Brevet FR2023013A1 — publié le 19700807

i,a présente invention, rentrant dans le secteur des systèmes fonctionnant au moyen de fluides,se se rapporte ulus nar- ticulièrement à des systèmes de transmission d'énergie du type dit à pulsations dans lesquels un générateur de pulsations hydrauliques à pression alternative est relié par une ligne de transmission d'énergie à un dispositif d'utilisation ou "récep teur", Ce récepteur fonctionne comme transducteur, en ayant habituellement un mouvement de va-et-vient et peut fonctionner avec percussion, par exemple comme marteau concasseur ou comme trépan.Un tel système peut fonctionner avec une distance considérable entre le générateur et le récepteur, par exemple une distance typique est de l'ordre de 30 mètres et souvent l'on désire qu'il soit cotmnandé par une personne se trouvant près du récepteur. Une telle commande a offert jusqu'à présent des difficultés et normalement on utilisait une télécommande électrique de soupapes convenables sur le générateur; l'invention a pour objet principal de fournir des moyens de commande améliorés qui peuvent être actionnés, si on le désire, de ltextrémité du système côté récepteur. La ligne de transmission d'énergie tend à pulser ou à vibrer en harmonie avec la pression oscillante du fluide et, si elle a la forme d'un tuyau souple, cette vibration résonnante produit une fatigue supplémentaire considérable oui réduit la vie utile du tuyau. Un autre objet de l'invention consiste à fournir des susdits moyens de commande gracie auxquels, quand on utilise un tuyau souple comme ligne de transmission d'énergie, la vie effective du tuyau est augmentée. Conformément à un aspect-de l'invention un système hydraulique à pulsations comprend une ligne de transmission d'énergie reliant le générateur et une cambre de pression ou de réception des pulsations du récepteur, une ligne de retour, des moyens de commande à soupape à ltextrél.nté du système, c8té récepteur, agissant pour interconnecter les lignes de transmission d'énergie et de retour en produisant un courant hydraulique de retour dans la ligne de retour, et des moyens de commande à l'extrémité du système, côté géne'rateur, pour détecter la variation des conditions de débit résultant du fonctionnement des moyens à soupape et pour empêcher sòstantiellement les pulsations de pression du générateur d'atteindre au moins la plus grande partie de la loeigueur de la ligne de transmission d'énergie reliée au récepteur. De préférence, pratiquement toute la longueur de la ligne de transmission d'énergie est soulagée des fluctuations matérielles de pression pendant les périodes de repos du récepteur, c' est-à-dire lorsque les moyens de commande à soupape fonctionnent et on peut utiliser l'écoulement de retour pendant ces périodes pour obtenir le refroidissement du récepteur.Dans ce but les moyens de commande à soupape peuvent agir pour relier la ligne de retour à la chambre de pression du récepteur et ils peuvent établir cette connexion de façon indirecte par l'intermédiaire d'une zone ou chambre à basse pression du récepteur. ainsi, l'écoulement de refroidissement résultant, qui applique une méthode commode pour évacuer la chaleur de friction inévitablement développée par le récepteur quand il convertit l'énergie hydraulique en travail mécanique, passe de la chambre de pression et de là, au travers de la chambre ou zone à basse pression, à la ligne de retour. Alternativement et bien que ceci ne soit pas préférable, la soupape peut agir pour interconnecter directement les deux lignes. De préférence, le récepteur comprend un piston sur lequel agissent les pulsations de pression dans la chambre de pression pour déplacer le piston dans une direction, le piston étant rappelé par l'action d'un ressort. La force du ressort peut etre apDliauée au piston par un fluide liquide, qui remplit alors de préférence ladite chambre à basse pression. Dans ce cas, le liquide dans la chambre peut être comprimé de façon à réaliser un ressort liquide ou bien il peut transférer la force provenant d'un ressort du type pneumatique employant de l'air connrimé ou autre gaz comprimé. Le type et la succession opérationnelle de la soupape de commande sont déterminés par l'application spécifique, qui peut être télécommandée ou automatique. Néanmoins, on a ainsi une solution particulièrement commode pour les problèmes de commande dans des applications réquérant le fonctionnement intermittent du récepteur sous la commande locale manuelle d'un opérateur. Lorsque les moyens de commande à soupape fonctionnent l'énergie de sortie du générateur peut être absorbée dans une capacité ou accumulateur suffisssment grand auquel est connectée la sortie du générateur. tes moyens de commande-peuvent inclure-un 4trangle- ment ou une soupape sensible à l'écôulement au travers duquel passe l'écoulement de retour, l'élévation de pression en amont de ltétranglement ou bien le fonctionnement de la soupape sensible à l'écoulement, résultant de 1 t écoulement de retour, commandant une soupape principale faisant partie des moyens de comman- de, cette soupape principale fonctionnalt-pour soulager la ligne de pression des pulsations de pression du générateur. Le fonctionnement de la soupape principale peut couper la ligne de transmission d'énergie en un point voisin du générateur et relier ce dernier à un réservoir d'alimentation du système. Alternativement la soupape principale peut couper-le générateur de la ligne de transmission d'énergie ou au moins d'une grande partie de sa longueur, tout en laissant le générateur relié à ladite capacité ou accumulateur. Afin de maintenir l'écoulement de retour à basse pression lorsque les moyens de commande à soupape fonctionnent, on peut connecter une pompe d'appoint à basse pression dans le circuit de transmission à pulsations, par l'intermédiaire-d'une soupape de non retour. ormalement, cette pompe fonctionnera alors aussi pendant les périodes de transmission d'énergie, quand elle agit pour fournir une pression de fonctionnement moyenne du système et assurer que le système ne soit jamais soumis à une pression négative. L'étrang-lement ou la soupape sensible à ltécoulement,faisant partie des moyens de commande, est relié dans le système de préférence tout près et du côté aval ou sous pression de la pompe d'appoint; ;-afin -afin de fournir une réponse rapide au ionctiolmement de la soupape de commande du récepteur. - On peut obtenir un composant de l'écoulement de retour par la fuite d'un ou de plusieurs joints à haute pression à l'intérieur du récepteur. La ligne de transmission au moins peut être un tuyau flexible, et si elle est fixée de façon à limiter les vibrations, en ou si elle s'étend sur un sol accidenté, par exemple/étant reliée à un marteau concasseur, il peut se produise une sérieuse abrasion de l'enveloppe externe du tuyau, Dar suite de l'usure au point d'ancrage ou du mouvement sur le sol. Pour y remédier, le tuyau flexible constituant la ligne de transmission d'énergie peut passer à l'intérieur d'un tuyau externe ou conduite qui est prévu pour la ligne de retour. Ainsi, selon un autre aspect de l'invention, un système hydraulique à pulsations comporte une ligne de transmission d'énergie qui a la forme d'un tuyau flexible reliant ensemble le générateur et le récepteur, qui passe à l'intérieur d'un tuyau ou conduit externe contenant un fluide de retour à basse pression provenant du récepteur. En service le fluide à basse pression, qui normalement revient à un réservoir d'alimentation pour le générateur, sert à amortir les vibrations dans le tuyau de transmission d'énergie, tandis que l'énergie est transmise et le problème de l'abrasion du tuyau est résolu, car il est protégé à l'intérieur du tuyau ou conduit de retour extérieur et entouré de liquide lubrifiant. L'invention embrasse un récepteur, par exemple un marteau concasseur, muni de connexions à une ligne de transmission d'énergie et à une ligne de retour et conçu pour être utilisé dans un système tel que celui décrit. Cinq modes de réalisation de l'invention sont schématiquement représentés, à titre illustratif, sur les dessins joints. Ces dessins comprennent cinq figures qui illustrent respectivement des systèmes de transmission hydraulique à pulsations constituant ces modes de réalisation. Dans chaque cas le système inclut un générateur, indiqué par la référence 1, qui est relié à un récepteur 2 ayant la forme d'un transducteur à va-et-vient, par une canalisation 3 formant une ligne de transmission d'énergie. Le système contient un fluide hydraulique sous pression tel que de l'huile ou de l'eau maintenu à une pression moyenne de, par exemple, 70 kg/cm2 par une pompe d'appoint 4 reliée à un réservoir d'alimentation 5. Le générateur 1 comporte un piston la à mouvement va-et-vient (figures 2, 4 et 5) qui superpose des ondes de pression oscillantes ayant une amplitude de par exemple +56 kg/cm2, à la pression de la pompe d'appoint, ce piston pouvant être entraîné par came ou manivelle à partir d'un moteur convenable ne faisant pas partie du système. Le récepteur des figures 1 à 3 est un marteau concasseur pour défoncer les chaussées, qui est illustré avec quelques détails sur la coupe de la figure 1 et n' est ps représenté sur les figures 2 et 3. te meme marteau peut être utilisé avec les figures 4 et 5, la figure 4 illustrant, très schématiquement, un mode de construct on un peu plus simple, et cet outil étant a nouveau omis sur la figure 5. Une canalisation 6 fournit une ligne de retour et revient du récepteur 2 aux moyens de commande à l'extrémité du système côte générateur et la canalisation 3 peut être un tuyau flexible ou une structure classique ren- forcée ayant une longueur considérable, par exemple 30 mètres. La ligne de retour 6 a une section de débit transversale plus petite que la ligne de transmission d'énergie 3 et elle est représentée disoosée séparément entre le générateur et le récepteur. Néanmoins, la ligne de transmission d'énergie peut nasser à l'intérieur de la ligne de retour avec une structure coaxiale dans l'ensemble, et les avantages déjà décrits qui résultent de cette combinaison. Si l'on se réfère en particulier à la figure 1, le marteau 2 ce rend un corps ou boîtier 7 avec des poignées latérales 8 et dans ce corps peut se déplacer, suivant un mouvement alternatif, une pièce 9 comprenant piston et percuteur dont la forme est en gredins. L'extrémité supérieure d'une partie de piston 9a de la pièce 9 fait saillie dans une chambre de pression 10 formée dans le corps 7 et reliée en permanence à la ligne de transmission d'énergie 3.Un décrochement 12 définissant l'extrémité inférieure de la partie 9a fournit une aire différentielle sur laquelle agit la pression du fluide dans une chambre t basse pression ou à ressert 13, également formée dans le boîtier 7. une partie de percuteur go de la pièce 9 est apte à entrftner une pointe de forage 14 à action percutante et cette partie glisse à travers un joint 15 feulant l'extrémité inférieure de la cambre 13.La partie de piston 9a coulisse dans des joints 16 et 17 disposés a chaque extrémité d'une cham- bre 18 à vent à travers laquelle passe la partie 9a et dans laquelle est disposée une section intermédiaire en Gradins de cette partie. te fonctionnement du marteau est cOrrar0r1é par une soupape de commande 19 incorporée dans le corps 7 et actionnée manuellement par un levier de commande 20 qui peut être saisi et appliqué contre l'une des po nées 8 de façon à déplacer un élément de soupape électromagnétioue 22 à l'encontre d'un ressort de soupape 23 dans la position de fonctionnement illustrée, dans laquelle il sert à connecter la ligne de transmission d'énergie 3 en un point voisin du générateur 1 à l'accumulateur 28 par les canalisations 38 et 3. L'accumulateur 28 est d'un type classique comportant une chambre 40 à gaz sous pression, qui est séparée par un diaphragme souple 42 d'un espace 43 contenant du fluide avec lequel communique la ligne 39. tes ondes de pression produites par le générateur 1 sont absorbées par l'accumulateur, de sorte que les moyens de commande agissent pratiquement pour empêcher les pulsations de pression du générateur 1 d'atteindre la ligne de transmission d'énergie 3 en aval de la ligne 34, La pression moyenne du système est encore maintenue par la pompe 4 qui fournit le courant de retour recirculant au travers du marteau 2, ce courant maintenant les moyens de commande en action pour que le marteau reste au repos tant que l'opérateur maintient la soupape de commande 19 ouverte. Le relâchement du levier de commande 20 par l'opé- rateur permet que le ressort de soupape 33 ramène le baladeur de soupape 10 à la position normale de non fonctionnement, dans laquelle il relie la canalisation de commande 37 de la soupape 26 au réservoir 5 par une canalisation d'évacuation 44.Ceci permet que le ressort de soupape 32 ramène le baladeur de soupape 29 à la position fermée de non fonctionnement dans laquelle l'accumulateur 28 est déconnecté de la ligne de transmission d'énergie 3. Comme la soupape 19 ne relie plus les chambres 10 et 13 du marteau, les pulsations de pression qui sont superposes à la pression principale du système agissent dans la chambre de pression 10 pour entraîner la pièce piston-percuteur 9 et pour provoquer sa course vers l'avant, la compression du fluide hydraulique sous pression dans la chambre à ressort 13 fournissant l'effort élastique du retour pour la pièce pistonpercuteur. Les systèmes des figures 2 et 3 utilisent la même dissosition de marteau et de soupape de commande que celle déjà décrite et par suite sur chacune de ces figures on n'a représanté que 1' extrémité côté générateur du système incluant les moyens de commande. Si l'on se reporte à la figure 2, le générateur 1 qui y est représenté comporte un piston la ayant une forme étagée avec une partie d'extrémité à plus petit diamètre 50, qui co-rmunic!ue avec la ligne de transmission d'énergie 3 et qui produit normalement les pulsations de pression qui à nouveau sont superposées à la pression moyenne du système produite par la pompe 4 reliée à la ligne de transmission d'énergie 3 au travers de la soupape unidirectionnelle 35.Le piston la fonctionne sous l'action d'une came excentrique 51 qui tourne à l'intérieur d'une chambre fermée 52 du générateur, chambre à l'intérieur de laquelle la partie 53 d'extrémité intérieure plus large du piston peut se déplacer et présente une face d'ex- trématé qui est en contact avec la came 51. La chambre 52 est complètement et hermétiquement séparée d'une ligne de co-mmande 54 qui est reliée à une soupape principale 55 faisant partie des moyens de commande.Comme dans le système de la figure 1, la soupape 55 est commandée par une soupape pilote 56 sensible à l'élévation de pression en amont d1un étranglemént 57 dans la ligne de retour 6, ces soupapes et l'étranglement étant construits de façon semblable en étant disposés et en coopérant comme dans le mode de réalisation de la figure 1. La soupape 55 soulage normalement la pression de la chambre 52 vers la réservoir 5 par une ligne 58 et la pression dans la ligne de transmission d'énergie 3 maintient le piston la en contact avec la came. Néanmoins le fonctionnement des moyens de commande résultant d'une élévation de pression en amont de l'étranglement 57 relie la chambre 52 à la ligne de transmission d'énergie 3 par l'intermédiaire d'une canalisation de pression 59. Ainsi la pression d'appoint du système met sous pression la chambre intérieure 52 du générateur et cette pression est appliquée aux deux faces d'extrénftté du piston la.La force différentielle agissant sur le tison, due à ce que la portion 53 de l'extrémité plus grande se trouve dans la chambre 52, soulève le piston en le détachant de la came 51, de sorte que le générateur ne fonctionne plus et que comme anparavant la pompe 4 fait circuler le fluide hydraulique dans le marteau 2 tant que la soupape de commande 1 9 est maintenue ouverte par l'opérateur. Dans le système de la figure 3, le générateur 1 est couplé au moteur (-r.on représenté) par l'intermédiaire d'un embrayage 6G de type classique et l'applicatioei d'une pression hydraulique par la canalisation de commande 61 de l'embrayage libère ce dernier, de sorte que le moteur n'entraine plus le générateur. Dans ce cas la soupape de commande 62 faisant partie des moyens de commande est directement actionnée par la pression en amont de l'étranglement 63 et dans la position de fonctionnement illustrée elle relie la pression d'appoint à la ligne de commande 61 par une canalisation sous pression 64. Dans la position fermée de la soupape la canalisation de commande 61 peut se vider dans le réservoir 5 par une canalisation 65. Le récepteur 2 et la soupape 70 de commande à action manuelle utilisés dans les systèmes des figures 4 et 5 comportent des chambre de pression et à ressort 71 et 72 qui agissent en opposition vis-à-vis du marteau de la figure 1. Un piston et percuteur en gradins à mouvement de va-et-vient 73 comporte un décrochement intermédiaire 74 qui est maintenant positionné dans la chambre de pression 71 pour fournir une surface différentielle sur laquelle agissent les pulsations d'énergie hydraulique lorsque la soupape de commande 70 est fermée. L'extrémité supérieure du piston se déplace dans la chambre à ressort 72, remplie de fluide et ainsi la pression du ressort fournit alors des courses actives de la pièce piston-percuteur 73 et ce sont les pulsations de pression qui produisent les courses de retour. La soupape 70 est montée du côté du récepteur 2 et dans la position de fonctionnement ouverte illustrée elle relie la chambre de pression 71 à l'extrémité inférieure de la chambre à ressort 72 par les conduits 75 et 76, et ltextrémité supérieure de la chambre à ressort 72 à la ligne de retour 6 par un conduit 77. Ainsi, lorsque le récepteur est au repos, la pompe d'appoint 4 fait à nouveau recirculer le fluide hydraulique, ce fluide passant par les deux chambres du récepteur avec un effet de re froidissement amélioré en conséquence. Dans la position fermée normale la soupape 70 obture les canalisations 75, 76 et 77. Si l'on se reporte particulièrement à la figure 4, les moyens de commande du système comprennent une soupape pilote 78 sensible à la pression, qui commande une soupape principale 79, ces soupapes comportant des éléments de soupapes 80 et 81, comportant un coulisseau chargé par un ressort. Dans l'état normal de non fonctionnement de la soupape 79 la ligne de transmission d'énergie 3 est reliée à un accumulateur 82 auquel la sortie du générateur est connectée an ermanence et du fluide d'appoint de la pompe 4 alimente l'accumulateur 82 par l'intermédiaire d'un passage 83 à étranglement à travers l'élément de soupape 80 et une soupane-unidirectionnelle 84.Pendant le fonctionnement du récepteur 2 le débit d'appoint passant par le passage étrarElé 83 ne suffit pas à produire une pression différentielle dans l'élément de soupape 80, supérieure à l'effort du ressort de soupape, de sorte que le ressort de soupape main- tient l'élément de soupape dans sa position normale de non fonctionnement, c'est-à-dire droite de la position illustrée sur la figure 4. Dans la position normale de la soupape 78 une canalisation de commande 85 de la soupape 79 est reliée au réservoir 5 par une canalisation 86. La pression d'point est fixée par un détendeur 87 qui est relié à la ligne de retour 6 et à une ligne de vidage 88 revenant au réservoir 5. Par suite du fonctionnement de la soupape 70, le courant de retour passant par la ligne 6 entraîne un courant d'appoint de la pompe 4, augmenté en conséquence, et le passage de ce courant accru dans la soupape.78 produit une pression åLffé- rentielle qui déplace l'élément de soupape 80 dans la position de fonctionnement illustrée. La pression d'point est maintenant appliouée à la canalisation de commande de soupape 85 pour amener l'élément 80 dans la position de fonctionnement illustrée, ce qui coupe la ligne de transmission d'énergie 3 de l'accumulateur 82. L'accumulateur 82 a une capacité suffisante pour absorber la puissance de sortie du générateur 1.Dans la posi- tion de fonctionnement de la soupape, la pompe d'appoint est reliée à la ligne de transmission d'énergie 7 par une canalisation 89 court-circuitant l'accumulateur 82, de sorte nue la pompe maintient le courant de retour en recirculation qui ase encore par l'élément de soupape 80 qui est maintenu en position de fonctionnement jusqu'à ce que la soupape de commande 70 soit fermée. La canalisation de vidage ES comprend un radiateur 90 pour refroidir le fluide hydraulique. La figure 5 illustre l'extrémité, côté générateur, du système correspondant, qui est semblable à celle de la figure 4, sauf que l'accumulateur 2 n'existe pas. A sa place l'élément de soupape 31 de la soupape de commande 79 comporte an cordon et une lumière supplémentaires de façon qu'en position de fonctionnement il relie directement la sortie du générateur au réservoir 5 par une ligne 1. Par ailleurs, les systèmes des figures 4 et 5 sont identi o ue s. On comprend que l'invention, non seulement soustrait la ligne de transmission d'énergie à l'effet de la puissance de sortie pulsée du générateur et des efforts cycliques résultants lorsque le récepteur est au repos, mais aussi que dans tous les modes de réalisation autres que celui de la figure 4, le rendement est également amélioré, puisque la puissance requise par le générateur est fortement réduite pendant les périodes de repos. Dans les systèmes connus le générateur continue à imposer des ondes de pression oscillantes sur le fluide hydraulique dans la ligne de transmissioeri d?ènergie, même lorsque le récepteur ne fonctionne pas. REVEIDICATIGitS 1. Système hydraulique dit à pulsations comprenant une ligne de transmission d'énergie reliant le générateur et une chambre de pression ou de réception des pulsations du récepteur, une ligne de retour, des moyens de commande t soupape à l'extrémité du système, côté récepteur, agissant pour interconnecter les lignes de transmission d'énergie et de retour en produisant un courant hydraulique de retour dans la ligne de retour, et des moyens de commande à l'extrémité du système, côté générateur, pour détecter la variation des conditions de débit résultant du fonctionnement des moyens à soupape et pour empêcher substantiellemant les pulsations de pression du générateur d'atteindre au moins la plus grande partie de la longueur de la ligne de transmission d'énergie reliée au récepteur. 2. Système hydraulicçue selon la revendication 1, dans lequel le courant de retour est utilisé pour obtenir le refroidissement du récepteur. 3. Système hydraulique selon la revendication 2, dans lequel les moyens de commande à soupape agissent pour relier la ligne de retour à la chambre sous '-resaion du récepteur. 4. Système hydraulique selon la revendication 2, dans leouel les moyens de commande à soupape agissent pour établir un trajet de circulation allant de la ligne de transmission d'énergie à la ligne de retour par l'intermédiaire d'une chambre de travail du récepteur. 5. Système hydraulique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les moyens de commande comprennent un étranglement ou une soupape sensible au débit à travers lequel passe le fluide de retour et une soupape principale, une élévation de pression en amont de l'étranglement ou le fonctionnement de la soupape sensible au débit résultant du débit de retour commandant la soupape principale qui agit substantiellement pour soulager la ligne de pression des pulsations de pression du générateur. 6. Système hydraulique selon la revendication 5, dans lequel le fonctionnement de la soupape principale relie le générateur w un accumulateur dans lequel la puissance du générateur est absorbée. 7. Système hydraulil-ue selon la revendication 5, dans lequel le fonctionnement de la soupape principale relie le générateur à un réservoir d'alimentation du système. 8. Système hydraulique selon la revendication 6 ou la revendication 7, dans lequel le fonctionnement de la soupape principale déconnecte également le générateur de la ligne de transmission d'énergie. 9. Système hydraulique selon la revendication 5, dans lequel le générateur est relié à la ligne de transmission d'énergie par l'intermédiaire d'un accumulateur et le fonctionnement de la soupape principale agit pour couper l'accumulateur de la ligne de transmission d'énergie. 10. Système hydraulique selon la revendication 5, dans lequel le générateur comprend un piston actionné par came et ayant un mouvement de va-et-vient, dont l'extrémité avant cor?ununique avec la ligne de transmission d'énergie et dont extrémité arrière se déplace dans une chambre fermée qui est reliée à un réservoir d'alimentation pendant le fonctionnement normal du générateur, le fonctionnement de la soupape principa li-ne de le reliant cette chambre à la/ransmission d'énergie et la cou- pant du réservoir, de sorte qu'une pression différentielle sur le piston du générateur le soulève et le dégage de la came d'actionnement. 11. Système hydraulique selon la revendication 5, dans lequel le fonctionnement de la soupape principale libère un ernbrayage à commande hydraulique par l'intermédiaire duquel le générateur est entraîné. 12. Système hydraulique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel une pompe d'appoint du système fournit le débit de retour lorsque les moyens à soupape de cor.amande agissent. 13. Système hydraulique selon l'une quelconque des revendications 5 à 10 et la revendication 12, dans lequel ledit étranglement ou la soupape sensible au débit est relié, dans le système, tout près de la pompe d'appoint, du côté sous pression. 14. Système hydraulique à pulsations comprenant une ligne de transmission d'énergie reliant un générateur et un récepteur du système, la ligne de transmission ayant la forme d'un tuyau flexible passant dans l'intérieur d'un tuyau ou conduit externe ou es véhicule un débit de courant à basse pression venant du récepteur. 15. Système hydraulique selon une quelconque des revendications précédentes, dans lequel des moyens de refroidis- senent du débit hydraulique de retour sont associés à la ligne de retour au voisinage du générateur.