseur 28 est en communication pneumatique avec le circuit pneumatique 53 de 30 l'accumulateur de pression 51 au moyen d'un canal 54. Ainsi, les variations de pression de la chambre supérieure 37 sont absorbées à la fois par le circuit pneumatique 53 et par l'amortisseur 28. 3037345 10 Il ressort de ce qui précède que les appareils hydrauliques à percussion 10a, 10b, 10c conformes à l'invention présentent de multiples avantages, et notamment en termes de facilité de montage, de compensation des tolérances de fabrication, et de simplicité liée à l'élimination de dispositif de suspension additionnel. 5 REVENDICATIONS1. Appareil hydraulique à percussions (10a, 10b, 10c) destiné à être installé sur un engin porteur (11), l'appareil comportant : - un carter (15) comportant une plaque de fermeture (20a, 20b), - une cellule de frappe (14) montée dans le carter (15) comportant un piston de frappe (18) mobile en translation, et - un amortisseur (28) reliant la cellule de frappe (14) et la plaque de fermeture (20a, 20b) de manière à transmettre les efforts de déplacement appliqués sur le carter (15) à la cellule de frappe (14), caractérisé en ce que l'amortisseur (28) comporte : - un corps (27) solidaire de la cellule de frappe (14) en regard de la plaque de fermeture (20a, 20b), - une chambre (22) ménagée à l'intérieur du corps (27), et - un piston de fermeture (30) mobile dans la chambre (22) apte à venir en appui sur la plaque de fermeture (20a, 20b) pour obturer la chambre (22), - la chambre (22) étant destinée à contenir un fluide compressible apte à amortir les déplacements de la cellule de frappe (14) par rapport au carter (15). 20 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que au moins une partie du piston de frappe (18) est destinée à pénétrer à l'intérieur de la chambre (22) de sorte que, lorsque la chambre (22) contient un fluide compressible, le déplacement du piston de frappe (18) dans la chambre (22) est apte à comprimer le fluide compressible et la 25 décompression du fluide compressible est apte à déplacer le piston de frappe (18). 3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que, la cellule de frappe (14) est reliée à un accumulateur de pression (51) comportant un circuit hydraulique (37) et un circuit pneumatique (53) séparés par une membrane deformable (52), la chambre (22) est 30 en communication pneumatique avec le circuit pneumatique (53) de l'accumulateur de pression (51) de sorte que la pression contenue dans le circuit hydraulique (37) est transmise à la chambre (22) par l'intermédiaire de la membrane (52). 3037345 12 4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que, la cellule de frappe (14) étant obturée par un couvercle (32), le corps (27) comportant la chambre (22) est monté sur ledit couvercle(32). 5 5. Appareil selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le piston de fermeture (30) comporte : - un corps (44), destiné à assurer l'étanchéité de la chambre (22), et, - une tête (45), destinée à assurer le maintien du piston de fermeture (30) contre la plaque de fermeture (20). 10 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que le corps (44) du piston de fermeture (30) comporte une rainure contenant un joint d'étanchéité (43) adapté au diamètre de la chambre (22) et à une pression attendue dans la chambre (22). 15 7. Appareil selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la chambre (22) est destinée à contenir de l'azote sous forme gazeuse. 8. Appareil selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte un élément de fixation du carter (15) solidaire de la plaque de fermeture (20a, 20b), l'élément de fixation étant destiné à fixer le carter (15) sur un engin porteur (11). 9. Appareil selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte un élément de fixation positionné sur le carter (15) dans une zone distante de la plaque de fermeture (20a, 20b), l'élément de fixation étant destiné à fixer le carter (15) sur un engin porteur (11).