Brevet FR2437512A1 — publié le 19800425

La technique utilisant les fluides sous pression a souvent la nécessité de recourir a l'adoption de joints tournants. Ainsi, les circuits hydrauliques de commande et de puissance de grue automotrices ou de pelles automotrices, tous engins munis de tourelles pivotant autour d'axes verticaux, incluent, chacun, un joint tournant permettant de véhiculer le fluide sous pression des pompes entrainées par un moteur thermique (type "Diesel" par exemple), soit vers les moteurs hydrauliques d1entratnement de roues ou des chenilles de l'engin ou les vérins de cor mande des patins de stabilisation disposés sur le bâti non pivotant de l'engin, lorsque le moteur thermique est disposé sur la tourelle pivotante, soit vers les équipements de la grue (treuils hydrauliques, vérins de télescopage de la flèche, etc ...) situés sur la tourelle pivotante, lorsque le moteur thermique est disposé sur le bâti non pivotant de l'engin. La réalisation de tels circuits hydrauliques n'est jamais simr ple, car il est souhaitable - d'utiliser le fluide sous pression au mieux dans la plage de puissance approchant la puissance maximale installée, - de diriger en permanence ce fluide vers les récepteurs prioritaires, non nécessairement les mêmes au cours du fonctionnement, - de diriger l'excédent de fluide non utilisé par les récepteurs prioritaires vers d'autres récepteurs pouvant recevoir cet excédent et fonctionner ainsi à haute vitesse, - de choisir des joints tournants de dimensions aussi petites que possible, car il s'agit d'éléments dont la précision d'usinage éle vée est cause d'un prix de revient élevé, et d'autant plus élevé que les dimensions sont grandes, - d'adopter de préférence des générateurs de fluide sous pression à cylindrée constante moins coûteux que des générateurs à cylindrée variable. L'invention, en proposant une nouvelle disposition d'alimentation en fluide sous pression, entend apporter une solution originale à la définition des circuits hydrauliques, qui tient compte notamment des impératifs précités. L'invention est donc relatiye à un dispositif d'alimentation en fluide sous pression comprenant - au moins une source de fluide sous pression, - au moins un circuit d'utilisation, et, - un joint tournant disposé sur la liaison reliant ladite source audit circuit. Cette liaison comprend un dispositif multiplicateur de débit Souvent le dispositif d'alimentation comprend - au moins deux sources de fluide sous pression, -au moins deux circuits d'utilisationX - une première liaison reliant une premiere desdites sources à un premier desdits circuits, - une deuxieme liaison reliant une deuxieme desdites sources à un deuxième desdits circuits, - un joint tournant disposé sur lesdites première et deuxième liaisons, - un dispositif multiplicateur de débit, qui fait partie de la première liaison et qui es-t constitué par au moins un moteur à fluide entralveant un générateur de fluide sous pression, cependant que le conduit d'échappement dudit moteur est susceptible d'hêtre raccordé à au moins un des deuxdits circuits d'utilisation un clapet taré étant raccordé en derivation à ce conduit d'échappement de manière que le moteur puisse fonctionner à contrepression. Dans cette dernière réalisation, il est avantageux qu'un distributeur de fluide à au moins deux positions soit disposé sur ledit conduit d'écappenient du moteur un étant par ailleurs relié au premier circuit par tr. conduit de dérivation, les deuxdites positions du distributeur correspondant, la première positions à la continuité du conduit d'Echappement, et, la deuxième position, à l'isolement des deux parties d'un conduit d'échappement l'une du l'autre et à la mise en communi- cation de la partie de ce conduit d'échappement raccordée au moteur avec ledit conduit de dérivation. Enfin. les conduits de retour du fluide sans pression s'échappant des divers circuits d'utilisation sont de préférence réunis en un conduit unique à la traversée du joint tournant. 'invention sera mieux comprise, et des caracté- rustiques secondaires et leurs avantages apparattront au cours de la description de réalisations donnée ci-dessous à titre d'exemple. Il est entendu que la description et les dessins ne sont donnés qu a titre indicatif et non limitatif. Il sera fait reférence aux dessins annexés, dans lesquels - les figures 1 à. 3 représentent schématiquement trois variantes de réalisation de dispositifs conformes à l'invention ; - la figure 4 est une coupe axiale du joint tournant, dont est muni le dispositif de la figure I - les figures 5 à 8 sont des coupes respectivement, selon V-V, VI-VI, VII-VH et VIII-VIII de la figure 4 ; et, - la figure 9 est une représentation schématique conventionnelle d'un distributeur de fluide, dont est muni le dispositif de la figure 1. Le dispositif de la figure comprend - un moteur thermique 1, type llDiesel'' , - une pompe 2, à trois corps de pompe distincts 3, 4 et 5 (dont un équivalent est constïtué par un ensemble de trois pompes distinctes, chaque corps étant à cylindrée constante, - un arbre d'entraînement 6 de la pompe 2 par le moteur thermique 1, - un réservoir de fluide 7, - un conduit d'aspiration 8 de la pompe 2 la reliant au réservoir 7, - des conduits internes 9, 10, il reliant lesdits corps de pompe 3, 4, 5, respectivement, au conduit d'aspiration 8, - un joint tournant 12, - les conduits de refoulement 13, 14, 15 des trois corps de pompe 3, 4, 5, respectivement, reliant ces corps de pompe au joint tournant 12, - des conduits 16, 17, 18 reliant le joint tournant 12 à deux circuits d'utilisation 19, 20 et au moteur hydraulique 21 d'un. multiplicateur de débit 22, et relié respectivement à l'intérieur du joint tournant 12 aux conduits 13, 14, 15, respectivement, - une pompe 23, qui complete le multiplicateur de débit 22, en étant entraîné par l'arbre de sortie 24 du moteur hydraulique 21, - le conduit de refoulement 25 de la pompe 23, qui est raccordé à un autre circuit d'utilisation 26, - un distributeur de fluide 27, auquel sont rac cordés . le conduit d'échappement 28 du moteur hydraulique 21, un conduit 29 raccordé en dérivation au conduit 16, un conduit 30 raccordé en dérivation au conduit 17, . un conduit 31 raccordé en dérivation au conduit 25, - les conduits d'échappement 32, 33, 34 des circuits d'utilisation 19, 20, 26, respectivement, qui sont raccordés à un conduit unique 35, lui-meme raccordé au joint tournant 12, directement en ce qui concerne le conduit 34, par l'ïntermédiaire des conduits 33 et 34 en ce qui concerne le conduit 32, et, par l'intermediai- re du conduit 33 en ce qui concerne le conduit 34 - un conduit 36 de retour du fluide au réservoir 7, reliant le joint tournant 12 au réservoir 7, et relié, à l'intérieur du joint tournant au conduit 35 > - des clapets de décharge tarés 37, 38, qui sont disposés sur des conduits 39, 40 reliant les conduits 18, 25 au conduit 35, et évitant l'apparition de surpressions dans les conduits de refoulement du corps de pompe 5 et de la pompe 23, respectivement, - un clapet taré 41 disposé sur un conduit 42 reliant le conduit 28 au conduit 35, - le conduit 43 d'aspiration de la pompe 23, raccordé au conduit 35. Le joint tournant 12 est représenté^en coupe en regard des figures 4 à 8. il est constitué par - un corps central cylindrique 44, - un manchon cylindrique 45, monté à rotation relative par rapport au corps 44 et axialement maintenu en position par rapport audit corps au moyen d'un épaulement 46 du corps 44 et d'une plaque d'arrêt 47 vissée (48) sur le corps 44. Des gorges circulaires 49, 50, 51, 52 sont ménagees dans le manchon 45, débouchent dans sa face cylindrique interne 53 et sont reliées à la face extérieure 54 du manchon par des conduits 55, 56, 57, 58, respectivement. L'application de la face interne 53à la face cylindrique 59 du corps 44 est telle que l'étanchéité est réalisée entre ces deux faces et que les gorges 49 50,- 51 et 52 sont isolées les unes des autres. Des conduits radiaux 60, 61, 62, 63 sont ménagés dans le corps 44, débouchent en permanence dans les gorges 49, 50, 51, 52 et sont prolongeas, dans le corps 44, par des conduits axiaux 64, 65, 66, 67, qui eux, débouchent dans ùne face transversale extrême 68 du corps 44, respectivement.Les raccordements suivants sont, par tailleurs, réalisés : les conduits 13, ]4, 15, 362 respectivement, aux conduits 55, 56, 57, 58, et, les conduits 16, 17, 18, 35, respectivement, aux conduits 64, 65, 66, 67. Les trois positions du distributeur 27 correspondent - la première position, à la mise en communication des conduits 28 et 29, et, à l'obturation des conduits 30, 31 - la deuxième position, à la mise en communica tion des conduits 28 et 30, et > et, à ltoEturation des conduits 29 et 31, et, - la troisième position, a la mise en communication des conduits 28 et 31, et, à l'obturation des conduits 29 et 30. La variante de la figure 2 est très analogue à la réalisation de la figure 1, dont elle reprend de nombreux constituants, désignés naturellement par des repères identiques. On note cependant les différences suivantes - le moteur 21a du multiplicateur de débit 22a ntentraSne plus une seule pompe, mais deux pompes 69, 70 à cylindrées constantes 3 - un quatrième circuit d'utilisation 71 est aliment8 ; - le distributeur 27 a éte supprimé, sans être remplacé. Les liaisons suivantes sont en outre réalisées : - le conduit d'8ehappement 72 du moteur 21a est relié au circuit d'utilisation 26a, - le conduit 34 constitue le conduit d'échappement du circuit d'utilisation 26a > - le conduit de refoulement 73 de la pompe 69 est relie au conduit 16, - le conduit de refoulement 74 de la pompe 70 est relié au circuit d'utilisation 71, - le conduit d'échappement 75 du circuit d'utilisation 71 est relié au conduit 72, - un conduit 76 relie le conduit 73 au conduit 35, un clapet de décharge taré 77 étant disposé sur ce conduit 76, - un conduit 78 relie le conduit 74 au conduit 35, un clapet de décharge taré 79 étant disposé sur ce conduit 78, - un clapet taré 80 est disposé sur un conduit 81 reliant le conduit 72 au conduit 76 ;; - les conduits d'aspiration 82, 83 des pompes 69, 70, respectivement, sont reliés au conduit 35. Il doit être remarqué que les clapets tarés 41 de la figure 1 et 80 de la figure 2 ne sont pas des clapets de dé- charge, mais sont destiné à maintenir une certaine pression non nulle dans les conduits d'échappement des moteurs 21 et 21a pour faire fonc- tionner ces moteurs en contrepression, alors que les clapets 37, 38, 77, 79 sont, eux, des clapets de décharge dont la fonction est de protéger contre les surpressions les conduits de refoulement des pompes en permettant la "décharge" du fluide vers le réservoir 7. Les tarages sont d'ailleurs différents, généralement inférieurs à 100 bars en ce qui concerne les clapets de contrepression 41 et 80, de l'ordre de 400 bars en ce qui concerne les clapets de décharge 37, 38 > 77, 79. La variante de la figure 3 est très simple. Le moteur thermique 1 entraine une pompe unique 84. Les conduits de refoulement 85 et d'aspiration 86 de la pompe 84 sont raccordés à un joint tournant 87 à seulement deux. passages Ton mul t > licateur de débit 88 comprend un moteur hydrauliclue 89 qui entraîne (arbre 93) trois pompes 90, 91 > 92 à cylindrées constantes. Quatre circuits d'utilisation 94, 95, 96 97 sont munis de conduits d'admission 98, 99, 100, 101 et de conduits d'échappement 102, 103, 104 > 105, respectivement.On note les dispositions suivantes le conduit 98 est constitué par le conduit d'éc'nappement du moteur 89 > - les conduits 99, 100, 101 sont constitués par les conduits de refoulement des pompes 90, 91, 92, respectivement, le conduit 105 est relié à un conduit de retour général 106 à un réservoir de fluide 107, - le conduit 104 est relie au conduit 105, le le conduit 103 est relie au conduit 104, - le conduit 102 est relie au conduit 103, le conduit d'aspiration 108 de la pompe 92 est relie au conduit 106, - le conduit d'aspiration 109 de la pompe 91 est relié au conduit 108, - le conduit d'aspiration 110 de la pompe 90 est relié au conduit 109, - un conduit 111 relie le joint tournant 87 au conduit 110, - le conduit d'aspiration 112 du moteur 89 est raccordé au joint tournant 87. Il doit enfin être noté que les conduits 85 et 112 d'une part, 86 et 111 d'autre part, sont reliés par le joint tournant au moyen de liaisons internes 113,114, respectivement. Les avantages que llon tire des dispositions qui ont été décrites vont maintenant être exposés. Dans les diverses réalisations, l'adoption d'un joint tournant (12, 87), permet en combinaison avec le multiplicateur de débit (22, 22a, 88) de faire traverser le joint tournant par un débit de fluide sous pression considérablement inférieur au débit d'alimentation des circuits d'utilisation. Ainsi, le débit Q5 refoulé par la pompe 5 peut n'être que le cinquième du débit Q23 refoulé par la pompe 23 Q23 = Q5 x 5. Le rapport ne résulte que du choix des cylin drées du moteur 21 et de la pompe 23, et, bien entendu, de la présence d'une éventuelle botte de vitesses entre ces deux éléments. Bien entendu la puissance véhiculée dans le conduit 15 et dans les conduits 25 et 28 est la même (au rendement près). Elle est égale au produit du débit Q-par la pression P dans chaque conduit. Par conséquent, les indices se rapportent aux elements correspondants P15 x Q15 = P28 x Q28 + P25 X-Q25' soit, en prenant Q15 = 5' Q5, P15 x Qs = F28 x Q5 + 5 x Q5 x P25 P15 P28 +5P5. Ceci montre que les pressions en aval du multiplicateur de débit 22 sont nécessairement inférieures à la pression en amont. Cette disposition suffit cependant lorsque, par exemple, le circuit d'utilisation 26 n'exige qu'unie alimentation en fluide à basse pression, mais avec un débit élevé. te grand avantage réside dans la possibilité de ne vehiculer en l'espèce dans les conduits 15et 18 un débit qui n'est que le cinquième de celui de la pompe 23, et, le sixième de celui véhiculé par les conduits 28 et 25. Les dimensions du joint tournant 12 en sont reduites d'autant, car la gorge 51, comme les conduits 57, 62 et 66, peuvent avoir des sections respectives cinq ou six fois plus petites que celles qu'aurait nécessité un dispositif d'alimentation ne comprenant pas de multiplicateur de débit Par ailleurs, lteffet du clapet taré 41 est de réaliser une contre-pression dans le conduit de refoulement 28 du moteur 21 et de rendre donc-disponible un complément de débit.Ce débit complémentaire Q28 peut être dirigé au choix, grue au distributeur 27, vers l'un des circuits d'utilisation 19, 20, 26 On comprend en outre bien que la commande de position de ce distributeur 27 puisse etre, comme cela est connu en soi, asservie à la détection d'une demande d'alimentation prioritaire en débit. Le fonctionnement du dispositif de la figure 2 est très analogue à celui de la figure t, avec la réalisation d'un débit d'alimentation du circuit 26a égal à la somme du débit du moteur 21a et du débit refoulé par la pompe 70 > après qutil ait traversé le circuit 71. Enfin, on peut même avoir chaque débit refoulé ou échappé du multiplicateur de débit 88 affecté en permanence à l'alimentation d'un circuit particulier, comme dans la réalisation de la figure 3. On aura également noté, dans les réalisation des figures 1 et 2, que le débit de retour traversait le joint tournant par un passage unique reliant les conduits 35 et 36. Il s'agit des conduits 67, 63, de la gorge 52, et du conduit 58, ce qui simplifie naturellement la conception dudit joint tournant. L'invention n'est pas limitée aux réalisations décrites, mais en couvre au contraire toutes les variantes qui pourraient leur être apportées sans sortir de leur cadre, ni de leur esprit. R E V E N D I C A T I O N S 1 - Dispositif d'alimentation en fluide sous pression comprenant - au moins une source de fluide sous pression (5), - au moins un circuit d'utilisation (26), et, - un joint tournant (12) disposé sur la liaison (15 - 12 - 18 - 22 - 25) reliant ladite source (5) audit circuit (26), caractérisé en ce que cette liaison comprend un dispositif multiplicateur de débit (22) disposé entre le joint tournant (12) et ledit circuit d'utilisation (26). 2 - Dispositif d'alimentation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend - au moins deux sources de fluide sous pression (4 et 5) - au moins deux circuits d'utilisation (20 et 26), - une première liaison (15 - 12 - 18 - 22 - 25) reliant une première (5) des dites sources a un premier (26) desdits circuits, - une deuxième liaison (14 - 92 - 17) reliant une deuxième (4) desdites sources à un deuxième (20) desdits circuits, - un joint tournant (12) disposé sur lesdites première et deuxième liaisons, - un dispositif multiplicateur de débit (22), qui fait partie de la première liaison (15 - 12 - 18 - 22 - 25) et-qui est constitué par au moins un moteur à fluide (21) entraînant un générateur (23) de fluide sous pression, et en ce que le conduit d'échappement (28) dudit moteur (21) est susceptible d'entre raccordé (27) à au moins un (20 ou 26) des deuxdits circuits d'utilisation (20 et 26), cependant qu'un clapet taré (41) est raccordé en dérivation (42) à ce conduit d'échappement (28) de manière que le moteur (21) puisse fonctionner à contrepression. 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un distributeur de fluide (27) à au moins deux positions est disposé sur ledit conduit d'échappement (28) du moteur (21) en étant par ailleurs relié au premier circuit (26) par un conduit de dérivation (31); les deuxdites positions du distributeur correspondant, la première positions à la continuité du conduit d'échappement (28), et la deuxième position, à l'isolement des deux parties (28 et 30) du conduit d'echap- pement 11 une de l'autre et à la mise en communication de la partie (28) de ce conduit déchappement raccordée au moteur (21) avec ledit conduit de dérivation (31). 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caratérisé en ce que les conduits (32, 33, 34) de retour du fluide sans pression s'échappant desdits divers circuits dsutili- sation (19, 20, 26) sont réunis en un conduit unique (35) à la traverse (67 - 63 - 52 - 58) du joint tournant (12).