Brevet FR2081893A1 — publié le 19711210

L'invention concerne un appareillage de commande pour des entraînements actionnés par fluide comprimé et destinés à engendrer des mouvements de directions opposées, par exemple dans des pompes à pistons ou à plongeurs et dans des machines-5 outils. Dans des entraînements actionnés par fluide comprimé, celui-ci, qui est le plus souvent de l'huile, est amené alternativement par le moteur aux deux faces du piston d'entraînement, en circuit ouvert ou fermé, au moyen d'une pompe à débit 10 réglable ou fixé une fois pour toutes et à travers une soupape à plusieurs voies. Le piston du cylindre d'entraînement se déplace de ce fait en direction de la chambre du cylindre momentanément sans pression et transmet son mouvement, par des liaisons rigides, à la machine de travail proprement dite, par exemple 15 aux plongeurs ou pistons de pompes, ou à des chariots de machines-outils. L'inversion de la soupape à plusieurs voies est assurée par des vannes ou des interrupteurs de fin de course. Le liquide refoulé par la pompe à fluide comprimé à travers la 20 soupape à plusieurs voies dans la chambre du cylindre sur l'une des faces du piston de travail, s'écoule sans pression de la chambre du cylindre sur l'autre face du piston à travers la soupape à plusieurs voies dans la conduite de retour. L'appareillage de commande pour des entraînements 25 actionnés par fluide comprimé comprend donc principalement deux vannes ou interrupteurs de fin de course, éventuellement des amplificateurs d'impulsions, et la soupape à plusieurs voies. On sait que, pour des pompes à plongeurs et des chariots de machines-outils animés d'un mouvement alternatif de 30 translation, il est souhaitable que le diagramme de mouvement comporte des courses d'accélération et de ralentissement extrêmement courtes, ainsi que des temps d'accélération et de ralentissement extrêmement réduits. Aux points d'inversion, la pression doit baisser et s'élever non pas progressivement, mais en un 35 court laps de temps. Pour des pompes à plongeurs utilisées dans l'industrie pour véhiculer et doser des liquides à haute et très haute pression, ceci signifie qu'avec deux plongeurs seulement il faut obtenir un refoulement et un dosage presque 40 continus sous une pression pratiquement constante. De la 71 08679 2 2081893 continuité du dosage d'un catalyseur sous forme liquide dans des enceintes de réaction, par exemple pour la fabrication de polyéthylène haute pression, dépend la constance de la température lors de l'opération, constance qui se répercute à son tour 5 sur la qualité du produit. Pour des chariots de machines-outils portant une pièce à usiner, une réduction des courses et des temps d'accélérar tion et de ralentissement représente une diminution sensible des temps morts et un raccourcissement de la durée d'usinage. 10 Le choix et l'agencement corrects de l'appareillage de commande sont donc déterminants, par exemple pour la conduite optimale d'une opération ou pour une fabrication économique. Les appareils de commande de fin de course peuvent agir sur la soupape à plusieurs voies soit directement et méca-15 niquement, soit par l'intermédiaire d'une transmission hydraulique, pneumatique ou électrique. S'il s'agit d'appareils de commande de fin de course mécaniques, la soupape à plusieurs voies doit en être voisine, car elle est actionnée directement par eux. L'inconvénient de ces 20 appareils de commande de fin de course mécaniques réside en ce qu'ils ne découvrent pas brusquement dans la soupape à plusieurs voies toute la section nécessaire pour le passage du fluide comprimé, mais seulement en fonction de la vitesse de l'élément de machine animé d'un mouvement de va-et-vient. 25 Avec des appareils de commande de fin de course hydraulique^ pneumatiques ou électriques, il est possible de disposer la soupape à plusieurs voies à un emplacement éloigné. Les vannes de commande de fin de course connues à action hydraulique ou pneumatique présentent, toutefois, un inconvénient : 30 le piston de commande est actionné sur toute sa course par l'élément de machine se déplaçant en va-et-vient, c'est-à-dire que le piston de commande est mû avec une vitesse qui correspond I celle de l'élément de machine animé du mouvement alternatif de translation, vitesse qui est cependant trop faible pour 35 l'opération d'inversion de la commande. Dans des entraînements actionnés par fluide comprimé et à commande pneumatique, il est possible de raccourcir l'opération d'inversion en utilisant une vanne de commande de fin de course pneumatique à course minimale, 1 laquelle sont 40 raccordés plusieurs amplificateurs pneumatiques de plus en plus 71 Ubb/v 2081893 puissants suivant la dimension de la soupape hydraulique à plusieurs voies. Cette disposition est forcément très compliquée. Un autre moyen pour accélérer l'opération d'inversion consiste à utiliser un système de commande électrique pour 5 l'appareil de commande de fin de course et la soupape à plusieurs voies. La mise en oeuvre d'appareils de commande électriques s'accompagne toutefois d'inconvénients propres à ce type d'appareils, parmi lesquels on peut citer par exemple : l'usure des contacteurs, les mauvais contacts, la difficulté de détecter des 10 sources de défauts dans l'installation électrique et l'exécution coûteuse en cas de montage dans des locaux ou installations sujets à des risques d'explosion. Pour des pompes de circulation ou de dosage, on choisit souvent une disposition polycylindrique bilatérale, par 15 exemple à quatre ou six cylindres. Le débit de refoulement total, par exemple de 60 1/h, peut être ainsi réparti sur trois pompes bilatérales d'un débit unitaire de 20 1/h. A charge réduite ou pour " des réparations, on peut ainsi mettre hors circuit des paires de cylindres. A pleine charge d'une telle pompe, le synchronisme 20 des diverses paires de cylindres est indispensable, ce qui nécessite jusqu'à présent des appareils de synchronisation supplémentaires de prix élevé. La présente invention a pour but de réaliser un appareillage de commande, qui est exempt des inconvénients sus- » 25 mentionnés et possède des courses d'accélération et de ralentissement extrêmement réduites pour une action totale de la pression sur les pistons d'entraînement. L'appareil selon l'invention est caractérisé en ce qu'au piston de commande de chaque vanne de commande de fin de 30 course est assujetti un ressort de rappel et en ce qu'à la tubulure d'huile de fuite est raccordée la conduite de verrouillage pour le fluide de commande entre l'autre vanne de commande de fin de course et la soupape à plusieurs voies. Le ressort de rappel est assujetti au piston de commande de telle manière que 35 sa force s'exerce à l'opposé de la direction du mouvement du piston de commande au moment où la pression de verrouillage agit. Dans une forme de réalisation de l'invention permettant de brancher en parallèle les pistons de travail de deux ou plusieurs entraînements, les vannes de commande de fin de 10 course d'un côté, c'est-à-dire de la même direction de mouvement de plusieurs groupes, sont reliées entre elles par les conduites de verrouillage de ces vannes de commande de fin de course. Les vannes de commande de fin de course de l'autre direction de mouvement restent sans liaison entre elles. 5 Les avantages que procure l'invention résident notamment en ce qu'il suffit d'imprimer à la vanne de commande de fin de course une impulsion d'initiation minimale d'une fraction de millimètre pour obtenir une course totale brusque de plusieurs millimètres, de sorte que la pression s'effondre instantanément 10 sur l'une des faces du piston de travail et s'établit d'un seul coup sur sa face opposée. Grâce à ce mode de fonctionnement, il est possible d'obtenir, pour des pompes à pistons ou à plongeurs, un diagramme de refoulement rectangulaire presque idéal. La pression d'entraî-15 nement agit sur le piston de travail jusqu'à la position limite, s'effondre brusquement et exerce simultanément et instantanément toute son action du côté opposé. Pour des chariots de machines-outils, la mise en oeuvre de l'appareillage de commande ci-dessus signifie des temps morts très courts et, par suite, une réduction 20 des temps d'usinage. Un autre avantage de l'invention réside en ce que la came de commande de la tige du piston d'entraînement ne touche la tête du piston de commande que très brièvement et ne déplace le piston que d'une fraction de millimètre vers l'intérieur de 25 la soupage. La force du ressort de rappel agissant alors éloigne immédiatement la tête du piston de commande de la came de commande ; une détérioration de la vanne de commande de fin de course par la came de commande ou la tige du piston d'entraînement ne peut pas se produire. 30 Dans des pompes polycylindriques bilatérales, le seul verrouillage des vannes de commande de fin de course d'une direction de mouvement assure le synchronisme parfait de tous les entraînements. Il suffit d'une ou de plusieurs conduites de liaison. En outre, aucun appareil de synchronisation susceptible 35 d'être à la source d'incidents n'est plus nécessaire. La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 représente l'entraînement hydraulique 40 pour une pompe bilatérale avec les divers réseaux de conduites, 71 08679 5 2081893 en position médiane et l'indication des directions d'écoulement. La figure 2 représente en coupe une vanne de commande de fin de course en position de travail. La figure 3 représente en coupe une vanne de com-5 mande de fin de course en position neutre. La figure 4 représente l'entraînement hydraulique pour une pompe à double effet en position de fin de course et 1 état de pression du fluide comprimé (conduits sous pression en traits continus ou pointillés). 10 Les figures 5 et 6 représentent l'entraînement hy draulique pour des pompes polycylindriques bilatérales en position de fin de course et l'état de pression du fluide comprimé. L'entraînement hydraulique selon la figure 1 est formé principalement de systèmes pour l'entraînement, pour la 15 commande et pour le verrouillage. Dans le système d'entraînement A, le fluide comprimé est amené par une pompe non représentée à travers la soupape à plusieurs voies 1, alternativement des deux côtés du cylindre d'entraînement 2. De la chambre sans pression du cylindre, le fluide revient par la soupape à plusieurs voies au 20 réservoir d'aspiration de la pompe. La pompe non représentée du système de commande S fournit la pression de commande constante en amont des vannes de commande de fin de course 3 et 3'. Par l'intermédiaire de ces vannes, la pression de commande agit en alternance sur la sou-25 pape à plusieurs voies en donnant aux pistons 4 un mouvement de va-et-vient. Le système de verrouillage V relie les vannes de commande de fin de course aux conduites de commande entre les vannes de commande de fin de course et la soupape à plusieurs 30 voies. Des conduites de retour R raccordées aux vannes de commande de fin de course permettent de décharger alternativement de la pression les pistons 4 de la soupape à plusieurs voies. Les deux vannes de commande de fin de course représentées dans les figures 2 et 3 se composent essentiellement 35 d'un corps de vanne 53 de deux couvercles 6 et 7, d'une douille de commande 8, d'un piston de commande 9 et d'un ressort de rappel 10. Le corps de vanne 5 est muni d'un raccord de fluide de commande B, d'un raccord de retour C et d'un raccord D pour le branchement de la conduite de liaison entre la vanne de com-40 mande de fin de course et la soupape à plusieurs voies. Le couvercle 6 porte un raccord E pour la conduite de verrouillage. 71 08679 6 2081893 Dans les appareillages de commande connus, ce dernier raccord sert de raccord d'huile de fuite. Les positions de repos de la vanne de commande de fin de course sont la position de travail et la position neutre. 5 En position de travail, le piston de commande ressort du corps de la vanne et est prêt à être actionné par la machine d'entraînement en mouvement, par exemple la pompe à plongeurs. En position neutre, le ressort de rappel a tiré le piston de commande dans la vanne. 10 Pour l'appareillage de commande, il existe un état statique en ce qui concerne les vannes de commande de fin de course, état dans lequel une vanne est en position de travail et l'autre en position neutre, ainsi qu'un état dynamique, c'est-à-dire que le piston de commande de l'une des vannes passe de la 15 position de travail à la position neutre et l'autre piston de commande de la position neutre â la position de travail. Les opérations de commande, c'est-à-dire les passages de la position de travail à la position neutre et vice-versa se déroulent en détail comme suit : 20 En position de travail, le piston de commande est repoussé vers l'extérieur à 1'encontre de la force du ressort de rappel par la pression régnant dans une conduite du système de verrouillage et agissant par le raccord E, comme le montrent les figures 2 et 3 en combinaison avec la figure 4. Le ressort de 25 rappel est comprimé. Les raccords D et C sont mis en communication par la gorge 11 du piston avec la conduite de retour R et sont par conséquent sans pression. La conduite de commande 12 raccordée en D et allant à la soupape à plusieurs voies est pareillement sans pression. 30 La pression de commande existant au raccord B ne peut pas agir, étant donné que la gorge 13 du piston n'est pas découverte devant B. Au moment où la came de commande 14 de la tige du piston d'entraînement attaque le piston de commande par la tête 15, le piston de commande se déplace vers l'intérieur et 35 le raccord B est mis en communication avec le raccord D par la gorge 13 du piston conformément à la figure 3. Suivant la figure 4, la pression de B dans la vanne de commande de fin de course 3' agit, par l'intermédiaire de D, de la conduite de commande 16 et de la conduite de verrouillage 40 17, sur le piston 4 de la soupape à plusieurs voies 1 et sur le 71 Ubb/V 7 20818Vi raccord E de l'autre vanne de commande de fin de course 3. La pression s'exerçant sur le piston 4 dans la soupape à plusieurs voies détermine l'inversion de la direction d'écoulement du fluide comprimé pour 1'entraînement. Dans la vanne de commande 5 de fin de course 3, le piston de commande est repoussé à l'extérieur en position de travail à 1'encontre de la pression du ressort. Par suite du déplacement des arêtes de commande, la liaison existant jusque là entre B et D est interrompue, 10 tandis .que la liaison est établie de D vers C. En C a lieu la décharge dans la conduite de retour. Il en résulte que la conduite 12 devient sans pression ainsi que la conduite de verrouillage 18) ce qui entraîne l'effondrement de la pression sous le ressort de 3', dont la force peut ainsi agir instantanément. Le 15 piston de commande est amené en position neutre. L'élévation de la pression dans les conduites 16, 17 et la chute de pression dans les conduites 12, 18 ont lieu simultanément. Le ressort de rappel 10, dont la force agit en sens opposé à la pression au raccord E, convertit la course et le 20 temps de commande d'initiation de faible valeur en une course de commande totale de grande longueur et de durée très courte. Les sections d'écoulement des organes de commande sont découvertes d'un seul coup, indépendamment de la vitesse du piston d'entraînement. La pression de commande venant du système S agit 25 rapidement et en totalité sur le piston de la soupape à plusieurs voies après l'inversion. Le fluide comprimé d'entraînement s'écoule alternativement dans les cylindres d1 entraînement à travers la soupape à plusieurs voies, avec toute sa pression et à son plein débit. L'inversion rapide du piston de la soupape à 30 plusieurs voies a pour conséquence de charger et décharger simultanément et brusquement le piston d'entraînement en position extrême. L'appareillage de commande pour un entraînement polycylindrique, par exemple pour deux pompes bilatérales, est 35 représenté sur les figures 5 et 6. La pompe de fluide comprimé est dimensionnée de manière à pouvoir alimenter en même temps les deux cylindres d'entraînement. Les systèmes d'entraînement A sont raccordés en a à la conduite de refoulement de la pompe. A chaque cylindre d'entraînement sont associées une soupape à 40 plusieurs voies et deux vannes de commande de fin.de course avec 71 0867V s 2081893 système de commande et système de verrouillage. Les deux systèmes de commande sont alimentés par une pompe et reliés par un raccord b. Le synchronisme des deux pistons d'entraînement est assuré par la liaison entre les deux 5 conduites de commande 12 au moyen des raccords c. Les conduites de verrouillage 18 sont également réunies à la jonction des conduites de commande 12. Les deux vannes de commande de fin de course 3' pour l'autre direction de mouvement ne sont pas reliées entre elles, ni verrouillées. 10 Suivant les dimensions de la pompe de fluide com primé, il est possible de raccorder plusieurs systèmes suivant la figure 5 et d'augmenter ainsi le débit de refoulement total. Des vannes d'arrêt ou d'inversion montées dans les conduites de liaison permettent la mise hors circuit individuelles des 15 systèmes, par exemple pour un fonctionnement à charge réduite ou à des fins de réparation. 71 08679 s 2081893 REVENDICATIONS 1. Appareillage de commande pour des entraînements actionnés par fluide comprimé d'un groupe destiné à engendrer des mouvements de directions opposées, comportant une soupape à 5 plusieurs voies parcourue par le fluide comprimé et raccordée à deux vannes hydrauliques de commande de fin de course qui sont munies de raccords pour l'arrivée et le départ du fluide de commande allant vers ou provenant de la soupape à plusieurs voies, ainsi que d'un retour de fluide de commande et d'huile de 10 fuite, lesdites vannes de commande de fin de course comprenant essentiellement un corps de vanne, une douille de commande et un piston de commande, appareillage caractérisé en ce qu'au piston de commande est assujetti un ressort de rappel et anr ce .qu'à la tubulure d'huile de fuite est raccordée la conduite de verrouil-15 lage pour le fluide de commande entre l'autre vanne de commande de fin de course et la soupape à plusieurs voies, 2. Vanne hydraulique de commande de fin de course, caractérisée en ce qu'au piston de commande est assujetti un ressort de rappel, dont la force agit en sens opposé à la direc- 20 tion du mouvement du piston de commande au moment où s'exerce la pression de verrouillage. 3. Appareillage de commande pour un entraînement de plusieurs groupes actionné par fluide comprimé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les vannes de commande de 25 fin de course d'un côté, c'est-à-dire de la même direction de mouvement de plusieurs groupes, sont reliées entre elles par les conduites de verrouillage de ces vannes de commande de fin de course et en ce que les vannes de commande de fin de course de l'autre direction de mouvement sont sans liaison entre elles.