Brevet FR2001852A1 — publié le 19691003

i 2001852 L'invention est relative à un dispositif pour machines hydraulique, notamment pour moteurs hydrauliques, comportant une soupape montée en dérivation, commandée en fonction de la chute de pression à travers une résistance placée dans la canalisation 5 principale. Théoriquement, un moteur hydraulique qui est alimenté par un débit constant de liquide sous pression doit tourner avec une vitesse constante. Dans la pratique cependant sa vitesse décroît lorsque sa charge croît. La diminution, en pourcent, de la vitesse 10 de rotation du moteur est d'autant plus forte que cette vitesse est plus faible. Il en va de même d'une pompe qui est entraînée à vitesse de rotation constante. Elle devrait théoriquement fournir un débit constant. En principe, cependant, son débit décroît lorsque sa charge croit. 15 On connait un système hydraulique dans lequel à la suite du moteur est branchée une résistance hydraulique variable destinée à régler la vitesse de rotation. Moteur et résistance sont pontés par une soupape. Cette soupape, montée en dérivation, est commandée en fonction de la chute de pression à travers la résistance, de 2Q 4 telle manière que, lorsque cette chute de pression croît, la soupape s'ouvre davantage. Avec ce montage, on cherche à maintenir . en cas de fluctuation de charge. Mais on n'y parvient pas du fait ^ que le débit de liquide traversant la résistance hydraulique ne 25 constitue pas une mesure de la vitesse de rotation du moteur (il se compose du débit de liquide qui effectue du travail et des fuites) et parce que le circuit de réglage ne permet pas de maintenir constant le débit de liquide traversant la résistance. D'autre part, il est très gênant de prévoir une résistance hydraulique 30 supplémentaire dans le circuit. L'invention a pour but de réaliser un dispositif de machines hydrauliques qui permette, avec des moyens simples, de maintenir constants sur une grande gamme de variations de charge la vitesse de rotation d'un moteur ou le débit d'une pompe, et ceci même pour 35 de faibles vitesses ou de faibles débits. Dans un perfectionnement de l'invention, on doit pouvoir utiliser le même dispositif pour des machines hydrauliques de nature et de grandeur les plus diverses ou encore sur de telles machines dont l'usure a modifié les caractéristiques. H0 Pour cela, conformément à l'invention, la soupape de dériva 69 02850 2 2001852 tion est commandée par la chute de pression à travers la machine, elle étrange de plus en plus le courant traversant la dérivation lorsque cette chute de pression croît et, pour une faible chute de pression donnée, elle laisse passer au moins un débit de liquide 5 à peu près égal aux fuites de la machine pour la valeur maximale de fonctionnement de la chute de pression. Avec ce montage, un courant dérivé traverse constamment la soupape essentiellement pour la totalité de la gamme de charge. Plus le courant de fuites est élevé, plus le courant dérivé est é-10 tranglé. A cet effet, on met à profit l'idée que le courant de fuites de la machine ne dépend essentiellement que de la chute de pression à travers la machine et qu'on peut donc utiliser la grandeur de cette chute de pression pour la compensation des fuites. Du débit de liquide sous pression provenant de la pompe, qui nor-15 malement pour une vitesse de rotation donnée 4.u moteur est. constant, on dérive donc une fraction dépendant des caractéristiques de charge, donc de la chute de pression à travers le moteur. Du débit total d'alimentation, une fraction prédéterminée n'effectue donc aucun travail, en l'occurrence la somme du courant de 20 fuites et du courant dérivé. Lorsque cette somme est à peu près constante pour toutes les caractéristiques de charge, le débit traversant le moteur en effectuant du travail, donc la vitesse de rotation du moteur, demeure aussi approximativement constant, indépendamment de la charge. 25 II est particulièrement avantageux que la caractéristique pression/débit de la soupape de dérivation soit adaptée à la caractéristique prèssion/fuites de la machine hydraulique de telle manière que la somme du débit traversant la soupape et des fuites soit à peu près constante. De cette manière, on peut limiter les 30 variations de vitesse de rotation, même aux faibles vitesses de rotation, à quelques pourcent. Lorsque la soupape de dérivation comporte plusieurs conduits de passage pouvant être sélectionnés à volonté, de caractéristiques prèssion/débit différentes on peut adapter, par simple commutation 3 5 des conduits, une seule et même telle soupape de dérivation à. des moteurs ou à des pompes hydrauliques de divers types, ou effectuer une adaptation à des variations, consécutives par exemple à l'usure, des caractéristiques d'une même machine. La caractéristique prèssion/fuites d'une machine hydraulique ^0 est normalement non linéaire. Aussi est-il judicieux de donner 69 02850 3 2001852 également à la caractéristique correspondante de la soupape de dérivation une allure non linéaire. Ceci peut s'effectuer par exemple en utilisant un ressort à caractéristique coudée chargeant la soupape. On obtient un mode de réalisation particulièrement simple 5 lorsque la soupape de dérivation est une soupape à tiroir comportant des ouvertures de commande disposées sur le pourtour des pièces fixe et mobile, desquelles ouvertures, au moins une, présente une largeur variant suivant la direction de l'axe et/ou est formée d'une rainure dont la profondeur varie suivant la direction de 10 l'axe. En particulier, on peut prévoir sur l'une des pièces de la soupape, suivant la direction de l'axe, des ouvertures successives séparées l'une de l'autre, lesquelles communiquent respectivement avec les canalisations d'arrivée et de départ et sont pontées par une rainure longitudinale de largeur et/ou de profondeur variables 15 ménagée dans l'autre pièce. Avec une telle conformation, un déplacement axial du tiroir n'entraîne pas une variation proportionnelle du débit. Pour obtenir, dans la soupape de dérivation, plusieurs conduits de passage susceptibles d'être sélectionnés à volonté, il 20 est recommandé de disposer, dans l'une des pièces de la soupape, au moins l'une des ouvertures séparées l'une de l'autre selon une section limitée de pourtour seulement, de répartir des rainures longitudinales de différentes formes sur le pourtour de l'autre pièce, et d'agencer les deux pièces de soupape de manière qu'elles 25 puissent tourner l'une par rapport à l'autre et être verrouillées dans des positions prédéterminées. Dans chacune des positions de verrouillage une autre rainure longitudinale coopère alors avec les ouvertures séparées l'une de l'autre. Il est alors judicieux de disposer diamétralement par paires les rainures longitudinales 30 différentes et les ouvertures correspondantes sur le pourtour des pièces de soupape. On obtient ainsi, d'une manière simple, une é~ galisation de pression. La construction du dispositif se trouve simplifiée si le tiroir mobile porte sur son pourtour les rainures longitudinales 35 différentes, s'il est soumis à l'action d'un ressort prenant appui sur un bouchon-butée et s'il est accouplé à ce bouchon-butée par l'intermédiaire du ressort de manière à pouvoir tourner avec le bouchon-butée. Le bouchon-butée peut alors être arrêté dans plusieurs positions angulaires à l'aide d'un dispositif à crans. Si HO on fait tourner le bouchon, le tiroir se trouve entraîné d'une de r 69 02850 * 200,052 ses positions de travail à une autre. Dans cette opération, le déplacement axial du tiroir ne se trouve pas gêné. Au contraire,1'autre côté du tiroir est-même libre d'assumer encore une autre fonc-' tion. Par exemple, sur l'extrémité opposée au ressort du tiroir, 5 on peut prévoir un bouchon-butée, pouvant être vissé axialement, pour ajuster la position de départ du tiroir et ainsi l'ouverture maximale de la soupape. En outre, dans le premier bouchon-butée, on peut loger une vis de réglage sur laquelle prend appui le ressort et à l'aide de 10 laquelle on peut ajuster la tension du ressort. Dans le cas le plus simple les deux côtés de la soupape de dérivation peuvent être raccordés directement aux canalisations de raccordement de la machine hydraulique. Un mode de réalisation d'encombrement particulièrement fai-15 ble et de fabrication particulièrement simple consiste à loger la soupape de dérivation entre les deux canalisations de raccordement du moteur dans un alésage de passage fermé d'un côté par le premier bouchon-butée et, de l'autre côté, par le second bouchon-butée. Lorsque le carter du moteur est suffisamment volumineux,la 20 soupape de dérivation peut être disposée dans ce carter entre les deux tubulures de raccordement du moteur. Lorsque le moteur hydraulique doit pouvoir fonctionner dans les deux sens de rotation, il est recommandé de monter la soupape de dérivation en série avec une soupape de retenue. De cette ma- -y 25 nière on est assuré que la soupape de dérivation n'est pas actionnée dans le mauvais sens. Toutefois, dans ce cas, il ne se produit une compensation des fuites que pour un seul sens de rotation du moteur. Une autre possibilité consiste à disposer la soupape de dé-30 rivation dans la branche diagonale d'un pont de quatre soupapes de retenue. Dans ce cas, la soupape de dérivation est traversée dans le même sens, dans les deux sens de rotation du moteur, les branches se commutant alors automatiquement. Une autre possibilité encore consiste à disposer la soupape 3 5 de dérivation dans un flasque intermédiaire pouvant être fixé sur le moteur et.comportant des alésages de passage qui, d'une part, servent de tubulures de raccordement et, d'autre part, sont en communication avec les canalisations de ^raccordement- du moteur. UntëL flasque intermédiaire peut également être tourné de 180° et ainsi 40 être adapté au sens de rotation du; moteur. :' w 69 02850 5 2001852 L'invention est expliquée plus en détail ci-dessous à l'aide d'un exemple non limitatif de réalisation, en se référant aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 représente un schéma de principe du raccordement 5 du dispositif conforme à l'invention à un moteur hydraulique ; - la figure 2 représente une variante d'un tel montage ; - la figure 3 représente la caractéristique chute de pression/ débit du moteur hydraulique j - la figure 4 est une vue de chant du moteur hydraulique ; 10 - la figure. 5 est line coupe suivant la ligne A-A de la figure 4, de la soupape de dérivation ; - la figure 6 représente à grande échelle le tiroir de la soupape de dérivation î - la figure 7 est une vue en plan d'une rainure longitudinale 15 du tiroir ; - la figure 8 est une vue en plan d'une autre rainure longitudinale du tiroir ; - la figure 9 est une coupe longitudinale à travers la rainure longitudinale de la figure 8 ; 20 - la figure 10, enfin, est line coupe suivant la ligne B-B de la figure 6. La figure 1 représente le schéma de principe d'un montage dans lequel une pompe 1, dont la vitesse de rotation peut être réglée par un dispositif de commande 2, aspire de l'huile dans un 25 réservoir 3 et alimente ainsi un moteur hydraulique 4 à travers une canalisation d'arrivée 5. La canalisation de départ 6 revient au réservoir 3. Le moteur 4 est ponté par une soupape de dérivation 7, reliée aux canalisatiors d'arrivée et de départ par les canalisations 8 et 9. La soupape 7 peut, être assemblée avec le mo-30 teur 4 pour former un ensemble 10, comme on l'a indiqué en trait interrompu. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 1, le "moteur tourne dans un seul sens. Une soupape de retenue 3 8 empêche tout fonctionnement intempestif de la soupape de dérivation 7 dans 35 le cas où le moteur viendrait à être entraîné dans le sens opposé. Dans le montage représenté par la figure 2, la soupape de dérivation 7 est placé dans la branche diagonale 3 9 d'un pont à quatre soupapes de retenue 40, 41, 42, 43. Ces soupapes de retenue - ont pour rôle d'assurer automatiquement que la soupape de retenue 40 soit toujours parcourue dans le même sens par le courant d'huile 69 02850 6 2001Ô52 indépendamment du sens de rotation du moteur. Sur la figure 3, on a porté, en fonction de la chute de pression A p à travers le moteur 4, le débit de liquide qm traversant le moteur à vitesse de rotation n constante. Pour maintenir cette 5 vitesse le débit a doit traverser le moteur en effectuant du travail. On voit que lorsque la charge croît, c'est-à-dire lorsque la chute de pression croît, les fuites b du moteur augmentent. A travers la dérivation s'écoule le débit c qui, en fonction de la chute de pression A p, est réglé de manière que la somme a+b+c soit à 10 peu près constante sur une grande étendue de la zone de fonctionnement, c'est-à-dire fournisse précisément le débit constant qp délivré par la pompe 1. Le débit a varie quand le moteur vient à prendre une autre vitesse de rotation. Les fuites b et le débit c à travers la dérivation sont au contraire indépendants de la vi-15 tesse de rotation et ne dépendent essentiellement que de la chute de pression £ p. Le fonctionnement optimal est obtenu lorsque, à charge maximale, c'est-à-dire au point d, le débit c à travers la dérivation est devenu nul. Rien ne change cependant au principe de l'invention si dans cet état de fonctionnement un certain débit de 20 liquide traverse encore la soupape de dérivation. Sur la figure 4 est représenté schématiquement un moteur hydraulique 11 comportant un flasque de fixation 12. Du côté des raccordements du moteur est fixé un flasque intermédiaire 13 qui présente une soupape de dérivation 14. La canalisation d'arrivée 5 et 2 5 la canalisation de départ 6 sont indiquées par des flèches. Sur la coupe de la figure 5 on peut voir que le flasque intermédiaire 13 présente des trous 15 pour des vis de fixation. Un alésage de passage 16 sert de tubulure de raccordement pour la canalisation d'arrivée 5 et communique avec la canalisation d'ar-30 rivée dans le carter du moteur. Un alésage de passage 17 sert de tubulure de raccordement pour la canalisation de départ 6 et communique avec la canalisation de départ dans le carter du moteur. Entre eux se trouve un alésage de passage 18 disposé transversalement, qui est fermé à une de ses extrémités par un bouchon-butée 3 5 19, et à son autre extrémité par un bouchon-butée 20. Dans cet alésage est disposée une douille fixe 21 dans laquelle peut se déplacer axialement un tiroir 22. Ce tiroir est poussé contre le bouchon-butée '20 à vis par un ressort 23 qui par une barrette radiale s'appuie sur le bouchon-butée 19 et par une 40 autre barrette radiale s'appuie sur le tiroir 22. A l'aide du bou 69 02850 7 2001852 chon-butée 20, on peut régler l'ouverture maximale de la soupape. L'alésage d'arrivée 16 communique à travers un alésage de liaison 24 avec un compartiment 25 situé^entre la douille 21 et le bouchon-butée 20. Ce compartiment communique de son côté à travers 5 un alésage axial 26 du tiroir 22 avec le compartiment 27 où est logé le ressort, de sorte que les deux faces de chant du tiroir soient soumises à l'action de la pression d'arrivée. En outre, cette pression d'arrivée règne dans une rainure annulaire 28 de la douille 21. 10 L'alésage de départ 17 communique à travers un alésage de liaison 2 9 avec un compartiment annulaire extérieur 30 de la douille de laquelle, en des emplacements diamétralement opposés, partent deux alésages 31 qui vont jusqu'au pourtour du tiroir. Un autre groupe d'alésages 32 conduisent à une rainure annulaire 33 de IS^la douille , laquelle rainure coppère avec une rainure annulaire 34 du tiroir. Dans les derniers des compartiments précités règne donc la pression de départ. Comme on le voit avec plus de précision sur la figure 6, le tiroir 22 présente, à gauche de la rainure annulaire 34, ton diamè-20 tre un peu plus grand qu'à droite. La surface résultant de cette différence de diamètre est soumise à la pression de départ, tandis qu'une partie égale:de la face de chant intérieure du compartiment 25, qui n'est pas déchargé de l'effet de la pression régnant dans le compartiment 27, est soumise à la pression d'arrivée. En consé-25 quence, le tiroir subit l'influence de la chute de pression à travers le moteur et se déplace vers la droite, contre la force du ressort 23, jusqu'à ce qu'un état d'équilibre soit atteint. En outre, le tiroir comporte des rainures longitudinales 35, 36 et 37, diamétralement opposées par paires, présentant une lar-30 geur et une profondeur variant suivant leur longueur (comparer les rainures longitudinales 35 des figures 6 et 7 et les rainures longitudinales 36 des figures 8 et 9). Ces rainures longitudinales font communiquer la rainure annulaire 28 et la paire d'alésages 31 de la douille 21, qui sont très peu éloignées l'une des autres. La 35 partie, qui se trouve entre la rainure annulaire 28 et les alésages 31, des rainures longitudinales, est responsable du débit d'huile qui s'écoule du côté d'arrivée au côté de départ. Les formes des rainures longitudinales sont choisies de manière à correspondre à la caractéristique de fuites du moteur hydraulique, conforme à la 40 figure 3, correspondant. 69 02850 8 2001852 Des rainures périphériques 38 du tiroir assurent une bonne étanchéité entre les côtés d'arrivée et de départ. Le bouchon-butée 19 est maintenu en place par une bague expansible 39. Il a sur son pourtour trois évidements 40, dans les-5 quels peut s'engager une bille d1encliquetage 31 chargée par un ressort, lorsqu'on fait tourner le bouchon à l'aide d'une clé s'ei-gageant dans un trou à six pans 42. Dans cette rotation, le bouchon entraîne, par l'intermédiaire du ressort 23, le tiroir 22 de sorte que, pour chaque position d'encliquetage une autre paire de 10 rainures longitudinales 35, 36 ou 37 établit la communication entre la rainure annulaire 28 et la paire d'alésages 31. Chacune des positions de réglage peut être repérée par une flèche 43. A l'intérieur du bouchon 19 est disposée encore une vis de purge d'air 44 pour le réglage du ressort 23. 15 Au démarrage d'un moteur chargé il faut surmonter un couple de démarrage plus élevé. Du fait de l'élévation correspondante de pression en amont du moteur la soupape de dérivation se trouve complètement fermée, de sorte qu'il peut s'établir à travers le moteur une chute de pression suffisamment forte pour le faire dé-20 marrer. La soupape de dérivation ne gêne donc pas le processus de démarrage. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation, 2 5 de ses diverses parties, ayant été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. 69 02850 9 2001852 REVENDICATIONS 1.- Dispositif pour machines hydrauliques, notamment pour moteurs hydrauliques, comportant une soupape montée en dérivation, commandée en fonction de la chute de pression à travers une résis- 5 tance placée dans la canalisation principale, lequel dispositif est caractérisé en ce que la soupape de dérivation est commandée par la chute de pression à travers la machine, elle étrangle de plus en plus le courant traversant la dérivation, lorsque cette chute de pression croît et pour une faible chute de pression don- 10 née elle laisse passer au moins un débit de liquide à peu près é-gal aux fuites de la machine pour la valeur maximale de fonctionnement de la chute de pression. 2.- Dispositif selon revendication 1, caractérisé en ce que la caractéristique pression/débit de la soupape de dérivation est 15 adaptée à la caractéristique pression/fuites de la machine hydraulique, de telle manière que la somme du débit traversant la soupape et des fuites soit à peu près constante. 3.- Dispositif selon revendication 2, caractérisé en ce que la soupape.de dérivation comporte des conduits de passage, pouvant 20 être sélectionnés à volonté, de caractéristiques pression/débit différentes. 4.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la soupape de dérivation est une soupape à tiroir comportant des ouvertures de commande disposée, sur le pourtour d® 25 pièces fixe et mobile, desquelles ouvertures au moins une présente une largeur variant suivant la direction de l'axe et/ou est formée d'une rainure dont la profondeur varie suivant la direction de 1! axe. 5.- Dispositif selon revendication 4, caractérisé en ce que, 30 sur l'une des pièces de la soupape, suivant la direction de l'axe, il est prévu des ouvertures successives séparées l'une de l'autre, lesquelles communiquent respectivement avec les canalisations d'arrivée et de départ et sont pontées par une rainure longitudinale de largeur et/ou de profondeur variables ménagée dans l'autre 35 pièce. 6.- Dispositif selon revendications 3 et 5, caractérisé en ce que dans l'une des pièces de la soupape, au moins l'une des ouvertures séparées l'une de l'autre est disposée selon une section limitée du pourtour, sur le pourtour de l'autre pièce sont répar- 40 ties des rainures longitudinales de différentes formes et les deux 69 02850 10 2001852 pièces de la soupape sont agencées de manière qu'elles puissent tourner 1'une par rapport à 1 'autre et être verrouillées dans des positions prédéterminées. 7.- Dispositif selon revendication 6, caractérisé en ce que 5 les rainures longitudinales différentes et les ouvertures correspondantes sont disposées diamétralement par paires sur le pourtour des pièces de soupape. 8.- Dispositif selon revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le tiroir mobile porte sur son pourtour des rainures longitu- 10 dinales différentes, il est soumis à l'action d'un ressort prenant appui sur un bouchon-butée et il est accouplé à ce bouchon-butée par l'intermédiaire du ressort de manière à pouvoir tourner avec le bouchon-butée. 9.- Dispositif selon revendication 8, caractérisé en ce que 15 le bouchon-butée peut être arrêté dans plusieurs positions angulaires à l'aide d'un dispositif à crans. 10.- Dispositif selon revendication 8 ou 9 caractérisé en ce que sur l'extrémité opposée au ressort du tiroir il est prévu un bouchon-butée, pouvant être vissé axialement. 2 0 11.- Dispositif selon l'une des revendications 8 à 10, carac térisé en ce que dans le premier bouchon-butée est logée une vis de réglage sur laquelle prend appui le ressort. 12.- Dispositif selon l'une,des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que les deux côtés de la soupape de dérivation 2 5 sont raccordées directement aux canalisations de raccordement de la machine hydraulique. 13.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que la soupape de dérivation est logée entre les deux canalisations de raccordement du moteur dans un alésage de passage 30 fermé d'un côté par le premier bouchon-butée et, de l'autre côté, par le second bouchon-butée. 118- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que la soupape de dérivation est disposée dans le carter du moteur, entre les deux tubulures de raccordement. 3 5 15.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 14, ca ractérisé en ce que la soupape de dérivation est montée en série avec une soupape de retenue. 16.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que la soupape de dérivation est disposée dans la ^0 branche diagonale d'un pont de quatre soupapes de retenue. 69 02850 ii 2001852 17.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que la soupape de dérivation est disposée dans un flasque intermédiaire pouvant être fixé#sur le moteur et comportant des alésages de passage qui, d'une part, servent de tubulures de 5 raccordement et, d'autre part, sont en communication avec les canalisations de raccordement du moteur.