Brevet FR2137115A1 — publié le 19721229

La présente invention se rapporte aux moteurs hydrauliques réversibles qui sont accouplés à une charge d'une grande inertie et elle a pour objet de permettre un freinage de ces moteurs plus doux et plus précis que ne le permettaient les systèmes existant jusqu'à présent. Pour citer un exemple de l'utilisation de tels moteurs, on peut mentionner le fait que les moteurs de commande de grues et de machines de terrassement peuvent être utilisés pour amortir les mouvements d'oscillation des machines, application dans laquelle habituellement le freinage est assuré en réglant le distributeur qui inverse le sens de fonctionnement du moteur hydraulique sur le sens inverse de l'oscillation qui vient de se produire de sorte que le moteur exerce une force de freinage antagoniste, ou en actionnant un frein, généralement à disque, monté sur l'arbre de sortie du moteur hydraulique. Aucun de ces dispositifs de freinage ne fonctionne toutefois de façon satisfaisante.Lors du réglage du distributeur dans le sens antagoniste en vue du freinage, le temps de réaction, ctest-à-dire le temps qui s'écoule entre la commutation du distributeur et l'apparition de l'effet de freinage, est excessivement court et peut en pratique être considéré comme nul. En conséquence, il est difficile avec un frein de ce type de calculer la position d'immobilisation de l'organe de freinage. Ce freinage rapide soumet le système hydraulique ainsi que 1' organe entraîné par le moteur hydraulique et les organes accouplés à des efforts considérables. Comme la pompe du système hydraulique qu'on utilise pour assurer l'alimentation du moteur hydraulique est également utilisée pour le freinage de celui-ci, la capacité de cette pompe ne peut pas, en outre, être utilisée pendant le freinage pour l'alimentation d'autres organes hydrauliques, ce qui peut pourtant être souhaitable dans le cas où, par exemple, pour une grue ou une machine de terrassement, on déclenche et on exécute, pendant l'oscillation, d'autres mouvements.En conséquence, la pompe doit être fortement surdimensionnée ou complétée par des pompes auxiliaires Si l'on désire disposer de cette possibilité lors du freinage par réglage du distributeur dans le sens antagoniste, ou alors il faut renoncer à l'avantage de pouvoir exécuter, pendant l'oscillation, d'autre s fonctions. Bien entendu, des inconvénients considérables s'attachent aux deux solutions. MQme dans le-cas où l'on dispose d'un frein sur l'arbre de sortie du moteur hydraulique, il faut compter avec le temps de réaction réduit et les charges importantes du système hydraulique et des organes mécaniques. En outre, ce frein représente une dépense assez considérable. Pour éliminer les inconvénients ci-dessus énumérés, on rajoute des organes au système hydraulique et ceci avec des frais supplémentaires relativement réduits, de façon à assurer l'obtention d'un freinage doux et précis d'un moteur hydraulique réversible accouplé à une charge de grande inertie et muni de conduites d'admission et de refoulement pour le fluide hydraulique et d'un distributeur de commande principal branché sur ces conduites pour diriger dans un sens ou dans l'autre l'écoulement du fluide hydraulique d'alimentation du moteur, ce distributeur permettant en outre de commuter le moteur sur un mode de fonctionnement libre par court-circuitage des conduites; selon l'invention, un dispositif de freinage, destiné à tre associé à un tel moteur,est caractérisé en ce que sur chacune des conduites sont disposés, d'une part, une soupape d'étranglement réglable au moyen d'un organe de commutation collmnn pouvant être actionné à volonté par le conducteur de la machine pour ajuster 1'effet d'étranglement dans le circuit de court-circuitage et, d'autre part, un clapet anti-retour qui est monté en parallèle avec cette soupape et permet l'écoulement du fluide hydraulique dans le sens de l'admission. D'autres caractéristiques de l'invention apparaitront au cours de la description qui va suivre. Aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemples - la Fig. 1 représente le montage d'un système hydraulique à moteur hydraulique réversible réalisé suivant l'invention; - la Fig. 2 est une vue en coupe verticale de l'un des deux dispositifs de soupape faisant partie du système hydraulique sui- vant l'invention et - la Fig. 3 est une vue de détail et en coupe du dispositif de soupape de la Fig. 2. Un moteur hydraulique réversible 10, qui est accouplé à une masse de grande inertie telle qu'une masse oscillante de poids élevé comme on en trouve dans les grues et les machines de terrassement, comporte. des conduites 11V et t1H pour l'admission d'un liquide hydraulique dans le moteur et le refoulement de ce liquide hors de ce moteur. Chacune de ces conduites est reliée, par l'intermédiaire d'un dispositif de soupape, respectivement 12V et 12H, qui sera décrit plus loin de façon plus détaillée, à un distributeur inverseur de sens 13 qui joue le rôle de distributeur de commande principal du système hydraulique et à une conduite 14 qui mene à un réservoir d'huile 15.Une pompe t6, entraînée par moteur, est reliée par sa conduite d'aspiration 17 et par l'intermédiaire d'un filtre 18 au réservoir d'huile 15 et par sa conduite de refoulement 19 en premier lieu à une conduite 20 elle-même reliée, par l'intermédiaire d'une soupape de trop-plein classique 21, au réservoir d'huile 15, en second lieu, par l'intermédiaire d'un clapet anti-retour 22 permettant l'écoulement dans le sens de l'alimentatien, au distributeur inverseur de sens 13 et enfin en troisième lieu directement à ce distributeur 13. A la conduite 14 est incorporé un clapet anti-retour 23 qui ne permet un écoulement vers le réservoir 15 que lorsqu'une çertaine pression règne dans la conduite 14 ainsi qu'un filtre 24. Le distributeur 13, qui peut être à commande hydraulique, comporte une position médiane ou neutre représentée sur la Fig. 1. Dans omette position, les conduites 11V et 11H communiquent entre elles à travers une partie médiane 13N du distributeur, tandis que le côté refoulement de la pompe 16 est relié, par l'intermédiaire de la conduite 19 et de la conduite de retour 14, au réservoir d'huile 15. L'huile extraite par la pompe 16 revient ainsi au réser voir 15 F cependant que le moteur 10 peut fonctionner librement du fait que l'huile est refoulée en circuit fermé à travers les conduites 11V et 11H, par l'intermédiaire de la section 13N du distributeur.Si le distributeur est commuté vers la droite, c'est sa section 13V qui est branchée dans le système hydraulique, ce qui signifie que la conduite 11V est mise en communication avec la conduite de refoulement 19 de la pompe 16, cependant que la conduite 11H est reliée, par l'intermédiaire de la même section 13V, à la conduite de retour 14, la conduite 11V constituant alors la conduite d'admission du moteur 10 tandis que la conduite 11H constitue sa conduite de refoulement. Si, par contre, le distributeur 13 est commuté vers la gauche, c'est sa section 13H qui est branchée dans le système hydraulique, moyennant quoi la conduite 11H est reliée à la conduite de refoulement 19 de la pompe 16 tandis que la conduite 11V est mise en communication avec la conduite de retour 14, de sorte que, dans ce cas, c'est la conduite 11H qui constitue la conduite d'admission du moteur hydraulique 10, tandis que la conduite 11V en constitue la conduite de refoulement. Tant dans la position de gauche que dans la position de droite du distributeur 13, la communication de la conduite 19 avec la conduite de purge 14 est coupée, de même que la liaison mutuelle directe entre les conduites 11V et 11H. Dans sa partie décrite ci-dessus, la structure de ce système hydraulique est, dans ses grandes lignes, entièrement classique.La nouveauté réside en ce que les deux dispositifs de soupape 12V et 12H de structure particulière sont insérés, respectivement, dans les conduites 11V et 11H. Les dispositifs de soupape 12V et 12H sont identiques et, par conséquent, la description qui va suivre du dispositif de soupape 12V est également valable en ce qui concerne le dispositif 12H dont, toutefois, les organes sont désignés par le suffixe H au lieu du suffixe V. Le dispositif de soupape 12V comprend une soupape d'étranglement 25V, un clapet anti-retour 26V qui est monté en parallèle avec cette soupape ét permet l'écoulement de' l'huile à 'travers la soupape d'étranglement en direction du moteur hydraulique 10, ainsi qu'une conduite de liaison 27V qui est raccordée à la conduite 11V du côté sortie de la soupape 25V et du clapet 26V, et qui; relie cette conduite 11V à la conduite de retour 14 et contient un clapet antiretour 28V permettant un écoulement de la conduite de retour 14 vers la conduite 11V, mais non en sens inverse.La soupape d'étranglement 25V est sollicitée par un ressort 29V vers sa position d'étranglement ou de fermeture mais, du côté sortie de cette soupape 25V est branchée, sur la conduite 11V, une conduite 30V destinée à transmettre la pression régnant du côté sortie de la soupape à un dispositif d'actionnement tel qu'un piston ou un organe analogue qui agit à l'encontre de l'action du ressort 29V, de sorte que la soupape 25V est amenée par la pression régnant sur son côté sortie en position d'ouverture.Un dispositif d'actionnement correspondant destiné à agir sur la soupape d'étranglement -25V dans le môme sens que le ressort 29V fait, toutefois, également partie de cette soupape 25V et ce dispositif d'actionnement est relié à une conduite 31V qui est raccordée à une soupape de freinage 32 qui fait partie d'un système hydraulique auxiliaire. Cette soupape de freinage peut être déplacée, par exemple par une pédale 33 montée en organe de commutation, à partir d'une position neutre dans laquelle la soupape 32 assure une liaison-entre la conduite 31V et la conduite 31H correspondante du dispositif de soupape 12H d'une part, et entre cette conduite 31V et une conduite 34 reliée par l'intermédiaire d'un filtre 35 à un réservoir d'huile 36 d'autre part. Une pompe auxiliaire 37est reliée par sa conduite d'aspiration 38 et par l'intermédiaire d'un filtre 39 au réservoir d'huile 36, tandis que sa conduite de refoulement 40 est reliée, d'une part au réservoir d'huile 36 par l'intermédiaire d'un circuit de trop-plein classique 41 muni d'une soupape de trop-plein 42 et par l'intermédiaire du filtre 35 et, d'autre part, à la soupape de freinage 32 par une conduite 43. Par inversion de la position de la soupape de freinage 32 au moyen de la pédale 33, les deux soupapes d'étranglement 25V et 25H peuvent être amenées, à l'encontre de la pression qui règne dans les condu-ites 30V et 30il, à des positions d'étranglement plus ou moins prononcé. Dans la position neutre de la soupape de freinage 32, une liaison est établie entre les dispo sitifs de comeande hydraulique raccordés aux conduites 31V et 3111 des soupapes d'étranglement 25V et 25H afin que l'huile qui y est contenue puisse retourner au réservoir 36 lorsque les soupapes d'étranglement sont commutées dans leur position d'ouverture par la pression régnant dans les conduites 30V et 3011. Des conduites 44V et 44E, destinées à recueillir et à évacuer les fuites d'huile des soupapes d'étrangiement 25V et 25H, sont reliées à des réservoirs respectifs 45V et 45il. Dans la pratique, les réservoirs 15, 36, 45V et 45H forment un seul et même réservoir d'huile. Avant d'exposer de façon plus détaillée le fonctionnement du système hydraulique ainsi décrit, il y a lieu de décrire en détail un mode de réalisation des dispositifs de soupape 12V et 12H en se référant à la Fig. 2. Chaque dispositif de soupape comporte un boftier de soupape 50 présentant un alésage 51 raccordé à la partie de la conduite 11V ou 11H correspondante qui s'étend entre ce dispositif de soupape et le moteur hydraulique 10 et un alésage 52 raccordé à la partie de la conduite 11V.ou 1111 correspondante qui mène au distributeur inverseur de sens 13. Entre ces deux alésages est disposé le clapet anti-retour correspondant 26V ou H et ceci dans une communication interne du bottier formée de deux alésages 53 et 54 perpendiculai- res entre eux.Un prolongement de l'alésage 54 forme la conduite 27V ou H et à celle-ci est relié le clapet anti-retour 28V ou H qui peut être d'un type standard permettant un écoulement vers l'alésage 54 du bottier 50 et qui doit être raccordé à la conduite 14. En tre l'alésage 52 et l'alésage 51 est disposée, dans un alésage 55, la soupape d'étranglement 25V ou H, un raccord 56 étant prévu pour la conduite 31V ou H et l'alésage 51 se prolonge par une partie 30vouH qui débouche dans l'alésage 55. D'après ce qui précède, il est clair que le dispositif de soupape de la Fig. 2 est destiné à être monté dans le système hydraulique comme indique sur la Fig. 1. Une description plus précise du mode de réalisation des deux soupapes 25 et 26 va maintenant être donnée. La soupape 25 comporte un corps de soupape 57 qui coopère avec un siège fixe 58 prévu dans l'alésage 55 du boftier 50 pour contrôler la communication entre les alésages 51 et 52 à travers l'alésage 55. Le corps de soupape 57 est formé d'une seule pièce avec un piston 59 et est soumis à l'action d'un ressort 60 qui travaille à la compression et correspond au-ressort 29V ou H de la Fig. 1, et qui est interposé entre le piston 59 qui présente la forme d'un logemment de ressort et une butée 61 fixée dans l'alésage 55 de façon à appliquer le corps de soupape 57 sur son siège 58.Un canal de liaison 62 est prévu entre les deux faces du piston 59 et un alésage 63 est pratiqué dans la butée 61, la com unication à travers cet alésage étant réglée par un cône de soupape 64 qui est maintenu en position de fermeture par un ressort de compression 65; ce ressort est interposé entre ce cône de soupape et un piston 66 guidé dans un raccord 67 qui est vissé dans l'alésage 55 et qui présente l'o- rifice de raccordement 56 à travers lequel une pression hydraulique peut être appliquée dans la conduite 31V ou H en vue de s'ajouter à la pression du ressort 65 sur le cône de soupape 64 pour agir sur le piston 66.La butée 6i et le raccord 67 sont réalisés en une seule pièce et présentent un perçage transversal 68 auquel est raccordée la conduite 44 d'évacuation des fuites d'huile qui s'échappent le long du cône de soupape 64 à travers l'alésage 63. Le clapet anti-retour 26V ou H est constitué par un piston 70 présentant un corps de soupape 71 réalisé d'une seule pièce avec lui et qui coopère avec un siège 72 formé par l'embouchure de l'a- lésage 55. Le corps de soupape 71 est appliqué sur ce siège par un ressort de compression 73 qui est interposé entre le piston 70 et un bouchon 74 vissé dans le boftier. On supposera maintenant qu'une action est exercée vers la droite sur le distributeur inverseur de sens 13, de sorte que la section 13V de ce distributeur est branchée dans le système hydraa- lique. La pompe 16 envoie alors de l'huile sous pression dans la conduite 11V qui, dans cette position du distributeur, joue le rôle de conduite d'adzission,du moteur tandis que la conduite 11H en constitue la conduite de refoulerent et communique, par l'intermé diaire de la même section 13V du distributeur, avec le réservoir 15. La liaison entre la conduite de refoulement 19 de la pompe et la conduite de retour 14 est coupée dans la section 13V du distributeur.L'huile refoulée par la pompe 16 s'écoule à partir de la conduite 19, par l'intermédiaire du clapet anti-retour 22 et de la section 13V du distributeur, vers la conduite 11V et parvient dans la soupape d'étranglement 25V qui est maintenue par le ressort 29V en position d'étranglement ou de fermeture, puis traverse le clapet anti-retour 26V pour parvenir alors, à travers le reste de la conduite 11V, au moteur 10 et actionner celui-ci. Comme on peut le voir aisément, l'huile ne peut parvenir dans la conduite 14 par la conduite 27V, car cet écoulement est empoché par le clapet antiretour 28V. Dans la conduite de refoulement 11H moteur 10, l'huile provenant du moteur s'écoule vers le dispositif de soupape 1211 où, par l'intermédiaire de la conduite 3011, elle amène la soupape d'étranglement 25H en position d'ouverture à l'encontre de l'action de son ressort tandis que l'huile ne peut traverser les clapets antiretour 26H et 28H.Comme indiqué sur la Fig. 2, l'huile s'écoule du moteur vers l'alésage 51 à travers la conduite 11H et, de là, dans l ésage-30H pour pour parvenir, à travers le canal 62, derrière le piston 59 et, de là, s'écouler à travers le canal 63 jusqu'au per çage 68 d'où elle est évacuée à travers la conduite 44H vers le réservoir 4511. De cette manière, le corps de soupape 57 se lève de son siège 58 à l'encontre de l'action du ressort 60. A partir de la soupape d'étranglement 25H, l'huile revient au réservoir 15, par l'intermédiaire de la section de distributeur 13V, du clapet antiretour 23 et du filtre 24. Si maintenant le moteur doit être freiné, le distributeur inverseur de sens 13 est, de préférence, amené dans sa position neutre, ce qui branche la section 13N du distributeur dans le système hydraulique. Sous l'action de la pédale 33, l'huile, qui est refoulée par la pompe 37 à travers les conduites 40 et 43 vers la soupape 32, est utilisée pour agir, par l'intermédiaire de la conduite 31E, mais aussi par l'intermédiaire de la conduite 31V, respectivement sur les soupapes d'étranglement 25H et 25V. Ces soupapes sont ainsi amenées en position d'étranglement.Le fait que la soupape 25V soit réglée en position d'étranglement est sans importance pour le fonctionnement du système tandis que, par contre, l'étranglement de la soupape 25H assure le freinage du moteur 10, car celui-ci doit alors travailler à }feucontre de ta pression antagoniste éta- blie par l'étrangIeiirt. En enfonçaitt de plus en plus la pédale 33, on peut provoquer un étranglement de plus en plus poussé et, par conséquent, un freinage de plus en plus puissant. La pression ré gluant dans la conduite 31H agit sur le piston 66, de sorte que le cône de soupape 64 est plus fortement appliqué sur son siège ménagé dans l'alésage 63 de la butée 61.Plus la force auquel le cône de soupape est soumis est importante, plus est faible la quantité d'huile qui peut parvenir de cette manière dans le réservoir 45, ce qui signifie que le ressort 60 applique le corps de soupape 57 de plus en plus fortement sur son siège, ce qui sé traduit par un étranglement de plus en plus poussé. Si, par contre, la pression appliquée sur le cône de soupape 64 diminue du fait qu'on laisse revenir la pédale 33, l'écoulement d'huile vers le perçage 68 augmente, de sorte que le corps de soupape 57 est écarté de son siège, ce qui a pour conséquence de réduire l'effet d'étranglement. Le dispositif de freinage suivant l'invention donne au conducteur de la machine la possibilité de régler le distributeur inverseur de sens dans l'une ou l'autre des positions de travail 13V ou 13H de manière à faire fonctionner le moteur 10 dans un sens ou dans 1 'autre, puis - ce qui est extrêmement important - en réglant le distributeur inverseur de sens en position médiane ou neutre 13N, de laisser le moteur fonctionner librement, ce qui permet d'utiliser a capacité de la pompe hydraulique 16 pour l'entratnement d'autres organes de commande hydrauliques, tandis que, en agissant sur la pédale 33, on exerce un effort de freinage plus ou moins puissant sur le moteur.L'invention élimine donc les inconvénients énumérés plus haut de telle manière que le conducteur de la machine dispose d'une liberté complète pour agir à sa guise sur le processus de freinage. Lors d'un freinage brusque, il peut se produire une forte dépression dans la conduite 11V par suite d'une fuite dans le moteur et ceci peut avoir pour effet de ne pas permettre à la pompe 16 d'amener le distributeur inverseur de sens 13 en position neutre par l'intermédiaire de la soupape 22, l'huile suivant en effet le parcours sur lequei elle rencontre la moindre résistance, c'est-à-dire le parcours qui passe par la section 13N du distributeur et la conduite de purge 14 et aboutit dans le réservoir 15. Afin que l'huile puisse néanmoins, dans ce cas, s'écouler vers le côté admission du moteur, une liaison est établie à travers la conduite 27V (27H) par l'intermédiaire du clapet anti-retour 28V (28H).Le clapet antiretour 28V (2811) est taré de telle manière qu'il s'ouvre après le clapet anti-retour 23 si aucune dépression ne règne dans la conduite 11V (11H). Par contre, si une telle dépression se produit, le clapet 28V s'ouvre immédiatement. Un freinage peut également se produire dans chaque position extrême du distributeur inverseur de sens et la pompe 16 travaille alors contre une pression antagoniste qui peut être si forte que la soupape de trop-plein 21 s'ouvre. Sur la Fig. 3 est représenté un petit détail pratique du dispositif de soupape qui est très important pour le fonctionnement de ce dispositif. Sur le cône de soupape 64 est disposée librement une rondelle 69 qui empêche une oscillation du c8ne de soupape 64 qui pourrait sans cela se produire. Ceci résulte du fait que l'hui- le qui arrive par le canal 63 est déviée latéralement par la rondelle et exerce ainsi une force de pression hydrodynamique sur le cône de soupape 64, force qui s'ajoute à la pression statique qui agit déjà sur ce cône. Cette rondelle peut être également remplacée par une forme correspondante appropriée du cône de soupape 64. - REVENDICATIONS. 1 - Dispositif de freinage pour moteur hydraulique réversible accouplé à une charge de grande inertie et comportant des conduites d'admission et de refoulement de fluide hydraulique, et un distributeur de commande principal interposé sur ces conduites pour diriger dans un sens ou dans l'autre l'écoulement du fluide hydraulique d'alimentation du moteur et pour permettre un fonctionnement libre du moteur par court-circuitage des mêmes conduites, caractérisé en ce que, sur chacune des conduites (11V, 11H) sont disposés, d'une part une soupape d'étranglement (25V, 25H) réglable au moyen d'un organe de commutation (33) con pouvant être actionné à volonté par le conducteur de la machine pour ajuster l'effet d'étrangle- ment dans le circuit de court-circuitage et, d'autre part un clapet anti-retour (g6V, 26H) qui est monté en parallèle avec cette soupape et permet l'écoulement du fluide hydraulique dans le sens de l'admission. 2 - Dispositif de freinage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chaque soupape d'étranglement (25V, 29H) est soumise à l'action d'un ressort (29V, 29H) qui la sollicite vers sa position d'étranglement et qu'elle est équipée d'un dispositif d'ac- tionnement hydraulique (30V, 30H) qui est raccordé au côté de la soupape d'étranglement qui est relié au moteur (10), de façon à amener cette soupape en position d'ouverture à l'encontre de l'action du ressort. 3 - Dispositif de freinage suivant a revendication 2, caractérisé en ce que la soupape d'étranglement présente un dispositif d'actionnement hydraulique (32, 31V, 31H) qui permet de l'amener en position d'étranglement. 4 - Dispositif de freinage suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la soupape d'étranglement (25V, 25H) comporte une partie (57) munie d'un piston de commande (59) qui est monté de manière à pouvoir coulisser dans un alésage (55) et entre les deux faces duquel est disposé un canal de liaison (62), l'une des faces du piston de commande communiquant avec la conduite qui relie la soupape d'étranglement et le moteur, tandis que son autre face communique par une liaison (63) avec un système d'évacuation (44V, 44H) au moyen d'un organe d'étranglement (64) réglable par actionnement de l'organe de c utation (33). 5 - Dispositif de freinage suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'organe d'étranglement (64) est soumis à l'action d'un ressort (65) qui tend à l'amener en position d'étranglement et qui peut être mis sous tension par l'organe de commutation (33). 6 - Dispositif de freinage suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'une butée mobile pour ressort (66) qui peut être commandée par ltintermédiaire d'une pression hydraulique à partir de l'organe de commutation (33) est prévue pour le ressort de charge (65). 7 - Dispositif de freinage suivant la revendication 6, carac térisé en ce qu'unie pièce en saillie (69) dirigée vers le canal de liaison (63) est prévue sur organe d'étranglement (64). 8 - Dispositif de freinage suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qutà chaque conduite (11V, 11H) est raccordée une conduite d'admission (27V, 27H) contrôlée par un clapet anti-retour et permettant le refoulement de l'huile vers la conduite (11V, 11E) correspondante lorsqu'une dépression règne dans celle-ci.