Brevet FR2132013A1 — publié le 19721117

La présente invention est relative à des vérins hydrauliques comportant des dispositifs pour amortir l'ensemble pis-ton-tige à la fin de sa course; l'invention vise plus particulièrement 1'élimination des problèmes de concentricité et 5 d'étanchéité entre les divers constituants du dispositif d'amortissement « Dans la plupart des outils ou dispositifs à commande hydraulique, il est nécessaire que l'ensemble piston-tige se déplace à une grande vitesse pour obtenir un fonctionnement 10 efficient. Dans l'optique de tels outils à vitesse élevée, il est nécessaire qu'une grande proportion de l'inertie soit absorbée par le logement du vérin lorsque l'ensemble piston-tige vient en contact avec l'extrémité du logement ou boîtier. Les forces élevées développées peuvent entraîner un endommage-15 ment considérable de la structure du vérin hydraulique. De nombreuses propositions ont été faites pour alléger le problème, mais la plupart des modèles de la technique antérieure sont excessivement complexes et onéreux à fabriquer, en particulier pour conférer la concentricité voulue entre les divers consti-20 tuants du système d9 amortissement» Le principal objet de l'invention réside dans un vérin hydraulique qui pallie aux inconvénients précités de la technique antérieure. Un autre objet de l'invention réside dans un vérin 25 hydraulique qui met en oeuvre un dispositif simple, bon marché et efficace pour amortir la course de l'ensemble piston-tige. Un autre objet apparenté réside dans un dispositif d'amortissement de la course pour vérins hydrauliques, dans lequel dispositif au moins un manchon d'1 amortissement est porté 30 par le piston en sorte de coopérer avec un alésage du boîtier ou logement du vérin afin de limiter l'écoulement de ce dernier. Le manchon est supporté sur le piston par un joint d'étanchéité élastomère annulaire qui a pour double fonction de permettre le mouvement radial limité du manchon en sorte de compenser toute 35 excentricité de l'alésage relativement au piston et au support du manchon d'amortissement, et de former un joint d5étanchéité aux fluides, Conformément à la présente invention, un vérin hydraulique est amorti en limitant le fluide qui est expulsé de l'alé-40 sage du vérin. Ce résultat est obtenu par des combinaisons de 72 08804 2 2132013 manchon_-et d."alésage qui limitent l'orifice d'échappement avant le contact de l'ensemble piston-tige avec l'extrémité du vérin» D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va sui-5 vre et en se référant aux dessins ci-annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en élévation latérale d'une machine équipée d'un ou plusieurs vérinshydrauliques; - la figure 2 est une vue en coupe transversale fragmentaire de la section tête d'un vérin hydraulique; 10 - la figure 3 est une vue en coupe transversale frag mentaire de la section tige d'un vérin hydraulique; - la figure 4 est une vue en coupe transversale partielle selon les lignes IV-IV de la figure 2; - la figure 5 est une vue en coupe transversale par-15 tielle selon les lignes V-V de la figure 3; et - la figure 6 est une vue en coupe transversale à grande échelle d'un joint d'étanchéité annulaire utilisé dans le vérin hydraulique. On se réfère à présent aux dessins et plus particuliè-20 rement à la figure 1 où est illustrée une machine mettant en oeuvre plusieurs vérins hydrauliques pour manipuler les outils qui y sont installés. Un vérin 10, par exemple, est utilisé pour manipuler une tige 12 relativement à un mât de charge 14 d'une machine d'excavation, illustrée de manière générale en 16. La 25 tige du vérin hydraulique est fixée à la tige 12 par une articulation à broche 18 et l'extrémité de tête du vérin est fixée au mât de charge par une articulation à broche 20. Le vérin est actionné via une soupape de commande classique 22, qui est manipulée par une manette de commande du poste où se tient l'opéra-30 teur via un biellage mécanique (non illustré). Une pompe 24 est utilisée pour acheminer le fluide sous pression nécessaire au fonctionnement du vérin, à travers la soupape de commande 22. Une soupape de décharge classique 26 est disposée dans le circuit pour assurer une certaine protection contre des pressions 35 exagérément élevées. Lorsque le vérin 10 est retiré, la tige 12 et une benne 28 s'écartent de la machine 16 et du fluide est dirigé vers le vérin depuis la soupape de commande 22 via une conduite 3Q« Le fluide expulsé de l'extrémité de tête du vérin est ren-40 voyé à un réservoir 31 par une conduite 32, la soupape de com 72 08804 3 2132013 mande 22 et line conduite 34. Chaque fois que le vérin est en extension, faisant ainsi pivoter la tige 12 et là benne vers la. machine, du fluide est dirigé vers le vérin via la conduite 32 et du fluide expulsé de l'extrémité tige du vérin.est renvoyé 5 au réservoir par la conduite 3Q, la soupape de commande 22 et -la conduite 34. En raison du poids de la tige 12 et de la benne 28, leur mouvement rapide développe une inertie considérable qui est transmise à l'ensemble piston-tige du vérin 10. Les forces créées 10 par l'inertie doivent être absorbées lorsque l'ensemble piston-tige atteint l'extrémité de sa course et vient en contact avec un arrêt du logement ou boîtier du vérin» Dans certains cas, les forces créées peuvent provoquer vin endommageaient structurel des constituants du vérin. Pour cette raison, il est souhaitable 15 de disposer d'un type quelconque de dispositif d'amortissement qui absorbera la majeure partie de la force avant l'instant où l'ensemble piston-tige viendra en contact avec son arrêt, La partie tête du vérin hydraulique 10 est illustrée dans la figure 2„ Son logement 36 comprend un prolongement ap-20 proprié 38 pour ancrer le vérin sur le mât de charge 14 par l'articulation à broche 20. Un orifice 40 pratiqué dans le boîtier communique avec la conduite 32 pour pouvoir faire passer du fluide à l'intérieur ou à l'extérieur d'une chambre de commande à expansion 42 définie par la section de paroi terminale 25 du boîtier et par un ensemble piston-tige comprenant un piston 44 et une tige allongée 46 montés en sorte de pouvoir effectuer un mouvement de va-et-vient dans le boîtier le long de son axe longitudinal. L'orifice 40 est en communication avec la chambre 42 via un alésage cylindrique 48 formé dans la paroi terminale 30 du boîtier, cet alésage étant sensiblement coaxial avec le piston 44 „ Le dispositif d'amortissement de l'extrémité de tête du vérin comprend un manchon ou anneau cylindrique métallique 50 uniquement monté sur un élément d'espacement cylindrique 52, 35 formant un prolongement cylindrique de la tige 46, par m dispositif d'étanchéité et de centrage combinés en matière élastomère annulaire, illustré sous la forme d'une bague d'étanchéité 54. L'élément d'espacement radial 52 et un élément d'espacement axial 56 sont fixés axialement par une vis à tête 58. La bague 40 d'espacement ou d'arrêt 56 sert également à agrandir la zone de 72 08804 4 2132013 contact de l'ensemble piston-tige qui s'appuie sur un dispositif d'arrêt antagoniste 59 formé intérieurement sur le boîtier 36. La bague d'étanchéité 54 joue deux rôles dans la mesure où elle permet las mouvemenls de flottement radial limités du manchon 50 5 pou^ piloter le manchon dans l'alésage 48, comme décrit ci-après, et empêche le passage de fluide entre le manchon et l'élément d'espacement 52 dans une direction» La bague 54 est disposée dans une rainure 53 du manchon 50 et présente de préférence une section transversale en U 10 approximative» Une lèvre interne 55 de la bague 54 s'étend ra-dialement vers l'intérieur et vient en contact avec le diamètre externe de l'élément d'espacement 52 pour jouer un rôle analogue à celui d'un clapet de retenue en ce sens que le fluide peut s'écouler entre le manchon 50 et l'élément d'espacement 52 dans 15 la direction de la chambre à expansion 42, mais ne peut s'écouler dans le sens opposé» La figure 6 illustre plus clairement la bague dans son état normal avant l'installation (pointillé) et à l'état comprimé, une fois installée (trait plein)» Au cours du retrait du vérin, le piston 44 et la ti-20 ge 46 se déplaceront vers la gauche dans la figure 2 pour expulser le fluide de la chambre 42, via l'alésage 48, l'orifice 40 et la conduite 32„ Lorsque l'ensemble piston-tige se rapproche de la fin de la course, le manchon 50 s'emboîtera dans l'alésage 48» Le pilotage initial du manchon 50 sera réalisé par 25 l'écoulement de fluide par l'extrémité du manchon 50 dans l'alésage 48» Comir*. la bague 54 permet de légers mouvements radiaux du manchon, ce dernier se centrera lui-même de manière précise et automatique dans l'alésage» Le manchon est de préférence conçu avec tan diamètre externe réduit en sorte de former un système 30 de passage limité comprenant une première partie terminale de faible diamètre 60 agencée en sorte de pouvoir pénétrer dans l'alésage 48 en sorte de limiter tout d'abord graduellement l'écoulement de fluide de la chambre 42» Ensuite,' une seconde partie terminale de plus grand diamètre 62 du manchon pénètre 35 dans l'alésage et restreint encore graduellement l'écoulement de fluide hors de la chambre» Une tolérance bien plus étroite peut être maintenue entre la partie 62 et l'alésage du fait de Ie action de pilotage de la partie de plus faible diamètre 60 avec l'alésage» COPY 72 08804 5 2132013 La restriction ou le contrôle de l'écoulement hors de la chambre 42, lorsque Ie ensemble piston-tige atteint la fin de sa course, aura pour effet d'amortir la course de la manière suivante, La restriction précitée provoquera une augmentation 5 de la pression dans la chambre 42 telle que cette pression sera proche de la pression du fluide de commande dirigé vers l'autre côté du piston 44, Par suite, la pression du fluide de commande augmentera également jusqu'à ce que la valeur réglée de la soupape de décharge 26 soit dépassée, auquel stade cette der-10 nière soupape s'ouvre et laisse s'écnapper le fluide de commande vers le réservoir 31 via une conduite 64 (figure 1), L'échappement de la sortie de la pompe permet de ralentir le mouvement du piston par absorption de l'inertie des constituants mobiles dans la pression engendrée dans la chambre 42 du fait de la 15 restriction à l'écoulement du fluide qu'elle contient. L'absorption de l'inertie des constituants mobiles par voie hydraulique réduit ou élimine sensiblement les chocs et les tensions qui seraient autrement communiqués au vérin à la suite d'ion contact à grande vitesse du piston sur le boîtier, 20 Le dispositif d'amortissement utilisé sur l'extrémité de tige du vérin, illustré dans la figure 3, est plus ou moins différent en structure à celui utilisé pour l'extrémité de tête. Bien que la configuration utilisée puisse être la même pour les deux applications, le volume&e fluide expulsé d'une chambre de 25 commande à expansion 66 de l'extrémité de tige est moindre que le volume expulsé de la chambre 42 de l'extrémité de tête» Pour cette raison, la forme de réalisation du dispositif d'amortissement de la figure 3 convient plus comme dispositif d'amortissement pour l'extrémité de tige du vérin, 30 L'extrémité de tige du vérin 10 comporte une fermeture ou coiffe terminale 68 fixée au boîtier 36 de manière classique, par exemple, par des vis à tête ou par soudage « La tige 46 passe à travers l'alésage 70 formé à travers la coiffe terminale et le fluide ne peut s*en échapper grâce à la présence d'un joint 35 d'étanchéité classique 71 Lorsque le vérin est en extension, l'ensemble piston-tige se déplace vers la droite dans sa position de la figure 3. Du fluide est expulsé de la chambre 66 et, à la suite, à travers un alésage 72, un orifice 74, tous deux formés dans la 40 coiffe terminale 68, et la conduite 30„ Le dispositif d'amortis 72 08804 6 2132013 sement de l'extrémité de tige du vérin comprend un manchon 76 monté dans un évidement annulaire formé dans la tige 46 uniquement par un dispositif d'étanchéité et de centrage combinés -ou bague d'étanchéité - en matière élastomère annulaire 78, dont 5 la structure est similaire à celle de la bague 54 (figure 6)» La bague d'étanchéité a pour double rôle de piloter le manchon 76 lorsqu'il commence à pénétrer dans l'alésage 72 et d'empêcher la déperdition de fluide entre le manchon et la tige» Comme la tige est pilotée de manière précise dans la 10 coiffe terminale 68 et que le manchon 76 est supporté de manière élastique sur la tige par la bague d'étanchéité 78, une tolérance étroite entre le diamètre externe du manchon et le diamètre interne de l'alésage 72 peut être maintenue» Lorsque le manchon pénètre de manière télescopique 15 dans l'alésage 72, l'écoulement de fluide hors de la chambre 66 provoque une action de pilotage et le manchon y sera disposé de manière précise, car il peut se déplacer radialement en raison de la nature élastique de la bague d'étanchéité élastomère 78» Une fois que le manchon pénètre dans l'alésage, l'écoulé^ 20 ment de fluide hors de la chambre 66 est limité presque totalement par un dispositif de passage limité illustré sous ]a forme de fentes ou rainures en biseau 80 formées sur le diamètre externe du manchon» Les fentes sont en biseau de telle sorte que, lorsque le mt^chon se déplace dans l'alésage, l'écoulement 25 soit de plus en plus restreint jusqu'à ce que le piston 44 vienne en contact avec un arrêt 82 formé sur la coiffe terminale 68» Au fur et à mesure que l'écoulement hors de la chambre 66 est graduellement restreint ou limité, la pression dans cette chambre augmentera jusqu'à tin niveau suffisant pour pro-30 voquer une augmentation de la pression dans la chambre 42 a l'extrémité opposée du vérin» De nouveau, lorsque la pression de l'extrémité de tête du vérin atteint la valeur réglée pour la soupape de décharge, l'écoulement de commande sera évacué vers le réservoir et ralentira rapidement le mouvement vers la 35 droite pour conférer l'amortissement désiré» A titre d'exemple, un débit de pompe de 496 l/mn dans l'extrémité de tige d'un vérin contenant un piston d'un diamètre de 17,8 cm fixé à une tige de 12,7 cm de diamètre provoquerait, au cours d'une accélération de retrait maximum (37 m 40 à la minute), un écoulement de 916 l/mn hors de la chambre 42 72 08804 7 2132013 de l'extrémité dé tête du vérin. En revanche, lorsqu'un débit de pompe de 496 l/mn est dirigé vers l'extrémité de tête du vérin, l'accélération maximum en extension (19,8 m à la minute) provoquerait un écoulement de 26? j./mn hors de la chambre 66 5 de l'extrémité tige du vérin. Le débit dépend de la différence de volume entre les deux chambres du vérin hydraulique. Comme on peut s'y attendre, le contrôle ou la restriction de l'écoulement de fluide hors de la chambre de l'extrémité tige du vérin est plus critique que le contrôle de l'écoulement bien plus 10 grand expulsé de la chambre de l'extrémité de tête du vérin. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au dispositif que l'on vient de décrire uniquement à titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention. 72 08804 8 2132013 REVENDICATIONS » 1Vérin hydraulique commandé par un fluide, disposé sur son axe longitudinal et comprenant : un boîtier ou logement, 5 un ensemble à piston, comprenant line tige et son piston associé, monté en sorte de pouvoir effectuer un mouvement de va-et-vient dans le boîtier le long de l'axe précité et définissant avec le boîtier précité au moins une chambre de commande à expansion, 10 au moins un système de passage défini dans le boîtier et se terminant par un alésage annulaire communiquant directement avec la chambre de commande précitée pour permettre normalement un écoulement de fluide sensiblement non limité à travers le système de passage par commande du vérin, et 15 au moins un système d'amortissement fixé à la tige sur un côté du piston et disposé dans l'alignement axial avec l'alésage précité pour fermer ce dernier par déplacement vers l'alésage de l'ensemble à piston précité, ce système d'amortissement comprenant 20 un manchon cylindrique ayant un diamètre interne plus important que le diamètre externe de la tige et un dispositif d'étanchéité et de centrage combinés en matière élastomère annulaire montant uniquement le manchon sur la tige pour permettre les mouvements de flottement radial limités du manchon re-25 lativement à la tige, transversalement à l'axe précitée 2.- Vérin hydraulique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'un des éléments du système d'amortissement est monté sur la tige sur chaque côté du piston, ce dernier et le boîtier définissant deux chambres de commande à expansion 30 coaxiales dans le vérin, séparées par le piston précité» 3o- Vérin hydraulique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système d'amortissement comprend un dispositif de passage limité défini entre l'alésage et le manchon pour restreindre graduellement l'écoulement de fluide entre ces 35 deux éléments par déplacement axial progressif d'une première extrémité du manchon dans l'alésage. 4,- Vérin hydraulique selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif de passage limité précité comprend un système formé sur la périphérie du manchon et coopérant 40 avec l'alésage pour constituer une aire d'écoulement plus imporCOPY r 72 08804 2132013 tante à une première extrémité du manchon qu'à sa seconde extrémité opposée. 5-,- Vérin hydraulique selon la revendication 4, caractérisé en ce que le diamètre externe de la première extrémité du -5 manchon est moindre que le diamètre de sa seconde extrémité pour définir le système de passage limité précité avec l'alésage. 6.- Vérin hydraulique selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif de passage limité comprend au moins une rainure en forme de biseau formée sur la périphérie 10 du manchon et disposée dans l'alignement axial vis-à-vis de l'axe longitudinal du vérin. 7.- Vérin hydraulique selon la revendication 2, caractérisé en ce que la tige précitée comprend ton prolongement cylindrique aligné axialement fixé à une de ses extrémités, le 15 manchon étant monté sur ce prolongement, une rainure périphérique formée à l'intérieur sur le manchon, à l'intérieur de laquelle le dispositif d'étanchéité et de centrage combiné précité est monté pour installer uniquement le manchon sur le prolongement précité. 20 8.- Vérin hydraulique selon la revendication 7, carac térisé en ce qu'il comprend en outre une bague d'arrêt annulaire fixée à la tige et un dispositif d'arrêt antagoniste aligné axialement formé à l'intérieur sur le boîtier pour coopérer avec la bague d'arrêt précitée lorsque le vérin est soumis à un re-25 trait maximum.. 9»- Vérin hydraulique selon la revendication 1} caractérisé en ce que le logement comprend une coiffe terminale fixée à une de ses extrémités, la tige précitée s'étendant à travers un alésage formé dans la coiffe terminale et à travers le système 30 de passage formé dans la coiffe terminale, 10,— Vérin hydraulique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tige présente sur sa périphérie un évidement annulaire axial se terminant à une extrémité par un épaulement annulaire} le manchon étant monté dans cet évidement entre 35 1'épaulement et le piston» 11o — Vérin hydraulique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d"étanchéité et de centrage combinés est constitué par une bague d'étanchéité, ayant une section transversale approximative en U, conçue et disposée en sorte de 40 permettre l'écoulement du fluide sous pression uniquement dans COPY 72 08004 10 2132013 la direction axiale depuis le dispositif de passage précité jusqu'à la chambre de commande à expansion» 12.- Vérin hydraulique selon la revendication 9, carac térisé en ce que la bague d'étanchéité comprend un corps et au 5 moins une lèvre flexible venant en contact, normalement, sur la périphérie avec des parties superficielles externes de la tige, cette lèvre flexible s'étendant cfe manière générale vers la chambre à expansion pour empêcher l'écoulement du fluide sous pression de cette dernière chambre vers le système de passage, mais 10 pour permettre l'écoulement du fluide sous pression de ce système de passage vers la chambre à expansion. 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