Brevet FR2325860A1 — publié le 19770422

La présente invention est relative à un dispositif dtentrainement en rotation d'un cylindre par poussées tangentielles successives de vérins sur ce cylindre. Elle concerne plus spécialement l'entraînement en rotation de cylindres de grand diamètre et d'un poids élevé tels que des fours à ciment ou des séchoirs, qui doivent tourner å une vitesse très-lente à peu près conStante mais exigent un couple très important. Les dispositifs connus d'entrainement tangentiel par vérins ont été jusqu'ici plutôt compliqués, coûteux et délicats dans la synchronisation des vérins. L'invention a pour but de fournir un dispositif d'entraînement en rotation qui soit simple, robuste et économique, et qui convienne particulièrement à des cylindres dont la forme réelle s'écarte de façon plus ou moins accentuée de la forme cylindrique théorique. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif d'entraînement du type précité, caractérisé en ce que les vérins comportent une première extrémité qui est constamment maintenue en appui contre une couronne d'entraînement solidaire du cylindre et qui est munie d'organes d'auto-solidarisation unidirectionnelle avec cette couronne5 l'autre extrémité de chaque vérin étant articulée en un point fixe. De préférence, les vérins sont articulés dans un meme plan transversal à l'axe du cylindre et s'appuient sur une couronne commune. Ainsi, une seule couronne d'entraînement est nécessaire. De préférence également, le dispositif comporte deux vérins, et une chambre d'un vérin est reliée en permanence avec la chambre correspondante de l'autre vérin, les deux autres chambres de ces vérins étant alternativement alimentées en fluide sous pression par un distributeur. L'alternance de fonctionnement des deux vérins est alors obtenue avec un schéma hydraulique particulièrement simple. Dans un premier mode de réalisation de l'invention, la couronne est conformée en une roue à rochets et chaque vérin est muni du côté du cylindre d'un contrepoids pour son maintien en appui contre cette couronne. Dans un second mode de réalisation, la couronne d'entraînement comprend un bandage à section en I 9 âme radiale et ladite première extrémité de chaque vérin est munie d'un chariot constamment en prise avec l'aile externe du bandage et comportant des patins auto-serreurs dans un sens de déplacement du chariot par rapport au bandage et auto-desserreurs dans l'autre sens. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée a titre d'exemple non limitatif et en regard des dessins annexés, sur lesquels la Fig. 1 est une vue schématique en coupe transversale d'un cylindre muni d'un dispositif d'entraînement conforme à l'invention ;; la Fig. 2 est une vue partielle en élévation latérale de ce cylindre, vue suivant la flèche 2 de la Fig. 1 la Fig. 3 montre a plus grande échelle la couronne d'entraînement de ce cylindre et illustre le fonctionnement du dispositif de l'invention la Fig. 4 est une vue en perspective d'un secteur de la couronne d'entrainement la Fig. 5 est une vue en coupe longitudinale d'un vérin utilisé dans le dispositif des Fig. 1 et 2 la Fig. 6 montre le schéma hydraulique de ce dispositif la Fig. 7 est une vue partielle, prise en coupe suivant la ligne 7-7 de la Fig. 8, d'un second mode de réalisation de l'invention la Fig. 8 en est une vue partielle prise en coupe suivant la ligne 8-5 de la Fig. 7 ; la Fig. 9 est une vue en coupe transversale d'un autre type de cylindre auquel s'applique l'invention. Le cylindre 1 représenté aux Fig. 1 et 2, d'axe a peu près horizontal X-X, est un cylindre de grandes dimensions et de poids élevé, par exemple un four a ciment ou un séchoir, brut de chaudronnerie, destiné à contenir une charge devant etre entraî- née en rotation a une vitesse lente peu crts constante. Le cylindre 1 peut par exemple avoir un diamètre de l'ordre de 3,5 m et plus, une longueur de 25 a 30 m, un poids a vide de 100 tonnes et un poids en charge de 300 tonnes. Pour les besoins de la description, on supposera que le cylindre 1 doit être entraîné dans le sens horaire f de rotation. Le cylindre 1 est muni extérieurement de couronnes de roulement annulaires 2 reposant chacune sur une paire de galets fous 3. Les axes 4 de ces derniers tourillonnent dans des châssis 5 fixés sur des socles de support 6, qui sont par exemple des massifs de béton transversaux à l'axe X-X. I1 est également prévu des galets de positionnement axial du cylindre (non représentés) qui roulent sur les faces d'extrémités 7, 8 de la couronne 2. Le cylindre 1 est également pourvu, au voisinage d'une couronne de roulement 2, d'une couronne périphérique d'entraînement 9 attaquée par deux-vérins hydrauliques identiques 10, 11. La couronne 9 est composée de secteurs 12 en acier chacun (Fig. 4) comporte un secteur annulaire 13 dont le diamètre intérieur correspond au diamètre extérieur du cylindre 1 et sur la face extérieure duquel sont rapportées par mécano-soudure deux dents de rochet parallèles et identiques 14, 15. Les éînnts 13 a 15 sont bruts de déooupage,par exemple d'oxy-oeupage.Dans llexemple représente, il est prévu treize secteurs qui doivent recouvrir de façon jointive toute la périphérie du cylindre 1. En pratique, cependant, la forme du cylindre I peut s'carter plus ou moins de la forme cylindrique théorique ; dans ce cas, on rattrape facilement la variation du périmètre du cylindre, grâce des Jeux prevus~entre-les enté les secteurs. Chaque dent de la couronne d'entraînement 9 (Fig. 3), en forme d'aileron, présente une arête intérieure circulaire 16 au contact de la face extérieure du secteur 13. Son arête avant 17 (avant par rapport au sens de rotation f du cylindre) est radiale et mesure quelques centimètres. Son arête arrière 18 comprend deux parties : la partie 19 radialement la plus intérieure est également radiale et sa hauteur est du même ordre de grandeur que celle de l'arête avant 17, tandis que la partie 20 radialement la plus extérieure présente une concavité circulaire. La corde 21 qui sous-tend le secteur circulaire 20 n'est pas radiale, mais inclinée vers l'avant par rapport a la partie radiale 19 de l'arête arrière 18; la corne 22 qui termine extérieurement la concavité 20 se trouve donc en avant par rapport a la partie radiale 19 de l'arête arrière 18. Enfin, une arête extérieure courbe 23 raccorde cette corne arrière 22 a l'arête avant 17 de la dent. Les corps des deux vérins 10 et 11 (Fig. 1 et 2) sont articulés a une extrémité autour d'axes horizontaux 24 sur un chassis commun 25 porté par le socle 6 le plus voisin ; les deux vérins sont ainsi mobiles. dans le plan transversal au cylindre 1 qui constitue le plan moyen de la couronne 9. Comme on le voit a la Fig. 1, les deux vérins sont situés dans le troisième quadrant du cylindre 1 et articulés a des hauteurs différentes le châssis 25 a grossièrement la forme d'un triangle rectangle dont l'hypoténuse est tournée vers le cylindre 1 et porte les axes 24 a ses extrémités. La tête 26 de chaque vérin, c'est-a-dire l'extrémité de sa tige de piston 27, est constamment maintenue en appui contre la couronne 9 au moyen d'un contrepoids 28 fixé au corps du vérin, du côté de celui-ci tourné vers le cylindre 1. Grâce a ce contrepoids, l'axe du vérin supérieur 10 reste voisin de la tangente verticale au cylindre 1, et celui du vérin inférieur 11 est incliné en permanence d'une trentaine de degrés par rapport a cette verticale ; cet angle est bien entendu fonction de la course des vérins utilisés et du dimensionnement des dents de la couronne 9. Le vérin 10 est représenté en détails a la Fig. 5. Son corps est articulé sur l'axe 24 par l'intermédiaire d'une rotule 29-30, maintenue par des entretoises 31, qui lui permet des debattements angulaires-latéraux à l'encontre de. garnitures élastiques 32. De même, la tête 26 est percée d'un alésage transversal 33 recevant une rotule 34-35.Une Droche horizontale 36 traverse cette rotule et porte de chaque côté, a partir de celle-ci, une garniture élastique 37, une rondelle de guidage 38, une bague d'usure 39, un galet amortisseur 40 en caoutchouc et un écrou de maintien 41. Le diamètre extérieur de la bague d'usure 39 est égal a celui de l'évidement 20 des dents 14,15 de la couronne 9. Ainsi, entre chaque rondelle 38 et le galet 40 correspondant est délimitée une gorge 42 dont la largeur est un peu supérieure a celle d'une dent de rochet 14, 15 et qui est constamment guidée par une de ces dents, comme représenté en traits mixtes a la Fig. 5. On comprend que les deux rotules 29-30 et 34-35 permettent aux vérins de suivre les défauts et les dilatations thermiques du cylindre 1. Le schéma hydraulique du dispositif d'entrainementest très simple (Fig.6) I1 comporte une pompe 43 entraînée par un moteur 44 et reliée à travers un clapet anti-retour 4 a un distributeur a tiroir 45 dont les deux sorties conduisent aux bases des deux vérins 10 et 11, dont les chambres opposées sont en permanence reliées par unie conduite 46.Une dérivation, entre la pompe 43 et le distributeur 45,constitue un circuit de gavage comportant un organe de tarage de pression 47,un limiteur de débit 48 et un clapet anti-retour 48a et,en dérivation, une soupape de décharge 49.Ce circuit de gavage débouche dans la conduite 46 et sert a compenser les fuites des vérins.En variante, également en dérivation entre la pompe et le distributeur, peut être monté un accumulateur 50 relié au circuit principal par l'intermédiaire d'un étranglement variable 51 et d'une vanne 52,et dont le rôle apparaîtra plus loin. Un des deux vérins 10, 11 est muni de commutateurs de fin de course qui inversent la position du distributeur 45. Le fonctionnement du dispositif d'entraînement précédemment décrit est le suivant. Dans la position de départ de la Fig. 1, la tige de piston du vérin 11 est venue en fin de course d'extension sous l'effet de la pression d'huile fournie a sa base par le distributeur 45 ; la base du vérin 10 est à la décharge, et la tige de piston de ce vérin 10 est complètement rétractée grâce à la communication permanente 46 entre les deux vérins. Les broches de poussée 36 des vérins 10 et 11 sont respectivement, par rapport aux arêtes arrière de deux secteurs successifs il et a la couronne 9, dans les positions 36a et 3 b de la couronne 9, dans les positions 36 et 36b de la Fig. 3. il est à noter que les têtes de vérins 10 et 11 sont représentées à la Fig. 3 uniquement par rapport aux dents de la couronne 9, pour les besoins de la description, et non dans leurs positions réelles. L'arrivée en fin de course du vérin 10 provoque l'inver- sion du distributeur 45 qui alimente alors la base de ce vérin 10 ; la broche 36 de ce verin est alors poussée au fond des évidements 20 du secteur S1, ce qui produit un écrasement des galets amortisseurs latéraux 40 correspondants, et commence a pousser tangentiellement le cylindre 1 dans le sens f. Pendant ce temps, la tige de piston de l'autre vérin 11 se contracte ; sa broche 3G se dégage des évidements 20 du secteur S dans lesquels elle était en prise, ce qui libère les galets amortisseurs 40 correspondants et leur permet de reprendre leur diamètre de repos.Les positions relatives des têtes des vérins 10 et 11 par rapport aux secteurs de couronne S et S associés sont alors respectivement les posi- tions 36b et 36a. I1 se produit ensuite simultanément une extension du vérin 10 et une contraction du vérin 11. La broche 36 de ce dernier roule sur les arêtes extérieures 23 du secteur suivant S3, jusqu'à atteindre l'arrière de ce secteur (position 36c) et d l'extrémité de sa corne 22 (position 36 ). Sous l'effet du contrepoids 28, la tete 26 du vérin 11 -qui dépasse en fin de course la corne 22, est alors rappelée vers le cylindre 1, ce qui la ramène brusquement dans la position 36a ; le choc et le bruit sont amortis par les galets 40 en caoutchouc. Le vérin 10 est, pendant ce temps, arrivé en fin de course d'extension, ce qui provoque une nouvelle inversion du distributeur 45 pour une nouvelle phase du fonctionnement, identique a la précédente mais avec des rôles inversés pour les vérins 10 et 11. On comprend que pour assurer une rotation sans t-coups du cylindre 1, le pas de la roue a rochets, c'est-à-dire, en pratique, la 10n9ueur ae la aent la plus longue de la couronne 9, doit être légèrement inférieur au double de la course d'un vérin, ce qui produit une avance d'un demi-pas de la couronne å chaque extension d'un vérin. La continuité du mouvement est encore amssliorSe lorsque llon utilise l'accumulateur 5n, qui fait passer plus vite chaque tete de vérin, en début de course motrice, de la position 36 a à la position 36b en procurant une accélération du début de cette course motrice. Dans le mode de réalisation des Fig. 7 et 8, la couronne dentée 9 est remplacée par une couronne annulaire 9a a section en I à âme radiale, et la tête 26 de chaque vérin 10,11 porte un chariot 53. La position des vérins par rapport au cylindre 1 est la même que dans le premier mode de réalisation, les contrepoids 28 étant supprimés. Le chariot 53 comporte deux flasques 54 réunis par une entretoise 55 et par deux axes 56 sur lesquels sont articulées deux paires de biellettes parallèles 57. L'autre extrémité de ces biellettes est articulée, ainsi que la tête du vérin, sur un patin mobile 58 destiné a coopérer avec la surface externe de l'aile extérieure 9b de la couronne 9a. Les flasques 54 slétendent en partie de part et d'autre de cette aile extérieure.9 et chacun porte un demi-patin fixe de réaction 59a,59b destiné a coopérer avec la face interne de celle-ci. Deux galets mobiles 60 sont portés par chaque flasque 54 a côté des demi-patins 59a,59b. Ces galets sont montés sur des leviers coudés 61 et roulent constamment sur la face interne de l'aile 9b ; les leviers 61 sont munis de ressorts qui tendent a appuyer les galets 60 contre l'aile 9b,ettparreaction, a déplacer le chariot 53 radialement vers l'intérieur par rapport au cylindre I, ce mouvement étant limité par deux paires de galets fixes 62 dont les axes sont fixés aux flasques 54 en regard de la face externe de l'aile 9b Les galets 60 et 62 ont été omis a la Fig.8 pour la clarté du dessin. Lorsque la tige de vérin est rétractée, le patin 58 est écarté de l'aile 9b les biellettes 57 étant fortement inclinées vers l'arrière (par rapport au sens f du mouvement de rotation du cylindre 1). Les galets 62 sont maintenus en appui sur l'aile gb par les leviers coudés 61, qui maintiennent simultanément les demi-patins 59a, 59b espacés de la face interne de l'aile gb L'extension de la tige de vérin amène le patin 58 au contact de l'aile 9b, puis on écarte les galets 62 a l'encontre de l'action des ressorts des leviers coudés 61, ce qui amène simultanément les demi-patins 59a,59b au contact de l'aile 9b. Dans cette position (Fig. 7), le patin 58 ne peut plus se déplacer par rapport à la couronne 9a : la longueur des biellettes 57 est choisie suffisante pour que chaque biellette reste toujours derrière la ligne joignant son axe 56 au centre du cylindre 1, autrement dit pour créer un blocage par effet de genouillère entre le patin mobile 58 et la couronne 9a. Le desserrage des patins s'effectue automatiquement lorsque la tige de vérin se rétracte, et le chariot 53 revient de lui-même, sous l'action des leviers coudés 61, dans sa position de départ. Le schéma hydraulique et l'alternance de fonctionnement des deux vérins sont identiques a ceux du premier mode de réalisation. Dans les deux cas ,la course d'extension des vérins est motrice, et il se produit une auto-solidarisation de la tête des vérins avec la couronne d'entraînement pendant cette course motrice et une auto-désolidarisation de ces organes pendant la course non motrice des verins. L'ensemble du disoositif d'entraînement est simple puisque constitué d'éléments standards du commerce et d'éléments bruts de découpage et non usinés. I1 en résulte que le montage et les reparations dudispositif~ sont failes Le réglage de la vitesse de rotation peut s'effectuer facilement en prévoyant plusieurs pompes a débit constant ou variable pouvant être mises en service individuellement ou ensemble. La roue à rochets 9, réalisée en secteurs, rattrappe facilement des excentrations importantes du cylindre, ce qui permet d'utiliser des cylindres exécutés en chaudronnerie de façon rudimentaire, d'ot des possibilités importantes d'économie sur le cylindre. L'entretien du dispositif est très simple : il suffit d'une application de graisse sur la roue 9 rochets 9 de la première variante ou sur les axes d'articulation des chariots 53 de la deuxième variante, et d'une surveillance du niveau de la centrale hydraulique. La réaction des vérins est reprise par un massif de support 6 préexistant ; il n'est ùas nécessaire de réaliser des massifs de réaction supplémentaires. En variante, l'invention peut s'appliquer également a l'entraînement de cylindres à axes verticaux ou inclinés munis de moyens appropriés de positionnement axial. L'invention peut également s'appliquer de façon identique a un cylindre porté de façon différente : le cylindre 1 peut être muni, au lieu de la couronne de roulement 2, usinée et donc onéreuse, d'une virole en tôle épaisse, non usinée, reposant directement sur les bandages, éventuellement caoutchoutés, des galets 3. Comme représenté à la Fig. 9, cette tôle 63 peut être portée par des boggies 64 comprenant chacun deux groupes de galets de support 3a. Dans ce cas, le positionnement axial du cylindre peut être réalisé au moyen d'une collerette radiale (non représentée) faisant saillie sur la tôle 63, pénétrant dans une rainure des galets porteurs et sur les deux faces de laquelle roulent des rouleaux de maintien axial du cylindre (non représentés). En variante également, d'autres dispositions des vérins peuvent être envisagées par rapport au cylindre, pourvu que leurs mouvements puissent s'effectuer librementsLa disposition représentée est cependant avantageuse car les réactions des vérins sont dirigés vers le sol et se limitent a des compressions exercées sur un massif de support du cylindre. Encore en variante, les secteurs 12 du premier mode de réalisation de l'invention peuvent être monoblocs et moulés en fonte ou en acier. De plus, les contrepoids 28 de la Fig.l peuvent être remplacés par des ressorts ou des butées élastiques sollicitant en permanence les vérins 10 et 11 vers la couronne 9. I1 est a noter que l'invention, qui, avec deux vérins, permet d'obtenir un mouvement de rotation du cylindre a une vitesse quasi uniforme ( ce qui suffit pour un grand nombre d'applications), peut s'étendre a l'obtention d'un mouvement de rotation parfaitement uniforme : il suffit pour cela d'utiliser une seconde couronne d'entraînement 9 ou 9a attaquée également par deux vérins, avec un décalage entre les deux couronnes. On peut aussi utiliser dans ce but une seule couronne 9 ou 9a attaquée par trois vérins judicieusement disposés et convenablement synchronisés ; bien entendu, dans ce cas, le schéma hydraulique est plus compliqué que celui de la Fig.6. REVEND i CAT IONS 1- Dispositif d'entraînement en rotation d'un cylindre par poussées tangentielles successives de vérins sur ce cylindre, caractérisé en ce que les vérins (10 - 11) comportent une première extrémité (26) qui est constamment maintenue en appui contre une couronne d'entraînement (9, 9â) solidaire du cylindre (1) et qui est munie d'organes (36, 53) d'auto-solidarisation unidirectionnelle avec cette couronne, l'autre extrémité de chaque vérin étant articulée en un point fixe (24). 2- Dispositif d'entraînement suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les vérins (10 - 11) sont articulés dans un même plan transversal à l'axe (X-X) du cylindre (1) et s'appuient sur une couronne commune 3- Dispositif d'entraînement suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les premières extrémités (26) des vérins (10 - 11) sont situées dans un même quadrant par rapport au cylindre (1). 4- Dispositif d'entraînement suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend deux vérins (10-11) et en ce qu'unie chambre d'un vérin (10) est reliée en permanence avec la chambre correspondante de l'autre vérin (ll) les deux autres chambres de ces vérins étant alternativement alimentées en fluide sous pression par un distributeur (45). 5- Dispositif d'entraînement suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la couronne (9) est conformée en une roue à rochets et en ce que chaque vérin (10-11) est muni du côté du cylindre d'un contrepoids (28) pour son maintien en appui contre cette couronne. 6- Dispositif d'entraînement suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le pas de la roue à rochets (9) est légèrement inférieur au double de la course d'un vérin (10-11). 7- Dispositif d'entraînement suivant l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que la face abrupte (18) de chaque dent (14-15) de la roue à rochets (9) est concave, ladite première extrémité (26) de chaque vérin (10-11) étant munie d'une broche transversale (36) de forme complémentaire. 8- Dispositif d'entraînement suivant l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que la roue à rochets (9) est constituée de secteurs périphériques rapportés sur le cylindre (1) et formant chacun une dent (14-15) de cette roue à rochets. 9. - Dispositif d'entraînement suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la couronne (9 a d'entraînement (9a) comprend un bandage à section en I a âme radiale et en ce que ladite première extrémité (26) de chaque vérin est munie d'un chariot (53) constamment en prise avec l'aile externe (gb) du bandage et comportant des patins (58-59a-59b) auto-serreurs dans un sens (f) de déplacement du chariot par rapport au bandage et auto-desserreurs dans l'autre sens, 10. - Dispositif d'entraînement suivant la revendication 9, caractérisé en ce que le chariot (53) comprend un patin fixe (59a-59b) et un patin mobile (58) disposés respectivement en regard des faces interne et externe de l'aile extérieure (9b) (9 a du bandage (9a), des organes élastiques (61) sollicitant le chariot vers le cylindre (1), et des galets fixes (62) de roulement du chariot sur la face externe du bandage pour la limitation d'un tel mouvement Se ce chariot, le patin mobile étant articulé sur le chariot au moyen de biellettes (57) dirigées, a partir du chariot, vers le vérin (10-11) et dont la longueur assure, par effet de genouillère, un blocage du patin mobile contre le bandage pendant chaque course motrice du vérin. 11. - Dispositif d'entraînement suivant l'une quelconque des revendications 1 a 9, caractérisé en ce que ladite autre extrémité de chaque vérin (10-11) est articulée sur un bâti (6) de support du cylindre (1).