Brevet FR2469597A1 — publié le 19810522

La présente invention concerne une valve de freinage perfectionnée, pour les circuits hydrauliques. L'utilisation des valves de freinage est bien connue pour la commande des organes hydrauliques supportant de fortes charges. Ces valves sont conçues de façon à éviter une chute brutale et dangereuse de la charge soulevée en cas de rupture dtune canalisation. Ainsi, dans le cas dtun vérin hydraulique à double effet, une valve de freinage est branchée en série sur la canalisation qui communique avec la chambre principale du vérin, lorsque cette chambre principale est celle que lton met sous pression pour soulever la charge. Cette valve de freinage est alors pilotée par la pression qui règne dans la chambre annulaire du vérin, et la valve de freinage ne peut s'ouvrir que dans la mesure où la chambre annulaire est mise sous pression. Chaque valve de freinage est généralement montée en parallèle avec un clapet anti-retour qui laisse passer le fluide hydraulique seulement en direction de la chambre principale du vérin correspondant, étant donné que la valve de freinage ntoffre qutune section de passage réduite au fluide, mme à pleine ouverture. Les valves de freinage connues ne peuvent pas tre utilisées avec des circuits hydrauliques en"distribution série", ctest-à-dire avec des circuits hydrauliques comprenant des distributeurs hydrauliques groupés en un seul ensemble, le circuit de retour de chaque distributeur étant relié au circuit d'entrée du distributeur suivant, et ainsi de suite. Les circuits en"distribution série"présentent les avantages suivants : -On obtient une certaine interdépendance des différents mouvements dtun équipement. Ceci est intéressant, par exemple, dans le cas d'un engin de travaux publics tel qut une pelleteuse à bras articulé lorsqu'on veut pouvoir racler une surface quelconque avec un organe placé à ltextré- mité libre dtun bras alors que le pivotement de chaque élé- ment de bras est défini par un vérin particulier. -Ils permettent dtutiliser un vérin donné comme amplificateur de débit, ou de pression vis-à-vis du vérin suivant, en jouant sur les sections relatives des vérins. En outre, la"distribution série"entraine, pendant le fonctionnement simultané de plusieurs distributeurs, des variations de pression sur les retours. Ces variations de pression perturbent le fonctionnement des valves de freinage. Ltinvention a pour but de réaliser une valve de freinage utilisable dans les circuits hydrauliques en"distri- bution série"sans risque de voir apparaître les inconvé- nients précités. Ltinvention a également pour but de réaliser une valve de freinage pouvant tre montée directement sur les vérins, c'est-à-dire montée de façon que la liaison du circuit hydraulique entre la valve de freinage et son vérin soit directe, et ne passe par aucune canalisation extérieure, une canalisation extérieure étant toujours exposée à une rupture. L'invention a enfin pour but de réaliser une valve de freinage permettant une descente contrôlée de la charge en cas de rupture de la canalisation reliée à la chambre principale dtun vérin. Une valve de freinage suivant l'invention : -un siège situé, dans le corps de valve, entre une première chambre, ou chambre avant, reliée à l'orifice d'entrée d'un organe hydraulique à commander, et une deuxiè- me chambre, ou chambre intermédiaire, reliée à une utilisation du distributeur associé audit organe ; -un organe obturateur susceptible d'obturer le siège en se déplaçant vers ltavant, c'est-à-dire en direction de la première chambre ; -un piston de pilotage, coaxial avec le siège, et comportant d'une part une portée cylindrique avant montée pour coulisser dans un premier alésage du corps de valve et d'autre part une portée cylindrique arrière montée pour coulisser dans un deuxième alésage, de plus grand diamètre que le premier alésage, du corps de valve, ledit premier alésage débouchant à l'avant dans la deuxième chambre tandis que l'extrémité avant du piston de pilotage prend appui contre l'arrière de l'organe obturateur ; -une troisième chambre, ou chambre arrière, de forme annulaire, dólimit-e dans le corps de valve à l'avant d'un épaulèrent du piston de pilotage situemtMa deux portées cylindriques de ce dernier, cette reliée à un circuit de pilotage ; -un ressort de tarage comprimé contre l'arriére du piston de pilotage pour tendre en permanence à rappeler l'organe obturateur sur le singe et elle caractérisée en ce que le contact entre l'organe obturateur et le siège a lieu suivant une ligne qui a mme diamètre que le premier alésage, l'équilibre longitudinal de l'organe obturateur et du piston de pilotage étant ainsi indépendant de la pression qui règne dans la deuxième chanbre, et dépendant uniquement : -de la force de rappel du ressort de tarage, -des forces de pression dans la première chambre, -des forces de pression dans la troisième chambre. Suivant une caractéristique supplémentaire de l'inven- tion, le corps de valve est agence pour venir se boulonner directement contre le corps d'un vérin, la première chambre communiquant directement avec l'orifice d'entrée de l'une des chambres du corps de vérin. Suivant une caractéristique supplémentaire l'inven- tion l'organe obturateur comprend, à son extrémité avant, une portée cylindrique montée pour coulisser avec un jeu réduit dans un alésage borgne qui stouvre dans la première chambre, ladite portée cylindrique délimitant dans le fond de l'alésage borgne une chambre d'amortissement pour amortir les déplacements de l'organe obturateur. Suivant une caractéristique supplémentaire de ltinven- tion, la valve renferme par ailleurs un dispositif anti- retour intégré au corps de valve, et pourvu d'un organe obturateur mobile qui permet seulement le passage du fluide de la chambre intermédiaire à la chambre avant. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, permettra de mieux comprendre les caractéristiques de l'invention. -Figure 1 est une vue représentant le schéma hydraulique d'une valve de freinage suivant l'invention. -Figure 2 est une vue en section axiale d'un vérin hydraulique équipé dune valve de freinage suivant l'inven- tion. -Figure 3 est une vue de cette valve de freinage, suivant III (fig. 2). -Figures4 et 5 sont des vues en section IV-IV (fig. 3) illustrant le fonctionnement de cette valve. -Figure 6 montre un exemple d'engin utilisant des vérins hydrauliques équipés de valves de freinages suivant l'invention. On a représenté sur la figure 1 le schéma hydraulique 1 d'une valve de freinage suivant l'invention. Ce schéma reste classiques étant donné que la nouveauté de ltinven- tion réside dans la réalisation pratique du mécanisme. La valve de freinage est montée en parallèle avec un clapet anti-retour 2 qui est intégré au corps de valve. On a considéré ici le cas dtun vérin hydraulique à double effet 3 commandé à l'aide d'un distributeur hydrau- lique 4. La valve de freinage est branchée en série sur la canalisation 5 qui communique avec la chambre principale 6 du vérin 3 et est pilotée par l'intermédiaire d'une cana- lisation 7 reliée à la chambre annulaire 8 du vérin. Des prises de pression sont prévues pour permettre de brancher deux manomètres 9 et 10. Comme on peut le voir sur la figure 4 on trouve principalement trois chambres à l'intérieur du corps 11 de la valve, à savoir : -Une chambre avant 12, qui est reliée à l'orifice d'entrée de la chambre principale 6 du vérin 3. -Une chambre intermédiaire 13 qui est reliée à la sortie ou utilisation 14 du distributeur 4, et qui est séparée de la chambre avant 12 par un siège 15 associé à un organe obturateur 16. -Une chambre arrière 178 de forme annulaire, qui est délimitée autour d'un piston de pilotage 189 et qui est reliée à la canalisation de pilotage 7 reliée elle-mme à la sortie ou utilisation 19 du-distributeur 4 (voir fig.. et 3). L'organe obturateur 16 comporte, d'arrière en : -Une portée cylindrique arrière 20 emmanchée dans un chapeau 210 -Une portée tronconique 22 qui va en s'effilant vers l'avant, et qui obture complètement le siège 15 lorsque l'organe obturateur 16 est en fin de course vers l'avant. -Une tige allongée 23 -Une portée cylindrique avant 24 montée pour coulisser avec un jeu réduit dans un alésage borgne 25 qui s'ouvre dans la chambre avant 12. La portée cylindrique 24 délimité ainsi dans le fond de l'alésage borgne 25 une chambre d'amortissement qui permet dtamortir les déplacements de ltorgane obturateur. On note que, pour simplifier l'usinage, on a groupé ltalésage borgne 25 et le siège 15 dans une cartouche cylindrique rapportée 26. Le piston de pilotage 18, qui est coaxial avec le siège 15, comporte d'une part une portée cylindrique avant 27 montée pour coulisser dans un alésage 28 du corps de valve, et dtautre part une portée cylindrique arrière 29 de plus grand diamètre montée pour coulisser dans un alésage 30 du corps de valve. L'alésage 28 débouche à ltavant dans la chambre intermédiaire 13, tandis que ltextrémité avant du piston de pilotage 18 vient coiffer une bille 31 par l'intermédiaire de laquelle le piston de pilotage prend ap- pui contre l'arrière du chapeau 21. La chambre arrière 17 est délimitée à l'avant dgun épaulement 32 du piston de pilotage 18, cet épaulement étant situé entre les portées cylindriques 27 et 29. Suivant une disposition propre à la présente invention, le diamètre 28a de l'alésage 28 est rigoureusement égal au diamètre 22a de la ligne selon laquelle la portée tronconique 22 de l'organe obturateur 16 entre en contact avec le siège 15. Un ressort de tarage 33 est comprimé contre l'arrière du piston de pilotage 18 pour tendre en permanence à rappeler l'organe obturateur 16 sur le siège 15. Une vis de réglage 34 permet de faire varier la compression du ressort 33. Le clapet anti-retour 2 intégré au corps de valve est de construction connue, et est monté de façon à per mettre la circulation du fluide hydraulique seulement de la chambre intermédiaire 13 à la chambre avant 12. On peut soit boulonner directement le corps de valve sur le corps 35 du vérin 3, soit boulonner le corps de valve sur une plaque d'implantation 36 boulonnée elle-mme sur le corps 35. Dans aucun cas on ne trouve une canalisation flexible de raccordement entre la chambre avant 12 de la valve de freinage et la chambre principale 6 du vérin 3. Le fonctionnement est le suivant : Pour étirer le vérin 3, on actionne le distributeur 4 de façon à mettre sous pression l'utilisation 14, et par suite la chambre intermédiaire 13. La pression provoque l'ouverture du clapet anti-retour 2 (flèche 37, figure 4), et le fluide s'écoule en direction de la chambre principale 6 du vérin 3. Pour contracter le vérin 3, on actionne le distributeur 4 de façon à mettre sous pression l'utilisation 19, de manière à alimenter la chambre annulaire 8 du vérin 3. Cette manoeuvre assure simultanément la mise sous pression de la chambre arrière 17, par l'intermédiaire de la canalisation de pilotage 7. Ainsi, alors que l'organe obturateur 16 ne peut que rester appliqué contre le siège 15 lorsqu'il est soumis à la seule force de rappel du ressort 33, la pression dans la chambre arrière 17 permet à l'or- gane obturateur 16 de se déplacer vers l'arrière sous la poussée du fluide comprimé dans la chambre avant 12. Le déplacement vers l'arrière de l'organe obturateur 16 permet la vidange de la chambre principale 6 du vérin 3, par l'intermédiaire des chambres 12 et 13 et de l'utilisation 14 du distributeur 4 (fig 1 et 5). L'avantage essentiel de la valve de freinage suivant l'invention réside en ce que, compte tenu de l'éga- lité des diamètres 28a et 22a, l'équilibre longitudinal de l'organe obturateur 16 et du piston de pilotage 18 est totalement indépendant de la pression qui règne dans la chambre intermédiaire 13, cet équilibre dépendant uniquement : -de la force de rappel du ressort de tarage ; -des forces de pression qui stexercent sur l'organe obturateur 16 dans la chambre avant 12 ; -des forces de pression qui s'exercent sur le piston de pilotage 18 dans la chambre arrière 17. En particulier, dans le cas des circuits hydrauliques en"distribution série", les variations de pression de décharge dtun distributeur aval ne peuvent pas perturber le fonctionnement des distributeurs placés en amont, et des organes hydrauliques récepteurs correspondants. Par ailleurs, moyennant un réglage approprié du res- sort de tarage 33, la valve de freinage peut tre simula- nément utilisée comme clapet de surpression. Dans ce cas, si la pression dans la chambre avant 12 devient trop importante, l'organe obturateur 16 peut reculer en comprimant le ressort 33 en l'absence de toute pression dans la chambre de pilotage 18. Pour mieux comprendre l'efficacité de la valve de freinage, on va à présent considérer son mode de fonctionnement en cas de rupture de la canalisation 5, qui est la canalisation reliant l'utilisation 14 du distributeur à la chambre intermédiaire 13 de la valve de freinage. Dans un premier cas, en suppose que cette rupture intervient alors que le vérin est chargé, mais immobile. Le vérin maintient donc une charge qui tend, de par son poids à faire contracter le vérin. Dans ce cas, la chambre arrière 17 ntest pas sous pression, et le ressort 33 maintient donc l'organe obturateur 16 centre le siège t5, si bien que la valve reste fermée. Ainsi, malgré la mise à l'atmosphère de la chambre intermédiaire 13 le vérin reste dans sa position, le déplacement de l'organe obturateur 16 n'étant concevable que dans l'hypothèse où la pression dans la chambre avant 12 excède la pression de tarage de la valve, mais cette hypothèse étant impossible puisque la charge n'aurait pas pu tre levée au préalable. Dans un deuxième cas, on suppose que la rupture de la canalisation 5 intervient pendant le mouvement de contraction du vérin. Cette fois, comme le distributeur 4 alimente la chambre annulaire Ca du vérin, la chambre arrière 17 est sous pression et l'organe obturateur 16 reste à distance du siège 15. Ainsi, la charge continue à descendre, mais à une vitesse contrôlée, et fonction de la section offerte au passage du fluide entre l'organe obturateur 16 et le siège 15. Bien entendu, l'huile qui est issue de la chambre principale 6 du vérin 3 ne peut tre récupérée, et s'écoule vers l'extérieur au niveau de la rupture. Au cours de ce mouvement, le pilote a toujours à tout instant la possibilité de stopper la contraction du vérin 3 : il lui suffit pour cela de cesser d'alimenter la chambre annulaire 6a du vérin. Immédiatement, compte tenu de la chute en pression de la chambre arrière 17, l'organe obtu- rateur 16 est rappelé contre le siège 15 par le-ressort 33. Une telle valve de freinage est utilisable avantageusement sur des engins de travaux publics du type des pelles mécaniques (fig. 6) comportant un bras articulé 34 manoeuvrable par des vérins 35 et 36, étant donné qu'on u- tilise alors un circuit hydraulique en"distribution série" pour obtenir une certaine interdépendance des différents mouvements. On peut par exemple vouloir racler une surface 37 à l'aide d'un godet 38 monté à l'extrémité libre du bras, ce qui suppose des variations complexes et simultanées des débits d'alimentation des vérins 35 et 36. On note que la valve de freinage suivant l'invention satisfait pleinement aux règlements en vigueur pour les raisons suivantes : -Cette valve est montée sur le vérin lui-mme (ou "au pied"du vérin), et elle est donc capable d'arrter tout mouvement du vérin considéré, mme si ce vérin est chargé, en cas de rupture d'une canalisation de liaison flexible. Il n'y a jamais aucune canalisation flexible entre le vérin et la valve de freinage. -Après une rupture de canalisation, on peut encore ramener doucement au sol la charge précédemment soulevée, par un mouvement contrôlé du vérin. REVENDICATIONS 1. Valve de freinage : -un siège situé, dans le corps de valve, entre une chambre avant reliée à l'orifice d'entrée d'un organe hydraulique à commander et une chambre intermédiaire reliée à une sortie ou utilisation dtun distributeur associé à l'organe à commander ; -un organe obturateur susceptible d'obturer le siège en se déplaçant vers 1'avant ; -un piston de pilotage, coaxial avec le siège, et comportant d'une part une porté cylindrique avant montée pour coulisser dans un premier alésage du corps de valve, et d'autre part une portée cylindrique arrière montée pour coulisser dans un deuxième alésage du corps de valve de plus grand diamètre que le premier alésage, ledit premier alésage débouchant à ltavant dans la chambre intermédiaire tandis que ltextrémité avant du piston de pilotage prend appui contre l'arrière de l'organe ; -une chambre arrière, de forme annulaire, délimitée dans le corps de valve à 1'avant d'un épaulement du piston de pilotage situé entre les deux portées cylindriques de ce dernier, cette chambre arrière étant reliée à un circuit de pilotage ; -un ressort de tarage comprimé contre l'arrière du piston de pilotage pour tendre en permanence à rappeler vers l'avant ltorgane obturateur ; et caractérisée en ce que le contact entre ltorgane obturateur et le siège a lieu suivant une ligne qui a mme diamètre que le premier alésage, l'équilibre longitudinal de l'organe obturateur et du piston de pilotage étant ainsi indépendant de la pression qui règne dans la chambre intermédiaire, et dépendant uniquement : -de la force de rappel du ressort de tarage, -des forces de pression qui s'exercent sur l'or- gane obturateur dans la chambre avant, -des forces de pression qui s'exercent sur le piston de pilotage dans la chambre arrière 2o Valve de freinage suivant la revendication 1s caractérisée en ce que le corps de valve est agencé pour ve nir se boulonner directement contre le corps du vérin, sans interposition d'aucune canalisation flexible, la chambre avant communiquant directement avec l'orifice d'entrée de lune des chambres du corps de vérin. 3. Valve de freinage suivant l'une quelconque des re vendications précédentes, caractérisée en ce que l'organe obturateur comprend, à son extrémité avant, une portée cylindrique montée pour coulisser avec un jeu réduit dans un alésage borgne qui s'ouvre dans la chambre avant, ladite portée cylindrique délimitant dans le fond de l'alésage borgne une chambre d'amortissement pour amortir les déplacements de ltorgane obturateur. 4. Valve de freinage suivant l'une quelconque des re vendications précédentes, caractérisée en ce qutun dispositif anti-retour intégré au corps de valve est pourvu dtun organe obturateur mobile qui permet seulement le passage du fluide de la chambre intermédiaire à la chambre avant.