FR2727891A1 - Procede et appareil pour la regulation de la course de frappe d'un appareil a percussion mu par un fluide incompressible sous pression - Google Patents
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Abstract
Ce procédé consiste, lors de la phase de rebond du piston (1) consécutive à l'impact, à déterminer l'existence éventuelle d'un débit instantané de fluide s'écoulant de la chambre haute (8) vers le circuit d'alimentation (5) en fluide sous haute pression, déterminé à partir de la pression différentielle entre ces deux circuits puis, si un tel débit est détecté, à alimenter en fluide sous pression un dispositif de pilotage pour déplacer le tiroir (13) de celui-ci dans un sens d'allongement de la course du piston de frappe.
Description
La présente invention a pour objet un procédé de régulation automatique de
la course du piston de frappe d'un appareil à percussion mû par un fluide incompressible sous pression et un appareil pour la mise
en oeuvre de ce procédé.
Les appareils à percussion mûs par un fluide incompressible sous pression sont alimentés en fluide, de telle manière que la résultante des forces hydrauliques s'appliquant successivement sur le piston de
frappe, déplace celui-ci alternativement dans un sens puis dans l'autre.
Dans les appareils de ce type, le piston se déplace alternativement à l'intérieur d'un alésage ou cylindre, dans lequel est ménagée, au-dessus du piston, une chambre qui, délimitée pour partie par celui-ci, est appelée de façon conventionnelle: chambre haute. Lorsque cette chambre est alimentée en fluide sous pression, la force hydraulique, qui y est créée, permet au piston de décrire sa course de frappe. A l'autre extrémité de l'alésage, dans lequel se déplace le piston, est ménagée une seconde chambre, également délimitée pour partie par le piston, appelée de façon conventionnelle: chambre basse. La force résultante de la pression de fluide dans la chambre basse assure le déplacement du piston
pour sa course de retour.
La puissance globale d'un appareil est exprimée par le produit de la valeur de la fréquence de frappe et de la valeur de l'énergie par coup. Il est connu que, pour une puissance globale donnée, il est préférable de privilégier l'énergie par coup par rapport à la fréquence de frappe, lorsque l'outil de l'appareil rencontre un terrain dur, tandis qu'il est préférable de privilégier la fréquence de frappe par rapport à l'énergie par
coup lorsque l'outil rencontre un terrain tendre.
L'énergie par coup est l'énergie cinétique donnée au piston, qui
dépend de la course de frappe et de la pression d'alimentation.
Pour ajuster la fréquence de frappe et l'énergie par coup convenant à la dureté d'un terrain donné, deux solutions connues sont décrites par les brevets EP 0 214 064 et EP 0 256 955 au nom de la Demanderesse. Le brevet EP 0 214 064 décrit un appareil qui permet d'obtenir une adaptation automatique des paramètres de percussion, grâce à la présence dans le cylindre de l'appareil d'un canal alimenté en fluide selon la position du piston après l'impact et le rebond éventuel du piston sur l'outil. Le brevet EP O 256 955 décrit un appareil qui permet d'obtenir le même résultat, en fonction des variantes de pression dans la chambre haute ou la chambre basse, consécutives à l'effet de rebond du piston sur l'outil, grâce à la présence d'un élément hydraulique sensible à ces variations. Il s'agit, dans les deux cas, de systèmes performants bien adaptés à des appareils de forte puissance, mais qui sont très coûteux et nécessitent un nombre important de circuits, ce qui les rend peu compatibles pour des appareils de petite et de moyenne puissance, tels
que ceux utilisés pour la perforation ou la démolition.
Le but de l'invention est de fournir un procédé et un appareil pour sa mise en oeuvre, permettant une adaptation automatique de la fréquence et de l'énergie par coup du piston d'un appareil à percussions, qui soit simple, fiable et compact, pour pouvoir équiper notamment des
appareils de petite et moyenne puissance.
A cet effet, I'invention concerne un procédé de régulation de la course de frappe d'un appareil à percussions, mû par un fluide incompressible sous pression, comprenant un piston se déplaçant à l'intérieur d'un cylindre et délimitant avec celui-ci une chambre haute et une chambre basse alimentées de façon séquentielle en fluide sous haute pression par action d'un distributeur relié à un dispositif de pilotage permettant de faire varier la course du piston de frappe, et comprenant un tiroir monté dans un cylindre sur l'une des faces duquel agit un ressort et dont l'autre face peut être soumise à une pression de fluide, ce tiroir comprenant une gorge reliée, d'une part, au distributeur et, d'autre part, et en fonction de la position axiale du tiroir, à l'un de plusieurs canaux débouchant dans le cylindre et susceptibles d'être mis en communication avec la chambre basse en fin du mouvement de déplacement du piston de frappe vers le haut, caractérisé en ce qu'il consiste, lors de la phase de rebond du piston consécutive à l'impact, à déterminer l'existence éventuelle d'un débit instantané de fluide s'écoulant de la chambre haute vers le circuit d'alimentation en fluide sous haute pression, déterminé à partir de la pression différentielle entre ces deux circuits puis, si un tel débit est détecté, à alimenter en fluide sous pression le dispositif de pilotage pour déplacer le tiroir de celui-ci dans un sens d'allongement de la
course du piston de frappe.
Il s'agit, en fait, d'agir sur le dispositif de pilotage en fonction du sens et de la mesure du débit instantané s'écoulant de la chambre haute au moment o la position du distributeur correspond à la phase de rebond du piston de frappe. Si, dans un sol mou, le rebond est peu important, la pression différentielle résultant du débit instantané s'écoulant de la chambre haute sera peu importante, et le dispositif de pilotage ne sera pas actionné, conservant au piston de frappe une course courte. Au contraire, si l'appareil travaille dans un terrain dur, I'énergie de rebond sera importante, et la perte de charge créée par le débit instantané de fluide s'écoulant hors de la chambre haute sera importante, créant une pression différentielle commandant l'alimentation en fluide sous pression du
dispositif de pilotage, afin d'allonger la course du piston de frappe.
Avantageusement, ce procédé consiste à réaliser l'alimentation éventuelle en fluide sous pression, du dispositif de pilotage, uniquement pendant la phase de rebond du piston, au début du mouvement du distributeur et tandis que le distributeur alimente encore la chambre haute
en fluide sous haute pression.
Il est important de parfaitement maîtriser le moment auquel le dispositif de pilotage doit être alimenté en fluide sous pression, afin de neutraliser l'information hydraulique résultant de l'arrêt brutal du piston
lors de son choc sous l'outil.
Suivant une caractéristique de l'invention, un appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé comporte un tiroir de commande soumis aux pressions antagonistes de fluide régnant, respectivement, dans la chambre haute et dans le circuit d'alimentation de la chambre haute en fluide sous haute pression, ce tiroir ouvrant un circuit d'alimentation du dispositif de pilotage en fluide sous pression, lorsque la différence entre la pression dans la chambre haute et la pression dans le circuit d'alimentation
dépasse une valeur prédéterminée.
Avantageusement, le tiroir de commande est monté dans un cylindre délimitant avec le tiroir deux chambres opposées reliées, respectivement, à la chambre haute et au canal d'alimentation en fluide sous haute pression, et dans lequel débouchent deux canaux reliés, respectivement, à une source de fluide sous pression et au dispositif de pilotage, ces deux canaux étant susceptibles d'être mis en communication par une gorge que comporte le tiroir de commande, dans une certaine
position axiale de celui-ci.
La source de fluide sous pression réalisant l'alimentation du dispositif de pilotage à travers le cylindre du tiroir de commande, peut être constituée par le circuit d'alimentation sous haute pression lui- même ou, par la chambre haute. Le cylindre du tiroir de commande peut donc être
relié à l'une ou à l'autre de ces deux sources de pression.
Avantageusement, et afin de maîtriser le moment auquel le fluide sous pression peut être fourni au dispositif de pilotage, en tenant compte du cycle de fonctionnement de l'appareil, le conduit d'alimentation du dispositif de pilotage en fluide sous pression passe à travers un dispositif à tiroir, dont le mouvement est lié mécaniquement au mouvement du distributeur, et qui comprend une gorge qui, suivant la position du tiroir, permet ou non le passage de fluide sous pression en direction du tiroir sélecteur de course du piston de frappe, appartenant au
dispositif de pilotage.
De préférence, la gorge du tiroir, associée au distributeur, est positionnée de façon telle qu'elle ne permette le passage de fluide sous pression qu'au cours du début de la course du tiroir du distributeur, à un instant o le distributeur permet encore l'alimentation de la chambre haute
en fluide sous haute pression.
Le tiroir, associé au distributeur, peut être soit indépendant du
tiroir du distributeur, soit faire partie intégrante de celui-ci.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, ce dispositif comporte un canal de fuite, en communication permanente ou momentanée avec le circuit d'alimentation du dispositif de pilotage en fluide sous pression, destiné à évacuer, à chaque cycle une quantité définie de fluide, pour ramener le tiroir du dispositif de pilotage dans le sens de la diminution de la course du piston de frappe, lorsque ce dispositif de pilotage n'est plus suffisamment alimenté en fluide sous pression. De toute façon, I'invention sera bien comprise à l'aide de la
description qui suit, en référence au dessin schématique annexé,
représentant à titre d'exemples non limitatifs, plusieurs formes d'exécution de cet appareil: Figure 1 représente une vue en coupe longitudinale d'un premier appareil; Figure 2 représente une vue en coupe longitudinale du même appareil dans une autre position de fonctionnement; Figure 3 représente une vue en coupe longitudinale du même appareil dans une autre position de fonctionnement; Figure 4 représente une vue en coupe longitudinale d'une variante du même appareil; Figure 5 représente une vue partielle d'une variante de I'appareil de figure 1; Figure 6 représente une vue en coupe longitudinale d'une
variante de l'appareil de figure 1.
L'appareil, représenté à la figure 1, est un appareil à percussion comprenant un piston 1 coulissant dans un corps 2, et venant percuter à chaque cycle un outil 3. Un distributeur principal, monté dans le corps 2,
comprenant un tiroir 4, permet de mettre la chambre haute 8 ménagée au-
dessus du piston, alternativement en relation avec l'alimentation en fluide haute pression 5, comme montré à la figure 1, ou avec le circuit basse pression 6, comme montré à la figure 2. De plus, le piston 1 forme avec le corps 2, une chambre annulaire inférieure 9, alimentée en permanence par le canal 5, de manière à ce que chaque position du tiroir du distributeur,
provoque la course de frappe du piston 1, puis la course de remontée.
Le choix de la petite ou de la grande course de frappe est établi à partir d'un dispositif de pilotage qui, selon la position du piston sélecteur de course 13, peut relier respectivement les canaux 11 et 12 ou les canaux 10 et 12. Le canal 12 est relié à une section de pilotage du distributeur principal 4, tandis que les canaux 10 et 11 débouchEnt dans le
cylindre contenant le piston 1.
Conformément à l'invention, I'appareil comporte un tiroir 15 comprenant deux chambres de pilotage opposées: d'une part la chambre reliée par un canal 22 au canal d'alimentation 5 en fluide sous haute
pression et, d'autre part, la chambre 21 reliée à la chambre haute 8.
L'appareil comporte également un second tiroir 23 dont le mouvement est lié mécaniquement au mouvement du tiroir 4 du distributeur principal et qui comprend une gorge 24 permettant d'arrêter ou de laisser passer le fluide entre un canal 16 provenant du premier tiroir 15 et un canal 18
aboutissant dans la chambre de pilotage du tiroir sélecteur de course 13.
Le circuit de pilotage du sélecteur de course 13 comprend un canal 14 relié au conduit 5 de fluide sous haute pression, le tiroir 15, le canal 16, le tiroir 23, et le canal 18 débouchant sur une section du tiroir
sélecteur de course 13.
Lorsque le terrain, rencontré par l'outil, est tendre, le piston 1 ne rebondit pas sur l'outil 3 après l'impact, le tiroir 15 est constamment maintenu en position basse par la pression d'alimentation provenant du canal 5 et de l'accumulateur 7 par l'intermédiaire du canal 22 et s'appliquant sur le plus grand diamètre du tiroir, alors que la section
annulaire de ce tiroir est reliée au circuit basse pression 6 par un canal 24.
Le canal 14, relié au canal d'alimentation 5, ne communique pas avec le canal 16. La section de pilotage du sélecteur de course 13 n'est pas alimentée et ce sélecteur, grâce au ressort 19, reste en position basse, mettant en communication le canal de pilotage 12 du distributeur 4
avec le canal 11 correspondant à la petite course de frappe du piston 1.
La figure 3 représente la position des pièces en mouvement lorsque le terrain, rencontré par l'outil, est dur. Le piston de frappe 1 rebondit juste après son impact sur l'outil 3 et repousse le fluide dans le canal 17, alors que le distributeur principal 4 est encore dans la position de figure 1 et commence à passer de la position de figure 1 vers la
position de figure 2.
Le débit instantané de fluide dans le canal 17, au moment du rebond du piston, crée une perte de charge, et donc, établit une pression différentielle entre la chambre haute 8 et le débouché du canal 22 dans le
canal d'alimentation 5.
Au-delà d'un certain débit, cette pression différentielle est suffisante pour soulever le tiroir 15. A ce moment, le tiroir 15 met en communication le canal 14 et le canal 16 par l'intermédiaire d'une gorge a. Pendant cette mise en communication, le distributeur 4 change de position, et le tiroir 23, lié à ce distributeur, relie de façon brève le canal 16 au canal 18. Le fluide passant successivement du canal 14 au canal 16, puis au canal 18, alimente la section de pilotage du sélecteur de course 13, et permet de repousser ce sélecteur contre l'action du ressort 19. Ce sélecteur 13 met alors en communication le canal de pilotage 12 du distributeur principal 4 avec le canal 10 correspondant à la grande
course de frappe du piston 1.
Le tiroir 15 se met en mouvement uniquement lorsque le débit instantané va de la chambre haute 8 vers le canal 5, par l'intermédiaire du canal 17. Lorsque le débit dans le canal 17 est dans le sens du
remplissage de la chambre haute 8, le tiroir 15 reste immobile.
Selon une autre variante de l'invention, le canal 22 peut être relié au canal 17, au lieu du canal 5. En effet, le mouvement du tiroir 15 n'est sensible qu'à la perte de charge due au débit instantané sortant de la
chambre haute 8.
La figure 3 montre la position des pièces en mouvement lorsque, pendant le rebond du piston, le tiroir 23, dont le mouvement est lié à celui du distributeur 4, laisse passer le fluide du canal 16 vers le canal 18 et le sélecteur 13, à un moment choisi, en fonction de la position
relative de la gorge 24 de ce tiroir et du débouché des canaux 16 et 18.
Ce tiroir 23 comporte un canal central 28 débouchant dans une gorge annulaire, permettant de relier à la fois le canal 16, le canal 18 et, à travers un orifice calibré, le circuit basse pression 6. Pendant le fonctionnement de l'appareil, les mouvements du piston de frappe 1 et du distributeur 4 restent constamment liés l'un à l'autre. Ainsi, à une position précise de la course du piston 1, le tiroir du distributeur et le tiroir 23 seront donc dans une position précise. Par le choix de la position de la gorge 24 du tiroir 23, il est possible de prévoir précisément le laps de temps du cycle de fonctionnement pendant lequel le passage de fluide
entre les canaux 16 et 18 sera autorisé.
Le bon choix est d'établir la communication entre les canaux 16 et 18, quelques instants après le choc. En effet, au moment du choc du piston sur l'outil, le tiroir 15 a tendance à se soulever sous l'effet du coup de bélier dû à l'arrêt brutal du piston de frappe, puis redescend aussitôt, si le terrain est tendre, mais reste soulevé un peu plus longtemps si le terrain est dur. Le tiroir 23 permet d'éliminer l'influence des variations de pression dans la chambre haute 8, en ne laissant s'écouler le fluide, vers le sélecteur 13, qu'un peu plus tard, au moment o le soulèvement du tiroir correspond effectivement à la présence d'un débit installé de la chambre haute 8 vers le canal 5, et donc, à un rebond du piston sur un
terrain dur.
Lorsque le terrain n'est pas suffisamment dur pour justifier le passage en grande course du piston de frappe, I'orifice calibré contenu dans le canal 28 évacue vers le circuit basse pression 6, la totalité du fluide provenant du tiroir 15 et du canal 16. Ainsi, le canal 18 ne reçoit plus de fluide, mais au contraire évacue par le canal 28 le fluide contenu dans la chambre de pilotage du tiroir 13, permettant le maintien en petite
course du piston de frappe.
La figure 4 représente une variante de l'invention selon laquelle le distributeur 4 et le tiroir 23 ne forment qu'une seule pièce. Dans cette variante, le canal 28 est supprimé et remplacé par un canal 29 ou un canal comportant un orifice calibré et reliant le canal 18 avec le circuit basse pression 6. Dans cette forme de réalisation, si la quantité de fluide injecté par le canal 16 dans la chambre de pilotage du tiroir 13 est supérieure à la quantité de fluide évacuée par le canal 29 ou 30, alors le tiroir 13 est poussé vers le haut, de façon à sélectionner la grande course du piston de frappe. La figure 5 représente une autre forme de réalisation de l'invention, dans laquelle le tiroir 15 est constitué par un clapet, ou valve, permettant la récupération d'énergie. Pendant la phase de rebond du piston, ce clapet, spécialement aménagé selon l'invention, comprend une gorge 15a permettant de mettre en relation le canal 14, alimenté en haute
pression, avec le canal 16, au moment de son soulèvement.
Sur un terrain dur, pendant sa phase de rebond, le piston 1 refoule le fluide contenu dans la chambre haute 8, directement à travers le passage 25, puis le canal 26 vers le circuit haute pression 5, en soulevant le clapet 15. Le clapet 15 reste soulevé tant que la perte de charge due au débit entre les canaux 25 et 26 est supérieure à la valeur de la pression d'alimentation multipliée par une constante dépendant des sections du clapet. La pression d'alimentation étant maintenue constante par ailleurs, le clapet 15 reste donc ouvert à partir d'un débit prévu d'évacuation de la
chambre haute 8.
Pendant toute la durée du passage de fluide par ce clapet 15, la gorge du clapet met en communication le canal 14 avec le canal 16. Ceci permet, par le passage de fluide par le tiroir 23, d'alimenter le canal 18 et donc de piloter le sélecteur de course 13 de façon à obtenir une grande
course de frappe du piston pour un terrain dur.
La figure 6 représente une autre forme d'exécution de l'invention, selon laquelle le canal 14 est remplacé par un canal 27 en communication avec la chambre haute 8. Au moment o le débit dans le canal 27 est en mesure de s'établir, la chambre haute est évidemment sous pression. L'alimentation en fluide peut donc être prise dans la chambre haute 8 au lieu d'être prise comme précédemment par le canal
d'arrivée 5.
Comme il ressort de ce qui précède, I'invention apporte une amélioration et une simplication à l'état actuel de la technique dans le
domaine de la sélection automatique de course de frappe de ces appareils.
Comme il va de soi, I'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de cet appareil, décrites ci-dessus à titre d'exemples; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation. C'est ainsi notamment que le nombre de positions du tiroir sélecteur 13 pourrait être supérieur à deux, sans que l'on sorte pour autant du cadre de l'invention.
Claims (11)
1. Procédé de régulation de la course de frappe d'un appareil à percussions, mû par un fluide incompressible sous pression, comprenant un piston (1) se déplaçant à l'intérieur d'un cylindre et délimitant avec celui-ci une chambre haute (8) et une chambre basse (9) alimentées de façon séquentielle en fluide sous haute pression par action d'un distributeur (4) relié à un dispositif de pilotage permettant de faire varier la course du piston de frappe, et comprenant un tiroir (13) monté dans un cylindre dont l'une des faces peut être soumise à une pression de fluide et comprenant un dispositif de rappel (19), ce tiroir comprenant une gorge reliée, d'une part, au distributeur (4) et, d'autre part, et en fonction de la position axiale du tiroir, à l'un de plusieurs canaux (10, 11) débouchant dans le cylindre et susceptibles d'être mis en communication avec la chambre basse (9) en fin du mouvement de déplacement du piston de frappe vers le haut, caractérisé en ce qu'il consiste, lors de la phase de rebond du piston consécutive à l'impact, à déterminer l'existence éventuelle d'un débit instantané de fluide s'écoulant de la chambre haute (8) vers le circuit d'alimentation (5) en fluide sous haute pression, déterminé à partir de la pression différentielle entre ces deux circuits puis, si un tel débit est détecté, à alimenter en fluide sous pression le dispositif de pilotage pour déplacer le tiroir (13) de celui-ci dans un sens
d'allongement de la course du piston de frappe.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser l'alimentation éventuelle en fluide sous pression, du dispositif de pilotage (13), uniquement pendant la phase de rebond du piston, au début du mouvement du distributeur et tandis que le distributeur
alimente encore la chambre haute en fluide sous haute pression.
3. Appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une
quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte un
tiroir de commande (15) soumis aux pressions antagonistes de fluide régnant, respectivement, dans la chambre haute et dans le circuit d'alimentation de la chambre haute en fluide sous haute pression, ce tiroir (15) ouvrant un circuit d'alimentation (14, 16, 18) du dispositif de pilotage (13) en fluide sous pression, lorsque la différence entre la pression dans la chambre haute (8) et la pression dans le circuit d'alimentation dépasse une
valeur prédéterminée.
il
4. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le tiroir de commande (15) est monté dans un cylindre délimitant avec le tiroir deux chambres opposées reliées, respectivement, à la chambre haute (8) et au canal d'alimentation (5) en fluide sous haute pression, et dans lequel débouchent deux canaux (14, 16) reliés, respectivement, à une source de fluide (5, 8) sous pression et au dispositif de pilotage (13), ces deux canaux étant susceptibles d'être mis en communication par une gorge (15a) que comporte le tiroir de commande (15), dans une certaine
position axiale de celui-ci.
5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'un (14) des canaux débouchant dans le cylindre du tiroir de commande communique avec le conduit d'alimentation (5) de l'appareil en fluide sous
haute pression.
6. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'un (14) des canaux débouchant dans le cylindre du tiroir de commande
communique avec la chambre haute (8).
7. Appareil selon l'une quelconque des revendications 3 à 6,
caractérisé en ce que le conduit (16) d'alimentation du dispositif de pilotage en fluide sous pression passe à travers un dispositif à tiroir (23), dont le mouvement est lié mécaniquement au mouvement du distributeur (4) et qui comprend une gorge (24) qui, suivant la position du tiroir, permet ou non le passage de fluide sous pression en direction du tiroir (13) sélecteur de course du piston de frappe, appartenant au dispositif de pilotage.
8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que la gorge (24) du tiroir (23), associée au distributeur (4), est positionnée de façon telle qu'elle ne permette le passage de fluide sous pression qu'au cours du début de la course du tiroir (4) du distributeur, à une période o le distributeur permet encore l'alimentation de la chambre haute (8) en
fluide sous haute pression.
9. Appareil selon l'une quelconque des revendications 7 et 8,
caractérisé en ce que le tiroir (23), associé au distributeur (4), est
indépendant du tiroir du distributeur et lié mécaniquement à ce dernier.
10. Appareil selon l'une quelconque des revendications 7 et 8,
caractérisé en ce que le tiroir (23) associé au distributeur, et le tiroir (4) du
distributeur forment une seule pièce.
11. Appareil selon l'une quelconque des revendications 3 à 10,
caractérisé en ce qu'il comporte un canal de fuite (28), (29), (30), en communication permanente ou momentanée avec le circuit d'alimentation (18) du dispositif de pilotage (13) en fluide sous pression, destiné à évacuer, à chaque cycle une quantité définie de fluide, pour ramener le tiroir du dispositif de pilotage (13) dans le sens de la diminution de la course du piston de frappe, lorsque ce dispositif de pilotage n'est plus
suffisamment alimenté en fluide sous pression.
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