Brevet FR2342408A1 — publié le 19770923

La présente invention est relative aux moteurs hydrauliques, et elle concerne plus particulièrement les moteurs hydrauliques linéaires du type à simple effet. On a accordé au cours de ces dernières années un intérêt croissant à l'irrigation artificielle de grandes surfaces, en particulier dans l'agriculture. Dans ce but, on utilise différents types de machines d'arrosage comprenant un chariot pour un tuyau souple, sur lequel est montée une bobine avec un mécanisme hydraulique d'entraînement, un tuyau souple enroulé en plusieurs couches sur la bobine, ce tuyau souple ayant souvent un diamètre pouvant atteindre environ 75 mm et une longueur pouvant atteindre environ 300 mètres et un canon à eau ayant des galets de roulement et relié au tuyau souple. Dans une opération d'arrosage, la prise dreau du tuyau souple est reliée soit à une bouche d'eau, soit par l'intermédiaire d'une pompe entraSnée par un moteur à un lac, une rivière ou autre source d'alimentation en eau.Le tuyau souple est déroulé de la bobine pouvant tourner librement, l'arrivée est ouverte sur le canon à eau ou autre appareil d'arrosage relié au tuyau souple, et le mécanisme hydraulique d'entratnement est mis en route pour faire tourner la bobine pas à pas au moyen d'un piston à mouvement alternatif qui agit sur une roue à rochet fixée sur un côté de la bobine, remorquant ainsi le canon d'arrosage sur le terrain avec une vitesse très faible en direction du chariot portant le'tuyau, de sorte qu'une grande surface est arrosée. D'une façon générale, on utilise des moteurs hydrauliques linéaires de différentes constructions pour faire tourner le tambour sur lequel est enroulé le tuyau, avec une très faible vitesse et la force considérable nécessaire pour tirer le tuyau souple lourd vers la bobine et pour l'enrouler sur celle-ci. Pour la plus grande partie, la construction de ces moteurs hydrauliques est basée sur un dispositif de commande asservie, avec des distributeurs de fin de course afin d'inverser le sens de mouvement du moteur hydraulique pour assurer un entratriement pas à pas de la bobine par l'intermédiaire de la roue à rochet.Cependant, les distributeurs de commande des mécanismes asservis sont sensibles aux particules transportées par l'eau, et à la vase, de sorte qu'ils s'encrassent fréquemment, en particulier pendant les périodes de non utilisation entre les périodes d'utilisation des ensembles d'arrosage. L'invention a en conséquence pour but de réaliser un moteur hydraulique linéaire perfectionné à simple effet qui ne soit p basé sur des mécanismes sensibles de commande asservis avec leur tendance bien connue à l'encrassement. Un autre but de l'invention est de réaliser un moteur hydraulique linéaire à simple effet perfectionné sous la forme d'un ensemble intégré, qui soit facile à démonter de la machine avec laquelle il est destiné à être utilisé. Suivant l'invention, il est prévu un moteur hydraulique linéaire à simple effet comprenant un cylindre, un premier chapeau d'extrémité à une extrémité du cylindre et un second chapeau d'extrémité à l'autre extrémité de ce cylindre, ledit second chapeau ayant un orifice d'admission pour un fluide hydraulique de travail et un orifice de sortie pour ce fluide, ledit orifice de sortie ayant une soupape pouvant être fermée sélectivement, et un piston à mouvement de va-et-vient auquel est fixée rigidement une tige de piston qui s'étend coaxialement à travers le cylindre et à l'extérieur à travers ledit premier chapeau d'extrémité. Des moyens sont prévus pour ramener le piston de travail dans sa position de départ après l'achèvement d'une course de travail.Dans cet agencement, ledit orifice de sortie dudit second chapeau d'extrémité est agencé coaxialement au cylindre, des moyens hydrauliques étant prévus pour maintenir l'obturateur de la soupape en contact d'étanchéité avec l'orifice de sortie pendant la course de travail du piston et, après l'achèvement de la course de travail, pour relâcher la pression hydraulique exercée contre ledit obturateur et permettre l'échappe- ment du fluide hydraulique de travail hors du cylindre pendant la course de retour du piston. Suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, les moyens pour ramener le piston de travail à sa position de départ comprennent un dispositif adapté pour exercer, pendant la totalité du cycle de travail du piston, une force à peu près constante dirigée en sens opposé, et qui est inférieure à la force exercée par le piston pendant sa course de travail, mais au moins suffisante pour ramener le piston de travail dans sa position de départ après l'achèvement de la course de travail. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparattront au cours de la description qui va suivre, faite en se référant au dessin annexé donné uniquement à titre d'exemple et dans lequel la fig. 1 est une vue en coupe longitudinale suivant la ligne 1-1 de la fig. 2 d'un mode de réalisation préféré d'un moteur hydraulique linéaire à simple effet suivant l'invention; la fig. 2 est une vue en bout et à plus petite échelle du moteur hydraulique en considérant le moteur de la fig. 1 par la droite. En se référant aux fig, 1 et 2, le moteur hydraulique comprend un cylindre principal 1 qui est fermé de façon étanche à l'une de ses extrémités par un premier chapeau d'extrémité 2 auquel est relié un manchon 3-qui est coaxial au cylindre. L'autre extrémité du cylindre 1 est fermée de façon étanche par un second chapeau d'extrémité 4 comportant dans sa pariphérie un orifice d'admission 5 pour un fluide hydraulique de travail provenant par exemple d'une prise d'eau sous une pression d'environ 3 à 10 bars, et un orifice central de sortie 6 pour le fluide hydraulique de travail.Un piston de travail 7 à mouvement de va et vient est monté dans le cylindre I et ce piston comporte fixée sur lui une tige de piston creuse 8 qui s'étend coaxialement au cylindre à travers l'espace cylindrique du manchon 3 à l'intérieur duquel il est rigidement relié à une tige 8' s'étendant coaxialement vers l'extérieur à travers une garniture 9' montée dans un presse-étoupe 9. Pour relâcher la pression de travail du cylindre 1 et ramener le piston 7 dans sa position de départ après l'achèvement de sa course de travail, il est prévu suivant l'invention une soupape qui va être décrite dans la suite. Un carter 10 de soupape à membrane est monté sur le second chapeau d'extrémité 4 du cylindre 1, et ce carter comprend un élément cylindrique 11 ayant un orifice de sortie 12 (fig. 2) pour évacuer le fluide hydraulique de travail. L'élément cylindrique 11 peut être fixé au moyen de vis ou de boulons sur le chapeau d'extrémité 4, mais il est de préférence soudé ou venu de moulage avec le chapeau d'extrémité, comme représenté. Un organe d'extrémité 13 à bride est fixé sur l'extrémité libre de l'élément cylindrique 11, et cet organe 13 comporte une portion 14 en forme de manchon qui s' détend axialement. Une douille de guidage 15 montée à l'intérieur de la portion 14 s'étend dans le carter 10 de soupape et porte un boîtier 16 en forme de coupelle ou de cuvette pour la membrane. Une tige de soupape 18 est montée coulissante dans la douille 15 et dans une douille centrale 17 de guidage, dans le piston 7, et s'étend à travers le cylindre 1, la douille 17 du piston 7 et, sur une courte distance encore, dans l'espace cylindrique interne 19 de la tige de piston creuse 8, et se termine à peu près au niveau du premier chapeau d'extrémité 2 du cylindre 1. La tige de soupape 18 porte à son extrémité libre des écrous de fixation 20 et 20' ayant un diamètre supérieur à celui de la tige elle-même. La tige de soupape 18 peut se déplacer entre une position sortie et une position rentrée (comme représenté à la fig. 1) de la façon suivante.Pour déplacer la tige de soupape 18 vers sa position sortie, la face d'extrémité 21 de l'écrou 20 qui est dirigée vers 1 t espace cylindrique est adaptée pour être mise en contact avec une surface 22 s'étendant radialement sur la douille de guidage 17 lorsque le piston 7 approche de l'extrémité de sa course de travail. Pour déplacer la tige de soupape 18 dans sa position rentrée, la face d'extrémité libre 23 de la tige 18 est adaptée pour être poussée par une face d'extrémité 25, en butée, de la tige d'entratnement massive 8' qui est montée à l'extrémité externe de la tige de piston creuse 8. Ceci se produit lorsque, après la fin d'une course de travail et un déplacement de mécanisme de soupape d'une façon qui va être décrite dans la suite, le piston 7 est poussé vers l'arrière dans sa position de départ, avec la tige creuse de piston 8 et la tige d'entraînement 8', dont la face d'extrémité 25 vient en contact avec la surface d'extrémité 23 en approchant de la position de départ, afin de ramener la tige de soupape 18 dans sa position finale rentrée (à gauche en considérant la fig. 1). Le mécanisme de soupape à membrane commandé par le mouvement de va-et-vient du piston de travail 7 par l'intemédiaire de la tige de soupape 18 va maintenant être décrit. Un obturateur 27 délimitant avec le boîtier 16 une chambre 28 est monté dans ce bottier 16. L'obturateur 27 de soupape à membrane comprend une membrane élastique 29 et un plateau 32 sollicité par un ressort 30 qui applique celui-ci contre un siège de soupape 31 annulaire de l'ori- fice central 6 de sortie, ledit plateau ayant un trou central et étant relié de façon étanche à un manchon 34 de soupape mobile axialement qui est monté coulissant autour de la tige 18 au moyen dtune bague d'étanchéité 33.La tige 18 comporte, dans sa partie adjacente à la bague d'étanchéité 33 une première portion 35 cylindrique de diamètre réduit qui est adaptée pour établir une communication de fluide entre le cylindre 1 et la chambre 28 lorsque la tige de soupape 18 se trouve en position rentrée (comme représenté au dessin), afin de former ainsi un passage 36 annulaire d'écoulement entre la bague d'étanchéité 33 et la portion 35 de diamètre réduit, et d'interrompre la communication de fluide lorsque la tige 18 se trouve dans sa position sortie avec la bague d'étanchéité 33 en contact avec la tige 18.En outre, la tige 18 comporte une seconde portion 37 cylindrique de diamètre réduit, qui est adaptée pour établir une communication de fluide entre la chambre 28 de la membrane et le carter 10 de la soupape à membrane qui l'entoure, par l'intermédiaire d'une chambre annulaire 38 dans la douille de guidage 15, et d'au moins un passage 39 conduisant de -celle-ci au carter 10 lorsque la tige 18 se trouve en position sortie, pour former ainsi un passage d'écoulement annulaire entre une bague dtétanchéité 40 de la douille 15 et la seconde portioncylindrique 38 de diamètre réduit et pour interrompre la communication de fluide lorsque la tige 18 se trouve dans sa position rentrée, avec la bague d'étanchéité 40 en contact avec la tige 18. Le moteur hydraulique suivant 1'invention comprend également des moyens pour renvoyer le piston de travail 7 dans sa position de départ après l'achèvement d'une course de travail. Dans ce but, un plongeur annulaire 42 de renvoi est monté au niveau de la liaison entre les extrémités de la tige creuse 8 et de la tige d'entratnement 8', ce plongeur 42 comportant une garniture 43 en contact d'étanchéité avec la paroi interne du manchon 3. La tige massive d'entratnement 8' s'étend à travers l'organe de fermeture d'extrémité 9 et l'étanchéité est assurée au moyen d'une bague d'étanchéité 44.L'organe de fermeture 9 d'extrémité comporte des conduits d'admission 45, 46 de façon à relier en permanence l'es- pace délimité entre le plongeur 42 et l'organe d'extrémité 9 avec une source d'un fluide sous pression, de préférence la meme source d'alimentation en eau qui alimente le moteur hydraulique avec de lteau sous pression. Un espace fermé est délimité entre l'extrémité arrière du piston 7 de travail et le plongeur 42, dont la dimension varie de façon constante au cours du mouvement du piston. Pour égaliser les variations de pression à l'intérieur de cet espace clos, il est prévu un conduit 49 de mise à l'atmosphère dans le premier chapeau d'extrémité 2, ce conduit 49 servant également d'orifice de sortie pour évacuer de l'eau ou autre liquide qui pourrait fuir dans l'es- pace compris entre le piston 1 et le plongeur 42. Le piston 42 de renvoi qui est constamment soumis à la pression de l'eau de la conduite d'alimentation en eau, agit pour fournir une force continue de rappel au moyen de laquelle le piston 7 est entraîné pour revenir dans sa position de départ et chasser l'eau à travers l'orifice de sortie 6 aussitôt que la soupape à membrane est ouverte par un déplacement correspondant du mécanisme de soupape. Cependant, pendant sa course de travail, le piston 7 exerce sur la tige 8 une force qui est bien supérieure à la force en sens opposé exercée par le plongeur de renvoi 42. Le fonctionnement du moteur hydraulique linéaire suivant l'invention est le suivant En se référant à la fig. 1, la position du mécanisme de soupape à membrane est représentée avec le piston de travail du moteur hydraulique approchant la fin de sa course de travail, en supposant que le moteur hydraulique soit relié à une conduite d'alimentation en eau par ses orifices d'admission 5 et 46. Le cylindre 1 est rempli d'eau sous pression qui entrasse le piston vers la droite en considérant le dessin.La tige de soupape 18 se trouve dans sa position rentrée, la communication entre la chambre 28 et le carter 10 de soupape étant interrompue en raison du contact étanche entre la bague d'étanchéité 40 et la tige 18, et la première portion cylindrique 35 de diamètre réduit étant en face de la bague d'étanchéité du manchon 15 de soupape, de sorte que l'eau sous pression peut accéder librement à la chambre 28 et exercer sur la mambrane 27 une force qui maintient le plateau 32 de soupape en contact d'étanchéité avec le siège 31 de l'orifice de sortie 6 à l'encontre de la force notablement moindre engendrée contre le plateau 32 par l'eau se trouvant dans le cylindre 1 à l'extérieur de la chambre de la membrane.Lorsque le piston 7 approche de la position représentée à la fig. 1 pendant sa course de travail, et que la face annulaire avant 22 de la douille 17 de guidage du piston rencontre la face de l'écrou 20 à l'extrémité de la tige 18, le piston, en continuant son déplacement vers la droite, pousse la tige 18 vers la droite, suivant le dessin, de sorte que la première portion cylindrique de diamètre réduit 35 sort du manchon 34 et que la partie de la tige comprise entre les deux portions 35 et 37 est amenée en contact d'étanchéité avec la bague d'étanchéité 33 du manchon 34. Au même moment, la seconde portion 37 de diamètre réduit de la tige 18 a été déplacée vers l'extérieur de la même distance et établit une communication de fluide entre la chambre 38 et le carter 10 à travers la chartlbre annulaire 28 et le passage 39 dans la douille de guidage 15. La pression de l'eau dans la chambre 28 est alors relchée, l'eau s'écoule à l'extérieur par le passage 39 dans le bottier 10, le plateau 32 de soupape est écarté et du fait que le cylindre 1 de travail ne se trouve plus soumis à une pression, la force du plongeur 42 de renvoi, qui est constamment soumise à la pression de la conduite d'eau reliée à l'orifice d'admission 46, devient dominante, entraenant le piston 7 de travail pour le ramener dans sa position de départ et chassant l'eau travers l'orifice de sortie 12.Lorsque le piston de travail approche de sa position de départ, la face d'extrémité 25 de la tige d'entratnement 8' vient en butée sur la face d'extrémité de la tête 20 de la tige de soupape 18, cette dernière étant également déplacée vers l'arrière dans sa position rentrée initiale. L'eau s1 écoule alors de nouveau dans la chambre 28 à travers le passage annulaire 36 ouvert entre le manchon 34 de la soupape à membrane et la seconde portion cylindrique de diamètre réduit 35 de la tige 18, de sorte que le plateau 32 de soupape est appliqué contre le siège 31 sous la pression hydraulique. La portion de la tige d'entraînement 6' qui 8 > étend à travers l'organe de fermeture d'extrémité 9 du moteur hydraulique constitue la prise de force du moteur dont le mouvement de va-etvient peut être transmis à une machine entratnée. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit. Ainsi, il est possible, par exemple, au lieu d'utiliser un plongeur de renvoi 42 fonctionnant avec de 11 eau sous pression, de disposer à l'intérieur de l'espace cylindrique annulaire délimité entre le manchon 3 et la tige de piston 8 un ressort de compression en butée avec une extrémité du piston de travail, son autre extrémité étant disposée contre la face interne de l'organe d'extrémité 9. REVENDICATIONS 1. Moteur hydraulique linéaire à simple effet, caractérisé en ce qu'il comprend un cylindre, un premier chapeau d'extrémité à une extrémité de ce cylindre et un second chapeau d'extrémité à son autre extrémité, ledit second chapeau d'extrémité ayant un orifice d'admission pour un fluide hydraulique de travail et un orifice central coaxial audit cylindre pour ltévacuation dudit fluide de travail, ledit orifice d'évacuatiofl ayant un obturateur de soupape pouvant être fermé sélectivement, et un piston de travail à mouvement de va-et-vient comportant fixée rigidement sur lui une tige de piston qui s'détend coaxialement à travers le cylindreet à l'extérieur à travers ledit premier chapeau d'extrémité, des moyens pour ramener le piston de travail dans sa position de départ après l'achèvement d'une course de travail, des moyens hydrauliques étant prévus pour maintenir ledit obturateur de soupape en contact d'étanchéité avec ledit orifice d'évacuation pendant la course de tra vail du piston et, après l'achèvement de cette course de travail, pour libérer la pression hydraulique exercée contre ledit obturateur de soupape afin de permettre l'évacuation du fluide hydraulique de travail du cylindre pendant la course de retour du piston. 2. Moteur hydraulique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens pour ramener le piston de travail dans sa position de départ comprennent un dispositif adapté pour soumettre le piston, pendant la totalité du cycle de travail du piston de travail, à une force à peu près constante dirigée en sens opposé et qui est inférieure à la force exercée par le piston pendant sa course de travail mais au moins suffisante pour entraîneur le piston de travail pour le ramener dans sa position de départ après l'achèvement de sa course de travail. 3. Moteur hydraulique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens hydrauliques comprennent un carter de soupape à membrane monté sur ledit second chapeau d'extrémité du cylindre, ce carter comprenant un organe cylindrique ayant un orifice de sortie pour l'évacuation du fluide hydraulique de travail, un chapeau d'extrémité à bride fixé sur l'extrémité libre de l'or- gane cylindrique, ledit chapeau d'extrémité comportant fixé sur lui un manchon s'étendant axialement dans lequel est montée une douille coaxiale de guidage qui s'étend dans le bottier de la soupape à membrane, une tige de -soupape coaxiale montée coulissante dans ladite douille de guidage et dans une douille de guidage centrale prévue dans ledit piston de travail, la tige de soupape étant adaptée pour être déplacée sélectivement entre une position limite rentrée et une position limite sortie, la tige de soupape stéten- dant coaxialement à travers le cylindre, à travers la douille de guidage du piston et s'étendant encore dans un espace cylindrique de la tige de piston et se terminant au niveau de la région dudit premier chapeau d'extrémité du cylindre, ladite tige de soupape portant à son extrémité libre dans ledit espace cylindrique des moyens de butée cylindriques ayant un diamètre supérieur à celui de la tige elle-même, lesdits moyens de butée ayant une première surface de butée s'étendant radialement adjacente à ladite douille de guidage du piston dirigée vers le cylindre de travail et adaptée pour être mise en contact avec une surface s'étendant radialement de ladite douille de guidage du piston, afin de déplacer ainsi la tige de soupape vers sa position limite sortie lorsque le piston approche de l'extrémité de sa course de travail, et une seconde surface dirigée dans le sens opposé, à ladite extrémité de la tige de soupape, et adaptée pour être mise en contact-avec une paroi d'extrémité interne s'étendant radialement dudit espace cylindrique de la tige de piston, afin de déplacer ainsi la tige de soupape en la ramenant dans sa position limite rentrée lorsque pendant sa course de retour le piston de travail approche de sa position de départ, et en ce que ledit carter de soupape à membrane comprend un boîtier en forme de coupelle agencé à l'intérieur dudit carter coaxialement à la tige de soupape, ledit bottier en forme de coupelle comportant monté sur lui un obturateur à membrane de soupape afin de délimiter une chambre de membrane, ledit obturateur à membrane comportant une membrane élastique avec un plateau sollicité par un ressort pour l'appliquer contre un siège dudit orifice central de sortie, ledit plateau de soupape comportant un trou central et étant relié de façon étanche au moyen d'un organe d'étanchéité à un manchon de soupape mobile axialement qui est monté coulissant autour de ladite tige de soupape, cette dernière comportant dans la région adjacente audit organe d'étanchéité une première portion cylindrique de diamètre réduit qui est adaptée pour établir une communicatinn de fluide entre le cylindre de travail et ladite chambre de membrane lorsque la tige de soupape se trouve dans sa position rentrée pour former ainsi un passage d écoulement annulaire entre ledit organe d'étanchéité et ladite portion cylindrique de diamètre réduit et pour interrompre la communication de fluide lorsque la tige de soupape se trouve dans sa position sortie ledit organe d'étanchéité étant en contact avec la tige de soupape, cette dernière comportant en outre une seconde portion cylindrique de diamètre réduit qui est adaptée pour établir une commwioet1.on de fluide entre ladite chambre de membrane et ledit carter de soupape à membrane qui l'entoure, par l'intermédiaire d'une chanvre annulaire prévue à l'intérieur de la douille de guidage coaxiale dudit manchon s'étendant axialement, et au moins un passage conduisant de ladite chambre dans ledit bottier de soupape lorsque la tige de soupape se trouve dans sa position sortie, afin de former ainsi un passage d'écoulement annulaire entre ledit organe d'étancité du plateau de soupape et ladite seconde portion cylindrique de diaVetre réduit lorsque la tige de soupape se trouve dans sa position sortie et pour interrompre la communication de fluide lorsque la tige de soupape se trouve dans sa position rentrée l'organe d'étanchéite se trouvant en contact avec la tige de soupape. 4. Moteur hydraulique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens pour ramener le piston de travail dans sa position de départ après l'achèvement d'une course de travail comprennent un manchon qui est relié de façon étanche audit premier chapeau d'extrémité du cylindre hydraulique de travail, un plongeur annulaire de renvoi fixé sur ladite tige de piston et reçu à coulissement dans l'espace annulaire délimité entre la paroi internedudit manchon et la surface externe de la tige de piston, ledit plongeur annulaire comportant des moyens d'étanchéité en contact à coulissement avec ladite paroi interne du manchon, ce manchon ayant un organe de fermeture d'extrémité pourvu d'une garniture d'étanchéité en contact d'étanchéité avec la tige de piston qui-s'étend à coulissement à travers lui, ledit organe de fermeture d'extremité du manchon comportant un passage d'admission pour relier en permanence l'espace délimité entre ledit plongeur annulaire de renvoi et ledit organe de fermeture d'extrémité avec une source d'un fluide hydraulique sous pression pour établir ainsi dans ledit espace une pression hydraulique constante.