Brevet FR2478763A1 — publié le 19810925

4. 2478763 La présente invention a pour objet un dissipateur hydrau- lique d'énergie apte à fonctionner instantanément à la première solli- citation, même après une immobilisation de durée illimitée, sur des courses même très réduites, et cela dans toutes les positions. De tels dispositifs peuvent trouver des applications dans divers domaines, notamment dans les appareils de sécurité de bâtiments, installations industrielles, portuaires, ferroviaires, dans des tampons de choc, structures exposées à des mouvements exceptionnels ou imprévus, ainsi que dans des amortisseurs de mouvements d'oscillations et vibra- tions de faibles amplitudes, comme par exemple de matériels roulants sur rails. On sait en effet que les dispositifs amortisseurs connus, qui dissipent l'énergie mécanique en chaleur par laminage d'huile entraî- née par un piston à travers des passages étranglés, ne réunissent pas en même temps toutes les caractéristiques nécessaires; maltré leur spécia- lisation extrême, ils restent souvent encore d'une efficacité et d'une fiabilité insuffisantes. Leurs principaux inconvénients résultent généralement de la présence simultanéede l'huile et de l'air ambiant dans les diverses cham- bres de travail, ce qui provoque, à l'arrêt ou aux trop faibles ampli- tudes des mouvements, un désamorçage du dispositif par la baisse du niveau d'huile, générateur du phénomène de cavitation. En outre, l'agitation continuelle de l'appareil provoque une formation abondante d'une émulsion qui altère à la longue la qualité de l'huile. Enfin, la présence d'air ou autres gaz normalement dissous dans l'huile à la pression atmosphérique, occasionne égalementpar leur libération lors de l'aspiration du piston, le phénomène de cavitation qui empêche l'amortissement de petits mouvements. Le fonctionnement en position horizontale ou voisine de l'horizontale est totalement impossible sans addition d'un réservoir supplémentaire d'huile à niveau suffisamment élevé. La présente invention permet d'éviter ces inconvénients, et s'applique à un dissipateur hydraulique de l'énergie d'une masse en mouvement, du type constitué par un cylindre contenant un liquide et séparé en deux chambres de travail par un piston lié à la masse en mouvement, o le mouvement du piston engendre, selon le sens du mouvement, une pression 2 2478763 dans l'une des deux chambres de travail, forçant ainsi une partie du liquide à passer dans l'autre chambre à travers des passages étranglés ou il est laminé avec transformation d'énerg.ie mécanique en chaleur. Selon l'invention le dispositif est entièrement rempli de liquide, et l'une au mois des chambres de travail communique avec une chambre auxiliaire intéZrée à l'appareil, également entièrement remplie de liquide, et à au moins une paroi élastique maintenant une pression minimale dans la chambre auxiliaire, la communication entre la chambre auxiliaire et la ou les chambres de travail étant réalisée par l'inter- médiaire d'un système à clapets tarés laissant un libre passage de la chambre intermédiaire vers la chambre de travail et ne permettant le passage inverse que sous l'effet d'une plus forte pression engendrée par le piston dans la chambre de travail. Selon une forme particulière de réalisation de l'invention, la chambre auxiliaire est formée dans l'épaisseur même du piston qui est alors en deux parties délimitant chacune l'une des chambres de travail et enserrant la chambre auxiliaire, chacune des deux parties de piston com- portant au moins un clapet permettant le libre passage du liquide seule- ment de la chambre auxiliaire vers la chambre de travail concernée, et au moins un passage étranglé avec un clapet taré permettant le passage avec laminate de la chambre de travail vers la chambre auxiliaire, et de là vers l'autre chambre de travail. Selon une autre forme particulière de réalisation de l'inven- tion, la chambre auxiliaire est une chambre annulaire entourant extérieu- - 25 rement le cylindre de travail, et communique avec l'une des chambres de travail par le système à clapets disposés sur le fond fixe de celle-ci. L'invention sera mieux comprise en se référant à la descrip- tion suivante de trois modes de réalisation particuliers, donnés à titre d'exemple et représentés par les dessins annexés. L, figure 1 est une coupe axiale d'un dissipateur d'énerwie en position horizontale, muni d'un piston en deux parties, avec un dispositif de compensation des variations d'ori2ine thermique du volume du liquide. La figure 2 représente une variante, étalement à piston en deux parties, avec un dispositif qui compense également la variation du volume de liquide due aux mouvements de la ti e du piston. La fi' ure 3 représente une variante à piston en une seule pièces et à chambre auxiliaire extérieure. 3 24P7v 3 Suivant la figure 1, le dissipateur d'énergie se compose d'un cylindre 1, fermé à l'une de ses extrémités de façon étanche par un fond 2, avec un embout tubulaire 3, et une attache 4. Une tige 5 portant un piston en deux parties 7 et 8, est prolongée par une autre tis-e 9 de même diamètre. Entre les deux demi-pistons 7 et 8, qui parta- gent l'espace en trois chambres 10 - 11 et 12 se trouve une enveloppe torique 13, étanche et flexible, en caoutchouc par exemple, enserrée sur un manchon 14, et remplie d'air ou autre gaz sous pression. Cette pression peut être fournie de l'extérieur, au moyen d'un raccord approprié par le canal 15, en desserrant la vis-pointeau 16; on peut aussi créer cette pression lors du montage, en vissant le fond 17 qui, muni des joints d'étanchéité 18 et 19, chasse une partie du liquide dans la chambre 11, en réduisant le volume de l'enveloppe 13 et en comprimant ainsi l'air qu'elle contient. Un ou plusieurs clapets 20, chargés par des ressorts 21, ouvrent des passages étranglés au liquide contenu dans la chambre 10 lorsque la tige 5 est tirée vers la gauche suivant la flèche fl. Une ou plusieurs valves 22, retenues par des très faibles ressorts 23, ferméer- durant ce mouvement, s'ouvrent facilement quand le mouvement s'inverse pour laisser libre passage au liquide. Le demi-piston 8 est garni de clapets et valves similaires 24 et 25, règlés convenablement. Le fonctionnement de ce dissipateur est le suivant. Lorsqu'un effort est appliqué sur l'attache 6 dans le sens de l'extension selon la flèche fl, le liquide de la chambre 10 ne peut s'échapper que vers la chambre 11, en repoussant le clapet 20 contre son ressort 21, ce qui lui ouvre un passage restreint en fonction du tarage du ressort 21. C'est ce tarage qui détermine, par la perte de charge qu'il provoque, la pression dans la chambre 10, c'est-à-dire la réaction ou la résistance du dissipa- teur suivant la course et la vitesse du mouvement. De la chambre 11 le liquide passe ensuite librement dans la chambre 12, à travers la valve 25, les deux chambres étant alors à la même pression réduite qui est celle du repos. En sens inverse, en com- pression selon la flèche f2, c'est le liquide contenu dans la chambre 12 qui est laminé à travers le clapet 24 du demi-piston 8, vers la chambre 11 d'abord et ensuite, sans résistance à travers la valve 22, vers la chambre 10. Ainsi la chambre auxiliaire 11 entre les chambres et 12, est toujours à la faible pression initiale, sans subir les fortes pressions engendrées par les faces travaillantes des deux demi-pistons 7 et 8 limitant les deux chambres de travail 10 et 12. L'enveloppe tori- que 13 remplie d'air sous une faible pression mais supérieure à la pression 4 2478763 atmosphérique, ne subit donc ici que des variations réduites, dûes à la dilatation calorifique du liquide, sous l'effet de son propre échauffe- ment par le travail et sous l'effet de la variation de la température ambiante. L'enveloppe 13 constitue une paroi élastique pour la chambre auxiliaire 11, ce qui permet de maintenir en permanence la chambre il pleine de liquide sous légère pression, et par là également les chambres de travail 10 et 12. De ce fait, le dissipateur peut fonctionner effica- cement, à tout moment, dans toutes les positions même aux plus faibles déplacements et sans risque de cavitation ni désamorçage et cela quelles que soient la quantité et la qualité des gaz dissous à l'origine dans le liquide. Le dissipateur de la figure 2 se compose également d'un cylindre 26 fermé à ses extrémités de façon étanche par un fond 27 et un contre- piston 28, dans lequel coulisse une tife creuse 29. La tige porte un piston en deux pièces 30 et 31, qdi divisent le cylindre 26 en deux cham- bres de travail 32 et 34 et une- chambre auxiliaire intermédiaire 33. Dans la chambre 33 se trouve un anneau creux 35, en matière élastique, tel que caoutchouc par exemple, rempli d'air ou tout autre *-az sous faible pression. Une broche 36, solidaire du fond 27, coulisse de façon étanche dans la tige creuse 29. Les demi-pistons 30 et 31 sont pourvus respectivement de clapets 37, 38 et de valves 39 - 40 semblables et remplissant les mêmes fonctions que ceux de la figure 1. Le fonctionnement de ce dissipateur est similaire à celui de la première variante, mais l'anneau 35 a ici un effet supplémentaire. En effet, lorsque l'on comprime l'appareil suivant la flèche f3, le liquide chassé de la chambre 34 ne peut pas passer entièrement dans la chambre 32 car celle-ci n'augmente que d'un volume plus faible en raison de la différence de diamètre des tiges 29 et 36. Le volume excédentaire de liquide doit pouvoir trouver sa place dans la chambre auxiliaire 33, en comprimant l'anneau creux 35 qui prend la forme 351 avec augmentation de sa pression interne. Dans le cas d'une traction sur la tige 29, dans le sens de la flèche f4, c'est le contraire qui se produit. L'anneau creux 35 se gonfle sous l'effet de sa pression intérieure et chasse le liquide complémentaire de la chambre 33, à travers la valve 40, vers la chambre 34, dont le volume augmente plus vite que ne diminue celui de la chambre 32. Dans cette variante l'anneau creux 35 permet non seulement de compenser les variations de volume de liquide dues aux variations des températures internes et ambiantes, mais aussi celles dues aux mouvements de la tige. Ainsi les chambres de travail 32 et 34 sont toujours mainte- nues pleines et prêtes à fonctionner dans tous les cas et toutes les positions. La broche 36 qui ne sert qu'à diminuer le volume de liquide à compenser, pourrait être supprimée dans certains cas, par exemple si les mouvements sont de faible amplitude, ou si les efforts à amortir sont faibles et permettent de réduire le diamètre de la tige 29. Le dissipateur représenté par la figure 3 comporte un cylindre 41, dans lequel se meut un piston 42 unique, fixé sur une tige 43, et qui divise l'intérieur du cylindre 41 en deux chambres de travail 44 et 45. Un tube extérieur 46 de plus grand diamètre, forme avec le cylindre 41 un espace annulaire. Une enveloppe élastique,par exemple en caoutchouc, est fixée de façon étanche, par son bord supérieur 48 sur le cylindre 41, et par son bord inférieur 49 au tube 46, en formant deux chambres annu- laires 50 et 51. Le fond 52 qui ferme à la fois le tube 46 et le cylindre 41, fait communiquer la chambre de travail 44 avec la chambre auxiliaire 51 à travers un clapet à forte résistance 53 et, en sens inverse, à travers des valves 54 constituées d'une rondelle maintenue par un très faible ressort. Un contre-piston 55 ferme de façon étanche la chambre 45. Il est pourvu d'une vis 56 qui peut servir à l'évacuation de l'air et au remplissage en liquide, lors du montage. Le piston 42 comporte, sur chacune de ses deux faces, un ou plusieurs clapets 57 et 58, chargés convenable- ment par des ressorts tarés qui déterminentcomme dans les variantes pré- cédentes, les résistances respectives du dissipateur en extension et en compression. L'enveloppe élastique 47 est préformée pour tendre à donner à la chambre auxiliaire 51 un volume minimum tel que représenté en traits interrompus dans la partie inférieure de la figure, ce qui correspondrait à la position haute maximum du piston 42. En cas de déformation de l'en- veloppe, son élasticité tendra à lui faire reprendre sa forme initiale. Si nécessaire, pour augmenter son élasticité, on pourra prévoir une arma- ture par des ressorts métalliques. Lors d'un effort de compression, le piston 42 descend et force une partie du liquide de la chambre 44 vers la chambre 45, avec laminaSe au passage du clapet 58 et de l'orifice étranglé qu'il découvre. Mais le volume chassé de la chambre 44 est supérieur à l'augmentation de volume de la chambre 45 à cause de la pénétration de la tige 45, si bien qu'une partie du liquide doit passer dans la chambre 51, en forçant l'ouverture du clapet 53; l'enveloppe élastique 47 se distend et prend la forme 47'. La pression engendrée par l'élasticité de l'enveloppe 47, et qui s'exerce sur l'équivalent de la section de la tige 43, ajoute naturellement sa résistance à celles données par les clapets 58 et 53. En sens inverse, un effort de traction sur la ti.-e 43 produit une compression du liquide dans la chambre 45 et un passage de liquide dans la chairbre 44 avec laminage à travers l'ouverture étranglée offerte par le clapet 57. Pour compenser le retrait de la tige 43, une quantité complémentaire de liquide passe de la chambre 51 vers la chambre 44 par la valve 54. Ce liquide complémentaire n'est pas aspiré, mais poussé par la contraction de l'enveloppe élastique 47, d'o un remplissage permanent des deux chambres de travail 44 et 45 sans dépression ni cavitation. Le dissipateur est alors apte à fonctionner efficacement à tout moment et dans toutes les positions. Il est également évident qu'un tel dissipateur peut travailler aussi pour des très petit déplace- ments et cela après de très longues périodes d'immobilisation, sans nécessiter un amorçage quelconque. Bien entendu, l'invention n'est pas strictement limitée aux modes de réalisation qui ont été décrits à titre d'exemple, mais elle couvre également les réalisations qui nten différeraient que par des détaXls, par des variantes d'exécution ou par l'utilisation de moyens équivalents. On pourrait ainsi prévoir, à la place des enveloppes de caoutchouc 13, 35 ou 47, de constituer une paroi élastique des chambres auxiliaires 11, 33 ou 51 au moyen de soufflets métalliques étanches. On pourrait aussi prévoir, dans la version de la figure 3, d'utiliser comme chambre auxiliaire tout l'espace annulaire entre les tubes 41 et 46, et en disposant dans cet espace annulaire un ou plusieurs anneaux creux du genre de celui représenté en 35 à la figure 2. Dans toutes ces variantes la chambre auxiliaire est toujours à faible pression, et isolée par un clapet ou un étranglement des fortes pressions engendrées dans les chambres de travail lors d'un choc appliqué à l'appareil. Mais la pression permanente dans la chambre auxiliaire, maintenue par sa paroi élastique, permet d'assurer le remplissage perma- nent sous légère pression des chambres de travail même à l'état de repos l'huile est ainsi constamment isolée de l'air et la libération des gaz dissous est rendue pratiquement impossible. E REVENDICATIONS 1. Dissipateur hydraulique de l'énergie d'une masse en mouvement, du type constitué par un cylindre contenant un liquide et séparé en deux chambres de travail par un piston lié à la masse en mouvemento le mouvement du piston engendre, selon le sens du mouvement, une pression dans l'une des deux chambres de travail, forçant ainsi une partie du liquide à passer dans l'autre chambre à travers des passages étranglés o il est laminé avec transformation d'énergie mécanique en chaleur, caractérisé par le fait que le dispositif est entièrement rempli de liquide et par le fait que l'une au moins des chambres de travail 10-12 communique avec une chambre auxiliaire 11 intégrée à l'appareil,également entièrement remplie de liquide, et à au moins une paroi élastique 13 maintenant une pression minimale dans la chambre auxiliaire, la communi- cation entre la chambre auxiliaire 11 et la ou les chambres de travail 12 étant réalisée par l'intermédiaire d'un système à clapets tarés laissant un libre passage de la chambre intermédiaire vers la chambre de travail, et ne permettant le passage inverse que sous l'effet d'une plus forte pression engendrée par le piston dans la chambre de travail. 2. Dissipateur hydraulique selon revendication 1, caractérisé par le fait que les parois élastiques de la chambre auxiliaire sont cons- tituées par une enveloppe souple 13-35, étanche,gonflée par un gaz compressible à une pression au moins égale à la pression minimale à maintenir dans le liquide. 3. Dissipateur hydraulique selon revendication 1, caractérisé par le fait que les parois élastiques de la chambre auxiliaire sont consti- tuées par un soufflet métallique étanche. 4. Dissipateur hydraulique selon revendication 1, caractérisé par le fait que les parois élastiques de la chambre auxiliaire sont cons- tituées par une membrane élastique étanche préformée 47. 5. Dissipateur hydraulique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la chambre auxiliaire est formée dans l'épaisseur même du piston qui est alors en deux parties 7-8 déli- mitant chacune l'une des chambres de travail 10-12 et enserrant la chambre auxiliaire 11,chacune des deux parties de piston comportant au moins un clapet 22 - 25 permettant le libre passage du liquide seulement de la chambre auxiliaire vers la chambre de travail concernée, et au moins un passage étranglé avec un clapet taré 20 - 24 permettant le passa- 8 2478763 ge avec laminage de la chambre de travail vers la chambre auxiliaire, et de là vers lVautre chambre de travail. 6. Dissipateur hydraulique selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4 caractérisé par le fait que la chambre auxiliaire est une chafibre annulaire 51 entourant extérieurement le cylindre de travail, et communique avec l'une des chambres de travail 44 par le système à clapets 53-54 disposé sur le fond fixe de celle-ci.