Brevet FR2349748A1 — publié le 19771125

La présente invention concerne le domaine de l'entratnement hydraulique volumétrique et, notamment les machines axiales à pistons. Ces machines hydrauliques s'appliquent largement dans les appareils volants ainsi que dans les machines transporteuses, élEvatrices et dans celles utilisées pour les travaux publics, AI connatt également qu'elles ont trouvé l'emploi dans les bateaux marins et illuviaux, dans des laminoirs, presses, chaines de production automatiques et dispositiis divers. I1 est plus avantageux d'appliquer ltinventirXn dans ies pompes axiales à pistons et moteurs hydrauliqwes des machines exca atrices- transporteuses et, en premier lieu, daus les excavatrices et remorqeurs, dotés d'une transmission hydraulique volumétrique.La pratique de 'utilisa- tion des machines hydrauliques axiales à pistons a fait apparattre que les principaux paramètres tels que : pression de refoulement du fluide vitesse de rotation de l'arbre et longévité dépendent, en majorité, de la conception et de la résistance du bloc-cylindres et de la forme des chambres de travail En majorité des cas, lorsque l'usure due à l'abrasion des couples de frottement au glissement est supprimée grâce à la filtration correspondante du fluide moteur et lorsque les paliers sont choisis avec une réserve nécessaire la machine hydraulique est mise hors de service à la suite de l'endommagement du bloc-cylindres.Pour cette raison, on a un grand intérêt d'obtenir une résistance correspondante du bloc et c'est un problème le plus important qu'on doit résoudre à la mise au point de la machine hydraulique à hauts paramètres. Plus la vitesse de rotation de l'arbre est élevée et plus la pression de refoulement est forte plus la puissance unitaire de la machine hydraulique est élevée. L'emploi des entratnements hydrauliques, ----------------------------------- dotés des pompes et des moteurs hydrauliques d'une puissance unitaire importante donne un effet 6oonomique notable, donc la réduction du prix de revient de la fabrication ainsi que des frais d'utilisation à condition que l'accroissement de la puissance unitaire n'entratne pas la diminution de la longévité de la machine hydraulique.De la sorte, la création d'une nouvelle conception du bloc-cylindres qui pourrait mantfester de hauts paramètres et une grande longévité constitue un problème important pour tous les fabricants de la machine hydraulique axiale à pistons. On connatt déjà une machine hydraulique axiale a pistons dans laquelle le bloc-cylindres est constitué par des cylindres distincte, fixés à deux disques, dont l'un s'applique au distributeur irontSl, tandis que l'autre effectue avec le premier l'accouplement des cylindres en un seul ensemble rigide. Les disques sont écartés l'un de l'autre de la distance de la longueur des-cylindres et sont raccordés par des tirants. Bien que cette conception permette d'obtenir l'élévation de la résistance des parois des chambres de travail, toutefois, la résistance de la section de chaque chambre nrest pas régulière alors que la forme de la chambre de travail est telle que l'éventualité des concentrations de la tension n'est pas supprimée. Pour cette raison, il est impossible d'élever la résistance à la fatigue du bloc-cylindres. La conception et la fabrication de ce bloc-cylindres sont plus compliquées que celles du bloc réalisé en une seule pièce et c'est pourquoi on ne l'emploie pas en pratique. Les conceptions connues des machines hydrauliques axiales comportent un bloc-cylindres dans les alésages axiaux duquel les pistons réalisent un mouvement rectiligne alternatif Les pistons limitent les chambres de travail. Une partie des chambres est reliée par des canaux a l'enceinte de haute pression tandis que l'autre partie est mise en communication par des canaux avec une enceinte de basse pression. Pendant un tour du bloc tous les pistons passent, à tour de rible, deux points morts. Au moment où les pistons passent les points morts, la pression de fluide varie instantanément successivement dans chacune des chambres de travail. I1 convient de noter que plus la pression de refoulement est forte et plus la vitesse de rotation de l'arbre est élevée l'amplitude et la fréquence de variation de la pression dans les chambres de travail sont plus grandes, Ainsi, dans tous les cas, la différence entre le niveau et la pression dans la chambre de travail c'est-5-dire a l'intérieur de l'alésage axial, et la pression régnant à l'extérieur du bloc-cylindres ainsi que celle d'une chambre de travail voisine, dont le piston se trouve en contre-phase par rapport à celui précédent, provoque la déformation des parois du bloc. L'inconvénient des conceptions connues des machines hydrauliques axiales réside en ce qu'on ne tient pas compte dans la conception du bloc cylindres de l'influence de la forme de la chambre de travail et de la forme extérieure du bloc sur sa résistance statique et celle a la fatigue. Dans toutes ces conceptions, on n'assure pas une résistance régulière des sections du bloc dans la zone des chambres de travail limitées par une face du piston se trouvant au point mort. La chambre de travail, reliée par un canal aux enceintes de haute ou de basse pression est conçue avec différentes sections pour l'écoulement du fluide. Des passages brusques dans les sections des alésages conditionnent la formation des concentrations de la tension et réduisent la résistance du bloc à la fatigue. On connatt dé une machine hydraulique axiale, équipée d'un distributeur frontal sphérique et d'un bloc-cylindres entrainé en rotation par des bielles, dont les surfaces latérales peuvent entrer en contact avec la surface intérieure des pistons et transmettre ainsi le couple moteur depuis l'arbre au bloc. L'arbre repose sur des roulements radiaux et un roulement axial. A la bride de l'arbre sont fixées les rotules des bielles. Les autres extrémités des bielles sont articulées aux pistons. Etant donné que l'axe du bloc-cylindres, dans les alésages axiaux duquel sont logés les pistions, est incliné par rapport & l'axe de l'arbre ces derniers réalisent, pendant la rotation de l'arbre et du bloc, un mouvement rectiligne alternatif, par rapport au bloc-cylindres. Selon la direction du mouvement des pistons dans les alésages du bloc, le fluide entre ou s'échappe des chambres de travail. Les chambres de travail dont les pistons se déplacent dans une direction, sont réunies par un canal avec une enceinte de haute ou de basse pression. Dans chacune des chambres de travail la pression de fluide varie deux fois pendant un seul tour du bloc-cylindres. Le rendement volumique de la machine hydraulique est déterminé par les fuites et le transvasement du fluide des chambres de travail. Par fuites, on entend un fluide qui s'échappe de la chambre de refoulement et parvient a l'enceinte du corps de la pompe. Par transvasement, on entend un fluide qui sort de la chambre de refoulement et arrive a travers le distributeur a l'autre chambre de travail de l'autre phase (évacuation ou admission). La quantité de la fuite de fluide des chambres de travail arrive au corps de la machine hydraulique d'où elle est évacuée vers un réservoir, la pression de fluide dans le corps et à l'extérieur du bloc-cylindres dépasse alors habituellement quelque peu celle atmosphérique. A la rotation de l'arbre d'entrainement dans les roulements, les bielles, articulées avec l'arbre, effectuent conjointement avec les pistons le mouvement de rotation par rapport au corps immobile de la machine hydraulique et un mouvement rectiligne alternatif par rapport au bloc-cylindtes. A ce moment, la face sphérique du bloc-cylindres glisse par la surface raphé rique du distributeur. Les canaux de haute et de basse pressions du distri- buteur sont réunis aux conduits d'amenée par lesquels le fluide est véhiculé et évacué depuis la machine hydraulique. Ainsi, la pression varie périodiquement dans les chambres de travail à une fréquence proportionnelle a la vitesse de la rotation du bloc et au nombre de pistons de la machine hydraulique à partir de la pression de refoulement jusqu'a la pression d'admission ou la pression d'évacuation. En conséquence, les tensions variables sont engendrées dans les parois du bloc-cylindres qui limitent les chambres de travail. Celles-ci conditionnement des détériorations à la suite de la fatigue des parois du bloc L'action des détériorations, résultant de la fatigue, s'aggrave davantage par de différents genres des concentrateurs de la tension tels que : une grande différence des sections du bloc dans la zone des chambres de travail, absence des arrondis dans les chambres de travail et les canaux reliant la chambre de travail aux canaux du distributeur. I1 en résulte une détérioration relativement rapide d la suite de la fatigue du bloc dans la zone des chambres de travail On s'est posé le problème de mettre au point une machine hydraulique axiale à pistons dans laquelle les chambres de travail seraient réalisées de manière que le bloc-cylindres supporte une haute pression de refoulement, une vitesse élevée de rotation et assure, avec tout cela, une longévité requise de la construction. Le problème posé est résolu par le fait que, dans la machine hydraulique axiale à pistions, dans le bloc-cylindres tournant de laquelle sont disposés les pistons pouvant réaliser un mouvement rectiligne alternatif et délimitant les chambres de travail, dont les unes sont reliées par un canal A l'enceinte de haute pression tandis que les autres sont mises en communication par un canal avec l'enceinte de basse pression conformément a l'inven tion, la surface de chaque chambre de travail où le volume est minimal est exécutée sous forme sphéroidale et se joignant progressivement au canal. La machine hydraulique exécutée de cette manière es: caract8- risée par une longévité augmentée grâce à ltélévation de la résistance du bloc-cylindres, car la forme de la chambre de travail et la forme extérieure du bloc-cylindres dans la zone de la chambre de travail sont ex8cutées en prenant en considération une résistance régulière des parois du bloc dans toutes les directions, ainsi que compte tenu de l'élimination des concentrations de la tension réduisant la résistance b la fatigue. Au moment où la pression de fluide varie brusquement dans la chambre de travail exécutée d'après cette forme, la déformation et les tensions se répartissent régulirement dans les parois de la chambre de travail. A la compression du fluide dans la chambre de travail il se forme dans celle-ci une onde de choc qui est la cause du bruit Le niveau du bruit dépend dé la position du foyer de tonde de choc par rapport aux parois des chambres de travail Le foyer de I'onde de choc coincide approximativement avec I'intvrsecliof des axes de la symétrie de la surface sphérotdale de la chambre de travail.Cette forme de la chambre de travail favorise sensiblement l'accroissement tant de la résistance statique que delta résistance a la fatigue du bloc et aussi la réduction du niveau du bruit. Il est avantageux que la surface extérieure du bloc-cylindres dans la zone des chambres de travail où se trouve la surface sphzreidale soit concentrique a ladite surface des chambres. A la différence des conceptions connues selon XesqueilDs la partie frontale du bloc développée dans la direction diamétrale assure une élé- vation de la surface d'appui de distribution et n'est liée aucunement a la forme de la chambre de travail, la conception proposée assure, grace à la forme prédécrite, une résistance régulière des parois du bloc. En plus, cette forme du bloc augmente la rigidité et diminue la déformation des parois du bloc autour de la chambre de travail.C'est surtout important pour la réduction du fléchissement de la partie du fond de la chambre daas la direction de la face de distribution dont la surface est exécutée a une haute précision et dont les rugosités doivent etre inférieures à l'épaisseur de la pellicule de fluide s'évaluant à quelques microns ou a des dizaines de microns. Il est avantageux de prévoir, sur la surface extérieure du bloc-cylindres dans la zone des chambres de travail où se trouve la surface sphéroidale, un bandage de renforcement dont la surface extérieure est concen- trique ladite surface des chambres. En plus, du renforcement de ladite parti du bloc, le bandage permet d'utiliser, dans la nouvelle conception du bloc, les formes cylindriques largement appliquées et bien connues. En variant le serrage et le matériau du bandage il est possible d'obtenir une plus forte résistance du bloc compte site qu'en cas d'un même bloc exécuté en une seule pièce à partir d'un matériau homogène. En plus, cette solution donne des avantages d'un caractere technologique. Les autres objectifs et avantages de l'invention ressortiront de la description d'un exemple qui va suivre, expliquée par les dessins annexés sur lesquels - la figure 1 schématise une machine hydraulique axiale conforme a l'invention en coupe longitudinale; - la figure 2 donne la coupe longitudinale du bloc-cylindres; - la figure 3, la coupe transversale du bloc-cylindres; - la figure 4, un bloc-cylindres, doté d'un bandage dans la zone des chambres de travail où se trouve la surface sphéroidale avec une coupe partielle longitudinale. La machine hydraulique axiale dans le corps 1 (figure 1) de laquelle est logé un arbre 2, monté sur un roulement axial rigide 3 et un roulement axial 4 La face de ce dernier s'appuie contre le couvercle 5 dans l'alésage duquel est placé un manchon d'étanchéité 6. Le manchon dtétanchéité 6 assure une étanchéité de l'enceinte intérieure de la machine hydraulique suivant la surface extérieure cylindrique de la douille 7 tournant avec l'arbre. La douille 7 est montée à demeure sur l'arbre 2. L'extrémité opposée de l'arbre 2 est exécutée en forme d'une bride, orientée vers le bloc-cylindres 8, dans la àce de laquelle sont pratiqués des alésages demi-sphériques.Dans ces alésages, on fixe les têtes 9 des bielles 10 articu lées aux pistons 11, montés avec possibilité de déplacement rectiligne alternatif dans les alésages axiaux 12 du bloc-cylindres 8 réalisant la rotation. Les pistons 11 délimitent les chambres de travail 13, dont les unes sont reliées par un canal 14 à l'enceinte de haute pression tandis que les autres sont mises en communication par le canal 14a à l'enceinte de basse pression Un tenon 15 faisant fonction de l'appui radial du bloc 8 est fixé dans l'alésage central demi-sphérique de la bride de l'arbre 2 conjointement avec les bielles 10. Les bielles 10 et le tenon 15 sont fixés la bride de l'arbre 2 à l'aide d'une plaque 16.Serrée par des boulot (non sont pas représentés sur la figure) ladite plaque applique les têtes 9 des bielles 10 l'arbre et les empêche de sortir depuis les alésages demisphériques a la formation des charges orientées dans la direction vers les pistons 11. Le tenon central 15 tourne en synchronisme avec le bloc-cylindres 8 gracie à la cheville 17. A son volume minimal, la surface 18 (figure 2) de chaque chambre de travail 13, et notamment la partie de la chambre 13, qui, pendant la position du piston 11 au point mort limite un volume de fluide, dit volume "obturé", est exécute ressemblant à une sphère. Elle se joint progressivement au canal 14 soit a celui 14a qui sont mis en communication avec les ouvertures 19 et 19a respectivement du distributeur 20. Sa surface frontale sphérique du distributeur 20 forme un couple de glissement avec la surface sphérotdaîe qui se joint du bloc-cylindres 8. En plus de la distribution du fluide le distributeur 20 fait office du deuxieme appui radial du bloc 8. Le tenon 15 s'appuie par sa tete sphérique contre l'alésage demisphérique de la bride de l'arbre 2 tandis que l'extrémité opposée bute contre le palier lissa constitué par une douille 21, montée à dur dans l'alésage central du distributeur 20. L'arbre 2 avec les paliers 3 et 4, le bloc-cylindres 8 avec ses pistons 11 et les bielles 10 sont montés dans un corps 1. L'alésage du corps 1 renferme une bague de butée 22 qui transmet l'effort axial du coté des roulements 3 et 4 au corps 1. Le distributeur 20 s'appuie par sa surface plane contre le couvercle arrière 23 qui est fixé par les boulons 24 au corps 1. Dans le couvercle 23, on a pratiqué des canaux 25, à l'orifice 26 duquel est raccordée une conduite (n'est pao- représentée sur la figure). Dans la zone ou se trouve la surface sphérotdale des chambres de travail 13, la surface extérieure 27 du bloc-cylindres 8 est concentrique à ladite surface 18, ce qui est montré sur la figure 3. Il en résulte une résistance régulibre des parois du bloc-cylindres 8. Cette forme du bloc 8 assure une rigidité élevée et réduit la déformation des parois du bloc 8 autour des chambres de travail 13. Il est possible de prévoir, sur la surface extérieure du bloc 8 (figure 4) dans la zone des chambres de travail 13 Où se trouve la surface sphéroidale 18, un bandage de renforcement 28, dont la surface extérieure est concentrique à ladite surface 18. En plus du renforcement du bloccylindres 8, il est possible de choisir, pour une nouvelle conception du bloc-cylindres 8, les formes cylindriques du bloc qui sont largement appliquées et bien connues. La machine hydraulique axiale à pistons fonctionne de la manière suivante. A la rotation de l'arbre 2, les bielles 10 tournent conjointement avec celui-ci autour de l'axe incliné par rapport à l'axe de l'arbre 2 d'un certain angle. Les pistons Il articulés aux bielles 10 tournent conjointement avec le bloc-cylindres 8 et réalisent par rapport à lui un mouvement rectiligne alternatif dans les alésages axiaux 12. Pendant un tour du bloc 8, chaque piston ll réalise une course active et une course à vide en parcourant deux points morts. Si la machine hydraulique fonctionne en tant qu'une pompe, pendant la course activewles pistons ll se déplacent dans les alésages 12 dans la direction vers le distributeur 20 et refoulent le fluide des chambres de travail 13 par les canaux 14 du bloc dans la partie de refoulement du distributeur 20. Depuis l'enceinte du distributeur 20, le fluide arrive aux cannaux 25 du couvercle arrière 23 et l'orifice 26 auquel est raccordée une conduite. En meme temps, les pistons 11, réalisant la course à vide, admettent le fluide en se déplaçant par rapport au bloc 8--dans la direction depuis le distributeur 20. La phase d'admission,de m & e que la phase de refoulement pour chacun des pistons llase se produit pendant la rotation du bloc 8 d'un demi-tour. La forme sphérotdale de la partie de la chambre de travail 13 assure une résistance élevée du bloc 8 dans la zone du volume obturé du fluide.Du fait que la pression de fluide dans chacune des chambres de travail 13 varie à une fréquence proportionnelle à la vitesse de rotation du bloc 8 et au nombre de pistons 11 pour assurer la longévité, il faut assurer une haute résistance à la fatigue du bloc. La forme sphéroidale de la partie de la chambre 13 diminue les concentratreurs de la tension, améliore la caractéristique hydraulique de la canalisation et réduit en même temps le niveau du bruit d'air. C'est surtout important en cas où la machine hydraulique est placée au voisinage de la place de travail de l'opérateur ou du machiniste et dans les autres cas où les conditions acoustiques auxquelles doivent satisfaire la commande hydraulique sont plus sévères. Le fluide fuit des chambres de travail 13 aux jeux dans les couples de glissement le long des pistons Il et du distributeur 20 arrive a l'intérieur du corps 2 d'où il est évacué par un orifice, puis par une conduite vers un réservoir (n'est pas représenté sur la figure). Si la machine hydraulique fonctionne en tant que le moteur hydraulique le fluide sous pression est véhiculé par l'orifice 26 du couvercle arrière 23 et les canaux 25 du distributeur 20 vers les chambres de travail 13. Sous l'action de la pression de fluide les pistons ll se déplacent en avant dans les alésages axiaux 12 du bloc 8 et leur déplacement progressif est transformé pendant la course active, en rotation de l'arbre 2. REVENDICATIONS 1. Machine hydraulique axiale à pistons, dans le blcc-cylindres en rotation de laquelle sont disposés les pistons pcuvant réaliser un mouvement rectiligne alternatif délimitant les chambres de travail, dent les unes sont reliées par un canal å l'enceinte de haute pression tandis que les autres sont mises en commucation par un canal avec 1'enainta de basse pression, caractérisée par le fait que la surface de chaque chambre de travail à eon volume minimal est réalisée sphéroïdale et se joignant progressivement au canal. 2. Machine hydraulique axiale a pistons conformément à la revendication 1, caractérisée par le fait que la surface extérieure du bloc-cylindres dans la zone des chambres de travail a une surface sphé- rotdale est concentrique ladite surface des chambres. 3. Machine hydraulique axiale a pistons conformément a la revendication 1, caractérisée par le fait que sur la surface extérieure du bloc-cylindres dans la zone des chambres de travail où se trouve la surface sphérotdaîe on a prévu un bandage de renforcement, dont la surface extérieure e8t concentrique à ladite surface des chambres.