Brevet FR2298045A1 — publié le 19760813

L'invention concerne les distributeurs destinés à assurer alternativement l'alimentation et la vidange des deux chambres d'un vérin à double effet, ainsi que le moyen de commande des dits distributeurs. Les vérins à double effet, pneumatiques ou hydrauliques, sont bien connus. Ils comportent un cylindre fixe à l'intérieur duquel coulisse un piston solidaire d'un tige qui traverse de façon étanche l'une des extrémités du cylindre. Le piston partage le cylindre en deux chambres de volumes variables dans lesquelles un fluide sous pression est admis alternativement pendant que la chambre oppose est mise en vidange. Ces admissions et vidanges alternatives sont effectuées par l'intermédiaire d'un organe appelé distributeur. Le distributeur comporte quatre voies, deux vers les deux chambres ( à proximité des deux extrémités du cylindre), une vers la source du fluide sous pression, la dernière ( échappement) vers l'atmosphère ou vers la bâche du groupe moto-pompe. La commande du distributeur peut être manuelle ou automati que (liée au déplacement de la tige du vérin). Dans le dernier cas la commande peut être directe, indirecte pneumatique ou hydraulique (par~valve ou bloc pilote) ou indirecte électrique (par électrovannes) Le distributeur peut être constitué par un jeu de soupapes mais, le plus généralement, il est constitué par un tiroir plan ou cylindrique à déplacement rectiligne. Il a déjà été imaginé des distributeurs rotatifs constitués par un corps tubulaire fixe sur lequel débouchent latéralement les quatre voies sus-mentionnées et dans lequel est monté rotatif à frottement doux, un noyau cylindrique percé perpendiculairement à son axe par des canaux s'étendant longitudinalement en arc de cercle de façon à mettre sélectivement en communication les voies débouchant sur le corps fixe. Cette disposition est réservee aux distributeurs à commande manuelle car, manuellement, le déplacement angulaire est plus aisé que le déplacement rectiligne, ou encore aux distributeurs à déplacement continu (programmateur) Quoiqu'il en soit, distributeur à tiroir plan ou cylindrique ou distributeur rotatif, l'étanchéité ne peut être assurée que grâce au parfait état de surface des pièces en contact et en mouvement relatif.Dans tous les cas il est alors indispensable d'éliminer tout corps étranger du fluide sous pression. C'est ainsi que l'huile destinée à l'alimentation d'un vérin hydraulique doit être filtrée au micron avant son passage dans le distributeur. Pour certaines applications un filtrage aussi fin est impossible. C'est le cas notamment pour les vérins utilisés sur les appareils d'irrigation qui sont des vérins hydrauliques alimentés par l'eau d'irrigation elle-même, eau souvent chargée de sable et/ou de gravillons et à laquelle on ne peut faire subir qu'un filtrage grossier afin d'éviter des pertes de charge trop importantes. Le distributeur selon l'invention a été conçu plus particu lièrement pour être utilisé dans le cas où le fluide sous pression est chargé d'impuretés, mais sa simplicité et sa parfaite étanchéité en font un organe de commande de vérin à conseiller dans tous les cas. Le distributeur à quatre voies selon l'invention comporte une enceinte dans laquelle débouche, librement, une canalisation d'alimentation reliée à une source de fluide sous pression et sur le fond de laquelle débouchent par trois orifices distincts des canaux reliés respectivement aux deux chambres du vérin et à l'échappement, tandis qu'une noix logée dans ladite enceinte et appliquée sur ledit fond est aménagée de manière telle qu' elle peut pivoter sur ce dernier sous l'action d'un organe de commande entre deux positions angulaires relatives, l'une dans laquelle elle découvre l'orifice correspondant à la première chambre du vérin et met en communication les deux autres orifices, l'autre dans laquelle elle découvre l'orifice correspondant à la seconde chambre et met en communication les deux autres, l'orifice d'échappement n'étant jamais découvert au cours du déplacement angulaire. Il est clair qu'à chaque instant l'enceinte est remplie par le fluide qui exerce sa pression sur toute la surface de la noix et l'applique avec force contre le fond de l'enceinte en assurant ainsi l'étanchéité et en empêchant toute intrusion d'impuretés entre les surfaces de frottement des pièces en mouvement. Avantageusement l'enceinte est formée par une semelle dont la face supérieure plane, recouverte d'une plaque d'étanchéïté en matière synthétique à faible coëfficient de frottement, constitue le fond de l'enceinte et par un boitier ou couvercle en forme de coquille qui est appliqué par son bord périphérique contre ladite plaque d'étanchéïté et qui est relié fermement à la semelle par exemple par boulonnage, tandis que l'organe de commande de la noix est constitué par un axe solidaire de ladite noix, qui s'étend à l'opposé de la semelle et qui traverse le fond du couvercle de façon étanche. Lorsque la commande du distributeur doit être automatique c'est-à-dire liée au mouvement de la tige du vérin et que, comme c'est généralement le cas, il est nécessaire d'éviter toute pause aux points morts haut et bas du vérin, il faut que la noix passe très rapidement et très brusquement d'une position angulaire extrême à l'autre. L'invention a encore pour objet un mécanisme d'inversion rapide applicable tant au distributeur ci-avant revendiqué qu'à tout autre distributeur rotatif dont l'organe tournant est muni d'un axe s'étendant à l'extérieur dudit distributeur, pourvu que le déplacement angulaire de l'organe tournant entre ces deux positions actives soit inférieur à 1200 environ. Le mécanisme de commande d'inversion selon l'invention comporte une tige de déclencheur mue en un mouvement de va et vient suivant une trajectoire sensiblement rectiligne située dans un plan perpendiculaire à l'axe de l'organe tournant du distributeur, sous l'effet d'un effort mécanique transmis directement ou indirectement par le mouvement de la tige du vérin, la partie médiane de la tige, comprise entre deux collerettes débordantes, constituant une glissière guide pour une bague munie d'uniaxe s'étendant radialement vers I'exterieur et monté libre dans un amour oblong ménagé à l'extrémité d'un levier d'entrainement perpendiculaire à l'axe de l'organe tournant et calé rigidement sur ce dernier à l'extérieur du distributeur, tandis que de part et d'autre de la bague un ressort hélicoïdal travaillant à la compression et enfilé sur la tige est interposé entre ladite bague par l'intermédiaire d'une rondelle et la collerette correspondante,et que dans chacune des deux positions angulaires extrêmes de l'organe tournant, le levier est soumis.à un moyen de verrouillage aménagé de manière à être éclipsé par un organe de déclenchement porté rigidement par la tige du déclencheur.. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel la figure 1 est une coupe longitudinale d'un distributeur rotatif selon l'invention1 les figures 2 et 3 sont des schémas qui montrent respectivement les deux positions angulaires extrêmes de la noix sur sa surface d'appui. les figures 4 et 5 sont des schémas semblables à ceux des figures 2 et 3 avec une répartition angulaire différente des orifices de la noix et de la semelle du distributeur, les figures 6 A, 6B et 6C montrent le mécanisme de commande d'inversion du distributeur rotatif respectivement a) à l'instant du verrouillage dans l'une des positions de l'organe tournant, b) au cours du déplacement du piston du vérin alimenté selon A, c) à l'instant du verrouillage de l'organe tournant dans la position opposée. Aux figures 1 à 3, un distributeur rotatif à quatre voies pour l'alimentation d'un vérin double effet ( non représenté) comporte une enceinte 1 dans laquelle débouche librement une canalisation 2 d'alimentation reliée à une source de fluide sous pression. L'enceinte 1 est formée par une semelle 3 et un boitier 4 en forme de coquille fixé fermement sur ladite semelle, par exemple par boulonnage. Entre la semelle 3 et le bord de la coquille est interposée une plaque 5 de matière synthétique à faible coëfficient de frottement. La plaque 5 constitue le fond de l'enceinte et assure l'étanchéité de cette dernière tout le long de la jonction des pièces 3 et 4. La semelle 3 est traversée par trois canaux Cl, C2 et E qui débouchent sur le fond de l'enceinte par trois orifices distincts coïncidant avec des ajours de la plaque d'étanchéïté 5. Les canaux Cl et C2 sont reliés respectivement aux deux chambres du vérin et le canal E est un canal d'évacuation vers l'atmosphère ou vers une bâche d'un groupe motopompe suivant le type et la nature dru vérin utilisé. A l'intérieur de l'enceinte une noix 6, cylindrique,peut pivoter enrestant appliquée contre la plaque 5. Elle est solidaire d'un axe 7 qui traverse de façon étanche le fond du boîtier ou coquille 4. Pour cela le boitier 4 comporte un prolongement cylindrique 8 faisant saillie vers l'extérieur et traversé par un alésage dont le diamètre intérieur correspond au diamètre de l'axe 7. Cet alésage débouche dans l'enceinte par un évasement conique 8a destiné au logement d'un joint torique 8 entourant l'axe 7. Le joint 9 est forcé dans son logement par une rondelle 10 servant d'appui à un ressort hélicoïdal Il comprimé entre elle et la noix 6. Le ressort 11 assure ainsi l'étanchéité par son action sur le joint 9 et sollicite en même temps la noix contre sa surface d'appui constituée par la plaque 5. Dans l'exemple représenté les trois orifices de Cl, C2 et E sont distribués sur le fond de l'enceinte sur une circonférence dont le centre est situé sur l'axe géométrique de l'axe 7. La noix 6 porte sur sa face de contact avec la plaque 5 une rainure profonde 12 s'étendant en arc de cercle sur une circonférence superposée à la circonférence d'implantation des orifices sur ladite plaque 5. La noix 6 est encore munie de deux alésages Al et A2 débouchant sur la face de contact sur cette même circonférence. Sur le fond de l'enceinte l'orifice de E présente le même décalage angulaire t par rapport aux orifices de C1 et C2. Dans l'exemple représenté aux figures l à 3, Cl et C2 sont diamétralement opposés, E est situé sur un diamètre perpendiculaire à C1C2 et w = 900. Sur la noix les deux alésages Al et A2 sont disposés symétriquement par rapport au plan diamétral P constituant un plan de symétrie pour la rainure 12, leur décalage angulaire 9 mesuré sur l'arc opposé à la fente est égal dans l'exemple des figures 1à 3 à 1200. En partant de la position de la figure 2 dans laquelle les orifices de C1 et de AI sont en regard l'un de l'autre, on arrive à la position de la figure 3 dans laquelle les orifices C2 et A2 coïncident en faisant tourner la noix d'un angle égal à 2# - # - 2# soit dans cet exemple de 600. Il suffit alors que dans la première position (figure 2) la rainure 12 mette en communication les orifices C2 et E et que dans la seconde position (figure 3) elle mette en communication les orifices C1 et E pour que soient réalisées dans chacune de ces positions, à la fois l'alimentation de l'une des chambres du vérin et la vidange de l'autre.Pour cela il faut, bien entendu, que la rainure présente une longueur angulaire primitive (c'est-à-dire une longueur angulaire totale diminuée de la valeur correspondant au diamètre d'un orifice C1 ou C2) au moins égale à 2 t - ( 2# - # - 2 #) c'est-à-dire à 4 t - 2 # + O , soit dans l'exemple à 1200. Bien d'autres valeurs peuvent être adoptées pour la répartition angulaire sur le fond de l'enceinte et sur la noix. Par exemple : ? = 900 avec 9 = 900 et c(= 900, ou bien d = 450 avec 9 = 1800 et c( = 45 ou encore # = 60 avec # = 180 et &alpha; = 600. Ce dernier exemple est représenté aux figures 4 et 5. L'on peut remarquer que dans les divers cas qui viennent d'être mentionnés 0 = 2 3'f, = te et que le déplacement angulaire de la noix entre ses deux positions extrêmes est alors de C'est évidemment cette disposition ( & = 2Tt - 3 ff ) qui permet d'avoir la rainure la plus courte possible pour une valeur déterminée de d . Quelles que soient les valeurs des différents angles définissant la structure du distributeur rotatif, la noix 6 reste constamment fermement appliquée contre la plaque 5, d'une part, sous l'action élastique du ressort 11 mais surtout sous l'action de la pression du fluide moteur qui agit sur la totalité de sa face supérieure tandis qu'à l'opposé, la pression d'échappement du fluide ne s'exerce que sur le fond de la rainure 12. Cette disposition interdit l'intrusion des impuretés éventuelles entre la plaque 5 et la face inférieure de la noix 6 et le fluide utilisé peut n'être soumis qu'a un filtrage grossier, à travers un simple tamis par exemple. Lorsque la commande du distributeur doit être automatique, c'est-à-dire liée au mouvement de la tige du vérin et qu'il est nécessaire d'éviter toute pause aux points morts, il faut que la noix passe très rapidement et très brusquement d'une position angulaire extrême à l'autre. Les figures 6A à 6C montrent un mécanisme d'inversion rapide applicable à tout distributeur rotatif dans lequel l'amplitude de la rotation de l'organe tournant est inférieure à 1200. Dans l'exemple représenté, cette amplitude est sensiblement égale à 60 . Le distributeur est schématisé par le tracé 20 en trait mixte et son organe tournant par le cercle 21 également en trait mixte. Le mécanisme comporte une tige 22 dite de déclencheur qui est mue en un mouvement de va et vient sensiblement rectiligne, symbolisé par la flèche double F1 (figure 6A) grâce à une liaison mécanique directe ou indirecte (non représentée) avec la tige du vérin. De préférence cette liaison mécanique comporte un moyen de réglage permettant de faire varier le rapport de l'amplitude du mouvement de la tige 22 par rapport à celle du mouvement de la tige du vérin. L'ensemble est monté de façon telle que la trajectoire de la tige 22 est située dans un plan perpendiculaire à l'axe 24 de l'organe tournant 21 du distributeur. La partie médiane 22a de la tige 22, comprise entre deux collerettes 25a, 25b débordantes solidaires de ladite tige, constitue une glissière guide pour une bague 26. Cette bague est munie d'un têton s'étendant radialement vers l'extérieur et monté libre dans un ajour oblong 27 ménagé à l'extrémité libre d'un levier 23 d'entrainement perpendiculaire à l'axe 24 de l'organe tournant et calé sur ledit axe à l'extérieur du distributeur. Entre la bague 26 et chacune des collerettes 25a, 25b est intercalé un ressort hélicoïdal 28a, 28b enfilé sur la tige 22. Le levier 23 peut pivoter par rapport au distributeur 20, en entrainant l'organe tournant 21, entre deux butées 35a, 35b solidaires du corps du distributeur. il porte sur sa partie médiane un ergot 29. Une platine 30 solidaire du distributeur porte deux axes 31a, 31b autour desquels oscillent respectivement deux cliquets 32a 32b présentant une forme générale en L. Chacun de ces cliquets est soumis à l'àfetlon d'un ressort de rappel ( non représenté) qui le sollicite de manière telle que l'un des bras du L tend à pivoter vers la tige 22 jusqu'à une position de butée. L'extrémité libre dudit bras forme une rampe 33 d'accès à une encoche 34 ( voir le cliquet 32b sur la figure 6A). Les encoches 34 sont destinées à coopérer avec ergot 29 du levier 23. L'au- tre bras du L ou queue du cliquet s'étend en direction de la tige 22 de manière que son extrémité libre est sur la trajectoire d'un organe de déclenchement porté rigidement par ladite tige.Dans l'exemple représenté les organes de déclenchement sopt constitués par, les collerettes 25a et 25b. Le fonctionnement est clair. En partant de la position représentée à la figure 6A dans laquelle le levier 23 est en contact avec sa butée 28a et verrouillé dans cette position par l'engagement de l'ergot 29 dans l'encoche du cliquet 32a, position qui correspond à l'une des deux positions angulaires extrêmes de l'organe tournant, par exemple à la position représentée à la figure 2 ou à la figure 4 pour un distributeur du type décrit précédemment, la tige 22 est sollicitée par sa liaison avec la tige du vérin dans le sens de la flèche F2 ( figure 6B). La tige se déplace, la collerette 25a se déplaçant vers la bague 26 maintenue immobile puisque le levier 23, verrouillé, reste appliqué contre sa butée 35a.Le ressort 28a se comprime (figure 6B) jusqu'à ce que la collerette 25a vienne buter contre la queue du cliquet 32a, le faisant basculer suivant la flèche F3 à l'encontre de l'action de son ressort de rappel (figure 6C). L'ergot 29 échappe à la prise de l'encoche du cliquet, le ressort 28a se détend brusquement entrainant la bague 26 et par conséquent le levier 23 qui finit sa course sur sa butée 35b. Au passage l'ergot 29 s'est engagé sur la rampe 33 du cliquet 32b en faisant pivoter très légèrement ce dernier dans le sens des aiguilles d'une montre puis est venu en prise avec l'encoche 34 dudit cliquet ramené par son ressort de rappel. Le levier 23 est alors verrouillé dans sa seconde position angulaire extrême, ainsi bien entendu que l'organe tournant ( par exemple, position de la figure 3 ou de la figure 5 pour un distributeur tel que décrit ci-avant).Le réglage de l'amplitude du mouvement de la tige 22 est tel que cette inversion brusque correspond exactement à un point mort du vérin. Immédiatement après, ou un peu plus tard si la liaison entre la tige du vérin et la tige 22 présente un jeu prédéterminé, la tige 22 se déplace en direction opposée à celle de la fléche F2. C'est le ressort 28b qui est alors comprimé jusqu'à ce que la collerette 25b vienne éclipser le cliquet 32b pour déterminer la détente dudit ressort et une nouvelle inversion vers la position initiale du levier 23 et de l'organe tournant (figure 6A). Au moment de la détente brusque du ressort 28a ou 28b chaque point du levier 23 décrit un arc de cercle tel que C (figure 6B), alors que la bague 26 et par conséquent son têton, guidés par la partie médiane 22a de la tige 22, ont une trajectoire rectiligne; c'est dire que la bague 26 doit pouvoir se rapprocher de l'axe 24 au cours de son déplacement et c'est pourquoi ledit têton est monté dans un ajour 27 oblong. REVENDICATIONS 1 - Distributeur rotatif à quatre voies pour l'alimentation d'un vérin à double effet, caractérisé en ce qu'il comporte une enceinte dans laquelle débouche librement une canalisation d' alimentation reliée à une source de fluide sous pression et sur le fond de laquelle débouchent par trois orifices distincts des canaux reliés respectivement aux deux chambres du vérin et à l'échappement, tandis qu'une noix logée dans ladite enceinte et appliquée sur ledit fond est aménagée de manière telle qu' elle peut pivoter sur ce dernier sous l'action d'un organe de commande entre deux positions angulaires relatives, l'une dans laquelle elle découvre l'orifice correspondant à la première chambre du vérin et met en communication les deux autres orifices, l'autre dans laquelle elle découvre l'orifice correspondant à la seconde chambre et met en communication les deux autres, l'orifice d'échappement n'étant jamais découvert au cours du déplacement angulaire. 2 - Distributeur rotatif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enceinte est formée par une semelle dont la face supérieure plane, recouverte d'une plaque d'étanchéité en matière synthétique à faible coefficient de frottement, constitue le fond de l'enceinte et par un boitier ou couvercle en forme de coquille qui est appliqué par son bord périphérique contre ladite plaque d'étanchéïté et qui est relié fermement à la semelle par exemple par boulonnage, tandis que l'organe de commande de la noix est constitué par un axe solidaire de ladite noix, qui s'étend à l'opposé de la semelle et qui traverse le fond du couvercle de façon étanche. 3 - Distributeur rotatif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un ressort hélicoïdal enfilé sur l'axe de la noix est interposé entre cette dernière et le fond du couvercle tend à appliquer la noix contre la plaque d'étanchéïté. 4 - Distributeur rotatif selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que les trois orifices déboucllallt sur le fond de l'enceinte sont distribués sur une circonférence concentrique de l'axe de la noix, l'orifice déchappement étant disposé sur la bissectrice de l'angle au centre défini par les deux autres orifices de manière à présenter par rapport à chacun de ces derniers un même decalage angulaire , que la noix est munie, d'une part1 sur sa face de contact avec la plaque d'étanchéité1 d'une rainure profonde s'étendant en arc de cercle sur une circonférence superposée à la circonférence d'implantation des orifices et, d'autre part1 deux alésages débouchés, débouchant sur la face de contact de la noix sur la dite circonférence, symétriquement par rapport au diamètre de symétrie de la rainure, le déplacement angulaire de la noix entre ses deux positions extrêmes étant de 2#-# - 2#, # étant le décalage angulaire des deux orifices des alésages mesurés sur l'arc opposé à la rainure et la longueur angulaire primitive de cette dernière étant au moins égale à 4t - 2 t + . 5 - Distributeur rotatif selon la revendication 4, caractérisé en ce que 6= 2 3'P1le déplacement angulaire de la noix entre ses deux positions étant de # et (K étant égal à y. 6 - Distributeur rotatif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5 pour l'alimentation d'un vérin double effet à fonctionnement continu, c'est-à-dire sans temps d'arrêt aux points morts extrêmes caractérisé en ce que le déplacement angulaire de la noix est au plus égal à 1200 et que l'axe de ladite noix est entrainé par un mécanisme de commande d'inversion asservi à la tige du vérin de manière à accumuler de 1' énergie pendant la course de ladite tige et à libérer cette énergie lorsque la tige arrive à l'une ou l'autre des extrémités de sa course. 7 - Distributeur rotatif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le mécanisme d'inversion comporte une tige de déclencheur mue en un mouvement de va et vient suivant une trajectoire sensiblement rectiligne située dans un plan perpendiculaire à l'axede l'organe tournant du distributeur, sous 1' effet d'un effort mécanique transmis directement ou indirectement par le mouvement de la tige du vérin, la partie médiane de la tige, comprise entre deux collerettes débordantes, constituant une glissière guide pour une bague munie d'un axe s' étendant radialement vers l'extérieur et monté libre dans un ajour oblong ménagé à l'extrémité d'un levier d'entrainement perpendiculaire à l'axe de l'organe tournant et calé rigidement sur ce dernier à l'extérieur du distributeur, tandis que de part et d'autre de la bague un ressort hélicoïdal travaillant à la compression et enfilé sur la tige est interposé entre ladite bague par l'intermédiaire d'une rondelle et la collerette cor respondante, et que dans chacune des deux positions angulaires extrêmes de organe tournant, le levier est soumis à un moyen de verrouillage aménagé de manière à être éclipsé par un organe de déclenchement porté rigidement par la tige de déclencheur. 8 - Distributeur rotatif selon la revendication 7, caractérisé en ce que chacun des deux moyens de verrouillage du levier du mécanisme d'inversion est constitué par un cliquet de retenue de forme générale en L monté oscillant autour d'un axe fixe solidaire du distributeur, sollicité vers la position de verrouillage par un moyen élastique de rappel, présentant un premier bras dont l'extrémité libre est munie d'une rampe d'accès à une encoche d'accr9chage destinée à coopérer avec un ergot porté par la partie médiane du levier d'entrainement et un second bras s'étendant en direction de la tige pour présenter son extrémité sur la trajectoire de l'organe de declenchement correspondant. 9 - Distributeur rotatif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les deux organe s de déclenchement portés par la tige du mécanisme d'inversion sont constitués par les deux collerettes débordåntes.