Brevet FR2010559A1 — publié le 19700220

la présente invention concerne un perfectionnement à une pompe ou moteur hydraulique à courses multiples du type à pistons radiaux. D'une façon générale, la pompe ou moteur hydraulique à 5 courses multiples du type à pistons- radiaux comprend un rotor comportant plusieurs alésages de cylindres orientés radialement dans une disposition mutuelle symétrique autour de l'axe de ce rotor, des pistons dont chacun est monté dans un des alésages de cylindres précités en vue d'un mouvement de va-et-vient, un organe de pous-10 sée encourant le rotor, ce rotor étant monté en, vue d'un mouvement de rotation par rapport à l'ergane de poussée précité qui est formé par une surface de poussée ondulée, lesdits pistons comprenant chacun un dispositif de roulement sur-son extrémité extérieure en vue d'un contact roulant avec la surface de poussée précitée, un dis-15 positif d'obturateur variable pour commander l'écoulement du fluide hydraulique jusqu'aux alésages de cylindres respectifs ainsi que depuis ces alésages et chacun des pistons précités pouvant exécuter des mouvements alternatifs dont la fréquence pour un tour du rotor est déterminée par la nombre de crêtes de la surface de poussée 20 ondulée précitée. Dans la pompe ou moteur hydraulique à courses multiples du type à pistons radiaux comportant la surface de poussée ondulée du type décrit, du point de vue de la conception, le riayon de courbure est plus petit le long de la partie de crête de la surface de 25 poussée, de sorte que la pression de contact s'exerçant entre la partie de crête de la surface de poussée et le dispositif de roulement, qui est généralement constitué par une bille d'acier fixée à l'extrémité extérieure du piston, se trouve inévitablement accrue, ce qui se traduit par une durée de vie utile plus courte tant de &6 30 la surface de poussée que/la bille d'acier. Le dispositif d'obturateur variable ou distributeur de la pompe ou moteur du type décrit doit subir une fréquente permutation d'un état à un autre à mesure que le rotor tourne, le nombre de permutations de l'obturateur variable étant égal au nombre de crêtes de la surface de poussée pen-35 dant un tour du rotor. Par conséquent, lorsque le rotor tourne à une vitesse plus grande, l'obturateur variable ou distributeur exécute une permutation plus fréquemment de sorte que le temps de permutation devient plus court de façon correspondante. Du fait de ce temps de permutation plus court de l'obturateur variable, un mau-40 vais fonctionnement de cet obturateur tend à se produire. Par exem- 69 18835 2 2010559 pie, lorsque la lumière de 1*obturateur variable exécute une permutation du côté haute pression au coté basse pression, l'alésage du cylindre se trouve momentanément débranché, c'est-à-dire qu'il cesse de communiquer tant avec le côté haute pression qu'avec le 5 côté basse pression, tandis que son piston exécute sa course de compression de sorte que l'alésage-du cylindre est soumis à une surpression. Ce phénomène sera appelé par la suite pour des raisons de brièveté un phénomène de "blocage1.1 car l'huile de travail ou le fluide hydraulique est bloqué dans l'alésage du cylindre et se 10 trouve isolé momentanémentde l'extérieur. En outre, dans certains cas, le côté haute pression ainsi que le côté basse pression communiquent entre eux momentanément par l'intermédiaire de l'alésage du cylindre. Ce phénomène sera appelé par la suite, pour des raisons de briéveté, le phénomène de "remontée" car il est similaire 15 à la fuite ou remontée de fluide qui■se produit entre le cylindre et son piston. ■C'est pourquoi la présente invention a pour objet une pompe ou moteur hydraulique à'courses multiples du type à piston radiaux comportant une surface de poussée ondulée ayant la configu-20 ration appropriée pour réduire la pression de contact entre la surface de poussée et une bille d'acier, ce. qui augmente les durées de vie utiles respectives de ces. deux éléments,. Suivant une caractéristique de la. présente invention, las demanderesses ont créé" une p'ompe ou moteur du. type d écrit ci-des-25 sus qui supprime à la fois le phénomène,,de. "blocage" et le phénomène de "remontée", ce qui diminue, efficacement le choc (à-coup) provoqué par le phénomène de "blocage" et améliore le rendement volumétrique. Suivant une autre caractéristique de la présente inven-30 tion, les demanderesses ont créé un moteur ou pompe hydraulique du type décrit qui supprime sensiblement la pulsation du couple. En bref, les fins de la présente invention peuvent être obtenues grâce à une surface de poussée ondulée qui comporte des parties de crêtes dont chacune a un rayon de courbure plus grand 35 ainsi que des sections d'attente ou de point mort de piston formées' au voisinage des crêtes et des creux de la surface de poussée ét que l'on réalise en se basant sur une courbe de couple en forme de trapèze asymétrique formée de manière à maintenir constante la somme dës couples créés par les pistons. 40 les caractéristiques et avantages ci-dessus ainsi que 9 18835 3 ?010559 d'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre faite en référence au dessin annexé sur lequel : la figure 1 est une coupe longitudinale d'une pompe ou moteur hydraulique, à courses multiples, du type à pistons radiaux ; la figure 2 est une coupe transversale de la pompe ou moteur précité faite par II-II de la figure 1 ; la figure 3 est une vue agrandie similaire à la figure 2 et destinée à expliquer la relation existant entre un piston et un élément annulaire de poussée ; la figure 4 est un diagramme du déplacement d'un piston en fonction de la rotation du rotor j la figure 5 est un diagramme de la vitesse d'un piston en fonction de la rotation du rotor ; la figure 6 est un diagramme du couple d'un piston en fonction de la rotation du rotor ; la figure 7 est un diagramme similaire à celui de la figure 6, la courbe de couple étant représentée par un triangle ; la figure 8 est un diagramme de couple global, le couple global étant celui produit par la totalité des pistons ; la figure 9 est un diagramme similaire à celui de la figure 8, mais les courbes en triangle représentant le couple sont tronquées conformément à la présente invention ; les figures 10 et 11 sont des vues explicatives montrant un procédé pour augmenter le rayon de courbure le long de la partie de crête de la surface de poussée que l'on réalise en se basant sur un diagramme de couple symétrique ; la figure 12 est un diagramme de couple asymétrique conforme à la présente invention ; les figures 13 et 14 sont des vues explicatives destinées à la comparaison des rayons de courbure de la partie de crête de la surface de poussée conforme à la. présente invention ; la figure 15 est une vue explicative, montrant- que la somme des couples produits grâce à l'utilisation de l'élément de poussée de la présente invention devient constante ; les figures 16 à 18 sont des diagrammes de couples asymétriques conformes à la présente invention, la figure 17 représentant le diagramme quand le nombre de pistons est un nombre pair tandis que la figure 18 représente le diagramme quand le nombre de pistons est un nombre impair» 59 18835 4 2010559 Si l'on se réfère aux figures 1 et 2 montrant la structure d'une pompe ou moteur hydraulique à courses multiples du type à pistons radiaux, on voit que l'huile sous pression-utilisée pour le fonctionnement est admise par une lumière 1 ou 2 et est dirigée 5 jusqu'à un alésage de cylindre 4 par un passage d'huile 3,. de sorte qu'une bille d'acier 6, montée sur un piston 5»se trouve refoulée contre une bague de poussée 7» la bague de poussée 7 a une surface intérieure ondulée, comme représenté sur la figure 2, et une surface 10, d'obturateur variable ou distributeurs qui est destinée à 10 permuter les passages d'alimentation suivant les positions d'une crête 8 et d'un creux 9 de la surface de poussée par rapport au piston. En d'autres termes, une bague extérieure d5obturateur 11 est fixée à un rotor 12 qui, lui-même, est assemblé par une cannelure à un arbre 13 tandis que la bague intérieure d'obturateur 14 15 est fixée à un carter 16 par l'intermédiaire d'un joint universel 15» ce qui fait qu'un mouvement relatif entre les baguas extérieure et intérieure 11 et 14 a lieu sur la- surface d'obturateur 10 à mesure que le rotor '12 tourne® la surface d5obturateur 10 comporte des lumières formées à des positions correspondant aux crêtes 8 et 20 aux creux 9 de la bague de poussée 7® De ce fait, lors de 18 admission d'huile sous une pression élevée dans les alésages de cylindres 4, le rotor 12 est amené à tourner. On va se référer maintenant à la. figure 3 en supposant que la distance entre le centre 0 du rotor 12 et le centre 0* d© la 25 bille d1 acier 6 est E et qu'un' angle supplémentaire entre la perpendiculaire élevée au point de contact entre la bille d'acier/et la surface de' poussée et la droite 00' est un angle de pression «4 « 2 est alors fonction d'un angle de rotation fc- du rotor de sorte que la relation suivante existe : 30 tg (dR/dfr ) /a (1 ) In-supposant que la pression agissant sur le piston du fait de la pression hydraulique est Eo, le couple T de la force agissant sur le centre 0' autour du centre 0 est obtenu par l'équation suivante : I =- R*Eo°tgx (2) 35 En remplaçant R de 1'équation (2) par sa valeur tirée de l'équation (1), on obtient ; T = Eo dR/d£- (3) En conséquence, on obtient le diagramme de vitesse du piston représenté sur la figure 5 en se basant sur le diagramme de déplacement 40 cLU piston représenté sur la figure 4? ce dernier diagramme étant le 69 18835 5 2010559 diagramme fondamental permettant de déterminer le profil de l'élément de poussée ou came. Toutefois, quand le dispositif est utilisé comme moteur, la période au cours de laquelle le cou ple est créé, est donnée par la relation suivante : 5 2m« où N est le nombre de crêtes d'une surface de poussée et m est un nombre entier choisi arbitrairement. De ce fait, le diagramme de couple réel peut être représenté sensiblement comme sur la figure 6 et on voit qu'une moitié d'un 10 angle de pas = (2 ///N) de l'élément de poussée sert à produire le couple. Le diagramme de couple représenté sur la figure 6 peut être considéré comme un graphique de la figure 7 dans lequel la courbe est représentée par des droites formant un triangle, cela pour des raisons d'analyse. Quand le nombre de pistons 15 est M, le nombre de triangles a b ç apparaissant à l'intérieur d'un angle de rotation #c du rotor est M, comme on peut le voir sur la figure 8, et il apparaît, sur cette figure, que le couple global varie. Par conséquent, si la partie supérieure du triangle abc est tronquée par une droite de, un trapèze a d eç est for-20 mé comme représenté sur la figure 9» grâce à quoi le couple global peut être rendu constant. D'après l'équation (3), on voit que le couple ï est proportionnel à la vitesse dR/d#" du piston, de sorte que le diagramme de couple pour l'angle de rotation $ du moteur est simi-25 laire au diagramme de vitesse du piston, c'est-à-dire à dR/d-0- « Quand la course S du piston est prédéterminée, on établit la formule suivante : ,,1/2 tfc S = dR . d$- J o 30 On voit donc que la surface entourée par la courbe de couple reste constante. Si l'on considère le rayon de courbure à la partie de crête de l'élément de poussée pour produire un couplfe constant avec le diagramme de couple représenté sur la figure 9» ou obtient, comme représenté sur la figure 10, trois angles ayant res-35 pectivement une valeur de ^1, ^2 et Quand la valeur est la plus faible, la courbe de couple devient un triangle équilatéral et le rayon de courbure/1 prend la valeur minimale dans le profil de la surface de poussée réalisée en se basant sur ce'diagramme• de couple en forme de triangle équilatéral. 69 18835 e 2010559 Ceci sera décrit de façon plus détaillée par la suite. Dans le cas de la courbe de couple en forme de trapèze a b ç d représentée sur la figure 11, la vitesse dR/df?- du piston est représentée par ab' c' d et le déplacement ou course R du piston (qui 5 est la valeur intégrée de la vitesse dR/d(f du piston) est représenté par a" b" c" d". Dans ce cas, la configuration ou profil de la surface de poussée devient une enveloppe a'", b"1, c"d,M formée lorsque le centre d'une bille d'acier ayant un rayon r se déplace le long de la courbe a" b" c" d" représentant le déplace-10 ment de la course du piston, de sorte que l'on comprendra que le rayon de courbure y01 au point de courbure a"' devient plus petit d'une valeur r que celui au point de courbure a11. Il y a intérêt à ce que le rayon de courbure /«' au point de courbure a"' soit plus grand pour assurer des durées de vies utiles longues tant des 15 billes d'acier que de la surface de poussée. Dans le cas où l'on réalise le profil de surface de poussée d'après le diagramme de couple symétrique décrit ci-dessus, la valeur (minimale) de est limitée. Toutefois, on peut réduire la valeur de quand le diagramme de couple est formé de façon 20 asymétrique comme représenté sur la figure 12. En d'autres termes, on a comparé sur la figure 13 la différence des rayons de courbure aux parties de crêtes de la surface de poussée obtenue d'après les figures 9 et 12, cela en supposant que la course de piston S et l'intervalle de temps de la vitesse constante sont constants 25 et que le nombre de pistons M est égal à 10. Du Mt que le lieu géométrique du centre de la bille d'acier obtenu à partir de la courbure de couple a e b d sur la figure 9 devient a* e* b" d', le rayon de courbure dans la partie de crête de la surface de poussée devient (f - r). Par ailleurs, le lieu géométrique du cen-30 tre de la bille d'acier obtenu à partir de la courbe a b ç d représentée sur la figure 12 devient a' b' c' d', ce qui fait que le rayon de courbure de la partie de crête de la surface de poussée devient ( f> - r). Par conséquent, - r /?' - r. On voit que si f ' l'on fait en sorte que la courbe de couple soit asymétrique, la 35 pression s'exerçant à la. surface de contact entre la partie de crête de la came et la bille d'acier peut être réduite, grâce à quoi on peut augmenter la durée de vie utile de la surface de poussée ainsi que de la bille d'acier. Dans ce cas, du fait que la courbe de couple est asymé-40 trique, le couple global varie mais il peut être maintenu constant 69 18835 7 2010559 lorsque les conditions suivantes sont satisfaites. En d*autres termes, si l'on suppose que l'angle de pas i) c = 2 d /M et que l'angle de différence de phase du piston $p = $c/M (où N est le nombre de crêtes de la surface de poussée et M est le nombre de 5 pistons), il s'ensuit : Intervalle de vitesse constante du piston % $cv = i- $p (5) Intervalle de décélération constante du piston s $dc = m» #p (6) 10 Intervalle d'accélération constante du piston s #ac = n* $dc = 0$ (7) où I : 0 ou un nombre entier iet n : nombres entiers De. ce fait, 15 $ ac + $cv + $dc = ^ 0 (8) . 2 Par conséquent, m»n + m + S - M/2 (9) Si, l'équation (9) est satisfaite, le couple global peut être maintenu constant. Toutefois, cette condition n'est satisfaite que 20 lorsque le nombre de pistons M est un nombre paire En d9autre termes» pour maintenir constant le couple global obtenu à partir de la courbe de couple représentée sur la figure 12» le nombre de pistons M doit être un nombre pair® Toutefois, on peut utiliser un nombre impair lorsqu'on a recours à un dispositif empêchant 1® phéno™ 25 mène de "blocage" comme il sera décrit de façon plus détaillée ci-après, mais on supposera, dans la description qui va suivre, que le couple global peut être maintenu constant quand le nombre d© pistons M est un nombre pair pour obtenir les -valeurs m et n satisfaisant l'équation (9). 30 lorsque i = 0 et m = 1, on peut donner au rayon de cour bure à la partie de crête de la surface de poussée une valeur maximale comme représenté sur la figure 14, de sorte que l'utilisation de ces valeurs dans la pratique est très avantageuse. Toutefois, dans la pratique, il existe deux restrictions, l'une réside 35 dans le fait que, comme on peut le voir sur la figure 12, lorsque la pente de l'intervalle constant de décélération du piston est trop grande, le rayon de courbure à la partie de creux de la surface de poussée devient sensiblement égale au rayon de la bille d'acier, ce qui pose un problème de géométrie. 1*autre restriction 69 18835 8 :010559 eeb telle que lorsque la pente "de l'intervalle constant ç d. de décélération du piston est trop grande, la vitesse du piston devient trop rapide pour effectuer la permutation des obturateurs ou distributeurs lorsque la bille d1acier traverse le creux de la surface de 5 poussée, ce qui n*.est;'pas désirable dans la pratique» De ce fait, il est au moins nécessaire que JL ^ 1 et m ^ 2« En se référant ensuite à la figure 15, on va décrire que le couple global dans le cas du diagramme de couple asymétrique de la figure 12 devient constant. Dans ce cas, M = 10, -/= 1, m = 1 10 et n = 3 de sorte que $ae = 3lÊ?P, $cv = ^p et j£dc = £?p« Dans le diagramme de couple fondamental de la figure 15> la courbe de couple est un trapèze a b ç. d et dix de ces trapèzes apparaissent dans un intervalle de 0 ^ ^ $"c, la différence de phase étant $p. Les courbes de couple contenus dans chaque diffé-15 rence drangle de phase $ sont similaires, de sorte qu'il suffit de montrer que le couple global dans l'intervalle de 0 4. $ é $c est constant. Le couple global T au point $=0 est donné par : 1 2 T = T max + T max + (T max x 2) 3 3 =31 max. 20 Dans l'intervalle de 0 "■fa* conséquence, le couple global peut être maintenu à 3Tma-sr» De ce fait, 35 on voit qu'en tous les points le couple global est maintenu constant,, En se référant maintenant à la figure 16, on va décrire le procédé de la présente invention pour assurer les intervalles 69 18835 9 2010559 d'attente ou de temps mort et c'est-à-dire les intervalles pendant lesquels le piston n'est pas actionné afin d'empêcher le phénomène de "remontée" et de "blocage" que l'on observe au moment où les obturateurs ou distributeurs effectuent une permutation. 5 Sur la figure 16, Intervalle' de vitesse constante du piston : $cv = Â* £p Intervalle de décélération constante du piston : $dc = m* 0p 10 Intervalle d'accélération constante du piston : #ac = n» & de = m#n* #p et les intervalles de temps mort : £] et £2 Il existe alors la relation suivante : 15 #ac + ûcv + #dc + t* + £- == (10) • 1 * 2 .. Par conséquent, la somme^ des intervalles de temps mort devient : ^ + è2 ,= 031 - a(Sri) ^p/2M ' (11) De ce fait, on doit choisir les intervalles de temps mort (f^ + £2) en trouvant les valeurs qui satisfont l'équation (11). les interval-20 les de temps mort et £2 peuvent être courts comme celui représenté sur la figure .17, lorsque le nombre de piston M = 12 dans un angle de pas de la surface de poussée, c'est-à-dire.quand M est un nombre pair, = éo = -1 • &P* Mais, comme on peut le voir sur la 1 2 - figure 18, lorsque le nombre de pistons M =11, c'est-à-dire lors-25 que M est un nombre impair,, il eist choisi .de manière .que ë2 = 1/4 /?p. Dans ce cas, 0 ou 1 et n est déterminé suivant la valeur de . Quand'les intervalles de temps mort et é2 sont choisis comme décrits ci-dessus, le couple global peut être maintenu constant, que le nombre de pistons M dans un angle de pas $c de la • 30 surface de poussée soit un nombre pair ou tin nombre impair. On voit, à la lecture de ce qui précède, que lorsqu'on obtient l'enveloppe engendrée par déplacement du centre de la: bille d'acier-le long de la courbe de déplacement obtenue par intégration de la courbe de couple asymétrique satisfaisant l'équation (11), on peut réaliser 35 le profil ou configuration de surface de poussée qui réduit à un minimum la pression de contact entre la bille d'acier et la surface 69 18835 10 2010559 de poussée, empêche les phénbmènes de "blocage" et de "remontée" et maintient le couple global constant. Conformément à la présente invention, on peut donner au rayon de courbure à la partie de crête de l' élément dé" poussée une 5 valeur importante, ce qui fait que l'on peut réduire la pression de contact entre l'élément de poussée et la bille d'acier, ce qui prolonge la durée de vie utile de ces deux éléments, on peut augmenter la pression de l'huile utilisée "dans le fonctionhemerit du moteur hydraulique ou la pression de décharge de la pompe hydraulique et 10 on peut accroître l'intervalle de permutation du distributeur par rapport à celui utilisé dans une pompe ou moteur classique' du type décrit, grâce à quoi il est possible de œàliser une pompe ou moteur hydraulique capable d'éliminer complètement les phénomènes de "blocage" et de "remontée" se manifestant lors de la permutation 15 du distributeur et de maintenir constant le couple global produit par les pistons, cela avec un rendement volumétrique plus élevé. Il va de soi que la description "qui précè'de a été donnée à titre illustratif et non limitatif et que toutes variantes ou modifications peuvent, y être apportées "sans sortir pour autant du 20 cadre général de la présente invention. 69 18835 " 20,10559 REVBED IG ATI OMS 1°) Pompe ou moteur hydraulique à courses multiples, du type à pistons radiaux, comprenant un rotor comportant plusieurs alésages de cylindres orientés radialement dans une disposition 5 symétrique autour de l'axe de ce rotor, des pistons dont chacun est monté, en vue d'un mouvement de va-et-vient, dans un desdits alésages de cylindre, un organe de poussée entourant le rotor précité, ce rotor étant monté en vue d'une rotation par rapport à l'organe de poussée précitée, cet organe de poussée comportant une 10 surface de poussée ondulée, chacun desdits pistons comprenant un dispositif de roulement sur son extrémité extérieure en vue d'un contact de roulement avec la surface de poussée précitée, un dispositif d'obturateur variable ou distributeur destiné à commander l'écoulement du liquide hydraulique jusqu'aux alésages de cylindres 15 respectifs et depuis ces alésages, le moteur ou pompe hydraulique susvisé étant caractérisé par le fait que le profil ou configuration de la surface de poussée précitée est réalisée de manière telle que le couple créé par chacun desdits pistons lorsqu'il se déplace le long de la surface de poussée d'une crête à un creux varie de 20 manière à suivre une courbe dans laquelle l'incrément de couple jusqu'au point de couple maximal est inférieur au décrément de couple au-delà du point de couple maximal précitée 2°) Pompe ou moteur hydraulique suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on réalise le profil ou configu-25 ration de la surface de came précitée en se basant sur une courbe de couple qui est un trapèze asymétrique comportant une base supérieure dont la longueur correspond à l'intervalle ou section de fonctionnement dans lequel chacun des pistons précités créé le couple ma-jr-imal constant, grâce à quoi la somme de tous les couples 30 créés par les pistons précités peut être maintenue constante quelle que soit la relation de base entre les pistons précités. 3°) Pompe ou moteur hydraulique suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que l'intervalle de phase de l'un des côtés de la courbe de couple en forme de trapèze représentant l'aug- 35 mentation de couple et l'intervalle de phase de la base supérieure représentant le couple maximal constant sont choisis de manière à être égaux à un nombre entier de fois la différence de phase de création de couple entre les deux pistons adjacents. 4°) Pompe ou moteur hydraulique suivant n'importe laquel-40 le des revendications ci-dessus, caractérisé par le fait que les sections de point mort des pistons, dont chacune a une longueur prédéterminée, sont formées au voisinage de chacune des crêtes et de chacun des creux de la surface de poussée précitée.