FR2639279A1 - Appareil de percussion hydraulique avec dispositif de frappe en retrait amortie - Google Patents

Abstract

L'appareil comprend un piston frappeur 4, animé d'un mouvement de va-et-vient sous l'action d'un fluide hydraulique amené par un conduit 15 et distribué au moyen d'une valve de commande 18. Le dispositif de frappe en retrait comprend une bague 24 montée coulissante dans le nez 7 de l'appareil autour de l'emmanchement d'outil 5, et une chambre annulaire 30 délimitée entre le nez 7 et la bague 24. La chambre 30 est alimentée en fluide sous pression par un conduit 32 dont le point de départ 33 se situe sur le conduit précité 15, et dont le débouché 34 est obturé par la bague 24 après une certaine course de recul de celle-ci. Application : appareils pour le forage de trous profonds.

Description

"Appareil de percussion hydraulique avec dispositif de frappe en retrait

amortie" La présente invention concerne un appareil de percussion hydraulique, du genre comprenant un piston frappeur monté coulissant à l'intérieur d'un cylindre et animé d'un mouvement de va-et-vient sous l'action d'un fluide hydraulique, amené par un conduit d'alimentation et distribué au moyen d'une valve de commande, le piston venant frapper périodiquement, en fin de course avant, un emmanchement d'outil placé dans

la région du nez de l'appareil et lié à un outil de foration.

Plus particulièrement, cette invention se rapporte à un appareil de percussion hydraulique du genre rappelé ci-dessus, pourvu encore d'un dispositif de frappe en retrait avec une bague montée coulissante dans le nez de l'appareil autour de l'emmanchement d'outil et délimitant, avec une partie de la paroi intérieure du nez, une chambre annulaire reliée à une source de fluide incompressible sous pression, la bague possédant une face d'extrémité arrière située en regard d'un épaulement de l'emmanchement d'outil. Un tel appareil de percussion hydraulique avec dispositif de frappe en retrait est déjà connu, par exemple, par la demande de brevet français publiée N 2 330 507. Toutefois, les réalisations actuellement connues, telles que celle révèlée par le document antérieur cité, comportent des inconvénients. En particulier, lors de la frappe en retait qui est mise en action pour faciliter le retrait de l'outil de foration, la bague décrit entre deux impacts successifs, et sous l'effet de la pression régnant dans la chambre d'amortissement, une course d'avance puis de recul à la fin de laquelle cette bague vient frapper violemment des pièces mécaniques de l'appareil. Ainsi, le dispositif absorbe une partie de l'énergie mécanique du piston frappeur, mais il restitue une fraction de cette énergie à l'appareil sous la forme de chocs qui peuvent détériorer, voire détruire, certaines pièces ou parties mécaniques

de l'appareil.

De plus, les dispositifs de frappe en retrait utilisent généralement, pour l'alimentation hydraulique de la chambre annulaire, une source indépendante de fluide et de pression, ce qui complique et renchérit les réalisations, et entraîne en cours de fonctionnement une consommation

d'énergie non négligeable.

La présente invention vise à éliminer ces inconvénients, en fournissant un dispositif perfectionné de frappe en retrait, qui évite la transmission de chocs destructeurs aux éléments mécaniques de l'appareil, tout en étant d'une réalisation simple et économique par la suppression de

l'alimentation indépendante de ce dispositif.

A cet effet, dans l'appareil de percussion hydraulique objet de la présente invention, la chambre annulaire est alimentée en fluide incompressible sous pression par au moins un conduit débouchant en un point de la paroi intérieure du nez tel que ladite chambre communique avec ce conduit lorsque la bague occupe une position avancée, mais ne communique plus avec ledit conduit après une certaine course de recul de la bague depuis sa position la plus avancée, cette course étant inférieure à la course possible

de recul de la bague jusqu'à sa butée sur le corps de l'appareil.

Ainsi, chaque impact du piston sur l'emmanchement d'outil provoque un déplacement de la bague vers l'avant qui est ralenti jusqu'à une vitesse nulle, puis inversé, la chambre annulaire soumise à la pression jouant le rôle de ressort hydraulique. Apres une certaine course de recul, la chambre annulaire n'est plus alimentée de sorte qu'on interdit à cette bague de venir frapper violemment des éléments mécaniques de l'appareil; cette dernière phase est appelée phase d'amortissement de la frappe en retrait. Il est à noter que le dispositif ne consomme pas d'énergie autre que celle perdue par suite de l'échauffement du fluide hydraulique en phase d'amortissement. Dans une forme de réalisation particulière de l'invention, la bague du dispositif de frappe en retrait présente deux portées cylindriques séparées par une gorge annulaire, laquelle délimite avec une partie épaulée de la paroi intérieure du nez la chambre annulaire, le débouché du conduit d'alimentation de cette chambre étant situé en regard de la gorge de la bague lorsque cette dernière occupe une position avancée, mais ce débouché étant masqué par la portée avant de la bague après une certaine course de

recul de cette bague.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le conduit d'alimentation de la chambre annulaire, appartenant au dispositif de frappe en retrait, a son point de départ situé sur le conduit d'alimentation assurant l'amenée de fluide hydraulique pour l'actionnement du piston frappeur. De la sorte, le dispositif de frappe en retrait est alimenté en fluide hydraulique d'une manière très simple, supprimant toute source indépendante de fluide et

de pression.

Bien qu'un conduit unique suffise pour alimenter ainsi le dispositif de frappe en retrait, on prévoit avantageusement un deuxième conduit qui relie un point situé sur la paroi intérieure du nez à un autre point du conduit d'alimentation assurant l'amenée du fluide hydraulique pour l'actionnement du piston frappeur, cet autre point étant situé en aval du point de départ du conduit d'alimentation de la chambre annulaire. Ainsi, on crée une boucle de circulation du fluide hydraulique alimentant la chambre annulaire, ce qui permet l'évacuation de la chaleur dégagée dans le dispositif de frappe en retrait. De préférence, un clapet anti-retour est prévu sur le conduit d'alimentation de la chambre annulaire, de manière à imposer un sens de

circulation du fluide hydraulique amené à cette chambre.

De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la

description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant,

à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de cet appareil de percussion hydraulique avec dispositif de frappe en retrait amortie: Figure I est une vue d'ensemble, en coupe longitudinale, d'un appareil de percussion conforme à la présente invention; Figures 2 et 3 sont des vues partielles en coupe, à échelle agrandie, de la partie avant de l'appareil de figure 1, montrant plus particulièrement le dispositif de frappe en retrait amortie, dans deux

positions distinctes.

La figure I montre un appareil de percussion, du genre perforatrice hydraulique, comprenant un corps allongé I qui délimite un cylindre 2, dont l'axe est indiqué en 3. Un piston frappeur 4 est monté coulissant dans le cylindre 2 suivant l'axe 3. Le piston 4 est 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.

L'emmanchement d'outil 5 possède une partie cannelée 6 prévue pour l'entraînement en rotation de l'outil de foration à partir d'un moteur hydraulique non indiqué sur la figure 1. Cet emmanchement d'outil 5 traverse

une pièce 7 dite "nez", fixée à l'avant du corps 1.

Dans l'exemple considéré, illustré par la figure 1, le piston frappeur 4 possède une forme étagée, avec deux portées cylindriques 8 et 9 entre lesquelles est creusée une gorge annulaire 10, avec une partie avant 11 de plus petit diamètre, et avec une partie arrière 12 de diamètre encore plus faible. La conformation du piston 4 détermine, à l'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 permanente, par un conduit d'amenée 15, à une arrivée d'huile sous pression 16. La chambre annulaire arrière 14 est mise en relation alternativement avec l'arrivée d'huile sous pression 16 et avec un départ d'huile en 17 vers un réservoir, par l'intermédiaire d'une valve de commande 18, reliée à cette chambre arrière 14 par un canal 19 et reliée aussi, par un canal 20, au conduit 15 d'amenée d'huile sous pression. La valve de commande 18 1 comprend elle-même un tiroir 21 à sections différentielles déplaçable suivant l'axe 22 de cette valve 18, dont le pilotage est assuré par un conduit 23 partant du cylindre 2, le départ du conduit de pilotage 23 étant

alternativement masqué et découvert par l'une des portées 8 du piston 4.

Le dispositif de frappe en retrait amortie comprend une bague 24, montée coulissante suivant l'axe 3 dans le nez 7 de l'appareil, autour de l'emmanchement d'outil 5 et en avant de la partie cannelée 6 de cet emmanchement 5. La bague 24 possède ainsi une partie arrière tronconique , située en regard d'un épaulement annulaire 26 de l'emmanchement d'outil 5. La bague 24 présente par ailleurs, entre deux portées cylindriques 27 et 28 de diamètres distincts, une gorge annulaire 29 qui délimite, avec la paroi intérieure épaulée du nez 7, une chambre annulaire 30 dont le volume est variable en fonction de la position axiale de la bague 24 - voir notamment les figures 2 et 3. Cette bague 24 est déplaçable entre une position extrême arrière, dans laquelle sa face annulaire d'extrémité 42 vient en butee contre l'extrémité avant du corps I (figure 1), et une position extrême avant, dans laquelle son épaulement séparant la portée 28 de la gorge 29 vient en butée contre l'épaulement 31 de la paroi intérieure du nez

7 (figure 2).

Un conduit 32, s'étendant dans le corps I et se prolongeant dans le nez 7, relie un point 33 du conduit 15 d'amenée d'huile sous pression à un point de la paroi intérieure du nez 7 situé en avant de l'épaulement 31, le débouché 34 du conduit 32 se trouvant ainsi en regard de la bague 24. Un

clapet anti-retour 35 est intercalé sur le conduit 32.

Un autre conduit 36, s'étendant lui aussi dans le corps I et dans le nez 7, a son point de départ 37 situé sur la paroi intérieure du nez, en avant de l'épaulement 31, et aboutit en un point 38 du conduit 15 d'amenée d'huile sous pression, le point 38 étant situé en aval du point de départ 33 du

conduit 32.

Des canaux auxiliaires 39 et 40 relient encore des points de la paroi intérieure du nez 7, situés en arrière de l'épaulement 31 et de la chambre 30, aux deux conduits 32 et 36 respectivement. Le fonctionnement est le suivant En cours de foration d'un trou, le dispositif précédemment décrit n'intervient pas, l'épaulement annulaire 26 de l'emmanchement d'outil 5

restant à distance de la face d'extrémité arrière 25 de la bague 24.

Dans le fonctionnement en retrait, lorsque l'emmanchement d'outil est entraîné en rotation par sa partie cannelée 6 sans intervention de la frappe, le dispositif reste aussi inactif. L'épaulement 26 de l'emmanchement d'outil 5 peut venir en appui sur la face d'extrémité 25 de la bague 24. A ce moment, la bague 24 occupe sa position extrême avant indiquée sur la figure 2. Il est à noter que, dans cette position de la bague 24, le débouché 34 du conduit 32 (qui n'est pas encore mis sous pression) est situé en regard de la gorge 29 de la bague 24, de sorte que ce conduit 32 est mis en

communication avec la chambre 30.

Si la frappe est alors mise en marche pour favoriser le retrait de l'outil, le conduit 32 est mis sous pression en même temps que le conduit 15

amenant l'huile sous pression au cylindre 2 pour animer le piston frappeur 4.

Ainsi, la chambre 30 est alimentée en huile et mise en pression à l'instant de l'enclenchement de la frappe. La bague 24 va alors immédiatement reculer, l'effort hydraulique dirigé vers l'arrière qui s'exerce sur cette bague 24 étant

supérieur à l'effort de retrait exercé sur le corps I de l'appareil.

Au début de la frappe, l'énergie cinétique du piston 4 est partiellement absorbée par la chambre annulaire 30. La bague 24, recevant l'impact de l'emmanchement d'outil 5, va se déplacer vers l'avant puis vers l'arrière, la pression dans la chambre annulaire 30 jouant le rôle de ressort

hydraulique.

Le conduit 32 étant mis en communication avec la chambre 30, les conditions normales de fonctionnement sont obtenues et ie maintiennent en principe. A chaque impact du piston frappeur 4 sur l'emmanchement d'outil , la chambre 30 assure sa fonction d'amortissement hydraulique. Entre deux impacts du piston 4, la bague 24 est repoussée en arrière par la pression d'huile présente dans la chambre 30. Toutefois, après une certaine course de recul C, la portée avant 27 de la bague 24 vient obturer le débouché 34 du conduit 32, de sorte que l'alimentation de la chambre 30 en huile sous pression est interrompue, comme le montre la figure 3. Ainsi, au-delà d'une certaine position intermédiaire, on ralentit fortement le recul de la bague 24 et, par conséquent, l'on interdit à la bague 24 de revenir frapper le corps I par sa face d'extrémité 42. La course C est choisie inférieure à la course de recul possible de la bague 24 avant butée sur le corps 1. De plus, le recouvrement du débouché 34 est d'autant plus important que la bague 24

recule, ce qui assure un ralentissement progressif de cette bague.

Le fonctionnement de base, qui vient d'être décrit, nécessite seulement l'amenée d'huile à la chambre 30 par le conduit 32. Toutefois, le deuxième conduit 36, revenant au conduit 15 d'amenée d'huile sous pression, permet une circulation de l'huile qui procure une évacuation de la chaleur dégagée dans la chambre 30, le clapet anti-retour 35 imposant un sens de circulation de l'huile. Il est à noter que l'huile chaude, ramenée au point 38 du conduit 15, s'évacue vers le cylindre 2 et n'est pas recyclée dans le

dispositif de frappe en retrait.

Les canaux auxiliaires 39 et 40, dont le point de départ se situe au droit de la portée arrière 28 de la bague 24, servent à équilibrer la pression

au droit des joints d'étanchéité 41.

Dans l'ensemble, le dispositif précédemment décrit assure la frappe en retrait sans restituer l'énergie mécanique, notamment sous forme de chocs destructeurs, aux pièces telles que le corps I et le nez 7. De plus, ce dispositif d'amortissement fonctionne sans nécessité d'aucune source de pression et/ou de fluide indépendante, et aussi pratiquement sans aucune

consommation de la puissance ou de l'énergie amenée à l'appareil.

Ce dispositif s'applique plus particulièrement à des appareils de percussion hydrauliques utilisés pour la foration de trous moyennement profonds ou très profonds, avec emploi de plusieurs tiges de foration assemblées bout à bout, et offrant une résistance élevée au retrait, de sorte qu'une action de frappe est nécessaire pour décoincer et retirer le train de

tiges et pour désaccoupler successivement les tiges.

Il va de soi que l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de cet appareil de percussion hydraulique avec dispositif de frappe en retrait amortie qui a été décrite ci-dessus, à titre d'exemple; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe. Ainsi, l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention par des modifications de détail du dispositif de frappe en retrait amortie. ou bien par l'adaptation de ce dispositif à un appareil de percussion hydraulique qui différerait de celui décrit par la conformation ou la

disposition de sa valve de commande.

Claims (6)

REVENDICATIONS

1. Appareil de percussion hydraulique, du genre comprenant un piston frappeur (4) monté coulissant à l'intérieur d'un cylindre (2) et animé d'un mouvement de va-et-vient sous l'action d'un fluide hydraulique, amené par un conduit d'alimentation (15) et distribué au moyen d'une valve de commande (18), le piston (4) venant frapper périodiquement, en fin de course avant, un emmanchement d'outil (5) placé dans la région du nez (7) de l'appareil, cet appareil étant pourvu encore d'un dispositif de frappe en retrait avec une bague (24) montée coulissante dans le nez (7) de l'appareil autour de l'emmanchement d'outil (5) et délimitant, avec une partie de la paroi intérieure du nez (7), une chambre annulaire (30) reliée à une source de fluide incompressible sous pression, la bague (24) possédant une face d'extrémité arrière (25) située en regard d'un épaulement (26) de l'emmanchement d'outil (5), caractérisé en ce que la chambre annulaire (30) est alimentée en fluide incompressible sous pression par au moins un conduit (32) débouchant en un point (34) de la paroi intérieure du nez (7) tel que ladite chambre (30) communique avec ce conduit (32) lorsque la bague (24) occupe une position avancée, mais ne communique plus avec ledit conduit (32) après une certaine course de recul (C) de la bague (24) depuis sa position la plus avancée, cette course (C) étant inférieure à la course possible de

recul de la bague (24) jusqu'à sa butée sur le corps (1) de l'appareil.

2. Appareil de percussion hydraulique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bague (24) du dispositif de frappe en retrait présente deux portées cylindriques (27,28) séparées par une gorge annulaire (29), laquelle délimite avec une partie épaulée (31) de la paroi intérieure du nez (7) la chambre annulaire (30), le débouché (34) du conduit d'alimentation (32) de cette chambre (30) étant situé en regard de la gorge (29) de la bague (24) lorsque cette dernière occupe une position avancée, mais ce débouché (34) étant masqué par la portée avant (27) de la bague (24) après une

certaine course de recul (C) de cette bague (24).

3. Appareil de percussion hydraulique selon la revendication I ou 2, caractérisé en ce que le conduit d'alimentation (32) de la chambre annulaire (30), appartenant au dispositif de frappe en retrait, a son point de départ (33) situé sur le conduit d'alimentation (I 5) assurant l'amenée de fluide

hydraulique pour l'actionnement du piston frappeur (4).

4. Appareil de percussion hydraulique selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'un deuxième conduit (36) relie un point (37) situé sur la paroi intérieure du nez (7) à un autre point (38) du conduit d'alimentation (15) assurant l'amenée de fluide hydraulique pour l'actionnement du piston frappeur (4), cet autre point (38) étant situé en aval du point de départ (33)

du conduit d'alimentation (32) de la chambre annulaire (35).

5. Appareil de percussion hydraulique selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'un clapet anti-retour (35) est prévu sur le conduit

d'alimentation (32) de la chambre annulaire (30).

6. Appareil de percussion hydraulique selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que des canaux auxiliaires (39,40) relient encore des points de la paroi intérieure du nez (7), situés en arrière de la chambre annulaire

(30), aux deux conduits précités (32,36) respectivement.