Brevet FR2239603A1 — publié le 19750228

La présente invention concerne un moteur hydraulique destiné à l'entraînement en rotation d'un grappin ou analogue relié à la flèche d'une excavatrice ou pelle mécanique analogue. Un tel moteur comprend un stator pouvant être relié à la flèche et un rotor pouvant être relié au grappin et monté à rotation sur le stator, plusieurs cylindres de vérins, disposés radialement dans le stator ou dans le rotor, recevant chacun un piston ayant une bille montée dans sa face frontale, les cylindres étant ouverts du côté de labille, une surface de paroi intérieure de l'autre élément (rotor ou stator)-, ondulée en section radiale, servant de surface de roulement pour les billes, un distributeur relié, solidaire en rotation, à cet élément, pour la commande d'amenée et de retour du fluide hydraulique dans et hors des cylindres de vérins, et au moins deux raccords rotatifs traversant de manière étanche à la pression, la surface de séparation entre stator et rotor. Un tel moteur peut être mis en oeuvre partout où une charge suspendue doit pouvoir être tournée autour de l'axe vertical, un palier axial robuste étant nécessaire. Les raccords rotatifs de traversée étanche à la pression sont destinés aux canalisations hydrauliques conduisant au grappin et empêchant une torsion de ces canalisations lors d'une rotation du grappin autour de l'axe vertical On connatt déjà un moteur hydraulique de ce type dans lequel le raccord d'entrée rotatif à l'intérieur du distributeur s2 étend sur toute la longueur de l'axe de moteur.Une conséquence de cette disposition est une construction relativement compliquée de l'ensemble du système avec une pluralité de raccords rotatifs à rendres étanches à la pression et une pluralité de pièces individuelles à assembler entre elles. On a constaté également comme désavantageux le fait que le distributeur présente un diamètre relativement grand et qu'une-disposition nflottante" n'est pas possible. Pour ces raisons, on constate en service des usures relativement rapides qui nécessitent un entretien relativement fréquent. En raison de la constitution compliquée du moteur, cet entretien est difficile et entrain des pertes de- temps. La présente invention a pour but de créer un moteur hy draulique du type décrit plus haut qui se compose dwun nombre réduit de pièces constituantes de fabrication facile, qui est de construction simple, et par conséquent, de surveillance facile, et dans lequel une amélioration est obtenue du point de vue de l'usure des pièces. Dans ce but, le moteur conforme à l'invention est caractérisé en ce que le distributeur est disposé, suivant l'axe médian, dans un alésage concentrique à l'axe du rotor, de la pièce présentant le cylindre de pression, les perçages, fraisages et canaux qui forment les raccords rotatifs de passage s'étendant à l'extérieur du distributeur. Avec cette construction, il faut en fait accepter que les raccords tournants sont par rapport à la disposition connue sur I'axe médian, disposés sur un diamètre plus grand. Cette différence est cependant d'importance négligeable, car, d'une part, les vitesses de révolution de moteurs hydrauliques. de ce genre sont relativement faibles, et, d'autre part, les avantages obtenus avec la construction conforme à l'invention du point de vue de la facilité de fabrication et de la facilité d'entretien,. compensent largement ce petit inconvénient. En vue de diminuer considérablement la tendance à l'usure, notamment dans le cas de charges transversales, il est proposé, conformément à une autre caractéristique de l'invention,. que le dist tributeur présente, par rapport à la pièce avec laquelle il est réuni de manière solidaire en rotation, un jeu radial et axial. Dans une telle disposition relativement flottante, le distributeur peut facilement céder aux forces transversales et axiales, de sorte que $ les forces de palier transmises sur les parois. de l'alésage sont fortement réduites par rapport au cas dtun support sur palier rigide Une autre amélioration de ce point de vue est obtenue par le fait qu'au moins l'une des deux conduites d'aMenée pour le li-, quide hydraulique du distributeur est constituée comme un canal an- nulaire formé entre la paroi extérieure du distributeur et la paroi intérieure d'alésage de la pièce qui comprend le cylindre de pression. On obtient ainsi que la surface d'appui entre la paroi extérieure du distributeur et la paroi intérieure de l'alésage est relativement réduite et que la portée, de glissement formée dans le domaine de cette surface d'appui est bien lubrifiée par le liquide hydraulique. ~ En outre, avec ces mesures, le diamètre du distributeur est réduit à un minimum La fabrication des pièces individuelles du moteur et leur assemblage sont particulièrement simples, lorsque le distributeur est constitué comme une pièce rotative, et si, en outre, la pièce qui comprend le cylindre de pression est une pièce rotative en une seule pièce et si la pièce qui présente la paroi intérieure ondulée se compose de deux pièces individuelles en une partie, reliées entre elles par une liaison à brides, qui entourent partiellement la pièce nommée en premier lieu.Le moteur hydraulique se compose dans ce cas de quatre corps de base simples constitues comme~pièces rotatives, qui peuvent être facilement fabriquées et qui par exemple, dans un but de surveillance facile, peuvent être facilement démontées et assemblées, même dans de rudes conditions d'exploitation sur des chantiers de construction. Conformément à une autre réalisation de l'invention, il est; prévu, entre le rotor et le stator, du coté du grappin, au moins un disque annulaire, qui, lors d'une pression d'application du grappin sur une surface d'appui, agit comme palier de pression axial et pour le reste comme palier de glissement. Ce disque annulaire sert spécialement à diminuer l'usure Les forces radiales entre stator et rotor sont aantageuse- ment absorbées par un palier de glissement, qui peut être traversé par les perçages et les fraisages qui constituent le conduit rotatif de traversée. Pour des raisons de résistance mécanique, on a constaté comme avantageux que la pièce présentant le cylindre de pression est reliée, solidaire en rotation, avec un tourillon de palier à glissement, en une matière à haute-résilience, présentant des per çages conduisant aux raccords rotatifs et au distributeur. Ceci présente en supplément l'avantage que la pièce mentionnée plus haut, exposée à une usure relativement élevée contre les surfaces de frottement du cylindre de pression et contre la paroi intérieure de la chambre creuse appliquée contre le distributeur, peut être échangée facilement, meme sans échange du tourillon de palier. Lors de-l'oscillation de grandes charges, il se produit sur le stator des forces d'inertie considérable en direction du pourtour, qui peuvent donner lieu à des ruptures de matière. En vue d'absorber des pointes de charge de courte durée, il est prévu, suivant l'in- vention, que la partie qui présente le cylindre de pression et le tourillon de palier sont reliés -entre eux au moyen d1organes d1-ac- couplement déformables élastiquement dans la direction du pourtour du tourillon. Les organes d'accouplement peuvent, par exemple, astre constitués comme des chevilles d'acier en forme de cylindres creux à élasticité de ressort. En vue d'éviter des conduits rotatifs de traversée pour le fluide hydraulique entrainant le moteur, il est judicieux de prévoir que la pièce qui présente le cylindre de pression est constituée comme stator et que la pièce qui présente une paroi intérieure ondulée est constituée comme rotor. ~ La description ci-après se rapporte à deux modes de réalisa- tion de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs et expliqués avec référence auxdessins annexés, dans lesquels | ~ la figure i--e-st une vue en élévation d'un grappin relié à une flèche, ainsi qu'une représentation schématique d'un dispositif de commande pour le moteur hydraulique ; la figure 2 est une vue en coupe longitudinale à travers le moteur hydraulique, le stator étant coupé en deux plans axiaux différents ; la figure 3 est une vue en coupe partielle perpendiculaire à l'axe longitudinal du moteur hydraulique, et la figure 4 montre un autre exemple de réalisation d'un moteur hydraulique dans une représentation analogue à celle de la figure 2. Le grappin 10 est suspendu à la cardan à une flèche Il d'une excavatrice, non représentée au dessin. Entre le joint de cardan 12 et la tige 13 qui porte le grappin 10 se trouve un moteur hydrauli- que 14, à l'aide duquel le grappin peut gtre tourné autour d'un axe vertical. La partie du moteur hydraulique qui est reliée à la flèche 11 est-désignée comme stator 30 et la partie reliée-au grappin 10 est désignée comme rotor 60. Les conduites d'amenée de--retour du liquide hydrauli que 15, 16 nécessaires pour l'entraînement du moteur hydraulique, sont raccordées, du côté stator aux raccords de branchement 31, 32 prévus sur le moteur. L'entraînement du moteur s'effectue en produisant, dans une des deux conduites hydrauliques 15, au moyen d'une pompe 17 et d'une soupape de limitation de pression 18, une surpression déterminée, tandis que, dans l'autre conduite 16, règne la-pression at mosphérique. Le fluide hydraulique est prélevé dans un réservoir 19 soumis à la pression atmosphérique, et est ramené dans ce réservoir. Au moyen d'une soupape à commutation de direction 20, la surpression peut etre produite au choix dans l'une ou l'autre des deux conduites 15 et 16, ce qui détermine le sens de rotation du moteur. Sur le côté du stator, sont branchées sur les raccords 33 et 34, deux autres conduites hydrauliques 21, 22, qui sont reliées par un'raccord rotatif avec les conduites 21l, 22' qui sont branchées, du coté rotor, sur les raccords 61, 62. Ces conduites vont à un dispositif actionnant les bras de grappin, qui est commandé au moyen d'une installation de commande 23. Les raccords rotatifs qui relient respectivement les conduites 21, 21' et 22, 22l disposés à l'inté rieur~du moteur, sont destinés à éviter une torsion de ces conduites lors d'une rotation du grappin. Comme le montrent les figures 2 et 3, le moteur hydraulique se compose d'un stator 30, d'un rotor 60 supporté à rotation sur un épaulement annulaire 35 du stator, avec interposition d'un palier à rouleaux 36, et d'un distributeur circulaire 90 disposé dans unalésage axial 37 du stator Le stator peut, dans le domaine du per çage 38, être relié à la flèche 14 de l'excavatrice, et le rotor être relié à la tige de grappin 13 par la bride 64 prévue sur son fond 63. Dans le corps de stator sont prévus plusieurs alésages cylindriques 39 radiaux, régulièrement espacés sur le pourtour, dans chacun desquels sont disposés un piston 40, ainsi qu'une bille 42 appliquée contre la face frontale du piston, et engagée plus ou-moins profondément dans une ouverture 41 du cylindre. Sur leur côté arrière 43 les pistons sont chargés par le fluide hydraulique, qui pénètre à travers le perçage 44 dans le cylindre respectifs Les billes 42 engagées dans les ouvertures 41 des cylindres sont appliquées contre une surface intérieure 65 du rotor 60, qui décrit une courbe en forme d'onde en direction du pourtour avec des bossages en direction radiale.La courbe en forme d'onde est désignée sous le nom de courbe de course 65', car elle détermine à chaque instant la course des pistons 4D (figure 3). Si maintenant une bille 42, sous-î'açtion du piston 40, à l'aide du fluide hydraulique, est pressée avec une force radiale déterminée contre la paroi intérieure 65 du rotor, elle exerce, selon la grandeur et la direction de la pente de la courbe de course 65', sur la surface d'appui en question, un couple de rotation plus ou moins grand dans l'une ou l'autre direction de rotation du rotor. Pour pouvoir mettre le rotor en rotation, il est nécessaire que les billes transmettent sur le rotor un couple de rotation de même direction. En conséquence, seuls doivent être chargés par la pression ceux des pistons dont les billes sont appliquées contre un-flanc de la courbe de course orienté vers l'extérieur en opposition au sens de rotation. Lors d'une rotation du rotor, ces pistons se déplacent avec leur billes, sous l'influence de la pression élevée du fluide hydraulique, sur la courbe de course, radialement vers l'extérieur jusqutà ce que le point mort extérieur ait été atteint.Simultanément, les cylindres correspondants sont remplis-par le fluide hydraulique. oeous les cylindres dont les billes s'appuient contre un flanc de la courbe de course tourné vers l'intérieur en opposition à la direction de rotation, doivent par contre être reliés à une conduite de retour de fluide où règne une pression plus basse, de telle sorte que les pistons correspondants, lors du passage sur la courbe de course puissent être déplacés, sans dépense de force im- portante, radialement-vers-ltintérieur, et paissent refouler le fluide hydraulique hors du cylindré dans la. conduite de retour. Lorsqu'est atteint un point mort du déplacement de course - de piston, la- liaison qui existe chaque fois entre le cylindre en question-et une des conduites hydrauliques est interrompue et, lors de la suite du déplacement, est établie une liaison avec l'autre con- duite hydraulique. Il en résulte, par exemple, que, lors-qu'est atteint le point mort extérieur, il se produit une commutation de commande du branchement du cylindre, de la conduite dtamenée à haute pression sur la conduite de refoulement à pression inférieure. La commande en phase correcte par rapport à la courbe de course 65', de la liaison des cylindres de pression individuels avec la conduite d'amenée ou de retour de fluide de pression est assurée par le distributeur 90, qui est relié, à rotation solidaire, avec le rotor 60 portant la courbe de course, au moyen d'un tourillon en traîneur 66. Le distributeur présente dans ce but un certain nombre de rainures axiales, espacées à intervalles réguliers sur le pour tour et qui forment, avec la paroi intérieure de l'alésage axial 37, chacune un canal 91, 92. Dans le cas de l'exemple représenté dans la figure 2, les canaux de fente 91 sont en liaison, à travers le canal annulaire 93, avec l'orifice de raccordement 31 pour la conduite hydraulique 15.Les canaux de fente 92 qui se trouvent chacun entre deux canaux 91 sont en liaison, à travers le canal annulaire 94 et le perçage 95, avec l'orifice de raccordement 32 pour l'autre conduite hydraulique 16. Dans le cas de exemple représenté dans la figure 4, au contraire, les canaux de fente 91 sont reliés, à travers le canal annulaire 93' et le perçage 931t de la pièce 30', et à travers le perçage 931t dans le tourillon de palier 30" solidaire de la pièce 30', à l'orifice de raccordement 31, tandis que les canaux de fente 92 sont reliés, à travers le canal annulaire 94 et les perçages 95 et 95', à l'orifice de raccordement 32+ Lors d'une rotation du distributeur 90 accouplé avec lerotor 60, les orifices de bord des rainures qui forment les canaux de fente 9t et 92 sont amenés l'un après l'autre en alignement avec les perçages 44 conduisant aux alésages de cylindres 39, de sorte-. que, successivement, une liaison correspondante est établie entre les cylindres et l'une ou l'autre des conduites hydrauliques 15, 16. Les dispositions des-rainures quiforment les canaux 91, 92--sur le distributeur, des ondes et des creux de la courbe 65' surale rotor 60, et des cylindres de pression 39 avec leurs perçages 44 et orifices 41 dans le stator 30, sont réalisées dans un rapport angulaire tel que puisse se produire une rotation continue du rotor de la manière décrite précédemment.D'après la relation géométrique entre ces éléments représentée au dessin, il est facile de comprendre qu'unerota- - tion du rotor relativement au stator a lieu dans une direction ou dans l'autre selon que le liquide hydraulique est sous pression dans l'une ou l'autre des conduites 15, 16 branchées sur les raccords 31 et 32. Sur le stator 30 sont prévus deux autres orifices de raccordement 33, 34 pour les conduites hydrauliques 21+ 22 représentées dans la fi-gure 1, qui sont reliées chacune, à'travers un perçage 45, 46, et un raccord rotatif de traversée 47, 48 avec l'orifice de raccordement correspondant 61, 62 prévu sur le rotor 60 pour les conduites hydrauliques 21', 22' respectivement. Les raccords rotatifs de traver sée se trouvent dans la domaine d'un palier lisse 51. Les canaux an- nulaires 7Q, 71 des raccords de traversée qui sont en liaison avec les percages 49, 50, d'une part, et les perçages 68, 69 d'autre part, sont chacun étanchés de chaque côté, entre eux et vers l'extérieur, au moyen de bagues. de joint étanche 72, 73 et 74. Le moteur hydraulique décrit se compose d'un nombre réduit de pièces individuelles qui peuvent être assemblées entre elles très facilement. Le corps de base qui forme le Stator 30 est, dans le cas de la figure 2, un élément en une seule pièce pourvu des alésages correspondants; Dans l'exemple de réalisation représenté dans la figure 4, le stator 30 est constitué par une pièce rotative 30t en acier coulé et un tourillon de palier 30" en acier à haute résilience. Ces deux éléments sont réunis entre eux au moyen de goujons d'acier 100 cylindriques craux élastiquement déformables en direction du pourtour du stator et d'un certain nombre de vis 101. Le distributeur 90 est également constitué en une seule pièce et est disposé dans alésage axial 37 du corps de stator 30. Le corps de base du rotor 60 qui entoure en partie le stator 30 se compose de deux pièces individuelles 757 76 reliées entre elles par un assemblage à brides - 77.Lors de l'assemblage, une partie 76, essentiellement en forme de cylindre creux, du rotor est glissée à partir d.un côté sur le corps de stator 30, et l'autre partie 75 en forme de coupelle est glissée à partir de l'autre côté, après que le palier à rouleaux 36 ainsi que les deux disques annulaires 78 airent été mis en place.Ces deux disques annulaires 78 servent, d'une part, dans le cas d'une charge suspendue, de palier de glissement, et , d'autre part, de palier d'absorption de pression lorsque le grappin est pressé contre une surface Le distributeur 90 est accouplé avec le rotor 60, au moyen de la broche d'entraînement, sans jeu en direction du pourtour, mais cet assemblage par broche permet cependant un jeu radial et également un jeu axial par rapport au rotor.Au lieu d'une liaison rigide, ce montage, dit flottant du distributeur présente l'avantage d'une usure réduite dans le domaine des surfaces d'application entre le distributeur et le stator ien entendu, il est possible, dans la construction décrite, de prévoir une inversion des fonctions du stator et du rotor, par une interversion cinématique, aussi bien avec un montage flottant qu'un montage rigide du distributeur. Dans le cas d'un montage flottant, il serait cependant nécessaire de prévoir des raccords de traversée supplémentaires entre le stator et le rotor pour le fluide hydraulique destiné à ltentratrement du moteur. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés. Diverses modifications restent possibles, notamment dans la construction des éléments, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. - R E V E N D I C A T I O N S 1. Moteur hydraulique pour ltentraSnement en rotation du grappin d'une excavatrice ou analogue, comprenant un stator pouvant être relié à la flèche de l'excavatrice et un rotor pouvant être relié au grappin et supporté à rotation sur le stator, plusieurs cylindres de vérins, disposés radialement dans le stator ou dans le rotor recevant chacun un piston portant une bille sur sa face frontale, les cylindres étant ouverts du côté de la bille, une surface de paroi intérieure de l'autre élément (rotor ou stator), ondulée en section radiale, servant de surface de roulement pour les billes, un distributeur relié, solidaire en rotation, à cet élément pour la commande d'amenée et de retour de fluide hydraulique dans ces cylindres de vérins, et au moins deux raccords de branchement rotatifs traversant, de manière étanche à la pression, la surface de séparation entre stator et rotor, moteur caractéri-sé en - ce que le distri- buteur est disposé suivant l'axe médian dans un alésage concentrique à l'axe du rotor de ltélément stator comportant les alésages de cylindres de pression, les perçages, fraisages et conduites, -qui forment les raccords de branchement traversants, étant disposés extérieurement au distributeur. 2. Moteur hydraulique, suivant la revendication 1, caraeté- risé en ce que le distributeur présente, par rapport 2 l'élément rotor auquel il est relié solidaire à la rotation, un jeu axial et radial. 3. Moteur hydraulique, suivant ltune quelconque des revent dications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'au moins-l'une des deux conduites d'amenée pour le fluide hydraulique du distributeur est constituée par une canal annulaire formé entre la paroi extérieure du distributeur et la paroi intérieure de l'alésage de l'élément comportant les cylindres de pression @ 4. Moteur hydraulique, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le distributeur est constitué comme un corps de révolution en une seule pièce. 5. Moteur hydraulique, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'élément, par exemple de stator, qui compose les cylindres de pression est constitué par un corps de révolution en une seule pièce, et que l'élément comportant la paroi intérieure ondulée est constitué par deux pièces individuelles reliées entre elles par un assemblage à brides qui entourent partiellement le premier élément du moteur, par exemple le rotor. 6. Moteur hydraulique, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par au moins un disque annulaire disposé, du coté grappin, entre le rotor et le stator pour servir de palier de compression axial et de palier de glissement. 7. Moteur hydraulique, suivant l'une quelconque des revendications 1 à6, caractérisé par un palier de glissement absorbant les forces radiales entre stator et rotor. 8. Moteur hydraulique, suivant la revendication 7, caractérisé en ce que les perçages et fraisages qui forment les raccords de branchement rotatifs traversent la surface d'appui formant le palier de glissement. 9. Moteur hydraulique, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'élément comportant les cy gindres de pression est constitué comme un stator, et l'élément qui comporte la paroi intérieure ondulée est constitué comme un rotor. 10. Moteur hydraulique, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'élément comportant les cylindres est relié sans pouvoir tourner à un tourillon de palier en une matière à haute résilience, présentant des perçages ou canaux qui conduisent aux raccords de branchement rotatifs, et au distributueur. 11. Moteur hydraulique, suivant la revendication 10, caractérisé en ce que l'élément qui comporte les cylindres de pression et le tourillon de palier sont accouplés en direction du pourtour, au moyen d'organes dtaccouplement déformables élastiquement. 12. Moteur hydraulique, suivant la revendication 11, caractérisé en ce que les organes d'accouplement sont constituéspar des goujons cylindriques creux en acier déformable élastiquement radiale ment