Brevet FR2429908A1 — publié le 19800125

La présente invention se rapporte aux constructions mécaniques et a notamment pour objet une machine hydraulique à pistons axiaux. L'invention peut être utilisée dans des machines de différentes destinations ayant une commande hydraulique, par exemple dans les excavateurs hydrauliques à godet unique, dans lesquels, à l'heure actuelle, on utilise principalement des pompes à pistons axiaux à deux sections (jumelées) avec un bloe-cylindres incliné. Dans ces pompes, l'arbre de chaque section est mis en mouvement par un arbre moteur commun aux deux sections (les axes de tous les arbres sont parallèles) par l'intermédiaire d'un engrenage avec amenée latérale de la puissance à l'arbre de chaque section. L'invention peut être utilisée aussi dans les machines hydrauliques à une seule section avec amenée et transmission latérales de la puissance, qui ont un accès libre au bout d'arbre. L'augmentation de la longévité des machines hydrauliques est l'un des problèmes très importants à résoudre lors de la création de machines hydrauliques de n'importe quelle construction. La durée de service de ltensemble de la machine dépend de plusieurs facteurs, y compris la durée de service des supports d'arbre de la machine hydraulique. Ce facteur dépend à son tour de la charge supportée par les supports et qu'il est nécessaire de réduire à un minimum. Dans une-maehine hydraulique à pistons axiaux jumelée connue (brevet d'invention Suisse n0325587) les arbres des deux sections sont disposés d'une manièrecoaxiale l'un vers l'autre. Cela permet de décharger partiellement (étant donné que la pression du fluide dans les deux sections peut être différente) les paliers de l'arbre de l'effet des forces axiales dirigées dans des sens mutuellement opposés, ainsi que de celui des moments de forces. Cependant, avec une telle disposition des sections il est difficile d'obtenir un agencement satisfaisant des organes composant la machine (il est difficile de résoudre le problème de l'amenée ou de la récupération de la puissance). Dans une autre machine hydraulique connue (demande de brevet de la R.F.A. n02.028.642) ayant trouvé des applications, les deux sections sont disposées d'une manière symétrique par rapport à l'axe de l'arbre moteur commun aux deux sections (amenée latérale de la puissance aux arbres de chaque section par l'intermédiaire de pignons). Cependant, avec une telle disposition des sections, les forces latérales sont dirigées dans un même sens et sont supportées entièrement par les supports. On connaît aussi des machines hydrauliques à décharge hydrostatique des paliers, différant les unes des autres par leur conception. Ainsi, dans l'une de ces machines hydrauliques (certificat d'auteur d'invention de 1'U.R.S.S. n0177774), la tête de chaque bielle est logée dans une douille disposée dans le trou débouchant de la rondelle de l'arbre moteur. La douille s'appuie directement sur le corps et possède une rainure reliée par des canaux axiaux de la douille, de la bielle et du piston à la cavité du cylindre. Chaque appui de la bielle est muni par ailleurs d'un moyen de décharge particulier. L'inconvénient d'une telle construction réside dans le fait que lors de sa rotation à une grande vitesse circonférentielle la douille est soumise à l'action d'un couple de renversement dû à la présence de forces de frottement, et se déplace par rapport à sa position initiale. Par conséquent, il se forma un jeu non uniforme entre la douille et le corps.Cela augmente les fuites de fluide moteur dans la machine hydraulique et diminue son rendement, tandis que la grande vitesse de glissement de la douille par rapport au corps, en combinaison avec le gauchissement de la douille, rend plus rapide l'usure des paires frottantes "douille - corps On connaît aussi d'autres constructions analogues du dispositif de décharge hydrostatique (certificat d'auteur d'invention de l'URSS n0203486, brevet de la R.F.A. n 1453642), des paliers de la machine hydraulique, ayant les mêmes inconvénients que ceux cités ci-dessus. On connaît une machine hydraulique (brevet de la R.F.A. n01939084) sur l'arbre moteur de laquelle est monté coaxialement un disque avec des plongeurs serrés contre ce dernier, immobiles par rapport au corps et disposés d'une manière symétrique et à une certaine distance de l'axe de l'arbre. Le côté adjacent au disque de chaque plongeur a un creux relié à la conduite de refoulement de la machine hydraulique. Au cours du fonctionnement, le fluide exerce par l'intermédiaire du disque une pression sur l'arbre dans le sens opposé à celui de l'action de la force axiale, en diminuant ainsi l'effort agissant sur les paliers de l'arbre.Cependant, la disposition des plongeurs à une certaine distance de l'axe de l'arbre a pour conséquence que cette machine est caractérisée par les mêmes inconvénients que la machine décrite ci-dessus (certificat d'auteur d'invention de 1'URSS n0177774). Par conséquent, l'augmentation de la durée de service des paliers s'accompagne d'une diminution de la longévité des éléments nouvellement introduits (disque, plongeur), ce qui, en combinaison avec les fuites de fluide moteur dans la machine hydraulique et la diminution de son rendement, exerce une influence négative sur le fonctionnement de la machine hydraulique toute entière. On a déjà essayé de construire un dispositif plus simple pour la décharge hydrostatique des paliers des machines hydrauliques à pistons axiaux et à bloc-cylindres incliné, pourvues d'une amenée latérale de la puissance et présentant un bout libre de l'arbre moteur (revue "Hydraulic pneumatic poser", Londres, Octobre 1968, vol. 14, article de Schlosser W.M.I. et al. "The Service Life of Axial Piston Pumps with Anti Friction Bearings", pages 632 à 641, figure 18). Dans ladite machine, la décharge des supports est réalisée au moyen d'un vérin hydraulique à plongeur entrant en interaction avec l'arbre. Le plongeur est fixé coaxialement et en porte-à-faux sur l'arbre, tandis que la chemise (fat) du vérin hydraulique est reliée d'une manière fixe au corps. Grâce à la disposition coaxiale du vérin hydraulique par rapport à l'arbre, les vitesses de glissement, l'usure des éléments frottants du vérin hydraulique et la fuite du fluide moteur diminuent, ce qui rend plus sûr le fonctionnement et augmente la durée de service de la machine hydraulique. Cependant, par suite des imprécisions accompagnant inévitablement la fabrication des pièces de la machine hydraulique, du fléchissement de l'arbre à l'état chargé et de l'usure des supports, l'axe de l'arbre et l'axe du plongeur s'écartent de l'axe de la chemise. Lors du fléchissement et des déplacements angulaires de l'arbre, ce facteur est aggravé par la fixation rigide du plongeur en porte-à-faux sur l'arbre. Etant donné que le plongeur, afin d'assurer une bonne étanchéité, s'engage dans la cavité de la chemise avec un jeu radial sur une longueur déterminée, dans le cas (très probable) d'un déplacement transversal du plongeur d'une valeur plus grande que celle dudit jeu, il se produit un coincement du plongeur tournant ou bien une flexion de ce dernier. L'effort latéral dû à la flexion du plongeur agit sur les parois de la chemiSe., d'où l'usure des pièces, l'augmentation des fuites de fluide moteur dans la machine hydraulique et la diminution de son rendement (la chemise devenant alors un troisième support pour l'arbre soumise à la charge radiale). Tout cela réduit la durée de service et la sûreté de fonctionnement de la machine hydraulique toute entière et peut réduire à zéro l'utilité pratique d'un tel système de décharge hydrostatique dans les machines hydrauliques du type considéré (avec amenée latérale de la puissance), dont l'arbre est soumis à l'action supplémentaire. de forces radiales dues à la présence d'un pignon sur ledit arbre. Le but de la présente invention est de remédier aux inconvénients mentionnés. La présente invention vise donc à créer une machine hydraulique à pistons axiaux, dans laquelle le vérin hydraulique serait disposé, par rapport à l'arbre et au corps de ladite machine, de façon à réduire au minimum possible les efforts latéraux agissant sur le plongeur et le fût du vérin hydraulique lors du déplacement transversal de l'arbre à l'état chargé. Ce problème est résolu du fait que la machine hydraulique à pistons axiaux, du type comprenant un corps dans lequel est disposé un bloc-cylindres incliné dont les pistons sont reliés d'une manière articulée à un arbre monté dans des supports de guidage en rotation et fonctionnant en interaction avec un vérin hydraulique à plongeur, disposé coaxialement à cet arbre, est caractérisée, selon l'invention, en ce que suivant l'axe dudit arbre est réalisé un alésage borgne dans lequel s'engage le plongeur du vérin hydraulique, la zone d'interaction dudit plongeur et dudit arbre se trouvant dans la zone de valeur minimale du déplacement transversal, par rapport audit corps, audit arbre à l'état chargé. L'invention proposée permet ainsi d'augmenter la durée de service et d'exploitation de la machine hydraulique. Ceci est obtenu du fait que la zone d'interaction du plongeur et de l'arbre est située dans la zone de valeur minimale de déplacement transversal de l'arbre à l'état chargé; suivant l'axe duquel est réalisé l'alésage borgne dans lequel entre le plongeur. Grâce à une telle disposition des éléments du vérin hydraulique, la flexion du plongeur est réduite à une valeur minimale, et par conséquent les forces latérales agissant sur le fat du vérin hydraulique diminuent, de sorte que ce dernier ne peut constituer un troisième support pour l'arbre. Cela permet de réduire l'usure des surfaces frottantes du plongeur et du fût, de diminuer les fuites de fluide metteur, d'exclure la possibilité d'un coincement du plongeur dans le fût et d'augmenter la durée de service de la machine hydraulique toute entière. Suivant l'une des variantes de réalisation de l'invention, le fût du vérin hydraulique est monté d'une manière rigide sur le corps de la machine, tandis que le plongeur est articulé par sa queue à l'arbre. Une telle solution constructive permet de choisir un rapport des dimensions des éléments du vérin hydraulque de façon que le déplacement transversal du plongeur par rapport au fût se produise dans les limites du jeu radial prévu entre ces derniers. Grâce à ce fait, la flexion du plongeur est exclue et les forces latérales apparaissant lors de la flexion du plongeur deviennent plus faibles. Selon une autre variante de réalisation de l'invention, l'alésage pratique dans l'arbre sert de fût du vérin hydraulique, et le plongeur est fixé d'une manière rigide sur le corps de la machine et est pourvu, sur son tronçon situé entre ladite douille et ledit corps, de rainures transversales. Dans ce cas la construction de la machine hydraulique proposée est plus simple, mais elle n'exclut pas la probabilité de fléchissement du plongeur dans certains cas où les déplacements de ce dernier (bien que réduits à un minimum) dépassent la valeur du jeu prévu entre le plongeur et le fût. Les rainures ainsi pratiquées dans le plongeur diminuent la valeur des forces latérales dues à la déformation. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels - la figure i représente une vue en coupe longitudinale de la machine hydraulique conforme à l'invention ; - la figure 2 montre schématiquement la disposition des pièces de la machine hydraulique lors du déplacement de l'arbre à l'état chargé - la fignre 3 représente une variante de construction de la machine hydraulique conforme à l'invention (coupe longitudinale) - la figure 4 est une vue en coupe suivant IV-IV de la figure 3. La machine hydraulique représentée sur la figure 1 comprend un corps 1, dans les supports (constitués par exemple par des paliers à roulement) 2 duquel est disposé un arbre 3 avec une rondelle bague, disque ou analogue 4 fixé à l'un de ses bouts. La rondelle 4 est liée d'une manière articulée aux bielles 5 de pistons 6 s'engageant dans les cavités d'un bloc-cylindres incliné 7 s'appuyant par l'intermédiaire d'un distributeur 8 sur le couvercle 9 du corps 1. Sur l'autre bout de l'arbre est disposé un pignon de commande 10 lié, par exemple, à l'arbre moteur commun, dans le cas d'une machine hydraulique du type jumelé (non représenté sur les figures), ou bien à toute autre commande appropriée.A partir de la face du même bout de l'arbre 3 est réalisé, coaxialement à ce dernier, un alésage borgne ayant, par exemple, un fond à surface sphérique avec laquelle coopère la queue d'un plongeur 11. La partie d'étanchéité du plongeur 11 est logée, avec un faible jeu et sur une longeur assurant une bonne étanchéité, dans le fat 12 d'un vérin hydraulique. Le fût 12 prend appui d'une manière fixe sur le corps 1 (cela rend plus simple l'amenée du fluide sous pression, mais on peut prévoir aussi d'autres variantes de disposition du fût et du plongeur). La cavité du fat 12 communique par l'intermédiaire d'un conduit 13 avec la conduite de pression de la machine hydraulique.Il est avantageux de réaliser les supports 2 sous forme de paliers radiaux d'appui à roulement dont les bagues extérieures sont fixes par rapport aux corps 1 et dont les bagues intérieures sont serrées, respectivement, par le bloc-cylindres 7 et par un ressort 14 à plateaux coniques ou analogue. Au cours du fonctionnement, les pistons 6 agissent par l'intermédiaire des bielles 5 sur la rondelle ou plaque 4 de l'arbre 3. Les efforts considérables qui apparaissent alors, y compris les efforts axiaux, agissent sur les paliers à roulement 2. Le fluide moteur amené dans la cavité du fût 12 agit dans le sens opposé, par l'intermédiaire du plongeur 11, sur la surface sphérique du fond de l'alésage de l'arbre 3,ce quiapour effet de décharger les paliers à roulement 2. Le diamètre du plongeur 11 est choisi de manière que la force de décharge soit inférieure, d'une valeur déterminée, à la force axiale s'exerçant sur les paliers (cette condition est assurée par le fait que la pression dans la cavité du fût 12 du vérin est pratiquement égale à celle existant dans les cavités du bloc-cylindres 7). Par suite des imprécisions de fabrication inévitables, l'axe de l'arbre 3 est quelque peu déplacé par rapport à l'axe du fat 12. Ceci est favorisé aussi par le fait que l'arbre 3 est soumise aux charges radiales exercées par les pistons 5 et le pignon (l'engrenage) 10, provoquant la flexion de l'arbre 3 et l'usure des paliers. Il en résulte que la valeur du déplacement transversal de l'axe de l'arbre 3 par rapport à l'axe du fat 12 et du corps i est différente pour les différentes parties de l'arbre 3. La longueur de l'alésage de l'arbre 3 est choisie de façon que la zone d'interaction du plongeur 11 et de l'arbre 3 soit disposé dans la zone de valeur minimale de déplacement transversal de l'arbre 3 (à l'état chargé) par rapport au corps 1 (cette zone est déterminée par calcul ou expérimentalement).Grâce au serrage continu des bagues des paliers, le jeu radial dans ces derniers, di à leur usure, est compensé, ce qui diminue la valeur des déplacements transversaux de l'axe de l'arbre 3 par rapport au corps 1 et assure la constance de l'emplacement de la zone de déplacement minimal de l'arbre 3 suivant sa longueur. Lors d'un fonctionnement de longue durée de la machine hydraulique, étant donné que cette valeur ne peut pratiquement pas être réduite à zéro, le plongeur 11, lors de son interaction avec l'arbre 3 au cours de son déplacement transversal jusqutà la valeur maximale tolérée, doit avoir une mobilité par rapport au fat du vérin (sans toucher à ses parois et sans fléchir) dans les limites du jeu prévu entre eux compte tenu de l'épaisseur requise du film d'huile entre le plongeur 11 et le fat 12.Ceci est obtenu grâce au changement de la longueur des éléments du vérin hydraulique à plongeur. Il s'ensuit de la figure 2 que L s 1 l D - d - 2h = 2 où L est la longueur du plongeur y compris sa queue 1 est la longueur de la partie d'étanchéité entre le plongeur Il et le fût 12 S représente le déplacement transversal maximum possible (admissible) de l'arbre 3 par rapport à l'axe de la surface d > interaction du vérin hydraulique et du corps 1 (sur la figure, l'axe du fût 12 ou de l'alésage ménagé pour celui-ci dans le corps 1) ; D est le diamètre intérieur du fût 12 d est le diamètre extérieur du plongeur Il a représente l'épaisseur minimale requise pour le film d'huile de chaque côté du plongeur 11. Grâce à une telle réalisation, le jeu entre le plongeur 11 et le fût 12 et la longueur de la partie d'étanchéité entre ces derniers peuvent avoir la valeur nécessaire pour assurer une bonne étanchéité, tout en excluant la possibilité d'un coincement du plongeur 11 dans le fût 12 et en déchargeant le fût 12 de l'action des forces latérales. On obtient ainsi une amélioration de la fiabilité et de la longévité d'exploitation des éléments assurant la décharge hydrostatique des paliers, tout en réduisant à un minimum le nombre d'articulations et de surfaces à rendre étanches (l'augmentation de ce nombre est indésirable, car elle rendrait plus difficile l'amenée, par l'intermédiaire de ces éléments, du fluide sous une grande pression depuis la cavité du fat 12 jusqu'à la surface d'interaction de la queue du plongeur 11 et de l'arbre 3). Dans la machine hydraulique réalisée selon la variante de l'invention représentée sur la figure 3, l'alésage pratiqué dans l'arbre 3, sert de cavité de fit 15 de vérin hydraulique, dans laquelle s'engage le plongeur 16 fixé rigidement sur le corps 1. Le plongeur 16 est percé d'un canal axial débouchant 17 reliant la conduite de pression de la machine hydraulique, par l'intermédiaire du conduit 13, à la cavité de fût 15 de vérin. Le plongeur 16 possède, sur son tronçon situé entre la cavité 15 et le corps 1, des rainures transversales 18. Durant le fonctionnement de la machine, les axes de l'arbre 3 et par conséquent du fût 15 du vérin se déplacent transversalement à l'axe du plongeur 16 et du corps 1. La valeur de ce déplacement est différente pour les différents tronçons de l'arbre 3. La partie d'étanchéité du plongeur 16, dont la surface coopère ici avec l'arbre 3, se situe dans la zone des déplacements minimaux, qui, généralement, peuvent ne pas être égaux à zéro. Si la valeur de ces déplacements est plus grande que le jeu prévu entre la partie d'étanchéité du plongeur 16 et la cavité 15 du vérin, le plongeur 16 commence à fléchir. I1 apparaît alors des forces latérales qui agissent sur le plongeur 16 et le fat 15 et provoquent les mêmes défauts que ceux cités plus haut, tels que l'usure des surfaces frottantes, l'augmentation des fuites de fluide moteur, etc). La présence des rainures transversales sur le plongeur 16 réduit sa résistance à la flexion et, par conséquent, affaiblit les forces latérales agissant sur le plongeur 16 et la cavité de fût 15 du vérin. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Machine hydraulique à pistons axiaux, du type comprenant un corps dans lequel est disposé un bloc-cylindres incliné équipé de pistons reliés d'une manière articulée à une rondelle ou bague fixée à un arbre moteur monté dans des supports et fonctionnant en interaction avec un vérin hydraulique à plongeur monté coaxialement à cet arbre, caractérisée en ce que dans ledit arbre, suivant son axe, est réalisé un alésage borgne dans lequel s'engage le plongeur du vérin hydraulique, la surface d'interaction dudit plongeur et dudit arbre se trouvant dans la zone de valeur minimale de déplacement transversal, par rapport au corps de la machine, dudit arbre à l'état chargé. 2. Machine hydraulique à pistons axiaux suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le fût du vérin hydraulique est rigidement fixé au corps de la machine, ledit plongeur étant articulé par sa queue audit arbre. 3. Machine hydraulique à pistons axiaux suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'alésage précité pratiqué dans l'arbre sert en même temps de cavité de fût dudit vérin hydraulique, le plongeur étant fixé rigidement au corps de la machine et étant pourvu, sur son tronçon situé entre ledit fût et ledit corps, de rainures transversales.