Brevet FR3057483A1 — publié le 20180420

La présente invention concerne un appareil à percussions pourvu d'un palier de guidage équipé d'un dispositif de centrage. Un appareil à percussions, tel qu'un brise-roche hydraulique, comprend de façon connue : - un corps comprenant un cylindre de piston, - un piston de frappe monté déplaçable de façon alternative à l'intérieur du cylindre de piston, et agencé pour venir percuter un outil, et - un ou plusieurs paliers de guidage comprenant chacun une surface de guidage configurée pour guider le piston de frappe lors de ses déplacements dans le cylindre de piston. Lorsque l'appareil à percussions est équipé d'un piston de frappe de masse élevée, et en particulier lorsque l'appareil à percussions est utilisé en position non verticale, le piston de frappe peut se retrouver en appui contre les surfaces de guidage des paliers de guidage de l'appareil à percussions. De tels appuis occasionnent des frictions intenses entre le piston de frappe et les surfaces de guidage, et sont susceptibles de provoquer un grippage du piston de frappe, conduisant à un blocage de l'appareil à percussions, voire à une avarie définitive de l'appareil à percussions. Afin de limiter les risques de grippage du piston de frappe, il est connu d'assurer un flux hydraulique entre le piston de frappe et les surfaces de guidage des paliers de guidage. Généralement, ce flux hydraulique est obtenu en imposant un différentiel de pression aux extrémités axiales de chaque surface de guidage, par exemple en reliant un premier côté de chaque surface de guidage à un circuit d'alimentation en fluide haute pression, et un deuxième côté de chaque surface de guidage à un circuit basse pression. Un tel agencement génère un flux hydraulique dans chaque palier de guidage, qui favorise la création d'un film hydraulique entre le piston de frappe et chaque palier de guidage. Néanmoins, un tel agencement ne permet pas d'assurer un bon centrage du piston de frappe par rapport à ses paliers de guidage, et se révèle souvent 30 inefficace pour des pistons de frappe de masse élevée. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients. Le problème technique à la base de l'invention consiste donc à fournir un appareil à percussions qui soit de structure simple et économique, tout en évitant tout risque de grippage du piston de frappe et ce quelle que soit sa masse. 35 A cet effet, la présente invention concerne un appareil à percussions, comportant : 3057483 2 - un corps comprenant un cylindre de piston, - un piston de frappe monté déplaçable de façon alternative à l'intérieur du cylindre de piston, et agencé pour venir percuter un outil, - au moins un palier de guidage comprenant une surface de guidage 5 configurée pour guider le piston de frappe lors des déplacements du piston de frappe dans le cylindre de piston, un jeu fonctionnel étant prévu entre la surface de guidage et le piston de frappe, - un circuit d'alimentation en fluide haute pression et un circuit basse pression, 10 caractérisé en ce que l'au moins un palier de guidage comporte un dispositif de centrage configuré pour centrer le piston de frappe dans le cylindre de piston, le dispositif de centrage comprenant : - une pluralité de chambres de centrage ménagées dans la surface de guidage de l'au moins un palier de guidage et réparties autour du piston de frappe, 15 chaque chambre de centrage étant reliée fluidiquement au circuit d'alimentation en fluide haute pression, et - au moins une rainure d'évacuation ménagée dans la surface de guidage de l'au moins un palier de guidage et située à proximité d'au moins l'une des chambres de centrage, l'au moins une rainure d'évacuation étant reliée fluidiquement 20 au circuit basse pression. Une telle configuration de l'appareil à percussion, et notamment du dispositif de centrage, permet de recentrer hydrauliquement et efficacement le piston de frappe, et ainsi éviter que ce dernier entre en contact direct avec son ou ses paliers de guidages, et ce, dès la mise sous pression de l'appareil à percussion, ainsi que 25 pendant chaque cycle de frappe du piston de frappe. L'appareil à percussions peut en outre présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison. Selon un mode de réalisation de l'invention, la surface de guidage est annulaire. Selon un mode de réalisation de l'invention, chaque chambre de centrage est destinée à être alimentée en fluide haute pression, et plus particulièrement chaque chambre de centrage est destinée à être alimentée séparément en fluide haute pression. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'au moins une rainure 35 d'évacuation s'étend au moins en partie le long d'au moins une portion d'au moins l'une des chambres de centrage. 3057483 3 Selon un mode de réalisation de l'invention, l'au moins une rainure d'évacuation est configurée pour communiquer fluidiquement avec au moins l'une des chambres de centrage via le jeu fonctionnel prévu entre la surface de guidage et le piston de frappe. 5 Selon un mode de réalisation de l'invention, les chambres de centrage sont régulièrement réparties autour du piston de frappe. Selon un mode de réalisation de l'invention, les chambres de centrage sont distribuées de manière équidistante par rapport à l'axe longitudinal du piston de frappe. 10 Selon un mode de réalisation de l'invention, chaque chambre de centrage présente une hauteur, prise selon une direction axiale du piston de frappe, inférieure à 30 % de la hauteur du palier de guidage respectif. Selon un mode de réalisation de l'invention, chaque chambre de centrage s'étend sur un secteur angulaire inférieur à 30°. 15 Selon un mode de réalisation de l'invention, les chambres de centrage sont alignées sur une même circonférence de la surface de guidage. En d'autre terme, les chambres de centrage sont sensiblement uniformément réparties autour du piston de frappe. Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif de centrage est 20 configuré pour alimenter chaque chambre de centrage avec un débit d'alimentation sensiblement constant. Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif de centrage comporte une pluralité de canaux de liaison pourvus chacun d'un organe de régulation de débit, chaque canal de liaison reliant fluidiquement le circuit 25 d'alimentation en fluide haute pression à une chambre de centrage respective. Selon un mode de réalisation de l'invention, chaque organe de régulation de débit est un orifice calibré. Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif de centrage comporte au moins un canal d'évacuation reliant fluidiquement l'au moins une 30 rainure d'évacuation au circuit basse pression. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'au moins un canal d'évacuation débouche dans le fond de l'au moins une rainure d'évacuation. Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif de centrage comporte une pluralité de rainures d'évacuation ménagées dans la surface de guidage 35 de l'au moins un palier de guidage, chaque rainure d'évacuation étant située à 3057483 4 proximité d'au moins l'une des chambres de centrage et étant reliée fluidiquement au circuit basse pression. Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif de centrage comporte au moins deux rainures d'évacuation qui sont annulaires et qui s'étendent 5 autour du piston de frappe et respectivement de part et d'autre des chambres de centrage. Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif de centrage comporte une pluralité de canaux d'évacuation, chaque canal d'évacuation reliant fluidiquement le circuit basse pression à une rainure d'évacuation respective. 10 Selon un mode de réalisation de l'invention, l'appareil à percussions comprend en outre un distributeur de commande configuré pour commander un mouvement alternatif du piston de frappe à l'intérieur du cylindre de piston alternativement suivant une course de frappe et une course de retour. Selon un mode de réalisation de l'invention, le piston de frappe et le 15 cylindre de piston délimite une première chambre de commande reliée en permanence au circuit d'alimentation en fluide haute pression et une deuxième chambre de commande, le distributeur de commande étant configuré pour mettre la deuxième chambre de commande en relation alternativement avec le circuit d'alimentation en fluide haute pression et le circuit basse pression. Ainsi, les chambres 20 de centrage et la première chambre de commande sont avantageusement reliées à un même circuit d'alimentation et l'au moins une rainure d'évacuation et la deuxième chambre de commande sont configurées pour être reliées à un même circuit de retour. Cependant, les chambres de centrage et la première chambre de commande pourraient être reliées à des circuits d'alimentation différents et l'au moins une 25 rainure d'évacuation et la deuxième chambre de commande pourraient également être configurées pour être reliées à des circuits de retour différents. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'appareil à percussions comporte un canal d'alimentation reliant fluidiquement le circuit d'alimentation en fluide haute pression et la première chambre de commande, chaque canal de liaison 30 débouchant respectivement dans le canal d'alimentation et dans la chambre de centrage respective. Selon un mode de réalisation de l'invention, chaque orifice calibré débouche dans la chambre de centrage respective, et plus particulièrement dans la surface de fond de la chambre de centrage respective. 3057483 5 Selon un mode de réalisation de l'invention, le circuit d'alimentation en fluide haute pression est un circuit d'alimentation en fluide hydraulique incompressible. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'appareil à percussions 5 comprend au moins deux paliers de guidage décalés axialement l'un par rapport à l'autre, chacun des paliers de guidage comportant un dispositif de centrage configuré pour centrer le piston de frappe dans le cylindre de piston. Selon un mode de réalisation de l'invention, les deux paliers de guidage sont disposés de part et d'autre de la première chambre de commande. 10 Selon un mode de réalisation de l'invention, l'un des paliers de guidage est disposé entre les première et deuxième chambres de commande. Selon un mode de réalisation de l'invention, le jeu fonctionnel prévu entre la surface de guidage et le piston de frappe est de l'ordre de quelques centièmes de millimètre. 15 Selon un mode de réalisation de l'invention, chaque chambre de centrage présente une forme générale rectangulaire. De toute façon l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit en référence aux dessins schématiques annexés représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de cet appareil à percussions. 20 Figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d'un appareil à percussions selon l'invention. Figure 2 est une vue partielle de la surface de guidage d'un palier de guidage de l'appareil à percussions de la figure 1. Figure 3 est une vue partielle en coupe selon la ligne III-III de la figure 2. 25 Figure 4 est une vue en coupe selon la ligne IV-IV de la figure 1. L'appareil à percussions 2, représenté sur les figures 1 à 4 et également appelé brise-roche hydraulique, comprend un corps 3 comportant un cylindre de piston 4, et un piston de frappe 5 étagé monté coulissant de façon alternative à l'intérieur du cylindre de piston 4. Au cours de chaque cycle de fonctionnement de 30 l'appareil à percussions 2, le piston de frappe 5 est destiné à venir frapper contre l'extrémité supérieure d'un outil 6 monté coulissant dans un alésage 7 ménagé dans le corps 3 coaxialement au cylindre de piston 4. Il convient d'être noté que le cylindre de piston 4 peut être directement ménagé dans le corps 3 ou être ménagé dans une pièce rapportée dans le corps 3. Comme montré sur la figure 1, le piston de frappe 5 et le cylindre de piston 4 délimitent une première chambre de commande 8 annulaire, dite chambre 3057483 6 basse, et une deuxième chambre de commande 9, dite chambre haute, de section plus importante disposée au dessus du piston de frappe 5. L'appareil à percussions 2 comprend en outre un distributeur de commande 11 agencé pour commander un mouvement alternatif du piston de 5 frappe 5 à l'intérieur du cylindre de piston 4 alternativement suivant une course de frappe et une course de retour. Le distributeur de commande 11 est configuré pour mettre la deuxième chambre de commande 9, alternativement en relation avec un circuit d'alimentation en fluide haute pression 12, tel qu'un circuit d'alimentation en fluide hydraulique incompressible, lors de la course de frappe du piston de frappe 5, 10 et avec un circuit basse pression 13 lors de la course de retour du piston de frappe 5. Le distributeur de commande 11 est plus particulièrement monté mobile dans un alésage ménagé dans le corps 3 entre une première position (voir la figure 1) dans laquelle le distributeur de commande 11 est configuré pour mettre la deuxième chambre de commande 9 en relation avec le circuit d'alimentation en fluide haute 15 pression 12 et une deuxième position dans laquelle le distributeur de commande 11 est configuré pour mettre la deuxième chambre de commande 9 en relation avec le circuit basse pression 13. La première chambre de commande 8 est alimentée en permanence en fluide haute pression par un canal d'alimentation 14, de manière à ce que chaque 20 position du distributeur de commande 11 provoque la course de frappe du piston de frappe 5, puis la course de retour du piston de frappe 5. Le canal d'alimentation 14 peut avantageusement être relié à un accumulateur (non représenté sur les figures). L'appareil à percussions 2 comprend également deux paliers de guidage 15 comprenant chacun une surface de guidage 16, qui est annulaire, configurée pour 25 guider le piston de frappe 5 lors des déplacements du piston de frappe 5 dans le cylindre de piston 4. Comme montré plus particulièrement sur la figure 3, un jeu fonctionnel J, par exemple de quelques centièmes de millimètre, est prévu entre le piston de frappe 5 et chaque surface de guidage 16. Selon le mode de réalisation représenté sur les figures, les deux paliers de guidage 15 sont décalés axialement l'un 30 par rapport à l'autre, et sont disposés de part et d'autre de la première chambre de commande 8. Chaque palier de guidage 15 comporte avantageusement un dispositif de centrage 17 configuré pour centrer le piston de frappe 5 dans le cylindre de piston 4. Chaque dispositif de centrage 15 comprend notamment une pluralité de 35 chambres de centrage 18, par exemple quatre chambres de centrage 18, ménagées dans la surface de guidage 16 du palier de guidage 15 respectif et régulièrement 3057483 7 réparties autour du piston de frappe 5. Selon le mode de réalisation représenté sur les figures, les chambres de centrage 18 de chaque dispositif de centrage 17 sont distribuées de manière équidistante par rapport à l'axe longitudinal du piston de frappe 5, et sont alignées sur une même circonférence de la surface de guidage 16 5 respective. Selon un mode de réalisation de l'invention, chaque chambre de centrage 18 présente une hauteur, prise selon une direction axiale du piston de frappe 5, inférieure à 30 % de la hauteur du palier de guidage respectif 15, et s'étend sur un secteur angulaire inférieur à 30°. Chaque chambre de centrage 18 peut par exemple 10 présenter une forme générale rectangulaire ou encore toute autre forme différente. Chaque chambre de centrage 18 est reliée fluidiquement au circuit d'alimentation en fluide haute pression 12, et est destinée à être alimentée séparément en fluide haute pression. Selon le mode de réalisation représenté sur les figures, chaque dispositif de centrage 17 comporte une pluralité de canaux de liaison 15 19 reliant fluidiquement chacun le circuit d'alimentation en fluide haute pression 12 à une chambre de centrage respective 18, et chaque canal de liaison 19 est pourvu d'un organe de régulation de débit 21, tel qu'un orifice calibré, et est ainsi configuré pour alimenter la chambre de centrage respective 18 avec un débit d'alimentation sensiblement constant. Avantageusement, chaque canal de liaison 19 comporte une 20 première extrémité débouchant dans le canal d'alimentation 14 et une deuxième extrémité débouchant dans la surface de fond de la chambre de centrage respective 18. Chaque dispositif de centrage 15 comprend également une pluralité de rainures d'évacuation 22 ménagées dans la surface de guidage respective 16. Selon le 25 mode de réalisation représenté sur les figures, chaque dispositif de centrage 15 comprend deux rainures d'évacuation 22 qui sont annulaires et qui s'étendent autour du piston de frappe 5 et respectivement de part et d'autre des chambres de centrage respectives 18. Avantageusement, chaque rainure d'évacuation s'étend à proximité d'au moins une portion de chacune des chambres de centrage 18 du dispositif de 30 centrage 15 respectif, et est configurée pour communiquer fluidiquement avec chacune des chambres de centrage 18 du dispositif de centrage 15 respectif via le jeu fonctionnel prévu entre la surface de guidage respective 16 et le piston de frappe 5. Chaque rainure d'évacuation 22 est reliée fluidiquement au circuit basse pression 13. Selon le mode de réalisation représenté sur les figures, chaque dispositif 35 de centrage 15 comprend une pluralité de canaux d'évacuation 23 reliant fluidiquement chacun le circuit basse pression 13 à une rainure d'évacuation 3057483 8 respective 22. Avantageusement, chaque canal d'évacuation 23 débouche dans le fond de la rainure d'évacuation respective 22. Lorsque l'appareil à percussions 2 fonctionne, chaque chambre de centrage 18 est alimentée en fluide à haute pression par l'intermédiaire du canal de 5 liaison respectif 19, et le débit de fluide injecté dans chaque chambre de centrage 18 est sensiblement constant du fait de la présence d'un organe de régulation de débit 21 sur chaque canal de liaison 19. Comme montré plus particulièrement sur la figure 3, le fluide à haute pression injecté dans chaque chambre de centrage 18 s'écoule à l'extérieur de la chambre de centrage respective 18 via le jeu fonctionnel J 10 entre le piston de frappe 5 et la surface de guidage respective 16, pénètre ensuite dans les rainures d'évacuation 22 et s'écoule en direction du circuit basse pression 13 via les canaux d'évacuation 23. Etant donné que le débit de fluide injecté dans chaque chambre de centrage 18 est sensiblement constant, si le jeu fonctionnel J au niveau d'une 15 chambre de centrage 18 diminue, du fait d'un déplacement latéral du piston de frappe 5, alors le passage pour l'écoulement du fluide haute pression à l'extérieur de ladite chambre de centrage 18 diminuera et la pression régnant dans ladite chambre de centrage 18 augmentera, et inversement, si le jeu fonctionnel J au niveau d'une chambre de centrage 18 augmente, également du fait d'un déplacement latéral du 20 piston de frappe 5, alors le passage pour l'écoulement du fluide haute pression à l'extérieur de ladite chambre de centrage 18 augmentera et la pression régnant dans ladite chambre de centrage 18 diminuera. Ainsi, la force de poussée exercée par chaque chambre de centrage 18 sur le piston de frappe 5 dépend de la valeur du jeu fonctionnel J au niveau de cette 25 chambre de centrage 18, et sera d'autant plus élevée que la valeur du jeu fonctionnel J au niveau de cette chambre de centrage 18 sera faible. En particulier, lorsque la valeur du jeu fonctionnel J au niveau d'une chambre de centrage 18 diminue, alors la chambre de centrage 18 a tendance à repousser le piston de frappe 5. 30 II est évident que tout désalignement entre l'axe du piston de frappe 5 et l'axe d'un palier de guidage 15 a pour effet de réduire le jeu fonctionnel J d'un côté du piston de frappe 5 et de l'augmenter de l'autre côté du piston de frappe 5. De ce fait, en cas d'un tel désalignement du piston de frappe 5, les chambres de centrage 18 situées du côté de la diminution du jeu fonctionnel J fourniront, sur le piston de 35 frappe 5, une force de poussée radiale accrue tandis que les chambres de centrage 18 situées du côté de l'augmentation du jeu fonctionnel J fourniront une force de 3057483 9 poussée radiale réduite. Ces dispositions ont pour conséquence de recentrer en permanence le piston de frappe 5 par rapport aux paliers de guidage 15, et donc d'éviter tout grippage du piston de frappe 5. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme 5 d'exécution de cet appareil à percussions, décrite ci-dessus à titre d'exemple, elle en embrasse au contraire toutes les variantes de réalisation. C'est ainsi notamment que chaque dispositif de centrage pourrait comporter plus ou moins de quatre chambres de centrage 18. REVENDICATIONS1. Appareil à percussions (2), comportant : - un corps (3) comprenant un cylindre de piston (4), - un piston de frappe (5) monté déplaçable de façon alternative à l'intérieur du cylindre de piston (4), et agencé pour venir percuter un outil (6), - au moins un palier de guidage (15) comprenant une surface de guidage (16) configurée pour guider le piston de frappe (5) lors des déplacements du piston de frappe (5) dans le cylindre de piston (4), un jeu fonctionnel (J) étant prévu entre la 10 surface de guidage (16) et le piston de frappe (5), - un circuit d'alimentation en fluide haute pression (12) et un circuit basse pression (13), caractérisé en ce que l'au moins un palier de guidage (15) comporte un dispositif de centrage (17) configuré pour centrer le piston de frappe (5) dans le 15 cylindre de piston (4), le dispositif de centrage (17) comprenant : - une pluralité de chambres de centrage (18) ménagées dans la surface de guidage (16) de l'au moins un palier de guidage (15) et réparties autour du piston de frappe (5), chaque chambre de centrage (18) étant reliée fluidiquement au circuit d'alimentation en fluide haute pression (12), et 20 - au moins une rainure d'évacuation (22) ménagée dans la surface de guidage (16) de l'au moins un palier de guidage (15) et située à proximité d'au moins l'une des chambres de centrage (18), l'au moins une rainure d'évacuation (22) étant reliée fluidiquement au circuit basse pression (13). 25 2. Appareil à percussions (2) selon la revendication 1, dans lequel les chambres de centrage (18) sont régulièrement réparties autour du piston de frappe (5). 3. Appareil à percussions (2) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les 30 chambres de centrage (18) sont alignées sur une même circonférence de la surface de guidage (16). 4. Appareil à percussions (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le dispositif de centrage (17) est configuré pour alimenter chaque 35 chambre de centrage (18) avec un débit d'alimentation sensiblement constant. 3057483 11 5. Appareil à percussions (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le dispositif de centrage (17) comporte une pluralité de canaux de liaison (19) pourvus chacun d'un organe de régulation de débit (21), chaque canal de liaison (19) reliant fluidiquement le circuit d'alimentation en fluide haute pression (12) 5 à une chambre de centrage (18) respective. 6. Appareil à percussions (2) selon la revendication 5, dans lequel chaque organe de régulation de débit (21) est un orifice calibré. 7. Appareil à percussions (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le dispositif de centrage (17) comporte au moins un canal d'évacuation (23) reliant fluidiquement l'au moins une rainure d'évacuation (22) au circuit basse pression (13). 8. Appareil à percussions (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le dispositif de centrage (17) comporte une pluralité de rainures d'évacuation (22) ménagées dans la surface de guidage (16) de l'au moins un palier de guidage (15), chaque rainure d'évacuation (22) étant située à proximité d'au moins l'une des chambres de centrage (18) et étant reliée fluidiquement au circuit basse pression (13). 9. Appareil à percussions (2) selon la revendication 8, dans lequel le dispositif de centrage (17) comporte au moins deux rainures d'évacuation (22) qui sont annulaires et qui s'étendent autour du piston de frappe (5) et respectivement de 25 part et d'autre des chambres de centrage (18). 10. Appareil à percussions (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, lequel comprend en outre un distributeur de commande (11) configuré pour commander un mouvement alternatif du piston de frappe (5) à l'intérieur du cylindre 30 de piston (4) alternativement suivant une course de frappe et une course de retour. 11. Appareil à percussions (2) selon la revendication 10, dans lequel le piston de frappe (5) et le cylindre de piston (4) délimite une première chambre de commande (8) reliée en permanence au circuit d'alimentation en fluide haute 35 pression (12) et une deuxième chambre de commande (9), le distributeur de commande (11) étant configuré pour mettre la deuxième chambre de commande (9) 3057483 12 en relation alternativement avec le circuit d'alimentation en fluide haute pression (12) et le circuit basse pression (13). 12. Appareil à percussions (2) selon l'une quelconque des revendications 5 1 à 11, lequel comprend au moins deux paliers de guidage (15) décalés axialement l'un par rapport à l'autre, chacun des paliers de guidage (15) comportant un dispositif de centrage (17) configuré pour centrer le piston de frappe (5) dans le cylindre de piston (4).