Brevet FR2386711A1 — publié le 19781103

La presente invention concerne un vérin fluido-dynamique, notamment pour ascenseurs et monte-charges. L'emploi des systèmes fluido-dynamiques pour le relevage et la manutention de charges en général a été toujours bien accueilli en raison des avantages particuliers qu'ils comportent par rapport aux systèmes à treuils et à crémaillères, avantages qui ont trait à la sécurité, à l'uniformité, à l'absence de vibrations et à l'economie en général. Toutefois, dans le passé les applications s'étaient limitées à des déplacements en élévation ou à lthorizontale relativement modestes. Il n'y a que récemment que l'on a pu parvenir, éventuellement grâce à des vérins télescopiques, à une excursion des tiges vraiment considérableS et que l'on a pu réaliser, avec ces mêmes vérins, des installations d'ascenseurs pour édifices jusqu'à 4 ou 5 étages. L'avantage particulier offert par ces systèmes est celui d'éviter l'installation d'un groupe très complexe à treuil au sommet de la colonne d'ascenseur, groupe qui est la cause de graves inconvénients.Parmi ceux-ci, on peut en citer un particulièrement grave, qui peut être éliminé grâce aux systèmes fluido-dynamiques, et qui réside dans le fait que là où il existe des contraintes dans la hauteur de l'édifice, la prénence de la cage avec le treuil entraîne pratiquement la perte d'un étage habitable, ou bien ne permet pas à l'ascenseur de desservir le dernier étage qui, de toute évidence, est celui qui en a le plus besoin. Un autre inconvénient des ascenseurs à treuil réside dans le fait qu'en cas de panne mécanique, on doit pouvoir faire descendre la cabine à la mainS à l'aide d'une manivelle, ce qui implique l'adjonction d'un motteux motoréducteur et son branchement mécanique d'urgence. En revanche, dans les systèmes hydrauliques, en cas de panne, la descente de sécurité de la cabine s'effectue très lentement en laissant s'évacuer lentement l'huile du vérin à travers un étranglement contrôlé. Afin d'accroStre les possibilités en élévation des ascenseurs à actionnement hydraulique, on a fait appel à des renvois de câbles, en faisant courir une poulie de renvoi en bout de tige, en multipliant ainsi par deux la course utile de l'ascenseur à égalité de course de la tige. Tous ces emplois de transmission hydro-dynamique, à poussée directe ou avec renvoi , pour le relevage d'ascenseurs ou de monte-charges, sont caractérisés par une grande excursion du piston et, par conséquent, par un long cylindre et par une tige tout aussi longue qui, en fin de course, forme une tige verticale libre, dépassant du cylindre et chargée axialement à son extrémité libre. Par conséquent, on se trouve devant un cas typique de charge ds pointe.Et puisque par économie, pour ne pas avoir des débits d'alimentation en huile trop importants, on essaye de fabriquer des vérins dynamiques ayant le plus petit diamètre possible, il en résulte que les impératif s de sécurité pour la condition de charge de pointe posent des limites à l'obtention de l'économie maximum et plus généralement au libre choix des paramètres de projet. En d'autres termes, on peut dire que la condition de charge de pointe, aveclealarges marges de sécurité quelle impose, limite pratiquement la fabrication des vérins à tige longue et fine, qui seraient pourtant souhaitables dans le secteur considéré, qui fait ltobjet dtun développement technique sans cesse accru. Le but général de la présente invention est celui d'augmenter les performances des vérins hydro-dynamiques, à savoir le produit de course utile par charge de poussée absorbée. Un but particulier de l'invention est celui de concevoir un vérir hydro-dynamique permettant de réduire sensiblement la limitation imposée par la condition de charge de pointe, tout en conservant intactes toutes les qualités qui rendent souhaitable l'emploi des systèmes tydrc- dynamiques, illustrés ci-après. Ces buts sont atteints par le vérin fluido-dyr.amique selon l'invention, notamment pour ascenseurs et monte-charges, dans lequel une tige-piston est actionnée par un cylindre fixe par rapport à la tige, la tige-piston étant constituée par un tube cylindrique fermé à son extrémité extérieure, caractérisé par le fait que ledit tube cylindrique de la tige-piston est ouvert à son extrémité intérieure et rempli par le fluide d'actionnement dynamique. Les caractéristiques, les avantages et le fonctionnement de l'invention apparaîtront plus clairement de la description qui va suivre d'une forme de réalisation actuellemert préférée mais non exclusive, donnée ici à titre d'exemple nullement limitatif en regard du dessin annexé sur lequel: la fig. 1 montre une vue en coupe axiale schématique d'un groupe cylindre-tige de la technique connue; la fig. 2 montre le meMme groupe, mais selon l'invention; la fig. 3 montre, toujours schématiquement, les composants des forces appliquées sur la tige-piston selon l'invention. Le groupe fluide-dynamique auquel se réfère l'invention est indiqué globalement avec le numéro de référence I dans la version selon l'invention (fig.2), et avec 1' dans la version selon la technique connue (fig. 1). Dans les deux figures reproduites ici pour faciliter la comparaison, les parties correspondantes portent des chiffres de repère égaux, avec ltadjonction d'un index ou apostrophe pour les parties de l'exécution selon la technique connue. Suivant cette technique connue, un groupe 1' comprend un corps cylindrique 2' avec une base fermée 3' et une embouchure à bride 4', ouverte axialement, avec joint d'étanchéité 5'. D'une manière générique, on suppose deux orifices 6' et 7' d'alimentation du fluide, en particulier de ithuile, et alternativement de décharge, comme indiqué par les. doubles flèches, bien que le vérin soit souvent à simple effet, avec un seul orifice de refoulement et de décharge. La tigepiston 8' coulissant dans le corps cylindrique 2' à travers l'embouchure 4' consiste en un tube cylindrique ayant une-partie à piston 9' conformée comme une bride fermée saillante pouvant faire de guide coulissant à étanchéité contre le corps cylindrique 2t. A son extrémité extérieure la tige est fermée par un fond 10'. Le groupe fluido-dynamique 1 selon l'invention (fig. 2) comprend un corps cylindrique 2 inchangé et une tige-piston 8 qui diffère de la tige-piston correspondante 8' par le fait que sa partie à piston 9 est constituée par une bride percée, creuse ou ouverte pour faire entrer l'huile sous pression à l'intérieur de la tige tubulaire ocreuse. L'extrémité supérieure est toujours fermée par un fond 10, qui maintenant remplit la fonction de supporter ou d'absorber directement la poussée de lthuile. Dans les fig. 1 et 2 les flèches p indiquent la pression hydraulique et Q la charge à soulever ou à abaisser. Comme on peut le voir, sur la tige 8', lorsqu'elle est complètsment sortie, il ient s'appliquer une pleine charge de pointe représentée par la charge Q, tandis qu'en revanche, sur la tige 8 selon l'invention, la charge Q est au moins en grande partie compensée par la pression p appliquée en opposition à Q sur ce même fond 10.L'analyse de la répartition des sollicitations est dans ce nouveau cas légèrement plus complexe que dans le cas précédent et elle peut être effectuée à partir de la fig. 3, sur laquelle apparaissent les nouveaux symboles suivants: D1 diamètre extérieur de la tige,r1 sollicitation unitaire intérieuret axiale dans la tige, r2 sollicitation unitaire appliquée par la bride 4 sur la bride de la tige 9, L longueur libre ou course de la tige. En désignant avec la la résultante de la pression p sur le fond 10, avec F2 la résultante de la pression sur toute la section du diamètre D2 de la tige, aveo R1 la résultante des r1et avec R2 la résultante des r2 , et en supposant pour plus de simplicité une pression équilibrée sur les faces de la bride 9, on obtient s Q = Fî ~ R1 1) i) Q ' F2 - R2 2) La sollicitation restante dont tenir compte pour la charge de pointe, au cas où elle assumerait des valeurs négatives, est R1, c'est à dire:: -R1 = F2 - F1 - R2 3) La valeur maximum, dans l'absoluspouvant titre prive par - R1, est naturellement 5 -R1 = F2 - F1 = P#/4 (D22 - D12) 4) La charge contribuant à la charge de pointe s'est par conséquent réduite, dans cette situation plus défavorable, au rapport ( D22 - D12) : D22 lequel, comme ordre de grandeur, avec les dimensions habituelles des tiges pour les emplois prévus, est d'environ .0,2, c'est-à-dire 20% mais qui avec une nouvelle orientation de projet peut procurer des avantages bien plus importants, les limites et le dimensionnement optimum étant complètement changé s. Toutefois, on a déjà vu que la présence du terme R2 peut annuler ou faire inverser, à savoir transformer en traction (positive) la sollicitation R1. Ceci se comprend physiquement par l'équation 1) écrite comme suit s R1 - r1 - Q =P#/4 D12 - Q ce qui signifie que si l'on applique une pression suffisamment forte pour supporter la charge avec effet uniquement sur le fond, on n'aura aucune charge de pointe, et on pourra même avoir la tige toujours en traction. Ceci peut créer quelques problemes en descente qui, par exemple, peuvent être résolus en ne réduisant pas brusquement la pression dans la tige et en envoyant une contre-pression supérieure à travers l'orifice 6 pour faire descendre le piston.Quoi qu'il en soit, on pourra constater d'après des exemples pratiques que la réduction exprimée par l'équation 4) se révèle déjà à elle seule décisive pour les applications prévues. Les exemples qui vont suivre servent uniquement à démontrer quelques résultats atteints dans des cas concrets, sans avoir la prétention d'établir des critères optimums ou limitatifs de projet. EXEMPLE I Nous avons une tige du type traditionnel (fig. 1) ayant les paramètres suivants t D2 = 80 mm, D1 - 7 mm, L - 8,2 m. Nous voulons vérifier la poussée maximum admissible comme charge de pointe. Nous obtiendrons: A2 = #/4 D22 = 50 cm2 , A1 = #/4 D12 = 38,5 cm2 A = A2 - A1 = 11,5 cm2 @ - # (@4 @4) - @@ @@ -4 4 2 1- - i = J/F = 2,65 cm rayon équivalent # = L/i X w - 300 coefficient d'élancement = (#/#)@ @/2 = 2,20 Kg/mm2, charge critique Si, par hypothèse, on fixe un degré de sécurité égal à 10 par charge de pointe, on obtiendre : #max = 1 #@@ = 0,22 Kg/mm2, ce 10 qui équivaut à admettre une charge i maximum de i =A2 o # #max - 250 kg environ, à laquelle correspond une pression p = Qm/@ = 5 Kg/cm2 environ. 2 Ainsi, avec les tiges traditionnelles, pour obtenir une charge utile raisonnable d'environ 1.250 kg, pour rentrer dans l'ordre de grandeur desinstallations fluido-dynamiques pour ascenseurs, il faudrait, à égalité de L, presque doubler D2 et EXEMPLE II Toujours avec les mêmes données dimensionnelles de l'exemple I, on va maintenant calculer la poussée i maximum supportable par une tige réalisée selon l'invention, illustrée sur la fig. 2. On obtient toujours #cr = 2,2 Kg/mm, #max = 0,22 Kg/mm2, mais oeci donne uniquement le terme ~R1 de l'équation 1) qui sera ~R1 = #max .A = 250 kg. et, puisque dans ces conditions il sn est de même pour R2 " O r1 I on obtiendra environ: Qm = ~R1 + F1 = 250 + 22 . 38,5 = 1100 Kg, ce qui est plus de 4 fois supérieur à la charge maximum supportable par une tige traditionnelle de longueur égale et diamètre double. La pression théorique de travail est p= 22 atm. Les contraintes exercées contre les parois de la tige par la pression de l'huile s'expriment par: p P D1 j > 55/2 @p = = 1,55 Kg/mm@ 2 . s EXEMPLE III On désire maintenant calculer, à titre purement indicatif, les poussées supérieures que l'on peut obtenir en augmentant la pression, en maintenant toutefois le tige en traction ou à la limite avec une charge zéro, c'est-à-dire r1 = 0. Supposons que l'on porte la pression p à 100 atm., ce qui comporte une charge #p = 7 Kg/mm2 qui est toujours acceptable, mais qui nous amène déjà à une exploitation économique du matériel. La charge que l'on peut atteindre dans la condition R1 " O est la suivante 2 Q F1 = P. A1 P 100 . 38,5 - 3850 Kg. Comme cela dtait prévisibles on arrive à des poussées pratiquement égales à celles des presses hydrauliques, dans lesquelles il n'y a pas de limitation de la charge de pointe. Toutefois, comme on l'a déjà dit, on devra veiller à ne pas abaisser la pression sous charge. Ainsi, les exemples exposés démontrent que les buts visés ont été pleinement atteints. Il va de soi que l'invention peut faire l'objet de nombreuses variantes dictées par les enseignements qui précèdent, et qui de ce fait rentrent toutes dans le cadre de l'invention. En particulier, il a été décrit in vérin à un cylindre et à une tige, mais il va de soi que l'invention s'applique aussi bien à des vérins à plusieurs cylindres télescopiques, le présent exposé étant également appliquable à oes derniers. REVEI CÀTIOXS 1. Vérin fluido-dynamique, notamment pour ascenseurs et montecharges, dans lequel une tige-piston est actionnée par un cylindre ou tube fixe par rapport à la tige, la tige-piston étant constituée par un tube cylindrique fermé à son extrémité extérieure, caracterisé par le fait que ledit tube cylindrique de la tige-piston est ouvert à son extrémité intérieure et rempli avec le fluide d'actionnement dynamique. 2. Vérin fluido-dynamique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'extrémité extérieure de la tige, à laquelle est appliquée la charge, est fermée par un fond sur le coté extérieur duquel vient s'appuyer la charge et sur le coté intérieur duquel vient en contact le fluide dynamique sous pression. 3. Vérin fluido-dynamique selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la pression sur la tige est appliquée de telle manière que la force de compression ou de poussée transmise à l'enveloppe tubulaire de la tige est au maximum égale à la pression du fluide dynamique multipliée par- la surface de la section transversale de la tige tubulaire. 4. Vérin fluidi-dynamique selon l'une quelconque des revendications 1-3, caractérisé par le fait que la tige se termine intérieurement par une partie à piston faisant fonction de guidage à étanchéité sur le cylindre, de manière à pouvoir obtenir sur la tige-piston une pression et une contre-pression réglables indépendamment, lesdites pression et contre-pression étant réglées de telle manière que la tige puisse être constamment maintenue en état de traction, ou au moins en état de compressions toujours au-dessous d'une valeur préfixée. 5. Vérin fluido-dynamique selon l'une quelconque des revendications 1-4, caractérisé par le fait que la tige-piston et le cylindre sont deux composants d'un groupe à plusieurs cylindres-pistons coulissant télescopiquement les uns dans les autres.