Brevet FR2475758A1 — publié le 19810814

La présente invention concerne un régulateur à commande électromagnétique pour circuits hydrauliques, prévu pour commander à la fois le débit d'alimentation d'un fluide provenant d'une source de fluide sous pression vers un dispo- sitif utilisateur et le débit d'évacuation depuis le dispo- sitif utilisateur vers l'évacuation proprement dite. C'est un but de l'invention de créer un régulateur de ce type dans lequel le contrôle du débit ne soit pas affecté par les variations de pression pouvant éventuellement apparaître entre une zone située à l'amont et une zone située à l'aval par rapport au régulateur lui-même. Le régulateur selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend essentiellement: une chambre d'alimentation qui communique par l'inter- médiaire d'une conduite d'alimentation avec la source, une chambre d'utilisation qui communique par l'intermédiaire d'une conduite d'utilisation avec le dispositif utilisateur, une chambre d'évacuation qui communique par l'intermédiaire d'une conduite d'évacuation avec l'évacuation, lesdites chambres étant formées dans un corps de la soupape; un tiroir ou soupape à glissière mobile axialement à l'intérieur dudit corps et pourvu d'un premier organe de soupape dont la fonction est de régler l'ouverture d'un premier orifice de passage entre les chambres d'alimentation et d'utilisation, et un second organe de soupape dont la fonctron est de régler l'ouverture d'un second orifice de passage entre les chambres d'utilisation et d'évacuation, alors qu'une force élastique exercée par un ressort agit sur le tiroir et qu'-une force engendrée par le fluide est amenée à agir sur une surface active du tiroir; un premier et un second organe d'interception respecti- vement disposés dans la conduite d'utilisation et dans la conduite d'évacuation pour régler la différence de pression à l'amont et à l'aval desdits organes d'interception, l'ouver- ture du premier organe d'interception étant commandée par des premiers moyens qui détectent la pression du fluide dans une première zone prédéfinie le long de la conduite d'alimentation et dans une seconde zone prédéfinie le long de la conduite d'utilisation et qui font varier l'ouverture respective quand il y a variation de la différence entre les deux pressions et du débit qui la traverse, l'ouverture du second organe d'in- terception étant commandée par des seconds moyens qui détec- tent la pression du fluide dans la seconde zone prédéfinie le long de la conduite d'utilisation et dans une troisième zone prédéfinie le long de la conduite d'évacuation qui font varier l'ouverture respective quand il y a variation de la différence entre les deux pressions et du débit qui la traverse. Le régulateur de l'invention est décrit plus en détail ci-après pour une forme de réalisation, référence étant faite aux dessins ci-annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique d'un circuit hy- draulique dans lequel est inséré le régulateur selon la pré- sente invention; et - les figures 2 et 3 sont des vues en coupe schématiques du régulateur de l'invention, dans deux positions de fonction- nement différentes. Le régulateur selon l'invention, indiqué par la réfé- rence 1 sur la figure 1, est propre à être inséré dans un circuit hydraulique du type représenté sur la figure pour commander le débit d'un fluide d'alimentation circulant entre une source de fluide pressurisé, telle qu'un accumula- teur hydraulique 2 et un dispositif utilisateur 3; le régula- teur est prévu également-pour commander le débit du fluide qui est évacué de ce dispositif utilisateur en direction d'un réservoir d'évacuation 4. Le régulateur, représenté schématiquement sur les fi- gures 2 et 3, comprend un corps 8 dans une cavité duquel peut se déplacer un tiroir ou soupape à glissière 9; la surface latérale de cette dernière définit pratiquement, avec la sur- face de la cavité, trois chambres, à savoir: une chambre d'alimentation 10, une chambre d'utilisation 11 et une chambre d'évacuation 12, chacune communiquant respectivement avec une conduite d'alimentation 13, une conduite d'utilisation 14 et une conduite d'évacuation 15. La première de ces conduites est prévue pour pouvoir être reliée à l'accumulateur hydrau- lique 2 par l'intermédiaire d'une section de tube 16 (figure 1), la seconde pour être en communication avec le dispositif utilisateur 3 par l'intermédiaire d'une section de tube 17, et la troisième peut être mise en communication avec le réservoir 4 par l'intermédiaire d'une section de tube 18. La chambre d'alimentation 10 et la chambre d'utilisa- tion 11 peuvent être mises en communication par l'intermé- di.aire d'un orifice 21 dont l'ouverture est réglée par un organe de soupape 22 formé sur le tiroir 9(qui est constitué dans le présent mode de réalisation par une surface conique); la chambre d'utilisation 11 et la chambre d'évacuation 12 peuvent être mises en communication réciproque par l'inter- médiaire d'un orifice 23 (figure 3) dont l'ouverture est re-Zglée par un organe de soupape 24 également formé sur le tiroir 9. - Sur l'extrémité de droite du tiroir 9 tel que prévu sur les figures 2 et 3 est appliquée la force exercée par un ressort hélicoïdal 25 disposé entre le fond d'un siège 26 du tiroir et un épaulement 27 du corps 8, l'autre extrémité du tiroir 9 est pourvue d'une surface active 28 pénétrant dans une cavité 29 du corps 8 et fermant cette cavité. Par l'intermédiaire d'une conduite 32 dans laquelle est monté un dispositif d'étranglement 33 pourvu d'un alésage de dia- mètre prédéterminé (et de toute manière plus faible que celui de la conduite), la cavité 29 communique avec la conduite d'alimentation 13. En outre, la cavité 29 communique avec l'évacuatirn au moyen d'une conduite 34 dans laquelle est disposée une bille ou tout autre corps analogue 35 prévu pour coopérer avec un siège associé et régler un orifice de passage dans la conduite, ladite bille pouvant être poussée contre le siège par une tige 38 d'un électro-aimant 39. Sur le parcours de la conduite d'utilisation 14 et de la conduite. d'évacuation 15 sont respectivement disposés un premier et un second organes d'interception 36 et 37 dont la fonction est de régler, d'une manière qui sera décrite ci- après, la différence de pression à l'amont et à l'aval desdits organes d'interception. L'ouverture du premier organe d'inter- ception 36 est commandée et réglée par des premiers moyens capables de détecter la pression du fluide dans une première zone prédéfinie 40 le long de la conduite d'alimentation 13 et dans une seconde zone prédéfinie 41 le long de la conduite d'utilisation 14 et de faire varier l'ouverture relative en fonction de la variation de la différence entre les deux pressions; l'ouverture du second organe d'interception 37 est commandée l2t réglée par des seconds moyens susceptibles de détecter la pression du fluide dans la seconde zone prédéfinie 41 et dans une troisième zone prédéfinie 42 le long de la conduite d'évacuation 15 et de faire varier l'ouverture relative en fonction de la variation de la différence entre les deux pressions et du débit qui le traverse. Dans le mode de réalisation représenté, ces moyens comprennent une tige 43 mobile axialement dans un alésage correspondant du corps 8 et pourvue d'une tête 44 venant s'appliquer contre une bille 45 prévue pour coopérer avec un siège correspondant; un ressort hélicoïdal 46 susceptible de pousser la tige vers la gauche, comme vu sur les figures 2 et 3, est disposé entre la tête 44 et un épaulement du corps 8; comme le montrent clairement les figures, chaque ensemble formé par la tige et la bille qui lui correspond est pourvu de deux surfaces actives 47, 48, celles de l'organe d'interception 36 étant exposées aux pressions du fluide dans les première et seconde zones respectives 40 et 41, et celles de l'organe d'interception 37 étant exposées aux pressions du fluide dans lesdites seconde et troisième zones 41 et 42. Dans le mode de réalisation représenté, la section transversale de contact de la bille avec les conduites 41 et 42 a des dimensions telles que les surfaces actives 47 et 48 ont la même aire, et que, de ce fait, si dans les deux zones 40 et 41, ou 41 et 42, règne la même pression, la résultante appliquée par lesdites pressions sur chaque tige devient nulle: en conséquence, la tige n'est poussée, vers la gauche sur les figures, que par l'action du ressort 46 qui lui est associé. Une section de conduite 52 parallèle à la conduite d'alimentation 14, relie la seconde zone 41 à une quatrième zone 53 à l'aval de l'organe d'interception 36; le long de cette section de conduite est insérée une soupape de non retour 54 susceptible de laisser passer le fluide provenant de la quatrième zone 53 vers la seconde zone et d'empêcher le passage du fluide en direction inverse. Le fonctionnement du régulateur de débit décrit est le suivant: On supposera que le débit d'alimentation entre l'accumu- lateur 2 et le dispositif utilisateur 3 ait besoin d'être réglé. Si ce débit doit être le débit maximal permis par le régula- teur, l'électro-aimant 39 sera maintenu dans une position dans laquelle sa tige 38:- est amenée dans sa position de fin de course sur la gauche, ce qui fait que l'orifice communiquant avec la conduite 34 et commandé par la bille 35 reste complè- tement ouvert. Dans ces conditions, le fluide provenant de la conduite d'alimentation 13 (figure 2) et qui atteint le régulateur pénètre dans la cavité 29 par la conduite 32 et l'alésage de l'élément d'étranglement inséré dans cette conduite, et il peut s'écouler librement de la cavité 29 en direction de la conduite d'évacuation 34; la pression qui se constitue dans ladite cavité est pratiquement nulle en raison du passage-du fluide par l'alésage de l'élément d'étran- glement 33, et également de l'évacuation libre par la conduite 34. Il en résulte que du fait qu' aucune force n'agit en pra- tique sur la surface active 28 du tiroir 9, ce dernier occupe la position représentée sur la figure 2 sous l'action du ressort hélicoïdal 25; l'orifice 21 entre la chambre d'alimen- tation 10 et la chambre d'utilisation 11 est totalement ouvert et laisse le passage libre pour le fluide entre la première, et la seconde chambre et entre cette dernière et le dispositif d'utilisation, par l'intermédiaire de la conduite 14 du régu- lateur de débit. Si l'on doit réduire le débit d'alimentation, l'opérateur agit sur l'électro-aimant 39 de manière à déplacer la tige 38 vers la droite (comme vu sur la figure 2) et fermer la conduite 34 selon le degré de fermeture désiré au moyen de la bille 35. Il est clair que la réduction de l'orifice de passage dans la conduite 34 donne naissance à une augmentation de pression dans la cavité 29, avec pour conséquence que la résultante des forces de pression qui agit sur la surface active 28 augmente et que, de ce fait, le tiroir est amené à se déplacer vers la droite en surmontant la réaction élastique du ressort hélicoïdal 25. A chaque degré de ferme- ture de l'orifice de passage de la conduite 34 correspond donc une ouverture bien définie de l'orifice 21 et, en conséquence, un débit bien défini du fluide circulant dans le régulateur. Le fluide qui s'écoule de la chambre d'utilisation 11 en direction du dispositif utilisateur traverse le premier 6 2475758 organe d'interception 36 dont l'ouverture dépend des pressions du fluide respective pa et pu régnant dans les première et seconde zones 40 et 41 de la conduite d'alimentation 13 et de la conduite d'utilisation 14. En fait, le fluide engen- dre sur les surfaces actives 47 et 48 de l'organe d'inter- ception 36 les résultantes Ra, Ru dont la valeur, si S désigne l'aire de ces surfaces supposées égales, est de R P S a a Ru P S (1) Si F désigne la force exercée par le ressort 46 dans une posi- tion d'équilibre général de la tige 43, on a dans ladite posi- tion S (P a Pu) S Ap = F (2) En conséquence, il est clair que la variation de pression Ap entre les deux zones 40 et 41 dépend de la force F exercée par le ressort 46, et il en résulte que lorsqu'on choisit correctement ce dernier, on peut obtenir une variation A prédéterminée entre lesdites zones, variation qui reste cons- tante alors que les conditions d'alimentation et d'utilisation peuvent varier. En fait, si on suppose par exemple que Pu a tendance à diminuer, il en résulte selon l'équation (2) qu'il y a équilibre des forces sur la tige 43 dont la résultante agit de manière à déplacer ladite tige vers la droite (figure 2); à cette nouvelle condition ainsi obtenue correspond un rapprochement de la bille 45 par rapport à son siège et de ce fait un degré de fermeture plus élevé de l'organe d'inter- ception 36 qui entraîne une réduction de la section de passage du courant dans ledit organe, et de ce fait une augmentation de la pression dans la zone 41. Cependant, cette augmentation de pression tend à ramener la tige 43, selon l'équation (2), dans sa position d'équilibre initiale. Un résultat analogue (retour à la position d'équilibre initiale de la tige 43) serait obtenu en supposant une augmentation de la pression t ou toute variation de la pression pa. Ainsi, l'organe d'interception 36, quelles que soient les variations de pa et Pu, tend à reprendre sa position d'équilibre d'origine, avec pour conséquence que le saut ou différence de pression Ap entre les deux zones 40 et 41 reste constant. Un déplacement par rapport à cette position donne naissance à des variations de surface en section de l'organe d'interception 36 qui produisent des variations de la pression pu telles qu'il y a retour automatique à ladite pos it:Lorn. Il est clair que du fait que la différence Ap de la pression entre les zones 40 et 41, et de ce fait entre la chambre d'alimentation 10 et la chambre d'utilisation 11, est maintenue constante, le résultat est que le débit commandé par le régulateur ne dépend que de la position occupée par le tiroir 9 en fonction de la pression de commande déterminée à l'aide de l'électro-aimant 39. Si on utilise le régulateur pour commander le débit d'évacuation, on ferme, en agissant sur l'électro-aimant 39, le passage dans la conduite d'évacuation 34, jusqu'à ce qu'on obtienne une augmentation de la pression dans la cavité 29, ce qui amène le tiroir 9 dans une position semblable à1 celle représentée sur la figure 3 dans laquelle l'élément de soupape 24 ouvre l'orifice 23 entre la chambre d'utilisation 11 et la chambre d'évacuation; la position représentée sur la figure 3 est celle de la fin de course du tiroir dans laquelle l'orifice de décharge est totalement ouvert; dans cette position, et comme on le voit clairement sur la figure 3, le tiroir ferme l'orifice 21 (figure 2) entre la chambre d'alimentation 10 et la chambre d'utilisation 11. Le réglage de l'orifice d'évacuation 23 peut être obtenu en agissant sur l'électro-aimant 39 selon des modalités sem- blables à celles décrites pour l'ouverture de l'orifice d'ali- mentation 21. Le fluide parvient du dispositif utilisateur 3 (figure 1) dans la conduite 14 (figure 3) du régulateur, traverse la section de conduite 52 en ouvrant la soupape de non retour 54, pénètre d'abord dans la chambre d'utilisa- tion 11 puis dans la chambre d'évacuation 12 en passant par l'orifice 23, pour ensuite s'écouler vers l'évacuation en passant par la conduite d'évacuation 15 dans laquelle est inséré l'organe d'interception 37. Lors de l'évacuation du fluide, la variation de pression Ap entre la pression pu définie ci-dessus qui règne dans la zone 41 et la pression ps qui règne dans la zone 42 le long de la conduite d'évacuation 15 est maintenue constante du fait de l'action de l'organe d'interception 37 dont le fonctionne- ment, qui est totalement similaire à celui de l'organe d'in- terception 36, ne sera pas décrit plus en détail. Ainsi, même pend-nt l'évacuation, d'éventuelles variations des conditions du dispositif utilisateur et de l'évacuation n'ont pas d'influence sur le débit du fluide qui circuLe dans le régulateur et ne dépend que de la position occupée par le tiroir 9. Il est clair que des modifications et des variantes peuvent être apportées au mode de réalisation de la présente invention décrit et illustré, aussi bien dans sa forme que dans la disposition de ses différentes parties, et ce, sans s'écarter du champ d'application de ladite invention. En particulier, les organes d'interception 46, 47 peuvent avoir une structure différente de celle qui a été décrite, à condi- tion qu'ils comprennent des moyens permettant de détecter la pression du fluide dans deux zones différentes et prédé- finies le long des conduites d'alimentation et d'utilisation ou le long des conduites d'utilisation et d'évacuation, et de modifier les ouvertures respectives en fonction de la varia- tion de la différence entre lesdites pressions et du débit qui les traverse, de manière à assurer une différence de pression constante entre les deux zones prédéfinies. a REVENDICATIONS 1. Régulateur de débit propre à être inséré entre une source de fluide pressurisé et un dispositif utilisateur dudit fluide, et entre le dispositif utilisateur et l'évacua- tion de manière à commander le débit du fluide allant de la source au dispositif utilisateur et du dispositif utilisateur à l'évacuation, caractérisé en ce qu'il comprend: une chambre d'alimentation (10) qui communique par l'intermédiaire d'une conduite d'alimentation (13) avec la source, une chambre d'utilisation (11) qui communique par l'intermédiaire d'une conduite d'utilisation (14) avec le dispositif utilisateur, une chambre d'évacuation (12) qui communique par l'intermédiaire d'une conduite d'évacuation (15) avec l'évacuation, lesdites chambres étant formées dans un corps de soupape; un tiroir (9) ou soupape à glissière mobile axialement à l'intérieur du corps (8) et pourvu d'un premier organe de soupape (22) dont la fonction est de régler l'ouverture d'un premier orifice de passage (21) entre les chambres d'alimen- tation (10) et d'utilisation (11), et un second organe de soupape (24) dont la fonction est de régler l'ouverture d'un second orifice de passage (23) entre les chambres d'utilisa- tion (11) et d'évacuation (12), alors qu'une force élastique exercée par un ressort (25)agit sur le tiroir (9) et qu'une force engendrée par le fluide est amenée à agir sur une surface active (28) du tiroir; un premier (36) et un second (37) organe d'interception, respectivement disposés dans la conduite d'utilisation (11) et dans la conduite d'évacuation (15) pour maintenir constante la différence de pression à l'amont et à l'aval desdits organes d'interception, l'ouverture dudit premier organe d'intercep- tion (36) étant commandée par des premiers moyens qui détec- tent la pression du fluide dans une première zone (40) pré- définie le long de la conduite d'alimentation (13) et dans une seconde zone (41) prédéfinie le long de la conduite d'utilisation (14) et-qui font varier l'ouverture respective quand il y a variation de la différence entre les deux pressions et du débit qui passe par ladite ouverture, l'ou- verture du second organe d'interception (37) étant commandée par des seconds moyens qui détectent la pression du fluide dans la seconde zone (41) prédéfinie le long de la conduite d'utilisation (14) et dans une troisième zone (42) prédéfinie le long de la conduite d'évacuation (15) et qui font varier l'ouverture respective quand il y a variation de la différence entre lesdites deux pressions et du débit qui passe par la- dite ouverture. 2. Régulateur de courant selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premiers moyens comprennent un premier organe mobile (43, 44, 45) dans un siège correspondant du corps, pourvu de deux surfaces actives (47, 48) dont l'une (47) est exposée au fluide de la première zone (40) et l'au- tre (48) est exposée au fluide de la seconde zone;(41), l'or- gane mobile étant soumis à la sollicitation d'un ressort (46) et relié au premier organe d'interception (36). 3. Régulateur de courant selon la revendication 1, caractérisé en ce que les seconds moyens comprennent un second organe mobile (43, 44, 45) dans un siège correspondant du corps,pourvu de deux surfaces actives (47, 48) dont l'une (47) est exposée au fluide de la seconde zone (41) et l'autre (48) est exposée au fluide de la troisième zone (42), l'organe mobile étant soumis à la sollicitation d'un ressort (46) et relié au second organe d'interception (37). 4. Régulateur de courant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chacun desdits premier et second organes d'interception (36, 37) comprend une bille (45) propre à fermer un siège correspondant constitué respectivement dans la conduite d'utilisation (14) et dans la conduite d'évacuation (15). 5. Régulateur de courant selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que chacun des ressorts (46) desdits premier et second moyens tend normalement à pousser l'organe mobile respectif dans une direction qui maintient ouvert l'organe d'interception correspondant. 6. Régulateur de courant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la conduite d'utilisation (14) comprend une section de conduite (52) propre à mettre en communication la seconde zone (41) avec une qua- trième zone ((53) le long de la conduite d'utilisation (14) et à l'aval de la seconde zone (41), une soupape de non retour (54) étant prévue dans la conduite (52) pour rester fermée il lorsque le fluide passe par la conduite d'utilisation (14) et coule de la chambre d'utilisation (11) en direction du dispositif utilisateur et pour rester par contre ouverte quand le fluide passe par la conduite d'utilisation (14) et s'écoule en direction opposée. 7. Régulateur de courant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface active (28) du tiroir (9) forme la surface d'une cavité (29) dans le corps qui est en communication à la fois avec la conduite d'alimentation (14) par l'intermédiaire d'un étran- glement (33) et avec l'évacuation, un troisième organe d'in- terception commandé électromécaniquement étant inséré entre ladite cavité et l'évacuation, cet organe étant propre à faire varier l'ouverture de l'orifice de passage entre la cavité et l'évacuation de manière à faire varier de manière contrôlée la pression du fluide contenu dans ladite cavité et commander le mouvement dudit tiroir (9).