Brevet FR2149312A1 — publié le 19730330

La présente invention concerne des machines à effet de sol dont un coussin de fluide servant à la sustentation et/ou au guidage de la machine est confiné par un dispositif comprenant une paroi solide reliée à la structure de la machine ou à un plateau relié à celle-ci, ladite paroi solide s'étendant en direction de la surface d'appui avec un bord libre voisins mais espacé de celle-ci de manière à déterminer un intervalle de fuite. En particulier, le coussin de fluide peut entre du type dit plenum chamber". L'invention concerne notamment des machines à effet de sol comportant plusieurs coussins de ce type. On envisage ici, plus particulièrementw mais non exclu sivement des machines à effet de sol dans lesquelles la pression du coussin est relativement élevée - soit, pour fixer les idées, de l'ordre de 6000 kgfm2 - pour supporter une charge relativement lourde - par exemple quelques tonnes 7 machines qui se déplacent sur une surface d'appui relativement plane. Dans un but d'économie de puissance, il est intéressant de chercher à réaliser des coussins à très faibles coef fiCiQ%* de frottement avec des intervalles de fuite très ré At Il > in s'agit donc de faire suivre les ondulations de la surface d'appui par le profil des bords libres des parois de confinement d'un coussin, cette adaptation desdits bords libres sur ladite surface d'appui s'effectuant sans contact avec maintien d'un film de fluide permanent, compatible avec des valeurs admissibles du coefficient de frottement. l'invention s'applique avantageusement au cas où les défauts de planéité de la surface d'appui constituent des ondulations de faible amplitude. Cependant en dehors de cette fonction d'adaptation des bords de fuite d'un coussin aux déformations de la surface d'appui avec laquelle il coopère, une paroi de confinement a en général d'autres fonctions à remplir. En premier lieu une telle paroi doit contenir la plus grande partie du fluide du coussin et par conséquent être capable de supporter la pression dudit coussin. De plus on sait que pour obtenir une bonne stabilité dynamique de la machine, il est important qu'un coussin subisse une diminution de volume sous effet d'une augmentation de pression. Autrement dit il faut que v étant le volume du coussin, p la pression à l'intérieur du coussin. Dans le cas de parois de confinement mobiles, notamment de parois souples déformables, cette condition peut être réalisée par des dispositions appropriées desdites parois. Cependant il est difficile de concilier ces deux dernières fonctions avec la première énoncée ci-dessus. Par exemple on connait déjà des machines à effet de sol dans lesquelles les parois de confinement d'un coussin sont formées par des bourrelets creux remplis d'un fluide sous pression. Dans ces machines pour obtenir un confinement convenable du coussin les bourrelets sont gonflés à une pression supérieure à celle qui règne dans le coussin. Il s'ensuit que, pour résister à cette pression, il est nécessaire de donner aux parois du bourrelet une épaisseur importante, de sorte que les bourrelets en question se comportent comme des pneumatiques d'automobile, qui ne peuvent se déformer sur les ondulations de la surface d'appui que par-contact, c'est-à-dire sous l'action d'efforts importants. Le mérite de l'invention consiste à avoir dissocié la fonction "adaptation du bord de fuite" des autres fonctions et a lui avoir attribué un organe particulier, obtenant ainsi une structure étonnamment simple et bien adaptée à la résolution du problème posé, qui diffère de celles de l'art antérieur connu. Selon l'invention, un dispositif de confinement de coussin de fluide sous pression pour machine à effet de sol comporte - un premier élément de paroi relié à la structure de la machine, s'étendant jusqu'au voisinage de la surface d'appui et capable de résister à la pression nominale du coussin, et - un deuxième élément de paroi associé au premier et déterminant d'une manière mobile un bord libre voisin mais espacé de la surface d'appui, ledit second élément étant susceptible de se déformer sous l'effet d'une pression appliquée sur sa face baignée par le fluide du coussin inférieure à la pression nominale du coussin et voisine de la pression ambiante. Par exemple, le second élément est une paroi souple faisant partie d'une enceinte renfermant un fluide dont la pression est un peu supérieure à la pression ambiante et inférieure à la pression nominale du coussin. Avantageusement on donne au premier lément une forme et une disposition propres à assurer une bonne stabilité dynamique dx coussin. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Parmi ces dessins - la figure i montre, en coupe, une partie de machine à effet de sol, équipée d'un coussin de fluide confiné conforméuent à l'invention; - la figure 2 est une vue analogue pour un coussin de fluide comportant une paroi de confinement simple; - la figure 3 est un graphique représentant la va rition de la pression statique dans un tel coussin; - les figures 4 et 5 sont des vues analogues à la figure s montrant des variantes de réalisation de l'invention; - la figure 6 est une vue en coupe montrant une partie de machine à effet de sol, munie d'un coussin de fluide confiné conformément à une autre variante de réalisation de l'invention; - la figure 7 est une vue en coupe prise selon la ligne VII-VII de la figure 6;; - la figure 8 est une vue analogue à la figure 6, mais partielles montrant une autre variante de réalisation de l'invention; - les figures 9 et 10 sont des vues analogues à la figure 8 montrant encore d'autres variantes de réalisation de l'invention; - la figure 11 est une vue d'extérieur selon la flèche XI de la figure 10; - les figures 12 et 13 montrent, respectivement en plan et en coupe-élévation, des dispositions à plusieurs coussins, en combinaison avec une voie d'appui en T inversé. En regard des figures 1 et 2 on peut voir une paroi terminale ou plateau 1 faisant partie deou étant reliée à)la structure d'une machine à effet de sol coopérant avec une surface d'appui 2 par l'intermédiaire d'un coussin de fluide sous pression 3. Comme indiqué précédemment, pour obtenir une bonne stabilité dynamique il est nécessaire que le terme dv soit dp négatif. Un moyen pour l'obtenir consiste à utiliser, comme le montre la figure 2, une paroi 4 de confinement du coussin encastrée dans le plateau 1 et qui stétend en s'évasant vers l'extérieur en direction de la surface d'appui 2. La paroi 4 réalisée en matériau semi-rigide prend sous l'effet de la pression du coussin une forme incurvée qui détermine avec la surface d'appui un convergent approprié. Si l'angle ss d'inclinaison de la paroi 4 est suffisant, la déformation de la paroi due à une augmentation instantanée de la pression du coussin provoque une diminution du volume de celui-ci et inversement en cas de diminution de la pression, ce qui satisfait aux conditions de stabilité du coussin.Au repos, c'est-à-dire en l'absence de pression dans le coussin, la paroi 4 peut avoir déjà un profil incurvé ou bien simplement présenter un profil rectiligne. Comme le représente la figure 2, la paroi 4 est fixée sur la tranche du plateau 1, avec un angle ss qui est nul au départ, mais prend rapidement une valeur non nulle. Sur la figure 1, la forme de paroi correspondante est matérialisée par un élément 4; avantageusement en matériau semi-rigide, matériau comportant de bonnes qualités d'amortissement et un module d'élasticité permettant de tenir la pression interne, tout en conservant une raideur assez faible. L'élément 4 va en s' évasant vers l'extérieur, étant ancré au départ dans le plateau sous un angle 8 suffisant avec la verticale. A l'autre extrémité le bord est souple et voisin de l'horizontale. Pour cela, comme la pression interne sur cet élément diminue constamment de son niveau d'ancrage (point A, figures 2 et 3) à son extrémité voisine de la surface d'appui (point X, figures 2 et 3), il y a avantage à constituer cet élément avec une rigité décroissante, par exemple en lui donnant une épaisseur décroissante. Ainsi, si l'on examine, en régime subsonique, l'écoulement du fluide à l'intérieur d'un coussin tel que celui de la figure 2 et dont le fluide est en général un gaz compressible, entre l'état amont à l'intérieur et l'état aval (bord de fuite) la pression diminue et la vitesse croit. Au bord de fuite même, la pression statique est, au moins sensiblement, égale à la pression ambiante pua. il s'ensuit que l'effort exercé sur le bord de fuite est très réduit, voire mEme nul. Pour bénéficier de cette propriété on complète l'élément 4 de la figure 1 par un deuxième élément de paroi 5, extremement souple, analogue à une membrane, qui se raccorde au précédent et revient s'attacher au plateau 1, le tout de façon à confiner une enceinte 6 à l'intérieur de laquelle rè gne une pression pr + très légèrement supérieure à la pres- sion ambiante, de façon à donner à l'élément 5 confinant l'en- ceinte 6 une forme suffisamment bien définie. Le bord de fuite n'est donc plus déterminé par l'extrémité de l'élément semirigide 4 mais par la paroi 5 extrêmement souple. A titre d'exemple pratique, on peut indiquer que la paroi 5 est en tissu enduit d'uréthane ou d'hypalon. Pour une pression intérieure de 6 000 kg/m2 dans le coussin, la valeur 2 de 6 sera de l'ordre de 50 à 80 kg/m . Quant à ssO il sera par exemple de l'ordre de 450. il convient d'une façon générale que la pression dans enceinte 6 soit sensiblement égale à la pression statique existant au point de raccordement des éléments 4 et 5. Cette pression peut être obtenue par gonflage une fois pour toutes ou sous l'effet d'une pompe ou source auxiliaire de pression, pour compenser les fuites. Par exemple le fluide provient du conduit 7 d'alimentation en fluide sous pression du coussin par l'intermédiaire d'un conduit 8 muni d'une vanne 9 et d'un détendeur 10. On peut aussi prévoir que ce volume 6 puisse autre en communication avec une capacité tampon (non représentée) de volume suffisant par un orifice très petit, pour obtenir un effet d'amortissement par laminage en cas de vibrations de la paroi 5. Ainsi le bord de fuite déterminé par la paroi 5 ex tremement souple soumise de part et d'autre à des pressions très faibles est capable de se déformer pratiquement sans réSistance au passage d'une ondulation. Par exemple, si une etévation locale de la surface d'appui 2 tend à obturer l'intervalle de fuite, la pression statique sur la face de la paroi 5 tournée vers la surface d'appui augmente et déforme celle-ci vers le haut. A l'extr8- me, si l'obturation était totale, la pression statique atteindrait une valeur égale à la pression d'arrêt, si la membrane souple n'existait pas. Sur les figures 4 et 5, on voit des variantes de réalisation où l'élément 4 a reçu une forme particulière : de profil quasi rectiligne et d'épaisseur sensiblement constante sur la figure 4, ou avec un coude prononcé à l'extrémité, vers le bas, sur la figure 5. Pour donner au bord de fuite une souplesse permettant son adaptation au relief de la surface d'appui, on a choisi ces formes pour produire, à l'extrémité libre de l'élément 4, une zone de dépression augmentée dans le cas de la figure 5, par un effet de striction). Dans ces deux derniers cas, la forme de la partie de paroi 5 située dans la zone de dépression est gouvernée par celle-ci.Lors d'une dénivellation par exemple, la dépression entrasse la paroi 5 vers le bas, ce qui rétablit instantanément l'intervalle de fuite. il en est de mdme au franchissement d'une élévation. Dans l'exemple de réalisation de la figure 5 une capacité tampon Il est reliée à l'enceinte 6 par l'intermédiaire d'un (ou plusieurs) passage calibré 12 procurant un effet d'amortissement en cas de vibration de la paroi 5. Cette disposition est naturellement applicable aux autres modes de réalisation. Les figures 6 et 7 illustrent une autre variante de réalisation selon laquelle l'extrémité de la paroi souple 5, qui précédemment allait s'attacher au plateau 1, est ici fixée à l'élément de paroi 4, l'enceinte 6 étant ainsi entièrement supportée par ledit élément. L'enceinte 6 est mise en relation avec le coussin 3 par des passages 13 ménagés dans la paroi 5 au voisinage de l'extrémité de l'élément 4. La pression statique à cet endroit est, comme l'indique la figure 3, très légèrement supérieure à la pression ambiante, ce qui est bien la pression appropriée. Un autre mode de gonflage de l'enceinte 6 pourrait naturellement être utilisé. La forme en plan du coussin montrée par la figure 7 polygonale et plus précisément rectangulaire. Le coussin est confiné par 4 ensembles séparés 4a-5a, 4b-5b, 4c-5c, 4d-5d, correspondant chacun à un c6té du rectangle et de contour trapé taoidal. Chaque ensemble 4-5 est donc indépendant dans ses mouvements et ses déformations des autres ensembles. Des organes d'étanchéité 14 sont prévus dans les coins. Le plateau 1 est ici mobile par rapport à la structure ta de la machine, étant relié à celle-ci par 1 'intermé- diaire d'une paroi souple sans fin 16, confinant une enceinte 17. Le conduit d'alimentation en fluide sous pression 7 débouche dans l'enceinte 17 qui alimente elle-meme le coussin 3 par l'intermédiaire de passages,de section calibrée 18 ménagés dans le plateau 1 et engendrant les pertes de charge appropriées. La surface d'appui de la paroi 16 sur la structure la varie en fonction des déplacements du plateau mobile 1. L'enceinte 17 constitue ainsi un étage de suspension supplémentaire. La figure 8 illustre une autre variante de réalisation selon laquelle l'élément * au lieu d'entre réalisé en matériau semi-rigide élastique fixé avec encastrement au plateau 1, est réalisé en matériau rigide et articulé en 19 audit plateau. L'élément de paroi très souple 5 se raccorde à l'extrémité de l'élément 4 et va s'attacher à un prolongement 20 solidaire de l'élément 4. Le plateau 1 est solidaire de la structure 1a de la machine gråce à des parois rigides 21. Ces parois 21 confinent une capacité 24 recevant du fluide sous pression par le conduit 7 et alimentant le coussin 3 par les passages de section calibrée 18. L'équipage, formé par l'élément 4, le prolongement 20 et la paroi 5, est soumis à la pression du coussin et tend à autre repoussé vers le haut en tournant autour de l'axe 19. Des moyens de rappel élastiques, et éventuellement des moyens d'amortissement, sont donc prévus. Dans cet exemple de réalisation une paroi souple 22 relie le prolongement 20 à la structure 1 a de la machine de manière à confiner une enceinte 23 avec une paroi 21 et ledit prolongement 20.Celle-ci est reliée à la capacité 24 par des passages calibrés 25 ménagés dans la paroi 21. L'équipage mobile (4 - 5 - 20) soumis à la pression du coussin, à la pression dans l'enceinte 23 et à la tension de la toile 22 peut prendre une position d'équilibre, ses mouvements étant amortis par le laminage du fluide dans les passages calibrés 25. La surface d'appui de la paroi 22 sur la structure la varie en fonction des déplacements de l'équipage mobile. Avec une telle disposition on peut obtenir une suspension de raideur convenable. On peut envisager de prolonger la paroi très souple 5 par un organe 26 délimitant le bord de fuite du coussin. La figure 9 illustre une autre variante de réalisation-selon laquelle l'enceinte 6 n'existe plus. Au lieu d'utiliser une paroi très souple 5 supportant une pression très peu supérieure à la pression ambiante on prolonge l'élément semirigide 4 par une paroi 50 très souple et présentant cependant une élasticité propre suffisante pour résister à une faible différence de pression, c'est-à-dire à une pression statique de coussin voisine de la pression ambiante. La paroi 50 est par exemple collée dans une encoche aménagée à l'extrémité de l'élément 4. Le comportement du bord libre de l'élément 50 est sensiblement identique à celui de la paroi 5 précédente.Selon les figures 10 et 11, la paroi très souple, mais légèrement élastique 50' s'étend depuis le plateau 1 jusqu'au voisinage de la surface d'appui 2; elle est renforcée par une plaque 40 formant ressort s'étendant depuis le plateau 1 en direction de la surface d'appui sur une longueur sensiblement identique à celle de l'élément 4 précédemment utilisé. La forme en plan des coussins décrits jusqu'à présent peut être quelconque. Elle peut être polygonale comme indiqué par la figure 7, avec une pluralité d'éléments 4 (ou 40) associés à des éléments 5 (ou 50) de manière à former des ensembles de confinement indépendants les uns des autres. Les éléments 4 (ou 40) et 5 (ou 50) peuvent également former des parois sans fin délimitant ainsi une surface de révolution à l'intérieur de laquelle le coussin est formé. il en est ainsi dans le mode de réalisation des figures 12 et 13 où les coussins qui sont du type décrit en regard de la figure 1 ont une forme en plan sensiblement circulaire. Ces figures illustrent également l'application de l'invention à une machine à effet de sol coopérant pour sa sustentation et son guidage avec une voie préparée 2 en forme de T inversé. La machine comporte des coussins de sustentation 3s coopérant avec les surfaces de sustentation 2s de la voie situées de part et d'autre de 11 extension médiane de guidage; les coussins de guidage 3g portés par la machine coopèrent avec les deux faces opposées 2g de l'extension médiane de la voie. il va de soi que l'invention ntest pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits et qu'il serait possible de les modifier, notamment par substitution de moyens techniques équivalents, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. REVENDLCATIONS 1. Dispositif de confinement dtun coussin fluide sous pression pour machine à effet de sol comportant: - un premier élément de paroi relié à la structure de la machine, s'étendant jusqu'au voisinage de la surface d'ap- pui et capable de résister à la pression nominale du coussin, et - un second élément de paroi associé au premier et déterminant d'une manière mobile un bord libre voisin mais espacé de la surface d'appui, ledit second élément étant susceptible de se déformer sous l'effet d'une pression appliquée sur sa face baignée par le fluide du coussin, inférieure à la pression nominale du coussin et voisine de la pression ambiante. 2. Dispositif de confinement selon la revendication 1, dans lequel le second élément est une paroi souple faisant partie d'une enceinte renfermant un fluide dont la pression est un peu supérieure à la pression ambiante et inférieure à la pression nominale du coussin. 3. Dispositif de confinement selon la revendication 1, dans lequel le premier élément est rigide et articulé ou seni- rigide et encastré. 4. Dispositif de confinement selon la revendication 1 ou 3, dans lequel le premier élément est incliné vers l'extérieur. 5. Dispositif de confinement selon la revendication 1, 3 ou 4, dans lequel le premier élément est incurvé et convexe par rapport à l'interieur du coussin. 6. Dispositif de confinement selon la revendication 1 ou l'une des revendications 3 à 5, dans lequel le premier élément a une rigidité décroissante à partir de son point d'ancrage au plateau en direction de la surface d'appui, par exemple une épaisseur décroissante. 7. Dispositif de confinement selon la revendication 1 ou l'une des revendications 3 à 6, dans lequel le premier élément, à son point de fixation, fait un angle de l'ordre de 450 par rapport à la normale à la surface d'appui. 8. Dispositif de confinement selon la revendication 1 ou l'une des revendications 3 à 7, dans lequel le premier élément est seL rigide et réalisé en matériau comportant de bonnes qualités d'amortissement et un module d'élasticité permettant de tenir la pression interne tout en conservant une raideur assez faible. 9. Dispositif de confinement selon la revendication 1 ou l'une des revendications 3 à 8, dans lequel le profil du premier élément est agencé de manière à obtenir au voisinage de son extrémité libre une pression statique voisine de la pression ambiante, ctest-à-dire un peu inférieure ou supé rieur, 10. Dispositif de confinement selon la revendi,,cation 1 ou l'une des revendications 3 à 9, dans lequel le premier élément a au repos un profil sensiblement rectiligne. 11. Dispositif de confinement selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le second élément se raccorde à l'extrémité libre du premier élément et va rejoindre le plateau, ou ledit premier élément, ou un prolongement dudit élément. 12. Dispositif de confinement selon la revendication 1, 2 ou 11, dans lequel le second élément est réalisé en matière mince et souple par exemple en tissu enduit d'urethane ou d 'hypalon. 13. Dispositif de confinement selon la revendication 1, 2 ou 11 ou 12, dans lequel le second élément est une paroi souple fixée au premier élément, mais présentant un coefficient d'élasticité non nul. 14. Dispositif de confinement selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le premier élément est cons titre par une paroi très souple renforcée par un organe élastique et le second élément par un prolongement de ladite paroi très souple. 15. Dispositif de confinement selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ladite enceinte est alimentée à partir d'une dérivation de l'alimentation du coussin comportant un détenteur, ou reliée au coussin par des passages aménagés au voisinsge de la jonction du premier et du second élément. 16. Dispositif de confinement selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le premier et le second élément sont des parois sans fin. 17. Dispositif de confinement selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les coussins comportent une pluralité de premiers et seconds éléments formant des ensembles indépendants. 18. Dispositif de confinement selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le coussin a une forme polygonale par exemple rectangulaire ou une forme de révolution par exemple circulaire. 19. Machine à effet de sol coopérant avec une voie en forme de T inversé par l'intermédiaire de coussins de sustentation et/ou de guidage, un ou plusieurs de ces coussins de fluide étant formés par des dispositifs de confinement selon les revendications précédentes.