Brevet FR2038214A1 — publié le 19710108

L'iffives'ëioa ooaeesaç an dispositif pour la commande d'un système mécanique destiné à entraîner an moteur hydraulique, le système comprenant une pompe hydraulique qui est entraînée par un moteur à air comprimé et alimente en liquide le conduit d'ali— 5 mentation d'un moteur hydraulique„ Des systèmes de ce type sont utilisés dans le cas où des moteurs électriques ne conviennent pas ou ne peuvent absolument pas être utilisés pour entraîner des pompes hydrauliques. C'est souvent le cas pour des perforatrices hydrauliques utilisées sous 10 terre. Toutefois, les caractéristiques d'un moteur à air comprimé ne sont pas adaptées aux caractéristiques d'une pompe hydraulique» car, d'une part un moteur à air comprimé fonctionnant à vide tourne à vitesse élevée alors qu'une pompe hydraulique ne peut pas 15 supporter un excès dé vitesse, ets d'autre part, quand un moteur à air est sfias charge, sa vitesse décroît en même temps que le couple augmente, tandis que la pression du liquide fourni par une pompe hydraulique du type à déplacement positif est proportionnelle au couple appliqué à la pompe, la conséquence est qu'une pompe hy-20 draulique faisant partie d'un système mécanique du type décrit ne peut pas avoir son déplacement diminué automatiquement en réponse à une augmentation de la pression du liquide fourni par l'intermédiaire d'un dispositif de commande du genre communément utilisé avec les pompes hydrauliques, du type à piston axial entraînées 25 par des moteurs électriques En conséquence, ni la pompe hydraulique ni le moteur hydraulique dans un système mécanique du type décrit ne peuvent être utilisés à leur rendement optimal, en raison du fait que le débit maximal et la pression maximale n'apparaissent pas simultanément à l'entré® du moteur hydraulique et 30 que l'augmentation de la pression pour des charges croissantes et l'augmentation de débit pour des charges décroissantes doivent être permises. Un objet de l'invention est d-éliminer ces inconvénients et de fournir un système mécanique comprenant un moteur hydraulique 35 actionné par un liquide fourni par une pompe entraînée par un moteur à air comprimé dans lequel à la fois la pompe hydraulique et le moteur hydraulique peuvent être utilisés en fournissant une puissance de sortie élevée* De plus,, l'invention permet une réduction de la consommation d'air comprimée Un autre objet est de 40 fournir un dispositif de commande incorporé à un tel système. 70 11871 2 2038214 Suivant 13invention, un dispositif de commande pour un système destiné à entraîner un moteur hydraulique qui comprend un moteur à air comprimé, un conduit d'alimentation pour ce moteur relié à une source d'air comprimé, une pompe entraînée par ce moteur pour envoyer du liquide sous pression dans un conduit 5 d'alimentation du moteur hydraulique, et un étranglement dans ce dernier conduit pour provoquer une chute de pression dans le débit du liquide, est caractérisé en ae qu'il comprend une soupape dans le conduit d'alimentation du moteur à air comprimé, et des moyens mécaniques destinés d'un® part à fermer totalement ou 10 partiellement la soupape lorsque la pression dans le conduit d'alimentation du moteur hydraulique atteint une certaine valeur, afin de limiter la pression du liquide dans ce dernier conduit, d'autre part à fermer complètement la soupape lorsque la chute de pression à travers 1'étranglement atteint une certaine valeur, "5 5 afin de limiter le débit dans le conduit d'alimentation du moteur hydraulique » l'invention va maintenant être décrite plus en détail avec référence aux dessins annexés sur lesquels : la figure 1 est un schéma d'un système muni d'un dispositif 20 de commande selon l'invention. La figure 2 est un graphique montrant le rapport entre la pression P et le débit Q pendant 1»entraînement d'un moteur hydraulique du type représenté figure 1. La figure 3 est une coupe longitudinale à travers une soupa-■-5 pe de commande actionnée par le moteur représenté schématiquement figure t, La figure 4 est une coupe longitudinale à travers une variante d'un piston du type représenté figure 3 La figure 5 est une coupe longitudinale à travers une soupa-30 pe actionnée par un moteur qui peut être utilisée à la place de celle de la figure 3» Les éléments correspondants portent les mêmes références sur les différentes figures. Sur la figure 1, on voit en 11 un moteur à air comprimé, par 35 exemple un moteur à aubes glissantes, qui est alimenté en air comprimé par l'intermédiaire d'un conduit 12 relié à une source d'air comprimé non représentée. Le conduit 12 est commandé par une soupape 13 qui sert à la fois de aoupaps réductrice et de 40 soupape obturatrice, Le moteur 11 est relié directement à une pom- 70 11871 3 2038214 pe hydraulique 14 au moyen d'un arbre 15- la pompe 14 peut aussi être du type à aubes, coulissantes» la pompe 14 est alimentée en liquide à partir d'un réservoir 16, et elle envoie ce liquide dans un conduit 17 qui est le conduit d'alimentation d'un moteur 5 hydraulique 18. Un étranglement 19 est prévu dans le conduit 17; en amont de cet étranglement se trouve un tube détecteur de pression 20 qui fait communiquer une chambre de compression 2.-1 dans, un moteur de soupape 22 avec le conduit 17. De même, un autre tube détec-10 teur de pression 23 est monté en amont de l'étranglement 19 afin de faire communiquer une deuxième chambre de compression 24 avec le conduit 17. Dans le moteur 22, un piston 25 coulisse dans un cylindre 26 et sépare ainsi l'une de l'autre les chambres 21 et 24. La soupape 13 est maintenue par un ressort 27 en position 15 ouverte, comme le montre la figure, mais à l'aide d'une tige de piston 28, le piston 25 peu"t fermer complètement ou partiellement la soupape 13 en surmontant l'action du ressort. Le piston 25 est aussi muni d'une autre tige de piston 29 qui coulisse dans un cylindre 30 à la façon d'un piston, la face extrême 31 consti-20 tuant la surface du piston. Le cylindre 30 est relié à un réservoir par l'intermédiaire d'une soupape de commande 32 et n'est ainsi soumis à aucune pression, ou bien, au contraire, est relié par la soupape 32 et un conduit 33 au tube 20, c'est-à-dire au conduit 17. 25 Au moyen d'un ressort pré-chargé 34, la soupape 32 est main tenue dans la position représentée sur la figure, dans laquelle le cylindre est vide. Toutefois, lorsque la pression dans le conduit 17 atteint une valeur limite, par exemple si le moteur 18 est bloqué par une surcharge, la force du ressort 34 est sur-30 montée, car le tube 35 soumet la soupape 32 à la pression dans le conduit 17, et la soupape 32 bascule dans l'autre position et transmet la pression-du liquide au cylindre 30. La surface 31 du piston 29 est telle que la force du ressort 27 de la soupape 13 soit surmontée et que la soupape 13 ferme ainsi.le conduit 12 qui 35 alimente le moteur à air comprimé 11. Le moteur 18 peut, par exemple-, représenter plusieurs moteurs tels qu'un moteur pour mettre en rotation et un moteur pour faire.avancer un trépan rotatif du type carottier utilisant un foret à pointes de diamants. Ces mo-. teurs peuvent être reliés simultanément ou alternativement. Si ..40 un seul moteur d'avance affectant la forme d'un cylindre hydrau 70 1 1871 4 2038214 lique classique avec un piston à va-et-vient est relié au conduit 17 et que ce. moteur s'arrête, le dispositif de commande entre en action comme décrit et la soupape 13 se ferme. La pressicn dans le conduit 17 est maintenue à sa valeur limite, puisque la 5 soupape 13 s'ouvre si la pression dans le conduit 17 a tendance à diminuer. La figure 2 montre une représentation graphique de la pression P et du débit Q. dans le conduit 17» la pression limite est représentée schématiquement par la ligne 36. La pression ne peut donc, pas dépasser cette valeur limite. 1° Si, au contraire, le moteur 18 n'est pas en charge, parce que, par exemple, dans le cas d'un trépan rotatif, c'est un mo-teur rotatif destiné à faire tourner une tige à un tube de forage sur un mandrin et que le mandrin ne serre pas la tige de forage, la vitesse du moteur à air 11 augmente ainsi que la vi-15 tesse de la pompe 14. Un accroissement du débit dans le conduit 17 en résulte, et la vitesse de rotation du moteur 18 augmente donc. Si cette'augmentation de la vitesse de rotation continuait librement, le moteur 18 et lapsmpe 14 tourneraient à une vitesse excessive jusqu'à leur destruction. Toutefois, étant donné que 20 la chute de pression à l'étranglement 1S est proportionnelle au carré du débit, le piston 25 actionne la soupape 13 au moyen de la tige 28 pour fermer plus ou moins le conduit 12 lorsque le débit dans le conduit 17 augmente. Le débit Q a une valeur limite supérieure qui est presque 25 indépendante de la pression P. Cette valeur limite est représentée schématiquement en 37 sur la figure 2. Les limites 36 et 37 sont choisies de façon à se trouver un peu en deçà du débit et de la pression maximum admissibles en considération des éléments constitutifs du système hydraulique. La pression limite dans le SO conduit 17 pour fermer la. soupape 13 peut être .par exemple de 200 bars, mais la chute de pression à. l'étranglement 19 pour fermer la soupape 13 n'a gas besoin que d'atteindre 1 à 2%. de cette pression. Ainsi, la chute de la pression de sortie due- a cet étranglement est négligeable. Etant donné que la chute de -pres-35 sion dans l'étranglement est faible, la pression dans le conduit 17 peut être détectée soit en amont de- 18 étranglement 19» comme le représente la figure 1, soit en aval de celui-ci.. La référence 38 de la figure 2 désigne -une courbe caractéristique de la combinaison pression-débit qui apparaîtrait dans le ■40 conduit TT pour une certaine combinaison du moteur à air, de la 70 11871 5 2038214 poupe feyâraiilicfû© at de 2a pression fie l'air d5alimentation si le dispositif de coimaad® a3était? selon 1s invent i on » pas prévu pour limiter la pression et 1© débit» Efeis? grâce au dispositif de com-sande, • la sot sur hydraulique 18 fonctionne approximativement selon 5 la partie en traits continus d® la courbe caractéristique 38s antre les liadtes 36 ®t 3To Si "Iss lirai tes 3S et 37 ne sont pas lé- • gè rement inclinées, le système est instable. En pratique, on constate «ne telle inclinaison, et 1® moteur fonctionne par exemple suivant la ligne @s tiret® 38a» Les inclinaisons impliquent que 10 la pression liait© vasie légèrement avec le débit, et que le débit limite varie Isgèreraent avec la pressions Si 19 on n5 utilise pas un- dispositif de aommande selon l'invention 9 on doit eaoisir un Moteur à air de plue faible puissance pour lequel la courbe caractéristique de la pression et du débit 15 dans le conduit 17 présente approximativement la forme de la courbe en tirets 39 de la figure" 2, fi® façon à éviter que la pression et le débit a© dépassent les valeiïrs a&siges® Etant donné" que la puissance à la sortie Su î&steur 18 est égal® au produit matîiéssti-que de la pression par Xs débit fie son fluide sot sur 5, on obtient 20 fine jouissance qui, dans ee cas* est seulement 25?» de la puissance correspondant à la courba caractéristique 380 In relation aveo - des systèmes méoaniques selon 1* invent i on s le moteur 18 peut être ira.zsoteu? à piston. airi.al du type à plateau oscillant avec déplacement variable automatiquement s afin que le déplacement soit 25 augmenté jusqu'à uns pression d© commande dans la conduite 17 Juste"au-dessous d® la pression limite 36= Sur la figara 3S on a représenté la soupape 139 le moteur- 22 et la soupape de eos&ande■32. îa soupape 32 possède un tiroir 40 - sur lequel agit la ps?®ssi©a Sa&s le conduit 338 35 qui est rs-30. présenté sur la figura 1 sous la fosss S® deux conduits séparés} autrement dit9 le tiroir 4-0 ©st souzais à la pression dans le conduit 20. la soupape-d'arrât 13 Ssaa 2© eonfinit 12 comporte un siège de soupape st use soupape 41 ®us? laquelle ®git d*un oôtê 1® ressort 27 et â® l'sstr® lô tige S® piston gS« Ses tiges d® pts~ 35 ton 28, 29 se présentent sous la fossas â8-an& tige cylindrique- unique ayant une rainure simulais?© âsn® XaqugXl® uns bague fends.® 42 est disposée afin de servis» d!î clpaulement au piston 25 qui peut coulisser sur la tige êBs 29» §ri©s à ©ette disposition,;le ressort 25 n'est pas obligé de se déplaces? &vee la tige 28,29 lera-40 que le cylindre est aous pression @t, par conséquent » la aoupapa 70 11871 ^ 2038214 13 se ferme plus rapidement De plus, une butée 43" dans le cylindre 26 limite le déplacement du piston 25 afin que la soupape ne puisse pas se fermer entièrement mais seulement en partie lorsque le débit dans le conduit 17 atteint sa valeur limite, bien 5 que la soupape se ferme entièrement lorsque la pression atteint sa valeur limite. On voit en 45 un tuyau d'évacuation qui vide le cylindre 30 à travers la soupape 32 et vide aussi un espace 46. la figure 4 représente une autre forme possible du piston 10 25. 0e piston est solidaire des tiges 28, 29, et un clapet de retenue 44 permet un déplacement rapi de lorsque le cylindre 30 est sous pression. la figure 5 montre une autre réalisation possible du moteur 22 pour entraîner la soupape 41. Le piston 25 est placé en posi-15 tion fixe sur la tige 28, 29, et un passage égalisateur de pression 47 conduit à travers la tige 28, 29 vers une chambre d'extrémité 48 afin de compenser des fluctuations de pression sur la tige dans la chambre 49 de l'élément 41# La pression en amont et en aval de l'étranglement 19 agit sur le piston 25 comme dans le 20 cas de la figure 1, et une soupape de commande 50 de même type que la soupape 32 possède un piston 51 sur lequel agit, comme sur le piston 40, la pression dans le conduit 20. lorsque la pression limite est atteinte, le piston 51 ouvre une lumière 52, ce qui fait que le liquide contenu dans la chambre 24 est évacué par le 25 tube 45. le conduit 23 possède un étranglement 53 de façon à permettre la fermeture rapide désirable de la soupape 13. les modes de.réalisations représentés du dispositif de commande, de la soupape d'arrêt 13 et des soupapes de commande 32 et 50 ne doivent être considéré© que comme des exemples, et les 30 détails peuvent être modifiés dans la limite des revendications ci-après. Par exemple, lë ressort 27 qui maintient la soupape 41 peut-, bien entendu, être remplacé par un ressort pneumatique ou par un piston maintenu par une pression d'air constante, et.le piston'25 peut affecter la forme d'une membrane. Le ressort 27 35 peut aussi être remplacé par un ressort disposé dans la chambre 24 afin de maintenir le piston 25. l'invention n'est pas limitée à un type d'utilisation particulier, mais le moteur 18 peut, par exemple, être un outil hydraulique à percussion ou un moteur hydraulique pour toute autre utilisation. 70 11071 7 2038214 REVENDICATIONS 1 — Dispositif de commande pour un système mécanique d'entraînement d'un moteur hydraulique qui comporte un moteur à air comprimé (11), un conduit d'alimentation (12) pour ce moteur re-5 lié à une' source d'air comprimé, une pompe (14) entraînée par ce moteur pour envoyer un liquide sous pression dans un conduit (17) d'alimentation du moteur hydraulique (18) et un étranglement (19) dans le conduit (17) pour provoquer une chute de pression dans le débit du liquide, et caractérisé en ce que ce dispositif de 10 commande comprend une soupape (13, 41) dans le conduit d'alimentation (12) du moteur à air comprimé (11), un moteur (22) destiné d'une part à fermer en totalité ou en partie la soupape (13, 41) lorsque la pression dans le conduit d'alimentation (17) du moteur hydraulique atteint une certaine valeur en vue de limiter la 15 pression du liquide dans le conduit d'alimentation du moteur hydraulique, et d'autre part à fermer la soupape (13,41) lorsque la chute de pression à l'étranglement (19) atteint une certaine valeur afin de limiter le débit dans le conduit (17) d'alimentation du moteur hydraulique. 20 2 - Dispositif de commande selon la revendication 1, carac térisé en ce que le moteur (22) qui actionne la soupape (13# 41) comporte un premier piston à double effet (25) équilibré par rapport aux surfaces du piston, qui sépare une première chambre de compression (21) reliée au conduit d'alimentation (17) du moteur 25 hydraulique en amont de l'étranglement (19), d'une deuxième chambre de compression (24) reliée au conduit d'alimentation (17) du moteur hydraulique en aval de l'étranglement (19)> et qui est destiné à fermer la soupape (13, 41) sous l'effet de la pression agissant sur la surface da piston situé dans la première chambre 30 de compression (21), le moteur (22) pour actionner la soupape (13, 41) comportant aussi un deuxième piston (28, 29, 31) destiné à fermer la soupape-(13, 41) sous l'action du liquide, et une soupape de commande (31) ne permettant l'arrivée de liquide du conduit (17) d'alimentation du moteur hydraulique au deuxième piston 35 .,(29) que lorsque la pression dans le conduit d'alimentation du moteur hydraulique a atteint une valeur limite. --3-- - Dispositif de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce que le deuxième piston est une tige cylindrique (28, 29) qui peut coulisser dans un cylindre (30) et qui possède une 40 face libre en contact avec la soupape (41), l'autre face libre ex- 70 11871 2038214 trênie étant la surface (31) du deuxième piston, et le premier piston (25) étant monté sur la tige cylindrique (28,29). 4 - Dispositif de commande selon la revendication 3, caractérisé en ce que la tige cylindrique (28,29) possède un épaulement 5 axial (42) qui vient en butée axiale contre le premier piston (25) capable de coulisser sur la tige cylindrique (28,29). 5 Dispositif de co.miiande selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moteur (22) qui actionne la soupape comprend un premier piston â double effet (25) qui est équilibré par rap- 10 port aux faces du piston et qui sépare une première chambre de compression (21) reliée au conduit (17) d'alimentation du moteur hydraulique en amont de l'étranglement (19), d'une deuxième chambre de compression (24) reliée au conduit précité (17) en aval de l'étranglement (19)» ledit piston (25) sollicitant la soupape (13, 15 41) en position de fermeture grâce à la pression du fluide agissant sur la surface du piston situé dans la première chambre de compression (21), et une soupape de commande (50,51) actionnée par la pression du liquide dans le conduit (17) d'alimentation du moteur hydraulique est reliée à la deuxième chambre de compression 20 (24) afin d'en supprimer la pression lorsque la pression dans le conduit d'alimentation du moteur hydraulique atteint une pression - limite. 6 - Dispositif de commande selon la revendication 5, caractérisé en ce que le piston (25) possède deux tiges de piston op- 25 posées de même section, l'une (28) traversant la deuxième chambre de compression (24) afin d'agir sur la soupape (41) au moyen de sa face extrême, et l'autre (29) qui traverse la première chambre de compression (21) et aboutit dans une chambre à air comprimé (48) qui est en communication avec une chambre à air comprimé 30 (49) dans laquelle se trouve l'extrémité du premier piston (28). 7 - Dispositif de commande selon la revendication 6, caractérisé en ce que les deux tiges de piston (26,29) sont constituées par une seule pièce cylindrique (28,29) qui traverse le piston et sur laquelle le piston (25) occupe une position fixe. 35 8 - Dispositif de commande selon l'une quelconque des reven dications précédentes, caractérisé en ce que la soupape (41) est maintenue par un ressort en position ouverte.