Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
CA 02546267 2006-05-16
WO 2005/065892 PCT/FR2004/003098
1
DISPOSITIF DE REGULATION DE PRESSION POUR APPAREIL
HYDRAULIQUE A PERCUSSION
La présente invention a pour objet un dispositif de régulation de
pression pour appareil hydraulique à percussion.
Les appareils hydrauliques à percussion, de type brise-roche, sont
généralement équipés d'un piston de frappe mû par une résultante de forces
hydrauliques qui le pousse alternativement dans un sens puis dans l'autre, de
façon à percuter un outil au contact de la matière à démolir.
Les brise-roches de forte puissance sont généralement munis d'un
dispositif permettant de réguler la pression d'entrée du fluide hydraulique à
une
valeur prédéterminée et ajustable de façon à obtenir les performances
souhaitées.
En effet, si le débit de fluide hydraulique traversant l'appareil est
fourni par le circuit hydraulique de l'appareil porteur, tel qu'une pelle
hydraulique, et dépend de lui seul, la pression d'alimentation en fluide
hydraulique, appelée aussi pression d'entrée, est déterminée au moment de la
conception de l'appareil, afin de donner au piston l'énergie d'impact voulue.
Pour des raisons économiques, les brise-roches de faible
puissance ne sont généralement pas équipés de dispositif de régulation de
pression.
Ces appareils sont souvent munis d'un gicleur ou étranglement sur
le circuit hydraulique de retour du brise-roche, de façon que la pression
atteigne la valeur souhaitée, ou bien sont munis d'un limiteur de pression qui
dérive vers le circuit de retour une partie du débit de fluide hydraulique si
la
pression d'alimentation dépasse la valeur prévue.
Ces derniers dispositifs ne donnent pas satisfaction car le brise-
roche risque de fonctionner avec un débit ou une viscosité d'huile différents
de
ceux prévus, et d'occasionner des dommages internes sur le mécanisme de
frappe.
Le but de l'invention est de fournir un dispositif de régulation de
pression qui permet d'obtenir une pression d'entrée du fluide hydraulique,
préréglée à une certaine valeur. Ce dispositif doit être un dispositif simple
et
économique pouvant être appliqué notamment aux brise-roches de faible
puissance et dont la structure se compose d'un ensemble de pièces
cylindriques emboîtées dans l'alésage du corps du brise-roche.
CA 02546267 2006-05-16
WO 2005/065892 PCT/FR2004/003098
2
Le dispositif qu'elle concerne est du type comportant un corps à
l'intérieur duquel est ménagé un alésage présentant plusieurs zones de
diamètres différents, dans lequel est monté un piston présentant plusieurs
zones de diamètres différents, l'alésage et le piston délimitant plusieurs
chambres reliées au circuit hydraulique, pour assurer, sous l'action d'un
distributeur, un mouvement alternatif du piston, qui frappe sur un outil.
Suivant la caractéristique essentielle de l'invention, dans l'alésage
du corps et concentriquement au piston sont montées deux pièces décalées
axialement et entre lesquelles est disposée une rondelle déformable, l'une des
pièces étant immobile et l'autre pièce étant montée coulissante dans
l'alésage,
et déplaçable en direction de la pièce immobile, sous l'action de la pression
d'alimentation en fluide hydraulique, qui s'exerce sur la face de la pièce
mobile
tournée du côté opposé à la pièce immobile, ce déplacement de la pièce
mobile provoquant une déformation de la rondelle élastique pour créer un
passage de section variable sur le circuit de retour du fluide hydraulique
vers le
réservoir, ou sur un circuit qui dérive vers le circuit de retour une partie
du débit
d'alimentation de l'appareil, de façon à réguler la pression d'entrée.
Lorsque l'appareil est au repos, la rondelle élastique interdit tout
passage avec le circuit de retour du fluide, et bloque le fonctionnement du
brise-roche. Lorsque la pression d'alimentation du fluidè hydraulique est
suffisante, la pièce mobile se déplace, provoquant une déformation de la
rondelle élastique, pour créer un passage vers le circuit de retour, ce qui a
pour
effet de régler la pression d'alimentation à une valeur limite.
Suivant une forme d'exécution de ce dispositif, dans la pièce
immobile est ménagé un canal, relié au canal d'alimentation haute pression de
fluide hydraulique, directement ou par une chambre interne, ou, par
l'intermédiaire du distributeur, à une chambre délimitée partiellement par le
piston, mise alternativement à la haute et à la basse pression, ce canal
débouchant dans la face de la pièce immobile tournée du côté de la pièce
mobile et sur laquelle repose la rondelle élastique, tandis qu'un canal relié
au
circuit de retour vers le réservoir débouche dans un volume annulaire situé du
côté de la rondelle élastique opposé à celui prenant appui contre la pièce
immobile.
Lorsque la rondelle élastique est au repos, les deux canaux
débouchant dans l'alésage central ne communiquent pas. Lors de la
CA 02546267 2006-05-16
WO 2005/065892 PCT/FR2004/003098
3
déformation de la rondelle élastique, celle-ci crée un passage de section
variable qui assure la mise en communication de ces deux canaux.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, la pièce mobile
comporte, du côté de la pièce immobile, un évidement annulaire délimitant un
~5 nez central destiné à venir prendre appui sur la partie de la rondelle
élastique
qui n'est pas en appui contre la pièce immobile.
Selon une possibilité, la rondelle élastique possède une section de
forme générale rectangulaire, dont la face inférieure présente, de l'extérieur
vers l'intérieur, un talon d'appui sur la pièce immobile, et une surface
parallèle
au talon et en retrait de celui-ci, raccordée par une arête à une surface
inclinée
de l'extérieur vers l'intérieur et de la pièce immobile vers la pièce mobile.
La déformation de la rondelle élastique se fait par basculement
autour de l'arête.
Suivant une autre possibilité, la rondelle élastique possède une
section de forme générale rectangulaire, et la partie située radialement vers
l'intérieur, de la paroi de la pièce immobile servant d'appui à la rondelle
élastique, est inclinée de l'extérieur vers l'intérieur et en direction
opposée à la
pièce mobile.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, la pièce immobile
comporte un rebord annulaire extérieur dont le diamètre interne est légèrement
inférieur au diamètre extérieur de la rondelle élastique.
La rondelle déformable élastiquement peut être réalisée en acier,
notamment en acier à ressort.
Si pour des raisons de simplicité, il est avantageux que la pièce
immobile soit distincte du corps, il est également possible qu'elle fasse
partie
intégrante du corps.
De toute façon l'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 dispositifs de régulation de
pression.
Figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un appareil
hydraulique à percussion équipé d'un premier dispositif.
Figure 2 est une vue partielle en coupe longitudinale et à échelle
agrandie de la partie de l'appareil comportant ce premier dispositif.
Figure 3 est une vue en coupe transversale et à échelle agrandie
d'une rondelle élastique appartenant au dispositif de régulation représenté
aux
figures 1 et 2.
CA 02546267 2006-05-16
WO 2005/065892 PCT/FR2004/003098
4
Figures 4 à 6, sont trois vues partielles en coupe longitudinale,
représentant le dispositif de régulation au cours de trois phases de
fonctionnement.
Figures 7 et 8 sont deux vues partielles en coupe, similaires à
figures 4 à 6, représentant un dispositif de régulation équipé d'une autre
rondelle, dans deux positions de fonctionnement.
Figure 9 est une vue partielle en coupe, similaire à figure .7,
représentant un autre dispositif, en position non alimentée de l'appareil.
Figure 10 est une vue en coupe longitudinale, similaire à figure 2,
d'un dispositif de régulation associé à un circuit qui dérive une partie du
débit
d'alimentation de l'appareil.
Figure 11 est une vue en coupe longitudinale et à échelle agrandie
de la partie de l'appareil comportant le dispositif.
Figures 12 et 13 sont deux vues partielles montrant la position de la
rondelle élastique assurant la régulation, respectivement lorsque l'appareil
est
non alimenté et en période d'alimentation de l'appareil.
La figure 1 représente, de façon très schématique, un appareil
hydraulique à percussion comprenant un corps 2 dans lequel est ménagé un
alésage central 3 dans lequel est monté un piston de frappe 4 animé d'un
mouvement alternatif, venant frapper la tête d'un outil 5. Sur le dessin,
l'alimentation en fluide hydraulique sous haute pression est repérée par la
référence A, et le retour au réservoir est repéré par la référence R.
L'alimentation sous haute pression, amène le fluide par un canal 6, qui est
relié
à un distributeur hydraulique 7, de commande du mouvement. Le canal 6
alimente également par un canal 8 un accumulateur hydraulique 9, et une
chambre 10 communiquant avec l'accumulateur 9 et située à l'extrémité du
corps 2 opposée à celle traversée par l'outil. Le conduit 6 alimente également
par un canal 12, une chambre 13 de remontée du piston de frappe. Une
chambre 14 est reliée au distributeur 7.
De façon connue en soi, le piston 4 présente différents
épaulements sur sa longueur, au niveau des différentes chambres précitées.
En pratique, lorsque la chambre supérieure 14 est alimentée en fluide haute
pression par le distributeur 7, le piston est propulsé vers le bas pour sa
course
de frappe. Dans l'autre position du distributeur 7, la chambre supérieure 14
est
reliée par des canaux 15, 16 vers le réseau basse pression R de
l'installation.
CA 02546267 2006-05-16
WO 2005/065892 PCT/FR2004/003098
Comme montré au dessin, et notamment aux figures 1 et 2,
l'alésage 3, dans lequel est logé le piston 4 contient une pièce annulaire
immobile 17, délimitant pour partie la chambre 14. Au-dessus de la pièce
immobile 17, est disposée une pièce mobile 18, dont l'autre extrémité délimite
5 pour partie la chambre 10. Le circuit basse pression constitué par les
canaux 15, 16 traverse les deux pièces 17, 18 qui sont montées
concentriquement au piston.
Entre les deux pièces immobile 17 et mobile 18 est montée une
rondelle élastique 19. Dans la forme d'exécution représentée aux figures 1 à
6,
la rondelle 19 est délimitée par trois faces perpendiculaires, et une
quatrième
face inférieure, comportant, de l'extérieur vers l'intérieur, un talon 20, une
surface parallèle au talon 20 raccordée par une aréte 22 à une surface 23
inclinée, dans la forme d'exécution représentée au dessin, de bas en haut et
de
l'extérieur vers l'intérieur.
La rondelle élastique 19 peut être réalisée en différents matériaux,
et notamment en acier. Comme montré aux figures 2 à 6, le canal 15 en
provenance du distributeur 17, se prolonge par un tronçon de canal 24 à
l'intérieur de la pièce immobile 17, et débouche dans la paroi de cette pièce
tournée vers le haut, dans la zone de celle-ci comprise entre le talon 20 et
l'arête 22. Le retour au réservoir par le canal 16 se fait au dessus de la
rondelle
élastique 19, au niveau d'un évidement 25 que comporte la pièce mobile 18.
Lorsque l'appareil n'est pas alimenté en fluide hydraulique sous pression, les
pièces occupent la position représentée en détail aux figures 2 et 4. Dans ce
cas, la rondelle élastique 19 est plane, elle prend appui par son talon 20 sur
la
pièce immobile 17, et la pièce mobile 18 prend appui sur sa face supérieure,
de
telle sorte qu'il n'existe pas de communication entre le canal 15 et le canal
16
de retour vers le réservoir.
Lorsque l'appareil est mis en fonctionnement, la pression
hydraulique va augmenter dans l'accumulateur 9 et la chambre 10, tendant à
déplacer la pièce mobile 18 en direction de la pièce immobile 17. Lorsque la
pression augmente mais n'a pas atteint une valeur prédéterminée, la
rondelle 19 se déforme, comme montré à la figure 5, sans toutefois assurer de
mise en communication entre les canaux 15 et 16. Lorsque la pression de
fluide hydraulique augmente, la rondelle élastique 19 se déforme de plus en
plus, sous la force croissante de la haute pression exercée sur la pièce
mobile 18, qui appuie localement sur la face supérieure de la rondelle, la
CA 02546267 2006-05-16
WO 2005/065892 PCT/FR2004/003098
6
position de cet appui étant décalée vers l'intérieur par rapport à la position
du
talon 20 et de l'aréte 22. Cet appui décalé génère une déformation élastique
de
la forme de la rondelle 19. L'arête 22 venant en appui contre la pièce
immobile 17, comme montré à la figure 6, un passage hydraulique 26 est
ménagé entre les canaux 15 et 16. L'évacuation de l'appareil est alors libérée
et le brise-roche peut commencer à fonctionner normalement. La pression de
démarrage est déterminée par ce premier niveau de déformation de la rondelle.
Lorsque la pression augmente encore, la hauteur de soulèvement du talon 20
par rapport à la pièce immobile 17 forme un étranglement variable 26 dont la
dimension dépend de la déformation de la rondelle élastique 19, donc de la
valeur de la haute pression hydraulique de l'appareil. Pendant toute la phase
de marche normale de l'appareil à percussion, la perte de charge sur le
circuit
d'évacuation 15, 16, créée par l'étranglement variable 26 dépend de la haute
pression, et par conséquent permet de réguler cette pression à une valeur
calculée.
La géométrie de la rondelle est prévue pour se déformer d'une
valeur connue, de façon à obtenir une section de passage hydraulique par le
passage 26, correspondant à la perte de charge sur le circuit d'évacuation,
nécessaire pour l'obtention de la valeur de haute pression souhaitée.
Les figures 7 et 8 représentent une variante d'exécution, dans
laquelle la rondelle élastique 19 ne comporte pas de surface inclinée 23,
cette
surface inclinée étant remplacée par une pente 27 ménagée sur la face en bout
de la pièce immobile 17, cette pente étant inclinée de haut en bas et de
l'extérieur vers l'intérieur. La figure 7 montre la rondelle lorsque
l'appareil n'est
pas alimenté, tandis que la figure 8 montre l'appareil en cours de
fonctionnement, avec ménagement d'un passage hydraulique 26 de section
variable. Dans le cas présent, la déformation de la rondelle se fait avec
appui
de celle-ci sur la pente 27.
La figure 9 représente une autre forme d'exécution, dans laquelle la
rondelle 19 présente une section rectangulaire, la surface d'appui 28 de la
rondelle sur la pièce immobile 17, étant rehaussée par rapport au cas
précédent, la pression de démarrage pouvant être déterminée par la valeur du
jeu entre cette surface 28 du plan d'appui de la rondelle, et l'extrémité
supérieure de la pente 27. Le fonctionnement de l'appareil ne peut se faire
que
lorsque la pression d'alimentation a atteint une valeur suffisante pour que la
CA 02546267 2006-05-16
WO 2005/065892 PCT/FR2004/003098
déformation de la rondelle 19 permette l'appui de celle-ci sur la pente 27,
après
avoir dégagé la surface d'appui 28 sur la pièce immobile 17.
Les figures 10 à 13 représentent une autre forme d'exécution dans
laquelle les mémes éléments sont désignés par les mêmes références que
précédemment. Dans cette forme d'exécution, la rondelle élastique 19 est
destinée à créer un étranglement variable sur un circuit qui dérive
directement
vers le circuit de retour R une partie du débit d'alimentation de l'appareil.
Dans ce cas, le canal 15 en provenance du distributeur 7 est relié
directement au conduit 16 de retour basse pression vers le réservoir. Un
canal29, relié à la chambre 13 de remontée du piston, débouche dans le
canal 24 ménagé dans la pièce immobile 17. Au titre de variante, le canal 24
pourrait être alimenté directement à partir de l'alimentation haute pression,
c'est-à-dire à partir du canal 6. Le canal 24 pourrait également, pour un
résultat
similaire, étre relié à la chambre supérieure 14, se trouvant alors
alternativement relié à la basse pression puis à la pression d'alimentation,
en
fonction de la position du distributeur 7. Dans cette disposition, la chambre
supérieure 14 se trouve constamment isolée du canal 24 et du canal de
sortie 16, par la rondelle 19. Comme montré notamment aux figures 12 et 13,
la pièce immobile 17 comprend un rebord 30 enveloppant partiellement le
diamètre extérieur de la rondelle. Dans la forme d'exécution représentée aux
dessins, la rondelle présente simplement, sur sa face inférieure, et du côté
intérieur, une face inclinée 32. Au démarrage, lorsque la pression
d'alimentation augmente et agit sur la pièce mobile 18, la rondelle 19 se
déforme progressivement, puis, lorsque la pression souhaitée est atteinte, la
déformation de la rondelle 19 est telle que le rebord 30 n'est plus étanche
sur
le diamètre extérieur de la rondelle et crée un étranglement 26 de section
variable, comme montré à la figure 13. Cet étranglement 26 provoque un
écoulement hydraulique entre le canal 24, et le canal de retour 16. Une partie
du débit qui aurait du normalement passer par le mécanisme de frappe, est
alors détournée directement vers le retour R. Ceci a pour effet de réduire et
de
réguler la pression d'alimentation à une valeur limite prédéterminée.
Comme il ressort de ce qui précède, l'invention apporte une grande
amélioration à la technique existante, en fournissant un dispositif de
régulation
de pression, de structure simple, et d'un fonctionnement très efficace, qui
est
particulièrement intéressant pour l'équipement d'appareils hydrauliques à
percussion devant être réalisé dans des conditions économiques, et dont la
CA 02546267 2006-05-16
WO 2005/065892 PCT/FR2004/003098
8
structure se compose de pièces cylindriques emboitées dans l'alésage du
corps.
Comme il va de soi l'invention ne se limite pas aux seules formes
d'exécution de ce dispositif décrites ci-dessus à titre d'exemples, elle en
S embrasse au contraire toutes les variantes. C'est ainsi notamment que la
forme
de la rondelle élastique pourrait être différente ou que la pièce immobile 17
pourrait faire partie intégrante du corps, sans que l'on sorte pour autant du
cadre de l'invention.
