Brevet FR2453724A1 — publié le 19801107

L'invention, due à la collaboration de Monsieur Bernard ROBERT, concerne un vérin de presse hydraulique rapide, c'est-à-dire du type comportant dans le sens de la descente au moins une vitesse de fermeture rapide et une vitesse de travail lente à pleine puissance, et dans le sens de la remontée une vitesse d'ouverture rapide. Le plus classique des vérins de ce type comporte un piston principal à double effet et à simple tige combiné avec un piston auxiliaire fixe intérieur au piston principal et du type pousseur. Ce piston auxiliaire est fixé au fond du cylindre dans lequel se déplace ce piston et vient se loger en position ouverte de la presse à l'intérieur d'un alésage axial du piston principal, l'entrée de cet alésage étant fermée par un dispositif d'étanchéité qui coulisse le long de la paroi cylindrique extérieure du piston auxiliaire dont la longueur est nécessairement supérieure à la course. Ce piston auxiliaire a une section S3 suffisamment petite pour produire une descente rapide du piston principal au cours de laquelle la chambre annulaire de section S1 entourant le piston auxiliaire se trouve alimentée en huile sans pression aspirée directement à travers un clapet antiretour. Lorsque la presse est fermée et que la résistance s'accroît, la pression d'huile est communiquée par un clapet taré également à cet espace annulaire et agit par conséquent sur la section totale du cylindre S1 + S3 qui détermine la puissance de la presse. Cependant étant donné que l'huile dans cet espace annulaire était sans pression, et même en légère dépression au moment de la fermeture, il en résulte un certain retard à la mise en pression nécessaire pour comprimer le grand volume d'huile garnissant cet espace. D'autre part, pour la remontée rapide on envoie la pression d'huile sous la face inférieure du piston de section annulaire S2 délimitée entre l'alésage du cylindre de la section totale définie précédemment, et la tige inférieure du piston principal. Cette section S2 doit être suffisamment petite pour avoir la rapidité d'ouverture voulue ce qui entraîne par conséquent une section de tige surabondante, très largement supérieure à celle nécessitée par la résistance des matériaux. Pour éviter ces deux inconvénients, c'est-à-dire le retard à l'établissement de la pression de travail et la section de tige surabondante, on connaît une autre solution qui consiste à utiliser un vérin à double effet dont le piston principal est à double tige, avec une section supérieure S1 plus faible que la section inférieure S2, et un piston auxiliaire fixe de section S3 également du type pousseur mais logé dans la tige supérieure. La section est comptée entre l'alésage du cylindre et la tige supérieure, d'une section nécessairement plus grande que la section S3 du piston auxiliaire, de sorte que la section de travail utile S1 + S3 déterminant la puissance de la presse n'est plus égale à la section totale du cylindre.Le diamètre de la tige inférieure peut ainsi être choisi à la valeur appropriée à la résistance. Le diamètre de la tige supérieure est alors déterminé pour que la section différentielle S2 - S corresponde à la valeur voulue pour l'ouverture rapide, tandis que S1 + S3 est déterminé par la puissance de la presse comme on vient de le voir et que la résultante des sections différentielles S1 + S3 - S2 corresponde à la valeur voulue pour la descente rapide.En effet, dans ce cas, la remontée rapide est obtenue en alimentant en pression à la fois S2 et S1 tandis que la descente rapide est obtenue en alimentant en outre S3. Les trois conditions suffisent à déterminer les éléments restants, c'est-à-dire l'alésage du cylindre, le diamètre de la tige supérieure et celui du piston auxiliaire. Avec ce dispositif le passage de la descente rapide à la puissance de travail se fait simplement par relâchement de la pression dans l'espace S2 de sorte qu'il n'y a plus de retard à l'établissement de la pression dans les volumes S1 et S3. Par contre, le dispositif est beaucoup plus complexe et plus encombrant en longueur. Dans la pratique, ce dernier vérin ainsi que le précédent se complètent par un dispositif de butée axiale réglable constituée par un écrou de butée vissé de manière réglable sur la tige du piston principal. Dans le cas de la deuxième solution on est conduit, pour éviter un encombrement excessif en longueur, de disposer cet écrou de butée sur la tige supérieure ce qui complique alors les transmissions de réglage. Par ailleurs, il est souvent prévu une tige fixe d'éjection positive placée dans l'axe de la tige inférieure du piston principal et fixée au piston auxiliaire, ce qui nécessite dans un cas comme dans l'autre une-étanchéité supplémentaire, cette tige d'éjection, si elle est prévue, ne pouvant pas alors être supprimée. Pour résumer ce qui précède, la première solution classique est relativement simple et d'un encombrement raisonnable, mais présente un retard à l'établissement de la pression de travail ralentissant les cadences, ainsi qu'une section de tige surabondante. La deuxième solution examinée évite ces deux inconvénients mais au prix d'un plus grand encombrement, d'une beaucoup plus grande complexité et d'une étanchéité supplémentaire. Le but de l'invention est de réaliser un vérin de presse hydraulique rapide, qui présente à la fois les avantages de l'un et l'autre type, mais qui cependant ne présentent pas les inconvénients de l'un ni de l'autre type. L'invention consiste à réaliser un vérin de presse hydraulique à deux vitesses- de descente dont une rapide et une lente de travail à pleine puissance, et une vitesse rapide de remontée, du type dans lequel l'une des deux vitesses rapides est obtenue par action simultanée et antagoniste de l'huile sur deux sections opposées légèrement différentes d'un piston principal, tandis que l'autre vitesse rapide est obtenue par alimentation supplémentaire d'un petit vérin auxiliaire, et dans lequel la vitesse de travail est obtenue par l'annulation de la pression antagoniste sur la section de retenue située sous le piston principal, caractérisé par le fait que le piston principal est à simple tige et à double effet, que la section utile supérieure est plus grande que la section utile inférieure, que le piston auxiliaire fixe est du type tracteur avec tête inférieure et tige, enfin que l'alésage de coulissement de cette tête de piston auxiliaire est logée à l'intérieur du piston principal, tandis que la tige du piston auxiliaire traverse de manière étanche la face supérieure du piston principal. D'autres particularités de l'invention apparaîtront dans la description qui va suivre d'un mode de réalisation pris comme exemple et représenté sur le dessin annexé, sur lequel la fig. l est le schéma de principe et d'alimentation hydraulique; et la fig. 2 les détails de réalisation du vérin représentés en coupe axiale. Comme dans l'exposé qui précède on appellera S1 la section de travail du piston principal, c'est-à-dire celle du volume annulaire d'huile 9 entourant la tige 2 du piston auxiliaire 3 à l'intérieur du cylindre 4; S3 la section utile du piston auxiliaire 3, c'est-à-dire la section du volume annulaire d'huile 13 entourant cette même tige de piston auxiliaire 2 dans le cylindre auxiliaire 5, lequel est logé à l'intérieur du piston principal 1; enfin S2 la section de retenue c'est-à-dire la section du volume annulaire d'huile 15 entourant la tige 6 du piston principal dans le cylindre 4. La vitesse rapide de fermeture, qui dans le premier type rappelé était obtenue par alimentation de S3 seul et qui dans le deuxième type rappelé était obtenue par l'alimentation simultanée de Sl, S2 et S3, est obtenue au contraire dans le cas de l'invention par l'alimentation simultanée de et et 82. En effet, comme on l'a vu S1 > S2 et la différence S1 S2 est déterminée pour avoir l'effort et la vitesse de descente voulus. La puissance et la vitesse de travail est obtenue par rupture de la pression en S2, comme dans le deuxième type, mais sous l'action de Sl seul, contrairement aux deux premiers types où le piston auxiliaire est toujours en action pour exercer la pression de travail. Le volume d'huile agissant sur Sl est donc précomprimé, comme dans le deuxième type antérieur et contrairement au premier. Enfin, la remontée rapide, qui est obtenue dans le premier type par action sur S2 seul et dans le deuxième type par action sur S2 et S est obtenue ici par l'action simul tanée sur SlS S2 et S3. Ce résultat est atteint par exemple au moyen de l'alimentation hydraulique représenté sur la fig. l et sur laquelle 7 désigne le groupe d'alimentation en pression hydraulique. Une canalisation 8 alimente constamment en pression la chambre de travail 9 de section Sl du piston principal 1. Un distributeur hydraulique 10 actionné par un solénoïde il réunit, par l'intermédiaire d'une canalisation 12, la chambre 13 de section S3 du piston auxiliaire alternativement à l'arrivée de pression lorsque le solénoïde n'est pas alimenté et au bac de décharge lorsqu'il est alimenté. Un clapet piloté 14 permet, lorsqu'il est ouvert, de faire communiquer les chambres de travail 9 et de retenue 15 de manière que le débit refoulé dans l'une de ces chambres par le déplacement du piston principal 1 vienne s'ajouter au débit du groupe de pompage 7 pour alimenter l'autre chambre.La fermeture de ce clapet piloté 14 est commandée par la pression de travail transmise à une canalisation 16 par un distributeur 17 commandé par un solénoïde 18 lorsque ce solénoïde est excité. Un étranglement 19 disposé sur la décharge du distributeur 17 limite le débit refoulé par la section S2 du piston principal 1, et donc la vitesse de travail, lorsque le clapet 14 est fermé, c'est-à-dire lorsque le solénoïde 18 est excité. Le mouvement d'approche rapide correspond à l'excitation du solénoïde 11 seul. En effet, dans ces conditions, la chambre auxiliaire 13 est mise à la décharge et aucune pression ne s exerce sur la section S3, laquelle a une valeur faible mais toutefois supérieure à S1 - 82. D'autre part, le solénoïde 18 n'est pas excité d'ot il résulte d'une part que le clapet piloté 14 n'est pas fermé, et d'autre part que la pression de travail est distribuée dans la chambre 15 de section S2, ainsi rappelons le que dans la chambre 9 de section S1 alimentee en permanence.Comme cela cela produit le mouvement de descente au cours duquel l'huile refoulée de la chambre 15 de section 82 passe au travers du clapet 14 et vient s'ajouter au débit du groupe de pompage pour alimenter la chambre 9 de section S1. La somme de ces débits étant importante, la vitesse obtenue ainsi est élevée sans pour cela nécessiter un gros débit du groupe de pompage 7. Le mouvement de travail correspond à l'excitation du solénolde 18, le solénolde 11 restant excité également. Cela a pour effet d'actionner le distributeur 17 qui, d'une part, ferme le clapet 14 par alimentation de 16 et, d'autre part, met en communication la chambre 15 avec la décharge par l'étranglement 19. I1 n'y a donc plus que la section de travail S1 de la chambre 9 qui est alimentée par le groupe de pompage ce qui produit la force nominale de la presse mais à vitesse réduite en raison du débit modéré du groupe de pompage, cette vitesse pouvant également être réduite par action sur l'étranglement 19. Ce mouvement se poursuit jusqu'à être arrêté par la butée mécanique habituelle. Enfin, le rappel du vérin correspond à la coupure des alimentations des deux solénoldes 11 et 18. En effet, dans ce cas les trois sections S1, S2 et S3 sont soumises à la pression de travail du groupe de pompage et la somme S2 + S3 est supérieure à la section S1 antagoniste, la section utile résultante S2 + S3 S1 ayant la valeur correspondante à la force et à la vitesse voulues pour la remontée rapide. Dans ce cas encore, l'huile refoulée de la chambre 9 de section S1 passe au travers du clapet piloté 14 et vient s'ajouter au débit du groupe de pompage pour alimenter la section tandis que la section S3 est alimentée en parallèle par le distributeur 10. Grâce au fait que la pression est maintenue en permanence dans la chambre 9 de section S1 on élimine le temps de montée en pression et le temps de décompression. D'autre part les solénoldes 11 et 18 agissent dans le sens de la sécurité, c'est-à-dire qu'une coupure d'alimentation produit la remontée du vérin. Comme on le voit sur la fig. 2 le cylindre du vérin est constitué par une chemise 4 avec une collerette de fixation 21 et des bossages 22 et 23 pour le raccordement des canalisations 8 et 20 respectivement. Le fond du cylindre 4 est constitué par une piece 24 centrée par alésage dans le cylindre 4 est maintenue en place contre un épaulement par l'écrou annulaire 25. Entre l'écrou 25 et le fond 24 est interposé un joint 26 assurant l'étanchéité statique du fond du cylindre. La tête du cylindre 4 est constituée par la pièce 27 centrée par alésage dans le cylindre 4 et maintenue en place contre un épaulement par l'écrou annulaire 28, l'étanchéité statique étant assurée par des joints 29. Le piston principal 1 coulisse de manière étanche dans l'alésage du cylindre 4 grâce à des joints d'étanchéité dynamiques 30 tandis que sa tige 6 coulisse de manière étanche dans la tête de cylindre 27 grâce à des joints dynamiques 31. D'autre part la tige 2 du piston auxiliaire 3 est fixée par ajustement cylindrique dans le fond 24 par un épaulement de cette tige et un écrou 32, l'étanchéité étant assurée par un joint statique 33. Le piston auxiliaire 3 coulisse de manière étanche dans un alésage 5 du piston principal 1 gr ce à des joints d'étanchéité 34, et une bague 35 vissée dans ce piston principal à l'entrée de son alésage 5 coulissede manière étanche le long de la partie cylindrique de la tige 2 du piston auxiliaire 3 au moyen de joints d'étanchéité dynamiques 36. I1 est important de constater que le vérin selon l'invention ne nécessite ainsi que quatre ensembles de joints dynamiques, 30, 31, 34 et 36, soit un de moins que dans le dispositif antérieur du deuxième type, et que d'autre part le volume 37 situé en dessous du piston auxiliaire 3 ne joue aucun role et n'est jamais soumis à aucune pression. I1 en résulte que l'on peut à volonté mettre ou non une tige d'éjection positive 38 sans que cela ne modifie en rien le fonctionnement du vérin et sans nécessiter aucun joint d'étanchéité supplémentaire pour cette tige. On peut donc prévoir systématiquement le trou fileté de fixation 39 dans le piston auxiliaire 3 et le passage axial 40 dans la tige 6, la tige 38 étant utilisée ou non selon les besoins. On voit d'autre part que l'ensemble selon l'invention est extrêmement peu encombrant dans le sens vertical, ce qui autorise facilement l'installation d'une butée mécanique réglable de type connu constituée par un écrou 41 vissé sur une partie filetée 42 de la tige 6 du piston principal et comportant un épaulement extérieur 43 qui vient en contact avec l'épaulement intérieur 44 de l'écrou 28 solidaire du cylindre 4. Le réglage de la position axiale de l'écrou 41 sur la tige 6 est obtenu par rotation de cet écrou 41 au moyen d'une simple commande directe à manivelle 45 entraînant un pignon d'angle 46 qui agit sur une couronne dentée 47 tourillonnant dans un flasque 48 fixé au cylindre 4, cette couronne 47 entraînant elle-même l'écrou 41 par une clavette 49 agissant dans une rainure 50 de l'écrou. La course supérieure du piston principal 1 est limitée par une bague élastique 51 de type connu. En définitive, le vérin selon llinvention présente une aussi grande simplicité de construction que le vérin classique du premier type examiné plus haut puisqu'il n'en diffère, à part les valeurs des sections, que par la modification du piston auxiliaire pour le rendre tracteur au lieu de pousseur, l'étanchéité supplémentaire nécessité par cette modification étant compensée par la suppression de la nécessité d'une étanchéité au niveau de la tige d'éjection positive qui prend ainsi un caractère amovible. Néanmoins, le vérin selon l'invention présente tous les avantages des vérins rapides du deuxième type examiné plus haut, en particulier ceux liés à la précompression du volume d'huile dans la chambre de travail, et également aux grandes cadences de fonctionnement obtenues avec un groupe de pression de faible débit. REVENDICATIONS 1. Vérin de presse hydraulique du type à deux vitesses de descente, dont une rapide et une lente de travail, et une vitesse rapide de remontée, dans lequel l'une des deux vitesses rapides est obtenue par l'action simultanée de la pression sur deux sections opposées légèrement différentes d'un piston principal, tandis que l'autre vitesse rapide est obtenue par l'alimentation supplémentaire d'un piston auxiliaire, et dans lequel la vitesse de travail est obtenue par suppression de la pression dans la chambre de retenue du piston principal, caractérisé par le fait que le piston principal (1) est à simple tige (6), que sa section supérieure de travail (S1) est plus grande que sa section inférieure de retenue (S)r que le piston auxiliaire fixe est du type tracteur, avec tête inférieure (3) et tige (2) que sa tête (3) coulisse dans un alésage (5) pratiqué à l'intérieur du piston principal (1) tandis que sa tige (2) coulisse de manière étanche dans la face supérieure du piston principal (1), et que la section utile (S3) du piston auxiliaire, c'est-à-dire de la zone annulaire comprise entre le diamètre de la tête (3) et le diamètre de la tige (2) de ce piston auxiliaire, est supérieure à la quantité (S1 - S2) dont la section annulaire supérieure du piston principal excède sa section annulaire inférieure. 2. Vérin selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il est associé à un dispositif d'alimentation hydraulique produisant la vitesse d'approche rapide par alimentation simultanée de la chambre annulaire supérieure (9) et de la chambre annulaire inférieure (15) du piston principal, la vitesse de travail par suppression à partir des conditions précédentes de l'alimentation en pression de la chambre annulaire inférieure (15), et le retour rapide par alimentation simultanée des deux chambres annulaires précédentes (9,15) ainsi que de la chambre annulaire (13) du piston auxiliaire. 3. Vérin selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte un dispositif de butée inférieure mécanique réglable de type connu. 4. Vérin selon l'une quelconque des revendications pré cédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte dans son piston auxiliaire (3) un logement de fixation (39) pour l'extrémité supérieure d'une tige d'éjection positive (38), et dans sa tige inférieure de piston principal (6) un logement de passage (40) pour cette tige, laquelle peut à volonté être placée ou enlevée sans autre modification.