Brevet FR2086231A1 — publié le 19711231

La présente invention est relative à un dispositif de commande destiné à commander de préférence plusieurs éléments actionnés par la pression d'un fluide, séparément aussi bien que plusieurs à la fois, chaque élément étant commandé par un distributeur séparé et ceux-ci étant reliés en parallèle à une seule et même source 5 de pression de fluide et à un réservoir , dispositif qui est également destiné à décharger ladite source de pression de fluide lors-qu'aucun élément n'est actionné. Les distributeurs habituellement utilisés à cette fin comprennent une fonction de dérivation et sont assemblés de manière à 10 former un bloc près du siège de l'opérateur. Deux tuyauteries à haute pression partent habituellement du bloc distributeur et vont jusqu'à chaque élément à actionner. En conséquence, sur une flèche (bras de grue) , le nombre de tuyauteries à haute pression est très important, ce qui est un inconvénieiît sérieux aussi bien du point de 15 vue technique que du point de vue pratique. Un autre inconvénient important est que 11actionnement d'un élément par l'intermédiaire d'un distributeur influe dans une grande mesure sur le fonctionnement simultané d'autres éléments. Si par exemple, alors qu'une flèche tourne lentement, on commence à la soulever, sa vitesse de ro-20 tation est considérablement modifiée. Afin de compenser cet effet, il est nécessaire d'actionner au moins un autre distributeur en liaison avec le fonctionnement du premier distributeur. Le sens et le degré d1actionnement de cet autre distributeur varient pour chaque cas particulier et doivent donc être estimés d'avance, ce qui est 25 difficile à réaliser car 10 à 20$ seulement de la course de déplacement du distributeur sont utilisés pour commander le débit et l'emplacement de la plage de commande de débit change en fonction de la pression différentielle de l'élément à actionner et du débit de la pompe. De plus, le tiroir du distributeur est difficile à faire 30 fonctionner. Ces derniers inconvénients subsistent lorsqu'un seul élément est actionné. Ces inconvénients peuvent être partiellement éliminés en ajoutant au distributeur un effet de commande du débit, basé sur la détection de la position du tiroir du distributeur ou du débit. Toutefois, il n'en existe pas moins une dépendance indési-35 rable par rapport aux variations de la pression de la source de rression dans diverses conditions de charge. L'invention a pour but de fournir un dispositif simple destiné à commander un ou plusieurs éléments, dans lequel les inconvénients mentionnés ci-dessus sont éliminés. Selon l'invention, les distributeurs sont agencés, d'une manière 2 2086251 71 14192 connue, afin de déplacer les éléments, respectivement,dans un sens et avec une vitesse qui dépendent uniauement d'un signal d'entrée de sens et de valeur variables, appliqué à chaque distributeur et indépendant du fait que l'élément absorbe ou fournit de l'énergie lors de son déplacement et de la valeur de la chute de pression 5 dans le distributeur correspondant, et en ce que la source de pression de fluide est munie d'un dispositif de régulation destiné d'une part à maintenir dans une tuyauterie d'alimentation desdits distributeurs un débit suffisamment élevé pour alimenter tout élément actionné avec ion débit qui ne peut pas être inférieur au débit 10 correspondant au signal d'entrée du distributeur correspondant de plus d'une valeur limitée, par exemple 10 % du débit maximum desdits éléments, et d'autre part, à empêcher la pression du circuit, lorsqu'on commande un élément absorbant de l'énergie , de dépasser la demande de pression la plus élevée des éléments actionnés à un 15 moment quelconque et, lorsqu'on commande un élément fournissant de l'énergie ou en cas de fonctionnement à charge nulle, de dépasser le niveau de pression du réservoir de plus d'une valeur acceptable en fonction de l'efficacité, c'est-à-dire d'une valeur suffisante pour compenser les pertes de charge dans les tuyauteries et 20 les distributeurs. Ainsi, les caractéristiques de pression du circuit d'alimentation, c'est-à-dire de la source de pression de fluide et du dispositif de régulation en fonction du débit assuré, doivent être réglées de sorte que le point de fonctionnement remplisse les deux conditions, celui-ci devant être lui-même adapté aux 25 caractéristiques de pression et de débit des ditributeurs. La régulation de la pression du circuit peut être obtenue par une dérivation ou grâce à une pompe fournissant un débit variable,située près du slège de l'opérateur et/ou de la source de pression de fluide, auquel cas les divers distributeurs peuvent être situés près des éléments 30 à actionner, ces distributeurs étant reliés par une courte tuyauterie à une tuyauterie d'alimentation du type à haute pression commune à tous les distributeurs et éléments à actionner et à une tuyauterie de retour qui permet de rendre optimaux le système de distribution et les composants. Les distributeurs peuvent être commandés 35 par des tuyauteries pneumatiques ou hydrauliques à basse pression ou par des liaisons mécaniques ou électriques ou par des combinaisons desdites tuyauteries et liaisons. Ainsi, lorsqu'on actionne un distributeur commandant la charge ia plus importante, la pression du circuit est 40 réglée par cette charge à laquelle il est 71 14192 2086231 par suite communiqué une vitesse légèrement inférieure à la valeur correspondant au signal d'entrée.Toutefois, les charges plus légères restantes reçoivent des vitesses correspondant à leur signal d'entrée . 5 Les aistributeurs qui transmettent au moins un débit qui est à peu près proportionnel à un seul signal d'entrée sont de préférence agencés d'une manière connue en soi, afin d'utiliser des forces d'impulsion pour commander le débit mais d'autres procédés peuvent être également utilisés, basés par exemple sur les tech-1C niques d'asservissement . Les dispositifs de commande de la pression du circuit de la manière envisagée sont aussi bien connus dans la technique de la régulation . Selon un mode de réalisation de l'invention, la régulation envisagée de la pression du circuit peut être obtenue d'une ma-15 nière simple sans utilisation de dispositifs de détection de pression et., eu de débit car : Qs " Q1 ~ Q2 ' "Sr.arg dans laquelle Q, = débit dans la tuyaute-le d'alimentation des S 30 35 distributeurs reliés en parallèle Ql' de commande Q,-, ... = débits des éléments demandés par les signaux = débit limité, c''est-à-dire 1G,j de Q. marg * s max. Ainsi, en réglant les divers dispositifs distributeurs, le débit nécessaire , qui est le débit total moins un débit limité, est demandé à la source de pression de fluide . En conséquence , les deux conditions nécessaires selon l'invention sont satisfaites automatiquement . Un autre mode de réalisation de l'invention est caractérisé en ceci que lorsque les distributeurs commandent des éléments absorbant de l'énergie, ils sont agencés pour détecter la pression existant dans la tuyauterie d'alimentation entre les éléments et leurs distributeurs, respectivement^et, lorsqu'ils commandent des éléments fournissant de l'énergie ou qu'ils se trouvent au point mort, ils détectent la pression dans la tuyauterie du réservoir, et en ce qu'il est prévu en outre un dispositif destiné à comparer toutes les pressions détectées et à commander le dispositif de régulation de la source de pression de fluide au niveau de la plus élevée de ces pressions, de sorte que la pression existant dans la tuyauterie d'alimentation des distributeurs reliés en pa 71 5 10 15 20 25 30 35 40 14192 4 2086231 rallèle est toujours égale à la somme de ladite pression la plus élevée et des pertes de charge dans les tuyauteries et les distributeurs . En utilisant la pression maximale dans les tuyauteries d'alimentation pour commander l'alimentation des distributeurs en fluide, chaque élément à actionner est automatiquement alimenté selon un débit qui ne peut pas descendre en dessous de la valeur correspondant au signal d'entrée plus une quantité limitée . D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante, donnée à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels : la Fig.l est un schéma représentant un certain nombre d'éléments à actionner , chaque élément étant alimenté par l'intermédiaire d'un distributeur par une source de pression de fluide c ommune ; les Fig.2 et 2a représentent une conception connue des distributeurs et les caractéristiques correspondantes des zones d'étranglement ; les Fig.3 et 4 sont des courbes représentant la pression en fonction du débit d'un distributeur utilisé selon l'invention avec un élément à actionner du type absorbant de l'énergie hydraulique et d'un distributeur correspondant commandant un élément du type fournissant de l'énergie hydraulique, respectivement ; les Figs 5a,5b«et 5c sont les courbes correspondantes pour deux éléments à actionner absorbant de l'énergie et leurs distributeurs , et la courbe commune à ces deux éléments, respectivement; les 6a,6b et 6c sont les courbes semblables à celles des Fig.5a,5b et 5£ mais correspondant à des éléments fournissant de l'énergie ; les Fig.7a,7b et Je sont des courbes similaires correspondant à des éléments absorbant et fournissant de l'énergie devant être actionnés ensemble par des distributeurs ajiant un coefficient de proportionnalité linéaire ; les Fig.8a,8b et 8cî sont des courbes correspondant aux Fig. 7a,7b et Je mais pour des éléments fournissant de l'énergie ; la Fig.9 représente les caractéristiques de pression et de débit d'un circuit utilisant une régulation de l'alimentation qui dépend de la pression dans la tuyauterie d'alimentation de l'élément ayant la pression la plus élevée ; 71 14192 5 2086231 les Fig. 10a, 10b et IOcî indiquent les caractéristiques de pression et de débit des deux éléments à actionner ainsi que la „ourbe commune d'un circuit selon la Fig.9, respectivement la Fig.11 indique les caractéristiques de pression et de débit 5 d'un élément à actionner fournissant de l'énergie ; la Fig.12 montre schématiquement un dispositif destiné à décider de la pression la plus élevée existant dans le circuit représenté aux Fig. 9 à 11 ; la Fig.13 montre schématiquement , à titre d'exemple, un dis-10 positif de régulation de l'alimentation . Le circuit représenté à la Fig.l comporte une pompe hydraulique comprenant une source de pression de fluide 1 ayant une tuyauterie sous pression 2 .Entre la tuyauterie 2 et une tuyauterie de retour 3 sont branchés un certain nombre de distributeurs 4 (deux 15 d'entre eux seulement sont représentés sur les dessins ).Un élément 5 à actionner est raccordé à chaque distributeur 4. Les distributeurs classiques 4 sont habituellement associés à une tuyauterie de dérivation et un distributeur de ce type est représenté schématiquement à la Fig.2. Les tuyauteries de dérivation de tous 20 les distributeurs doivent être raccordées en série à un réservoir. Les caractéristiques de commande sont déterminées par la coopération de trois passages variables ayant des surfaces AM et Ag qui varient en fonction d'une distance x à partir du point mort d'un tiroir mobile du distributeur, comme représenté à la Fig.2a . 25 Comme représenté sur cette Fig.2a , la surface Ag est impor tante lorsque x = 0 et le fluide peut circuler directement de la pompe au réservoir sous une faible pression p . L'élément à ac- S tionner est alors verrouillé . Les caractéristiques de commande sont influencées par le débit de la pompe ainsi que par la pres-30 sion de charge . Si xg, x1 et x2 sont les signaux d'entrée destinés à la régulation de la pression de la source de pression de fluide 1 et aux réglages des deux distributeurs 4, respectivement , dans un circuit classique, x et x, ainsi que x et x0 sont obligatoire- S JL S ment liés entre eux quel que soit le débit de la source de pres-35 sion de fluide et la pression de charge des éléments à actionner, ce qui fournit de mauvaises caractéristiques de commande .On n'utilise que 10 à 20% de course des tiroirs de distributeur pour commander le débit, la position de la plage de commande du débit varie, le fonctionnement d'un élément peut être considérablement 40 influencé par celui d'un autre élément et le passage de dérivation 71 14192 6 2086231 ne peut pas être séparé du reste du distributeur . La Fig.l indique aussi les caractéristiques hydrauliques d'un circuit commandé hydrauliquement selon l'invention . Les éléments à actionner sont indiqués par des chiffres, un élément ayant un 5 chiffre de faible valeur supportant une charge plus importante qu'un élément ayant un chiffre de valeur plus élevée , et une paire élément + distributeur arbitraire est indiquée par la lettre i_ . Les pressions de charge des éléments à actionner sont alors définies par : io A Pli ^ ^Pl2 ^ ^pL3 etc A PLi> 0 siSnifie qu'une énergie hydraulique est absorbée par un élément ( moteur ) et À signifie qu'une puissance hydraulique est fournie par l'élément (pompe ); QL in i et QL u fc i sont les débits fournis à ou provenant 15 de l'élément, respectivement, ces débits pouvant avoir des valeurs différentes . â pf in i et 4pf ut i sont les pertes de charge dans un distributeur en fonction du débit ; à pf i =à Pf in i = à pf ^ i 20 • La Fig.3 montre la relation Apu + ^ P# i = f ^ in i' pour un élément à actionner et un distributeur, pour un signal d'entrée déterminé . Le débit transmis par le distributeur devient constant lorsque A p^ ^ dépasse une certaine valeur . Dans ce cas , Ju^L! ^ 0 j l'élément absorbe donc de l'énergie hydraulique . 25 I» a Fig. 4 montre ^pjji+zip^i = f (Q^ i ), dans laquelle A PL i est Les Fig.5a et 5b montrent les courbes correspondantes de deux éléments et distributeurs . Leur courbe commune est représentée 30 à la Fig.5ç; Selon l'invention, le point de travail doit remplir deux conditions, à savoir : 1) chaque élément doit avoir un débit qui ne doit pas descendre au-dessous du débit correspondant àu signal d'entrée de 35 plus d'une quantité limitée ,A , et 2) la pression du circuit , pg, ne doit pas dépasser la pression de charge positive la plus importante de plus d'une valeur acceptable en fonction de l'efficacité ,4p^0 . La droite verticale en pointillé des Fig.5a et 5b indique la 71 14192 7 2086231 limite correspondant à la condition ou stipulation mentionnée en premier lieu . L'élément de la Fig.5b présente la pression positive de charge la plus importante , A PL1 , et la droite horizontale en pointillé de la Fig.5b indique la limite selon la se-.5 conde condition ou stipulation . Le point de travail indiqué par un cercle dans les Figures remplit ces conditions . Les Fig. 6a,6b et 6cï montrent les courbes correspondantes pour des pressions de charge négatives . En ce qui concerne le point de travail, la première condition ne change pas mais la se-10 conde est Maintenant que la pression du circuit , p , ne doit pas S dépasser la pression nulle de plus d'une valeur acceptable en fonction de l'efficacité ,à Pfo > Pour des charges négatives . Le point de travail indiqué dans ces Figures remplit ces conditions . 15 Les caractéristiques de l'alimentation sont p = f (Q ) . S s Le point d'intersection entre la courbe d'alimentation et celles des éléments et distributeurs, branchés en parallèles, est le point de travail du circuit . Les Fig.7a,7b et 7ç montrent le principe de travail d'une va-20 riante de réalisation du dispositif , Dans ce cas : Qs = k{yx * y2+... - ymarg>- Qx - Q2 + ... - Qmarg dans laquelle y^, y g ... est un signal de commande dérivé du signal d ' entrée x, 0 et linéairement oroportionnel - à QT . . .La x,c;. .. ^ j-, m 1,2 somme de ces valeurs réduite d'une certaine quantité cominande l'alimentation qui dans la courbe pression/débit (Fig.7ç ) présente une caractéristique verticale . A la Fig.7 c, le point de travail correspondant est indiqué par un cercle et les points de travail des courbes des Fig.7a et 7b sont dérivés de cette pression de 30 circuit, pg . Les Fig.ba,bb et 8c illustrent les conditions correspondantes dans le cas d'une pression de charge négative . Le signal de commande , y^ , est égal au signal d'entrée, x^, s'il existe une proportionnalité linéaire entre le signal d'entrée 35 et QL ini... Le signal d'entrée peut être constitué par un courant électrique appliqué à un distributeur électro-hydraulique, une pression hydraulique dans un distributeur commandé hydrauliquement ou une force.L'addition de ses valeurs est un problème dont la solution 40 est bien connue des techniciens . 25 71 14192 8 2086231 L'alimentation hydraulique peut comprendre une pompe à débit variable.dans laquelle le signal commande Q , ou une pompe à dé- O bit fixe comportant, un passage de dérivation réglable vers un réservoir . 5 La Fig.9 montre le principe de travail d'un autre mode de réa lisation du dispositif . Dans le diagramme pression/débit de cette Figure, la courbe définit la pression l'alimentation d'un élément ayant une pression .de charge positive , /I ^ . 10 A PLi =ApLi +iLPf uti = f (°'L ini ) 1U Cetie pression est considérée comme étant la pression la plus élevée d'un certain nombre d'éléments et commande l'alimentation en puissance hydraulique jusqu'à un niveau de pression excédant la pression la plus élevée d'une valeur A Pg • Cette relation : Ps =ApE- (4pL . +/iPf ut . ,max)est représentée à la Fig.9. Le point d'intersection de la courbe : ps = (A PE^pf u ± asx) et de la courbe ps " ^PL i * ^ pf ut i max) définit le point de travail . 20 Les Fig.10a, 10b et IOcï montrent deux éléments actionnés en parallèle . L'élément de la Fig.10b a la valeur la plus importante ( A pL i 4-A Pf ut i ) et la pression pg du point de travail indiqué par un cercle définit le point de travail de la Fig.10a Les droites en pointillé définissent la plage dans laquelle 25 les points de travail doivent être situés . La Fig.11 illustre les conditions de fonctionnement dans le cas d'une pression de charge négative . La pression la plus basse qui puisse être détectée est la pression mille, et la courbe d'alimentation est située à la pression A Pg . Les droites en poin- 30 tillé indiquent les limites selon l'invention . La pression A pE peut avoir une valeur variable et peut, par exemple, augmenter lorsque augmente afin de compenser les chutes de pression dans les tuyauteries, etc ... Le traitement des signaux peut, comme mentionné plus haut , 35 être réalisé de plusieurs façons, par exemple hydrauliquement ou électriquement . La pression la plus importante peut être déterminée grâce à des clapets anti-retour comme représenté à la Fig.12, cette valeur pouvant être utilisée afin de commander l'alimentation en pression .La solution électrique oblige à convertir les près- 14192 9 2086231 sions hydrauliques en signaux électriques, le signal le plus important étant déterminé, par exemple, au moyen de diodes . Les solutions de ces problèmes sont bien connues des techniciens de la régulation. L'alimentation hydraulique peut, comme mentionné ci-dessous , être obtenue grâce à une pompe à débit variable dont la pression est réglable, ou à une pompe à débit fixe et à un passage de dérivation réglable, comme représenté à la Fig.13. 71 14192 10 2086231 REVENDICATIONS 1 - Dispositif de commande destiné à commander de préférence plusieurs éléments actionnés par la pression d'un fluide, séparément aussi bien que plusieurs à la fois, chaque élément étant commandé par un distributeur séparé, ceux-ci étant reliés en parallèle à une seule et même source de pression de fluide et à un ré- 5 servoir, et destiné à décharger ladite source de pression de fluide lorsqu'aucun élément n'est actionné, caractérisé en ce que les distributeurs sont agencés, d'une manière connue, afin de déplacer lesdits éléments, respectivement, dans un sens et avec une vitesse qui dépendent uniquement d'un signal d'entrée, de sens et de va-leur variables, appliqué à chaque distributeur et indépendant du fait que l'élément absorbe ou fournit de l'énergie lors de son déplacement et de la valeur de la chute de pression dans le distributeur correspondant, et en ce que la source de pression de fluide est munie d'ion dispositif de régulation destiné d'une part ^-5 à maintenir dans une tuyauterie d'alimentation desdits distributeurs un débit suffisamment élevé pour alimenter tous les éléments actionnés avec un débit qui ne peut pas être inférieur au débit correspondant au signal d'entrée du distributeur correspondant de plus d'une valeur limitée, par exemple 10 % du débit-maximum 20 desdits éléments, et d'autre part à empêcher la pression du circuit lorsqu'on commande un élément absorbant de l'énergie, de dépasser la demande de pression la plus élevée des éléments actionnés à un moment quelconque, et lorsqu'on commande un élément fournissant de l'énergie ou en cas de fonctionnement à charge nulle, de dépas-25 ser le niveau de pression du réservoir du circuit au-delà d'une valeur acceptable en fonction de l'efficacité, c'ést-à-dire d'une valeur suffisante pour compenser les pertes de charges dans les tuyauteries et les' distributeurs. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que 3° les distributeurs sont agencés de manière à transmettre des débits linéairement proportionnels aux signaux de commande dérivés êtes signaux d'entrée, et sont associés à un dispositif destiné à additionner lesdits signaux de commande et à régler le dispositif de régulation de la source de pression de fluide de sorte que : 35 ®s " °1 + «2 + ••• " 71 14192 11 2086231 CL, Qp ... =* débits des éléments demandés par les signaux de commande, * C) = débit limité, c'est-à-dire 10 % de 0 marg smax. 5 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les distributeurs sont agencés de manière à détecter, lors-5 qu'ils commandent des éléments absorbant de l'énergie, la pression existant dans la tuyauterie d'alimentation entre les éléments et leurs distributeurs, et lorsqu'ils commandent des éléments fournissant de l'énergie ou lorsqu'ils se trouvent au point mort , la pression dans la tuyauterie du réservoir, et en ce qu'il sont 10 associés à un dispositif destiné à comparer toutes les pressions détectées et à commander le dispositif de régulation de la source de pression de fluide au niveau de la plus importante de ces pressions, afin que la pression existant dans la tuyauterie d'alimentation des distributeurs branchés en parallèle soit toujours 15 égale à la somme de ladite pression la plus importante et des pertes de charge dans les tuyauteries et lesdits distributeurs.