Brevet FR2473130A1 — publié le 19810710

Système de commande de pompes hydrauliques pour engins de génie civil L'invention a trait à un système de commande de pom- pes hydrauliques pour engins hydrauliques de génie civil. Dans un type classique d'engin de génie civil à com- mande hydraulique, par exemple une pelle-hydraulique, un petit nombre de pompes entraSnent divers équipements, tels qu'un cylindre de flèche 2, un cylindre de bras 3, un cylindre de pelle 4, un moteur de pivotement 5 et un moteur de translation 6, comme le montre la figure 1, la commande d'organes de tra- vail, tels qu'une flèche 7, un bras 8 et une pelle 9, de même que la commande de pivotement et de translation de ces organes de travail et, pour le circuit hydraulique, des - 2 - circuits hydrauliques parellèles sont généralcment prévus. De ce fait, la perte de puissance hydraulique est considérable lorsque le levier de commande est en position neutre. Dans une autre pelle hydraulique classique, une pompe à débit variable 11, comme le montre la figure 2, est employée pour satisfaire à la tendance actuelle d'engins plus grands et d'une puissance hydraulique égale a la charge à manipuler. Dans un tel engin, un moteur 10 entra!ne une pompe à débit variable 11 et une pompe de commande 12, celle-ci actionnant un cylindre mécani- que 13 pour commander un angle d'inclinaison d'un clapet de- réglage de la pompe 11, de façon à commander le débit de l' huile à amener dans une vanne de commande directionnelle ac- tionnée à la main, qui commande un cylindre 16 d'organe de travail. La pression maximale P2 et le débit maximal Q2 (fi- gure 3) sont limités par un détendeur 15 et la pompe à débit variab!e 11, respectivement. Toutefois, dans des systèmes de commande classique dé- crits ci-dessus et qui sont du type à actionnement manuel, la perte de pression de l'huile est très grande quand un cylindre hydraulique est en fin-de course ou dans le cas d'une charge excessive durant l'excavation. Aux figures 3 et 4, qui montrent la relation entre la pression P et le débit Q de la puissance hydraulique, PSN est la perte de puissance hydraulique dans la condition neutre et PSR dans le cas d'une surcharge, selon les formules suivantes: P xQ2 PSN 4 50 en ch (1) P2 x Qi PSR 450 ench (2) Une grande perte de pression de l'huile a'pour consé- quence un échauffement de l'huile dans le circuit hydraulique, ce qui la détériore et donne lieu à-une plus forte consommation de carburant. Comme décrit ci-dessus, dans un engin hydraulique de génie civil classique, par exemple une pelle hydraulique, un seul moteur entraine plusieurs pompes hydrauliques, qui entrat- nent à leur tour plusieurs moteurs et cylindres hydrauliques, pour la translation et la rotation de l'engin, ainsi que pour les divers genres de travaux d'excavation. - Avec un tel engin hydraulique de génie civil classi- que, il peut facilement arriver que le moteur cale, lorsqu'il est sollicité au-delà de sa puissance nominale, par suite d'une demande excessive ou lors de l'emploi simultané de plusieurs pompes hydrauliques sous pression accrue. Pour éviter que le moteur ne cale, le conducteur d'une telle pelle hydraulique classique doit constamment Etre atten- tif à des signes de défaillance, bruit anormal du moteur ou baisse de la vitesse. Dis qu'il s'en aperçoit, le conducteur doit ramener le levier de commande en position neutre, afin de réduire la charge. Un système o le conducteur doit prévoir une défaillan- ce du moteur présente le désavantage que cela dépend des sens du conducteur et que la fréquence de ces défaillances dépend de l'habilité du conducteur de l'engin, de sorte que le ren- dement du travail baisse et que le conducteur devient trop fatigué. Un objet de la présente invention est donc de remédier aux désavantagesdécrits ci-dessus d'un système de commande classique pour pompes hydrauliques d'un engin hydraulique de génie civil. -4- Plus particulièrement, un objet de la présente inven- tion est un système de commande pour pompes hydrauliques d'un engin hydraulique de génie civil, caractérisé en ce que des servopompes à débit variable sont employées, la pression qu' elles délivrent étant détectée, un angle d'inclinaison d'un clapet de réglage de ces pompes étant commandé au degré mini- mal requis quand un levier de commande est amené en position neutre, et, dans le cas d'une charge excessive durant l'exca- vation, ou lorsque uh cylindre se trouve en fin de course, un détendeur est commandé, ce qui réduit la perte de pression de l'huile dans le circuit hydraulique. Un autre objet de la présente invention est un sys- tème de commande pour pompes hydrauliques d'un engin hydrau- lique de génie civil, qui permet de réduire la consommation de carburant et d'éviter un échauffement de l'huile du cir- cuit hydraulique, les détendeurs étant actionnés moins fréquem- ment, ce qui assure une plus longue durée d'emploi de l'huile de la commande hydraulique. Un autre objet de la présente invention est un sys- tème de commande pour pompes hydrauliques d'un engin hydrau- lique de génie civil, caractérisé en ce qu'un conducteur, même peu habile, peut exécuter le travail sans provoquer un calage du moteur, la durée de cycle pouvant être améliorée et la fatigue du conducteur diminuée. Un autre objet de la présente invention est un sys- tème de commande pour pompes hydrauliques d'un engin hydrau- lique de génie civil, caractérisé en ce que le débit et la pression délivrée de chaque pompe hydraulique sont détectées, le couple exercé momentanément par un moteur étant calculé -5 - d'après le débit et la pression délivrée, et le débit de cha- que pompe hydraulique étant diminué lorsque le couple exercé momentanément excède le couple nominal du moteur, ce qui évite un calage de celui-ci. Ces objets, particularités et avantages et autres de la présente invention sont mieux mis en évidence par la des- cription ci-après, qui montre, à l'aide des dessins annexés, et à titre d'exemple seulement, une exécution conforme à la présente invention, o' la figure I est une représentation schématique de la disposition d'une pelle hydraulique de l'ancien genre, la figure 2 est un schéma fonctiîdnel d'un système de commande selon l'ancien genre, utilisant une pompe hydrau- lique à débit variable, la figure 3 est un graphique de la relation entre la pression délivrée et le débit d'une pompe hydraulique de 1' ancien genre, la perte de puissance hydraulique dans la posi- tion neutre d'un levier de commande étant indiquée par l'aire hachurée, la figure h est un graphique de la relation entre la pression délivrée et le débit d'une pompe hydraulique de 1' ancien genre, la perte de puissance hydraulique dans le cas d'une surcharge étant indiquée par l'aire hachurée, la figure 5 est un schéma fonctionnel d'un système de commande pour pompes hydrauliques d'un engin hydraulique de génie civil selon une réalisation de la présente invention, la figure 6 est un graphique de la caractéristique de surcharge et de la caractéristique de réglage de la pression, *5 ajn3 -'lQ e q ap9azqe atwoj snos gnbTpu 4sa anbTlneJp.xq;TnoDTo aO 'sauu sao ap agutuwaL4pp9ad uoSTeuTqmoo el suep '(Ieso. na 394Tun u) 'Z01 '101 TlgAeJq ap Saue2Lo,p saJ.puTlD xne a9nbTTdde zsea auueA saDo ap 4ueuaAo.d alTnllI 's9Tun u ap map g5 -uel ua sagIdnoo sauueA ea4enb ap na un IuanITisuoo Z; a lZ 't 6 B6 aIauuoTpaTP puw op apumoap sauueA saD sJpuTTXo sao ap suocoBa49z s3al Ia uoTsuaexal Iuapuemmoo la Teo% ne s9;qun u ap '*O '1 01 IeAQe. op saueîJop saapuTI - xo sap suep '#I; B 1 '''' ', B 1 ' 1#6 q i6 aiTaUUolOa OZ -Tp apuewwoo ap sauueA sap 1ed 'iuagAaed wu T'j. sadmod sao ed a9A-PIpp anb-TneJpúq; notaTo np aITnql'I -sadmod sao ap as -gIa.z ap sadeIo sap uosTguHToup sa12ue sal DOAe aTaeA b e b Iqap al quop 'u g. 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Un circuit 20, qui détermine le débit des pompes, émet les signaux Il à In qui correspondent à la valeur des signaux et à e n' Les détecteurs de pression PF1 à PDn servent à détec- ter la pression P1 à Pn délivrée par les pompes PM1 à PMn et appliquent des signaux électriques ep, à epn à l'une des deux bornes des comparateurs COM.1 à COM, respectivement. Les régleurs PS1 à PSn servent à régler la pression maximale délivrée pki à Pkn par les pompes à débit variable PM1 à-PMn et les signaux de pression de sortie préréglés, correspondant respectivement à la pression délivrée maximale. Ces pressions maximales pk1 à pkn sont préalablement réglées à des valeurs inférieures à celles de la pression correspon- dante des détendeurs RF1 à RFn. Lors du réglage de la pression délivrée maximale pk,1, par exemple,-il faut tout d'abord dessiner les caractéristiques de surcharge du détendeur I, comme représenté à la figure 6, puis déterminer le flux maximal QMax de la pompe PM1 à débit variable, correspondant à la pression réduite P2, déterminée par le circuit hydraulique correspondant et le débit minimal Qmin nécessaire pour maintenir l'organe de travail dans une certaine position fixe. Déterminer ensuite le point A de la courbe I qui donne le débit minimal %in et pK attribuerPr à la pression qui correspond au point A. Tirer alors une droite II reliant le point A au point qui représente une pression prédéterminée Pc, légèrement inférieure à la pression de - 8détendeur. La ligne II est la caractéristique de réglage de la commande électronique de la pression. Pour n'importe quelle pression maximale délivrée pk2 à Pkn on procède de la même façon. Les détecteurs de pression PD1 à PDn détectent la pression délivrée Pi à Pn des pompes à débit -vsriable PM à PMn, produisent les signaux électriques epl à epn correspon- dant à la pression délivrée et appliquent ces signaux aux com- parateurs COM1 à COMn, respectivement. Le comparateur COM, par exemple, ne produit aucun signal de sortie quand un signal d'entrée epl est plus faible que le signal de pression préréglé par le régleur PS et de- meure donc dans l'état représenté à la figure 5, comme le com- mutateur AS. Lorsque le signal d'entrée ep1 est supérieur au signal de pression prédéterminé, un signal est délivré pour faire passer le commutateur correspondant AS dans la posi- tion contraire à belle représentée à la figure 5. Pour n'im- porte lesquels des comparateurs COM2 à COMn la même chose se produit. Les régleurs FS à FS servent à régler le débit mi- nimal respectif (indiqué par min aux figures 7 et 9). Un servo-amplificateur, par exemple AMi, amplifie le signal d'entrée et l'applique à une servovanne SV commandée en fonction du courant d'entrée iï et qui commande, à son tour, l'angle d'inclinaison du clapet de réglage de la pompe PM. Pour n'importe lequel des servc-amplificateurs AM à AM 1 2 n la même chose se produit. Lorsqu'ui:levitr de, commande,.pir exemple Lî, est ame- né en position neutre, la sortie du circuit 20 qui détermine le débit de la. pompe est nulle. Le signal de sortie du compa- 2 2473130 rateur COMI est également nul,car la servovanne SV1 est ramenée à sa position initiale par un ressort, ce qui li- bère le clapet de réglage de la pompe à débit variable PM1, dont le débit diminue à la valeur minimale Qmîn fvoir fi- gure 7). A ce moment-là, la perte de puissance hydraulique PSN' est indiquée par l'aire hachurée à la figure 7, réduite à une petite fraction de la perte de puissance PSN représentée à la figure 3. Si l'un ou l'autre des leviers de commande L. à Ln est amené également en position neutre, la mëme chose se produit. Durant l'excavation, le signal I, est supposé être pro- duit par le mouvement du levier de commande L1. La servovanne SV1 est alors actionnée en réponse au signal Il et élle allon- ge le cylindre correspondant, ce qui aucroit l'angle d'incli- aison du clapet de réglage, de sorte que le débit q de la pompe à débit variable PM est augmenté et qu'un cylindre 91 allongé et que le travail d'excavation commence. Le débit q, de la pompe à débit variable PM1 augmente conformément à l'angle d'actionnement du levier Li et la pres- sion délivrée P1 est ainsi augmentée. Tant que cette pression est inférieure à la pression minimale pu, le débit q1 de la pompe PM, augmente en fonction de l'angle du levier L1, ce qui actionne le cylindre 91. Si, durant l'excavation, l'organe de travail devient surchargé ou si le cylindre 91 atteint la fin de sa course la pression délivrée p1 par la pompe PM1 augmente. Lorsque cette pression excède la pression maximale pk. , un signal de sortie est produit par le comparateur COMV, le commutateur ASI tournant dans la position contraire à celle représentée à la figure 5. - 10 - La servovenne SV, est ainsi commandée à la position qui correspond au signal de sortie du régleur de débit FS1 et le débit Q1 se réduit à Qmin (voir figure 8). La perte de puissance hydraulique PSR' dans cette condition est représentée par l'aire hachurée à la figure 8, qui est réduite à une petite fraction de la perte de puissance hydraulique PSR de l'ancien genre de pelle (voir figure 4). Du fait de cette réduction, le débit de l'huilé du circuit hydraulique diminue, de même que la puissance d'excavation. Lorsque la pression délivrée p1 de la pompe à débit variable PM1 devient inférieure à la pression maximale pk1, la commande à l'aide du levier L redevient pos- sible et le débit q1 de la pompe PM1 peut être commandé par ce levier et il en est de même pour le cylindre 91. Pour n'im- porte lequel des leviers de commande L2 à la même chose se produit. Comme le montre la description ci-dessus, il devient possible, par la présente invention, de réduire le débit des pompes à débit variable, dans le cas d'une surcharge, sans avoir à actionner un détendeur. De plus, une expérience a mon- tré'quejorsque la commande s'opère selon cette- réalisation, la consommation de carburant peut être réduite d'environ 15 %, par rapport aux méthodes classiques de commande. Conformément à l'invention, le débit de chaque pompe hydraulique est commandé de telle sorte que le couple momenta- né exercé par un moteur n'excède pas le couple nominal, comme le démontre ce qui suit: Considérons le cas o le couple exercé par un moteur est calculé d'après le débit Q et la pression délivrée p de pompes à débit variable. - 11 - Dans le cas o un seul moteur M entraîne plusieurs pompes à débit variable PM1 à PMn, désignons par q qn le débit et par Pl à Pn la pression délivrée de chacune de ces pompes. Le couple exercé par le moteur M est exprimé par la formule: n T= k - Pi qi (3) i=i ou k est une constante proportionnelle. En détectant le débit q1 à qn et la pression déli- vrée P à Pn des pompes à débit variable PM1 à PMn, le couple T exercé par le moteur 'peut être calculé à l'aide de la for, mule (3). Même si le couple momentané excède le couple nominal Toj uni calage du moteur peut être évité en réduisant le débit maximal ax de chaque pompe de Qa', comme montré par la ligne brisée I à la figure 10, à montré par la ligne brisée II, ce qui réduit le couple T exercé par le moteur M. Comme l'indique la figure 5, le circuit est prévu- de manière que dans un étet ordinaire, c'est-à-dire lorsque le couple momentané du moteur n'excède pas le couple nominal TO, les commutateurs BS1 à BSn se trouvent du côté a du contact et, lorsque le signal Si du comprateur CM est appliqué, ces commutateurs BS1 à BSn sont commutés du côté b de leur contact. Un circuit 21 de sélection de l'organe de travail émet des signaux de commande ss1 à ssn selon la polarité de chaque signal e1 à en, ces signaux étant appliqués aux vannes de commande directionnelle 91 à 94, Ill à 114,..., i21 à 124, qui correspondent aux leviers de commande Lt à Ln, ce qui com- mute chacune de ces vannes à une position d'extension ou de rétraction du cylindre. (A chaque levier de commande corres- pondent plusieurs vannes-de commande directionnelle. Une partie - 12 - du canal de transmission des signaux pour ces vannes est repré- sentée à la figure 5). Les cylindres d'organes de travail, par exemple un cylindre de flèche 101 et un cylindre de bras 102, sont commandés en extension ou en rétraction, conformément à la position des vannes de commande directionnelle 91, 92, etc. Des détecteurs PD à PDn détectent la pression déli- vrée Pl à Pn des pompes PM à PMn et produisent des signaux électriques ep1 à epn, qui correspondent la pression délivrée P a Pnn' Des multiplicateurs MP à MP calculent les débits ql (= k x il), q2 (= k x i2), ., qn (= k x in) des pompes à débit variable PM1 à PMnen multipliant le courant de commande iî à in par une constante proportionnelle k, puis calculent les couples T1 (= ql x pl), T2 (= q2 x P2),..., Tn (qn x Pn) des..DTD: pompes en multipliant les valeurs q1 à q2 calculées par les si- gnaux électriques de pression epi, ep2,..., ePn. Ces signaux de couple TI à Tn sont totalisés en T* (= T1 + T2 +...*Tn) à l'aide d'un additionneur AD, qui est appliqué au comparateur CM. Le signal T* est donc la somme des couples T1 à Tn des pompes à débit variable PM1 à PMn et a une valeur qui correspond au couple momentané T (= k: qipi) du moteur M. Le comparateur CM comparele signal d'entrée T* avec le signal de valeur prescrite TK et délivre des signaux S. et S2, lorsque T*>TK. Le signal TK a une valeur qui corres- pond au couple nominal T du moteur M. Le circuit d'opération OC sert à délivrer le signal de commande du débit des pompes, lorsque le couple momentané T du moteur excède le couple nominal T6 et, après application du signal S2, il calcule le couple maximal T c (=T0/n) qui peut être appliqué à chaque pompe, délivre le signaI de commande Ic qui correspond à Pc et l'applique au c8té b du contact de -].3 - chaque commutateur BS1 à BSn. Chacun de ceux-ci est alors commuté du c8té a au cSté b par le signal de sortie S1 du comparateur. Au lieu des signaux I à In provenant des leviers L à Ln, le signal de commande I est appliqué, par les servo- 1 n c -amplificateurs AM à AMn, aux servovannes SV1 à SVn. Les débits q1 à qn des pompes à débit variable PM1 à PMn sont ainsi ré- duits à Qb' qui correspond au signal de commande Ic (voir fi- gure 10). Le couple momentané T du moteur M devient alors égal au couple nominal TO, de sorte que le moteur ne risque pas de caler. Lorsque, par exemple, la charge d'un organe de travail est réduite au point que le couple momentané T du moteur M de- vient infgtur au couple nominal TO, les sorties S1 et S2 du comparateur deviennent nulles et les commutateurs BS à BSn sont commutes du c8té a et les signaux 1 à I sont appliqués aux servovannes SV à SVn, au lieu du signal de commande Ic Le débit des pompes PM1 à PM2 est ainsi commandé conformément au mouvement des leviers de commande L^à Ln- Comme décit ci-dessus, avec le système selon cette réalisation, un calage du moteur peut*re évité en commandant le débit de chacune des pompes à débit variable PM1 à PMn, de façon que le débit demeure toujours correspondant au couple nominal du moteur M. _ 114 - REVENDICATIONS 1. Système de commande pour pompes hydrauliques d'un engin hydraulique de génie civil, caractérisé en ce qu'un si- gnal de débit correspondant à la position d'un levier d'action- nement commande le débit d'une pompe hydraulique correspondan- te à débit variable, avec dispositif de commande du débit qui applique un signal de débit minimal préétabli, au lieu du dit signal de débit appliqué à la dite pompe hydraulique, lorsque la pression que celle-ci délivre excède une valeur de pression préétablie. 2. Système de commande pour pompes hydrauliques d'un engin hydraulique de génie civil, selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dit dispositif de commande du débit comprend: un détecteur de la pression momentanée délivrée par la pompe hydraulique, un comparateur de la pression momentanée délivrée avec la valeur de pression prédéterminée et produisant une sortie lorsque la pression momentanée excède la valeur prédé- terminée, un régleur de débit servant à régler et à fournir le signal prédéterminé, un commutateur recevant le signal de débit et le signal prédéterminé, pour appliquer ce dernier, au lieu du premier, à une servovanne de la pompe hydraulique, lorsque le comparateur produit un signal, ces dispositifs de commande du débit étant prévus pour chacune des pompes hydrauliques. - 15 - 3. Système de commande pour pompes hydrauliques d'un engin hydraulique de génie civil, selon la revendication 2, caractérisé en ce que la valeur prédéterminée de la pression est légèrement inférieure à une pression d'un détendeur prévu dans un circuit hydraulique de sortie de la pompe hydraulique. 4. Système de commande pour pompes hydrauliques d'un engin hydraulique de génie civil, selon la revendication 2, caractérisé en ce que le signal prédéterminé est un signal correspondant au débit minimal de la pompe hydraulique. 5. Système de commande pour pompes hydrauliques d'un engin hydraulique de génie civil, caractérisé en ce qu'il comprend: un circuit d'opération pour calculer le couple exer- cé par un moteur d'après des signaux de la pression délivrée par plusieurs pompes hydrauliques à débit variable entralnées par le dit moteur et des signaux de débit appliqués à des ser- vovannes, dont chacune commande un angle d'inclinaison d'un clapet de chacune des pompes hydrauliques, un circuit pour comparer le dit couple exercé avec le couple nominal et pour produire une sortie lorsque le cou- ple exercé excède le couple nominal et un dispositif pour appliquer un signal de commande de débit prédéterminé à chacune des servovannes, lorsque le circuit de comparaison fournit une sortie, de sorte qu'il devient ainsi possible que chacune des pompes hydrauliques soit entraînée par le couple nominal du moteur. - 16 - 6. Système de commande pour pompes hydrauliques d'un engin hydraulique de génie civil, selon la revendica- tion 5, caractérisé en ce que le circuit d'opération pour calculer le couple momentané du moteur comprend: plusieurs multiplicateurs pour les pompes hydrau- liques servant à multiplier par le signal de débit le signal de pression délivrée par chaque pompe et un additionneur totalisant les signaux de sortie de chacun des multiplicateurs. ai