Brevet FR2384160A1 — publié le 19781013

La présente invention concerne un dispositif mécano-hydraulique de freinage pour charge soumise à des chocs et vibrations. On sait que dans les installations comportant des tuyauteries ou des charges suspendues de toute autre nature, comme il s'en trouve dans les installations nucléaires, plate-formes de mesure, etc..., ces charges doivent être suspendues ou articulées pour permettre des déformations lentes, par exemple d'origine thermique, de ces charges elles-mêmes ou des éléments qui leur sont adjacents. En outre, il est souvent nécessaire de stabiliser dynamiquement lesdites charges, afin de les protéger, ainsi que leurs éléments adjacents, lorsque le niveau d'environnement mécanique devient trop élevé, comme cela est le cas lors de séismes,d'explo sions,de ruptures d'éléments, etc... A cet effet, il a déjà été développé des dispositifs destinés à être interposés entre une charge suspendue ou articulée, et un support solide, et pouvant s'allonger ou se raccourcir, en opposant des efforts faibles lors de mouvements lents, dus, par exemple, à des déformations thermiques d'éléments adjacents à la charge, et en opposant des efforts- considérables lors de sollicitations extérieures brusques et pouvant etre alternées, ceci afin de stabiliser dynamiquement la charge. Les dispositifs connus se classent en deux catégories. La première catégorie concerne des amortisseurs hydrauliques, dont un exemple de réalisation est décrit dans la demande de brevet français ne 74 33338 déposé le 3 Octobre 1974 au nom de la Demanderus,, e. Ces a#i > rtsse'n's hydrauliques présentent de grays inconvénients qui sont, d'une part, une probabilité non négligeable de fuites hydrauliques compte tenu de ltemploi, dans ces amortisseurs, d'une pluralité de joints d'étanchéité dynamiques, d'autre part et surtout un manque de rigidité de l'ensemble du dispositif, ce qui est dû à la présence d'un volume important de fluide hydraulique. Il est bien évident que l'amortisseur hydraulique présentera d'autant moins d'opposition aux phénoMènes de résonance qu'iL contiendra un volume plus important de fluide hydraulique. La seconde catégorie connue concerne des amortisseurs mécani- ques faisant intervenir 1'inertie de masses importantes, susceptilles d'être entraînées en rotation par transformation d'un déplacement linéaire, mais ces amortisseurs mécaniques présentent un inconvénient majeur, qui est de ne pas procurer de limitation de la vitesse de déplacement,sous l'action d'efforts anormalement élevés. Le problème à la base de la présente invention est donc de concevoir un dispositif de freinage pour charge soumise à des chocs et vibrations, ne présentant que de faibles efforts résistant aux déformations lentes (thermiques ou autres), opposant par contre une réaction de blocage aux déplacements qui se développent sous l'effet d'accélératio importantes (chocs ou vibrations), permettant de limiter la vitesse des déplacements sous l'action d'efforts anormalement élevés,et,enfin présentant une rigidité élevée sous les efforts. Selon la présente invention, ce résultat est atteint grâce à un dispositif mécano-hydraulique, comprenant un ensemble visécrous, dont l'un des éléments est.susceptible de se déplacer en translation axiale par rapport à un corps, dans lequel l'autre élément est monté en rotation, le dispositif se caractérisant en ce que 11 élément monté en rotation commande l'entraînement d'un récepteur d'un circuit hydraulique fermé, de faible capacité et porté par le corps, le débit du récepteur étant régulé au moyen d'un dispositif à orifice calibré, de sorte que tout déplacement de celui des éléments de ensemble vis-écrou qui est animé d'une translation axiale soit transformé par l'autre en une rotation, entraînant un freinage hydraulique, au niveau du dispositif à orifice calibré, s'ajoutant au freinage inertiel,qui résulte de la simple présence des éléments mécaniques constituant le dispositif. Il est avantageux que le récepteur du circuit hydraulique soit une pompe réversible, par exemple une pompe à engrenages, à palettes,ou même à pistons axiaux,débitant dans le dispositif à orifice calibré,constitué sous la forme d'une valve réversible de contrôle,en comunication avec un réservoir de fluide hydraulique et dont la sortie est bouclée sur l'entrée de la pompe. Différents types de valves de contrôle sont utilisables,par exemple,les valves à clapet navette,les valves statiques,à diaphragmes ou à clapets plats,pourvu qu'elles présentent une ouverture calibrée constituant un orifice de laminage au travers duquel le passage du fluide hydraulique engendre un freinage hydraulique, qui pourra avantageusement être choisi proportionnel au carré de la vitesse de circulation du fluide hydraulique,cette vitesse étant elle-même proportionnelle 8.la vitesse de déplacement de l'élément de l'ensemble vis-écrou qui se translate,par utilisation d'orifices de laminage particuliers. A cet effet,il pourra être choisi une valve symétrique,comportant,à chaque extrémité,un clapet plat,monté flottant entre deux butées et percé d'un orifice central de laminage,la partie centrale de la valve étant en communication avec un réservoir de fluide hydraulique. En ce qui concerne 1 ' entrainement de la pompe, ceci peut être réalisé directement par l'élément monté en rotation dans le corps, ou bien par l'intermédiaire d'engrenages, par exemple, des engrenages coniques, orthogonaux, voire même droits, selon la disposition que l'on souhaite donner à la pompe par rapport au corps. Afin de reprendre le couple antagoniste,qui tend à faire tourner sur l'autre celui des éléments de l'ensemble vis-écrou animé d'une translation,un guidage par rapport au corps statère nécessaire; ceci peut être obtenu par exemple, au moyen d'une glissière, d'une clavette ou d'un compas. Il est également avantageux que la vis de l'ensemble visécrou soit une vis à billes ou à rouleaux, et que l'écrou soit rendu solidaire d'un manchon par l'intermédiaire duquel steffec- tuera soit l'entralnement du récepteur hydraulique si l'écrou est monté tournant sur le corps, soit le guidage par rapport au corps, si ltécrou est susceptible de se déplacer en translation axiale vis-à-vis de ce dernier. L'invention sera mieux comprise à l'aide des modes de ré alisation décrits ci-après, à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins annexés dans lesquels La figure 1 est une vue, en coupe longitudinale,d'un premier mode de réalisation schématisé de l'ensemble mécanique du dispositif selon la présente invention, La figure 2 est une vue schématique du circuit hydraulique associé à l'ensemble mécanique selon la figure 1,au sein d'un dispositif selon l'invention, La figure 3 est une vue,en demi-coupe longitudinale,d'un mode de réalisation préféré du dispositif selon l'invention, La figure 4 est une vue de dessus de ensemble hydraulique du dispositif représenté à la figure 3, La figure 5 est une vue en coupe selon la ligne A-Ade la figure 4, La figure 6 est une vue analogue à la figure 3, concernant un autre mode de réalisation, La figure 7 est une vue analogue à la figure 1, concernant encore un autre mode de réalisation, Enfin, les figures 8, 9 et 10 représentent, en coupe axiale, trois types de valves de contrôle susceptibles d'être utilisées dans le cadre de l'invention. En référence aux figures 1 et 2, un dispositif mécano-hydraulique de freinage pour charge soumise à des chocs et vibrations, selon la présente invention, comprend un ensemble vis-écrou dans lequel une vis 1, portant un embout 2 de fixationvsoit sur la charge, soit sur un support, est associée à un écrou 3, solidaire d'un manchon 4 de forme générale cylindrique, l'écrou 3 et le manchon 4 étant montés en rotation dans un corps 5 portant un embout 6 de fixation sur le support ou sur la charge. L'extrémité de la vis 1 qui ne porte pas l'embout 2 est conformée en une bu the 7, de façon à ce que la vis 1 ne puisse sortir de l'écrou 3. La butée 7 est traversée par un doigt 8, dont les extrémités sont reçues dans deux glissières 9 et 109 diamétralement opposées et ménagées sur la face interne d'un manchon de guidage 11 solide du corps 5 et entouré, au moins en partie, par le manchon róta- tif 4. L'extrémité du manchon 4 tomraée vers le fond du corps 5, porte une roue dentée 12 d'un couple d'engrenages coniques dont l'autre roue dentée 13 est solidaire en rotation d'un arbre 14 entraînant la pignon moteur 15 en prise avec le pignon fou 16 d'une pompe à engrenages 17 logée dans un corps annexe 18 fixé au corps 5 par tout moyen convenable connu.La pompe 17 est une pompe réversible dont les deux entrées (ou sorties) sont reliées par les conduites de faible longueur 19 et 20 aux deux entrées (ou sorties) d'une valve symétrique de contrôle 21, en communication avec un réservoir 22 de fluide hydraulique, pressurisé par lac- tion du ressort 23 sur un piston 24 interne au réservoir 22. Le réservoir 22 assure l'alimentation su fluide hydraulique du circuit hydraulique fermé et de faible capacité, constitué par la pompe 17, les conduites 19 et 20, la valve 21 et le réservoir 22, ce circuit hydraulique étant fixé sur le corps 5 par tout moyen convenable connu. De plus, le réservoir 22 constitue un accumulateur pour les di1ntatifis du fluide hydraulique du circuit.Dans la valve de contrôle 21 figure un passage à ouverture calibrée, mettant en communication les deux entrées (ou sorties) de cette valve, reliées aux conduites 19 et 20. De la sorte, tout mouvement de rapprochement de la charge et du support se traduit par un enfoncement de la vis 1 dans le corps 5, par rapport auquel la vis 1 est guidée en translation axiale, grâce au manchon de guidage 11, cette translation axiale étant transformée en rotation de l'écrou 3, du manchon 4 et de la roue dentée t2, laquelle entraîne la roue dentée 13 et donc aussi la pompe à engrenages 17. La pompe 17 débite dans la valve 21 où le fluide hydraulique est amené à franchir le passage à ouverture calibrée, jouant le Tale d'un orifice de laminage en introduisant un freinage hydraulique s'opposant au mouvement de rapprochement de la charge et du support et complémentaire au freinage inertiel, dû à l'inertie que les éléments mécaniques constituant le dispositif, en particulier ceux intervenant dans la transformation de la translation axiale en rotation, opposent à ce même mouvement de rapprochement Pour tout mouvement d'éloignement de la charge et du support, le résultat final serait le même, du fait de la réversibilité du fonctionnement de l'ensemble vis-écrou, de la pompe 17 et de la valve de contrôle 21. Dans le cas de déformations lentes, par exemple d'éléments adjacents à la charge, l'inertie des éléments constitutifs ne s'oppose que faiblement aux mouvements, et le freinage hydraulique est minime. Le dispositif n'oppose donc que de faibles ef- forts résistants. Par contre, dans le cas de mouvements à forte accélération, une réaction de blocage se développe, essentiellement due au freinage inertiel, le freinage hydraulique venant limiter très efficacement la vitesse des déplacements sous l'action d'efforts très élevés. Enfin; compte tenu de la faible capacité du circuit hydraulique, le dispositif présente une rigidi té- élevée sous les efforts. Un mode préféré de réalisation est représenté sur les figures 3, 4 et 5, où les mêmes indices concernent les mêmes éléments identifiés sur les figures 1 et 2. L'embout 2, à rotule 25 est vissé et immobilisé en position sur l'extrémité externe du corps 5 de la vis t par une goupille 26. La butée 7 disposée à l'extrémité interne au corps 5 de la vis 1, est traversée par un doigt 8 sur les extrémités duquel sont montés des galets 27 (dont un seul est visible sur la figure 3) susceptibles de rouler dans deux glissières telles que 9, diamétralement opposées et pratiquées dans le manchon de guidage 11 solidaire du corps 5, qui est muni d'un embout 6 à rotule 28. La vis 1 est une vis à rouleaux 29, coopérant avec l'écrou 3, lié au manchon 4 par une clavette 30.L'ensemble constitué par l'écrou 3 et le manchon 4 est monté en rotation dans le corps 5 au moyen de deux roulements à aiguilles 31 et 32, espacés par une entretoise 33, et cet ensemble 3, 4 est positionné axialement dans le corps 5 au moyen de deux butées à aiguilles 34 et 35, le roulement 31 et la butée à aiguilles 34 étant retenus par un bouchon 36 vissé sur un filetage interne au corps 5, alors que le roulement 32 est retenu par un épaulement interne du corps 5 et que la butée 35 est disposée entre un épaulement du manchon 4 et l'extrémité du manchon de guidage 11.Un soufflet extensible 37, par exemple en éthylène-propylènesest fixé d'une part sur la partie de l'embout 2 vissée sur la tige 1 et d'autre part sur la surface externe du corps 5, de façon à protéger la partie active du couple vis à rouleaux-écrou, ainsi que les butées et roulements, contre la pénétration des poussières et autres corps étrangers, dans toutes les positions de la vis 1 par rapport au corps 5. Le pignon conique 12, porté à l'extrémité du manchon tournant 4 est, comme précédemment, en prise avec le pignon conique 13, lequel entraîne en rotation l'arbre 14 du pignon moteur d'une pompe à engrenagi 17, portée par le corps 5, et sur laquelle est fixée la valve de contrôle 21, portant elle-même le réservoir de fluide hydraulique 22, qui est un réservoir pressurisé sous l'ef- fet du ressort 23 poussant le piston interne 24 pour assurer une alimentation convenable du circuit hydraulique. La valve de contrôle 21 est une valve réversible constituée d'un corps 38 rendu solidaire du corps du réservoir 22. Le corps 38 est percé de deux alésages.39 et 40, placés en face des deux entrées de la pompe réversible 17, et débouchant dans deux contrealésages 41 et 42, de diamètre supérieur, dans lesquels sont re çus deux clapets 43 et 44, percés chacun d'un orifice central de laminage 4S et 46, les clapets 43 et 44 étant d'un diamètre in farceur au diamètre des contre-alésages 41 et 42 et étant chacun montés flottants entre deux butées 47 et 48. Les contre-alésages 41 et 42 sont mis en communication, par les perçages 49 et 50, avec une conduite centrale 51 débouchant dans la pompe 17 pour récupérer le débit de fuite de- celle-ci, et dans laquelle débouche la conduite 52 d'alimentation en fluide hydraulique à partir du réservoir 22. Enfin les contre-alésages 41 et 42 sont obs- trués par un couvercle 53 fermant le corps 38 de la valve 21. Le dispositif ainsi décrit fonctionne de façon tout à fait analogue à celui décrit en référence aux figures 1 et 2. Du fait de l'utilisation d'une vis à rouleaux, il présente cependant un fonctionnement amélioré, notamment pour ne pas s'opposer aux déformations lentes. De plus, la valve de contrôle 21 permet d'obtenir un freinage hydraulique efficace, proportionnel au carré de la vitesse du fluide hydraulique débouchant, pour un certain mouvement de rapprochement ou d'éloignement de la charge et du support, par exemple, au travers de l'alésage 39 pour appliquer le clapet 43 contre la butée 47, puis est laminé par l'orifice 45, est conduit du contre-alésage 41 au contre-alésage 42 par les perçages 49 et 50 et la conduite 51, applique le clapet 44 contre la butée 48 et se trouve à nouveau laminé par l'orifice 46, pour enfin être reconduit à l'entrée de la pompe 17.On constate que le circuit hydraulique mis en oeuvre est ainsi d'une faible capacité, ce qui ne nuit pas à la bonne rigidité de l t ensemble. De plus, le réservoir 22 fait office d'accumulateur des dilatations du fluide hydraulique. Sur la figure 6, on a représenté un dispositif qui aiffir~ essentieflement de celui représenté sur la figure 3 par les moyens de guidage de la vis 1 à rouleaux 29 par rapport au corps 5. La butée 7, disposée à l'extrémité interne au corps 5 de la vis i, n'est plus guidée en translation dans un manchon de guidage soli daire du corps 5 mais un compas 54 est articulé, par son bras 55 sur l'embout 2 dont est toujours munie l'extrémité externe au corps 5 de la vis 1, et par son bras 56, sur une attache 57 prévue sur le corps 5. En l'absence de manchon de guidage, une autre disposition des butées à aiguilles par rapport à l'écrou 3 et au manchon tournant 4 doit être.utilisée.-Selon la figure 6, l'écrou 3 et le manchon 4 ont chacun un épaulement radial, adjacent l'un à l'autre, tous deux étant pincés entre les butées à aiguilles 34 et 35, retenues, d'un côté par le roulement à aiguill#3i,l'enl#toise 33 et le roulement à aiguilles 32 en appui contre le corps 5, de l'autre côté par le bouchon 36. De plus, l'écrou 3 et le manchon 4 sont liés l'un à l'autre par une goupille 58 traversant les épaulements radiaux adjacents. Pour le reste, ce dispositif est identique à celui précédemment décrit. Sur la figure 7 est représenté un autre mode de réalisation de l'ensemble mécanique dtun dispositif selon l'invention, dans lequel la vis 1 est montée en rotation dans le corps 5, alors que l'écrou 3 est susceptible de se déplacer en translation axiale. L'écrou 3 est relié par une clavette 59-à. un manchon 60, dont l'extrémité externe au corps 5 porte une attache de fixation 61. Le manchon 60 est monté coulissant dans le corps 5 par deux épaulements radiaux 62 et 63, ménagés sur l'extrémité interne au corps 5 du manchon 60, et susceptibles de glisser dans les glissières 64 et 65. De son côté , la vis 1 porte la roue dentée 12, d'un couple d'engrenages coniques dont le pignon 13 entraîne l'arbre moteur de la pompe (non représentée). La vis 1 constitue ainsi avec la roue dentée 12 un ensemble monté en rotation dans le corps 5 au moyen du roulement 66 disposé entre la vis 1 et un manchon 67 interne au corps 5 et solidaire de ce dernier, et des butées à billes ou à aiguilles 68 et 69, la première étant disposée entre le manchon 66 et la roue dentée 12 et la seconde entre la roue dentée 12 et un épaulement 7Q saillant radialement vers l'intérieur du corps 5.L'étage hydraulique étant identique à ceux précédemment décrits, il est clair que tout mouvement de rapprochement ou d'éloignement de la charge et du support donne naissance à une translation axiale de l'écrou 3 dans le corps 5, laquelle translation est transformée en une rotation de la vis 1, entraînant la roue dentée 12, et donc aussi la pompe du circuit hydraulique, ce qui, comme déjà dit, provoque un freinage hydraulique au niveau de la valve de contrôle. Cette dernière peut être réalisée sous d'autres formes que celle décrite en référence aux figures 3, 4 et 5. La figure 8 représente, de façon schématique, une valve à clapet navette pouvant convenir. Le clapet navette est constitué sous la forme d'un élément tubulaire 71 pourvu d'un rétrécisse- ment 72 du canal central. L'élément tubulaire 71 porte deux épaulements d'extrémité 73 et 74, qui peuvent séparément venir en butée contre un rétrécissement 75 du corps 76 de la valve, sous la poussée du fluide hydraulique.Une conduite 77, débouchant au niveau du rétrécissement 75, met la valve en communication avec le réservoir hydraulique, le fluide hydraulique pouvant circuler dans les gorges annulaires séparant le rétrécissewent 75 de l'élé- ment tubulaire 71 et de ses épaulement 74 et/ou 75, selon la position du clapet navette, et le laminage s'effectuant au passage du rétrécissement 72. La figure 9 représente une valve statique, constituée sous la forme d'un venturi, la conduite 77 venant du réservoir hydraulique débouchant au niveau du col 78, au travers duquel s'effec- tue le laminage. La figure 10 représente une valve à diaphragmes, dans laquelle deux diaphragmes identiques 79 et 80 laminent le fluide hydraulique en amont et en aval de la conduite 77 partiellement obsturée par une lame élastique 81 qui peut, selon les pressions régnant entre les diaphragmes 79 et 80 et dans le réservoir hydraulique, empêcher le retour du fluide vers le réservoir ou autoriser une alimentation à partir de ce dernier. Il est bien évident quten association avec ces différents types de valvesson peut, sans sortir du cadre de l'invention, utiliser des filtres placés aux différentes entrées du fluide hydraulique, ainsi que des dispositifs brise-jet. En plus des avantages déjà cités comme étant propres à l'invention, le fait de n'avoir besoin que d'un seul joint hydraulique tournant, situe à l'entrée dans la pompe de l'arbre d'entraînement de celle-ci, permet de réduire les possibilités de fuites à une très faible probabilité. Enfin, il est à remarquer que l'on pourrait éventuellement utiliser d'autres mécanismes pour transformer une translation en rotation, par exemple une crémaillère associée à un multiplicateur pour entraîner la pompe. REVENDICATIONS 1.- Dispositif mécano-hydraulique de freinage pour charge soumise à des chocs et vibrations, comprenant un ensemble visécrou, dont l'un des éléments est susceptible de se déplacer en translation axiale par rapport à un corps, dans lequel l'autre élément est monté en rotation, caractérisé en ce que ce dernier élément commande ltentrainement d'un récepteur d'un circuit hydraulique fermé,de faible capacité et porté par le corps débit du récepteur étant régulé,au moyen d'un dispositif à orifice calibré, de sorte que tout déplacement de celui des éléments de l'ensemble vis-écrou qui est animé d'une translation axiale soit transformé par l'autre en une rotation, entraînant un freinage hydraulique, au niveau du dispositif à orifice calibré, s'ajoutant au freinage inertiel. 2.- Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le récepteur du circuit hydraulique est une pompe réversible débitant dans le dispositif à orifice calibré, constitué sous la forme alune valve de contrôle réversible, en communication avec un réservoir de fluide hydraulique, et dont la sortie est bouclée sur l'entrée de la pompe. 3.- Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que la vis de ltensemble vis-écrou est une vis à billes ou à rouleaux. 4.- Dispositif selon l'une des revendications 2 et 3, carac térisé en ce que la pompe est directement entraînée par l'élément monté en rotation dans le corps. 5.- Dispositif selon l'une des revendications 2 et 3, carac térisé en ce que la pompe est entraînée à partir de Itélément monté en rotation dans le corps, par l'intermédiaire d'au moins un couple d'engrenages. 6.- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la pompe est entraînée par l'intermédiaire d'un couple d'engrenages coniques, 7.- Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément susceptible de se déplacer en translation axiale par rapport au corps, est guidé vis.à#vis de ce dernier par une glissière. 8.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'élément susceptible de se déplacer en translation axiale par rapport au corps est guidé vis#à.vis de ce dernier au moyen d'une clavette. 9.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractersé en ce que ltélément susceptible de se déplacer en translation axiale par rapport au corps est guidé vis-à-vis de ce dernier au moyen d'un compas. 10.- Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la vis est guidée en translation axiale par rapport au corps, et en ce que l'écrou, monté tournant dans le corps, est solidaire d'un manchon tournant interne au corps, par lequel est commandé l'entraînement du récepteur du circuit hydraulique. 11.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la vis est montée tournante dans le corps et en ce que l'écrou susceptible de se déplacer en translation axiale par rapport au corps, est solidaire d'un manchon par l'intermé- diaire duquel s'effectue le guidage ou encore une pompe à palettes. 12.- Dispositif-selon ltune des revendications 2 à It, carac térisé en ce que la valve de contrôle réversible peut autre une valve symétrique comportant à chaque extrémité un clapet plat ou bien une valve à clapet -navette, ou une valve statique sous forme de venturi ou encore une valve à diaphragmes.