Brevet FR2476760A1 — publié le 19810828

La présente invention concerne les moteurs hydrauliques volumétriques et plus particulièrement des moteurs destinés à actionner un organe ou un dispositif quelconque sous la commande automatique d'un écoulement de fluide sous pression quelconque. L'invention sera décrite par la suite dans une application à la commande automatique d'une pompe doseuse destinée à l'injection par exemple d'un engrais liquide dans un circuit d'eau sous pression, ce circuit assurant ladite commande automatique du moteur hydraulique volumétrique. Un tel système est connu en soio On utilise généralement un moteur à piston ma par le fluide sous pression, de l'eau d'irrigation par exemple dans laquelle on veut introduire périodiquement et automatiquement des quantités dosées d'un engrais liquide. La tige du piston action- ne par l'intermédiaire d'un système de levier réglable la tige de commande de d'une pompe volumétrique doseuse injectant dans le circuit d'eau l'en- grais liquide, le déplacement alternatif du piston étant commandé par un distributeur à tiroir. Le probleme majeur qui se pose dans ce genre d'installation concerne la commande du déplacement alternatif de la tige d'actionnement du moteur et plus particulierement la commande et le contrôle de la distribution du fluide de commande sans rupture de continuité de la circula- tion de ce dernier dans la circuit duquel est interposé le moteur. Un autre problème que l'on rencontre est celui de la résistance à l'abrasion à la fois du piston et du tiroir distributeur du fait que très souvent l'eau sous pression actionnant le moteur est chargée de sable. LXinvention a précisément pour but de résoudre ces problemes en proposant un moteur hydraulique volumétrique susceptible d'entratner, suivant un mouvement alternatif, un organe ou dispositif quelconque, sous la commande d'un fluide sous pression, de maniere automatique, sans aucune intervention d'une énergie extérieure et ne présentant pas les inconvénients des dispositifs ou installations actuellement connus. A cet effet, l'invention a pour objet un moteur hydraulique volumétrique interposé dans un circuit de fluide sous pression et susceptible de déplacer de manière alternative une tige diactionnement d'un organe ou dispositif quelconque, caractérisé en ce qui comprend un carter comportant un orifice d'entrée et un orifice de sortie du fluide sous pression, une membrane souple solidaire de la tige d'actionnement, un distributeur constitué par deux soupapes à clapet dont les sièges sont disposés de manière à diriger le fluide entrée alternativement d'un coté et de l'autre de la membrane et à permettre.l'évacuation du fluide vers l'orifice de sortie et un système de commande simultanée du déplacement en sens contraire des deux soupapes comprenant un palonnier basculant dont les extrémités sont reliées aux tiges des soupapes et un dispositif-à bascule interposé entre ladite tige d'actionnement et le palonnier et propre à commander de manière brusque et irréversible le basculement du palonnier d'une position dans l'autre lorsque la tige d'actionnement, dans sa course de déplacement dans un sens ou dans l'autre,atteint un certain seuil déterminé. Suivant un mode de réalisation préféré, ledit dispositif à bascule comprend une première bascule dite de commande actionnée par une bielle reliée à la tige d'actionnement et une seconde bascule dite de verrouillage actionnée par la première bascule et solidaire en rotation du palonnier, les deux bascules étant du type à positionnement brusque et élastique dans l'un ou l'autre de deux états stables après franchissement d'un point mort de non-retour. Afin d'avoir un actionnement du palonnier plus franc et rapide, l'actionnement de la seconde bascule par la première se fait par une fourchette solidaire de la première bascule et dont l'un ou l'autre des deux doigts est susceptible d'entrer en contact avec un toc solidaire de la seconde bascule, l'entrée en contact se produisant après que la première bascule a franchi le point de basculement. En outre, afin de rattraper le déplacement relatif entre la tige d'actionnement et la bielle commandant la première bascule à chaque basculement de cette dernière, la liaison entre cette dernière et la bielle commandant la première bascule est réalisée par un doigt solidaire de la tige d'actionnement et se déplaçant dans une lumière allongée conformée dans ladite bielle de manière que cette dernière ne réagisse pas sur la tige d'actionnement après le passage du point de basculement de la première bascule. Un tel moteur présente l'avantage d'une commutation très rapide du fluide moteur d'un cOté à l'autre de la membrane et du fluide passif (après avoir fourni son travail) de l'un ou l'autre des cotés de la membrane vers l'orifice de sortie, sans perturbation sensible de l'écoule- ment général du fluide sous pression à l'intérieur du carter du moteur. Cette commutation franche et brusque se produit automatiquement de manitre absolument autonome, stre et irréversible, grace au système de déclenchement à double bascules du type tumbler. En outre, les organes mobiles du moteur en contact avec le fluide, ctest à dire les soupapes et la membrane, ainsi que les sièges de soupa-pe présentent une excellente résistance à l'usure et à l'abrasion notamment dans le cas où le fluide moteur est de l'eau d'irrigation, laquelle comporte très souvent du sable. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement et en regard des dessins annexés sur lesquels - fig 1 est une coupe illustrant schématiquement le principe général du moteur volumétrique selon l'invention dans son application à la commande d'une pompe doseuse injectant un engrais liquide dans de l'eau d'irrigation sous pression - fig 2 représente une vue de dessus en écorché partiel avec éclatement des pièces à des fins de clarté d'un moteur selon le principe de la fig 1 - fig 3 représente une vue de gauche du dispositif de la fig 2, la tige d'actionnement du moteur étant en fin de descente et ayant amené la première bascule au point de basculement, et - fig 4 est une vue similaire à celle de la fig 3 après bascu lement de la première bascule et donc de la deuxième, c'est à dire inversion de la position mutuelle des deux soupapes et début de remontée de la tige motrice. L'installation représentée schématiquement sur la fig 1 comprend un moteur hydraulique volumétrique 1 actionnant une pompe volumétrique doseuse 2 chargée d'injecter de l'engrais liquide 3 dans une canalisation 4 d'eau d'irrigation dans laquelle est interposé le moteur 1. Le moteur 1 comporte un carter 5 pourvu d'un orifice d'entrée 6 relié à la canalisation (non représentée) d'amenée de l'eau sous pression et d'un orifice de sortie 7 relié à la canalisation 4, elle mime connectée au réseau d'irrigation. Le carter 5 délimite une chambre volumétrique séparée en deux compartiments 8 et 9 par une membrane souple 10 dont la partie centrale est enserrée entre deux flasques il solidaires d'une tige d'actionnement 120 Cette dernière agit sur un levier 13 pivotant autour d'un axe fixe 14 et sur lequel est fixée, suivant différentes positions possibles le long du levier39 l'extrémité de la tige de commande 15 de la pompe doseuse 2. La pompe 2 tourillonne en 16 sur le. carter 5. Son orifice d'entrée 17 est relié par une canalisation 18 à un récipient 19 contenant l'engrais liquide 3 et son orifice de sortie 20 est relié par une canalisation 21 à la canalisation 4 située en aval du moteur 1. La commutation des flux de circulation du fluide moteur dans l'un ou l'autre des deux compartiments 8 et 9 de la chambre volumétrique se fait par un jeu de deux soupapes 22 et 23 coopérant avec des doubles sièges 22a et 22b, d'une part; et 23a et 23b, d'autre part. La soupape 22 commande l'envoi du fluide moteur d'entrée dans la chambre 8 ou dans la chambre 9 selon qu'elle est respectivement sur son siège 22b, comme représenté sur la fig 1, ou sur son siège 22a. A cst effet, la soupape 22 se déplace dans un compartiment 24 relié à l'orifice d'entrée 6 et communiquant avec les chambres volumétriques par les seuls orifices des sièges 22a, 22b. La soupape 23 commande l'évacuation du fluide après son travail en faisant communiquer la sortie 7 avec la chambre 9 ou la chambre 8 selon qu'elle est respectivement sur son siège 23a, comme représenté sur la fig 1, ou sur son siège 23b. A cet effet, la soupape 23 se déplace dans un compartiment 25 relié à l'orifice de sortie 7 et communiquant avec les chambres volumétriques 8 et 9 par les seuls orifices des sièges 23a, 23b. Les soupapes 22 et 23 se déplacent simultanément en opposition à l'aide d'un palonnier 26 dont les extrémités sont articulées sur les tiges 27 et 28 de commande des soupapes 22 et 23. Le palonnier 26 tourillonne on son centre sur un support symbolisé en 29 solidaire du carter 5. La commande du palonnier 26 est assurée par un arbre rotatif 30, commandé par un système à bascule symbolisé en 31 monté sur le carter 5 et lui-même actionné à partir de la tige motrice 12, par l'intermédiaire d'une liaison symbolisée en 32. Le principe général de fonctionnement de l'installation ci-dessus est le suivant, étant entendu que la structure et le fonctionnement détaillés du dispositif à bascule 31 seront donnés immédiatement après. On suppose que les organes mobiles de l'installation sont dans la position représentée en traits pleins de la fig 1. Le fluide moteur (eau sous pression symbolisé par les flèches en traits pleins 33) agit sur la tige 12 pour la faire remonter. La pompe doseuse 2 est actionnée de manière à aspirer par la canalisation 18 une dose déterminée d'engrais, laquelle sera expulsée par l'orifice de sortie 20 lors des mouvements de la tige 15. Ce type de pompe doseuse étant parfaitement connu ne sera pas décrit plus en détail dans sa structure et son fonc tionnement. Au cours de la remontée de la tige 12, l'eau contenue dans la chambre 9 est expulsée dans la conduite 4 selon le trajet des flèches en pointillés 34. Lorsque les flasques Il en remontant atteignent la position il', le système à bascule 31 se déclenche brusquement et fait pivoter la palonnier 26 dans son autre position extrtme pour laquelle sa soupape 22 repose sur son siège 22a et la soupape 23 sur son siège 23b. L'eau sous pression d'entrée est alors envoyée dans la chambre 9 et l'eau contenue dans la chambre 8 expulsée dans la conduite 4 par l'orifice du siège 23a. La tige 12 redescend et actionne la pompe 2 pour expulser la dose d'engrais aspirée lors de la course précédente de la tige 15, comme précédemment pour l'autre chambre de la pompe 2. Lorsque les flasques Il arrivent dans l'autre position extrtme 1 le système à bascule 31 se déclenche à nouveau mais dans l'autre sens. Le palonnier 26 est brusquement remis dans la position de la fig 1. La tige 12 va alors remonter et le cycle se répète automatiquement sans aucune intervention d'énergie extérieure pour commander ou contrôler le processus. La commutation de la circulation du fluide dans le moteur par inversion brutale, franche et irréversible des soupapes 22 et 23 n'introduit pratiquement aucun à-coup dans la circulation et le débit de l'eau sous pression dans la canalisation dans laquelle est interposé le moteur. Le dosage d'engrais se règle facilement en modifiant le bras de levier 35 par déplacement de la fixation de la tige 15 de la pompe 2 le long du levier 13, plusieurs trous de fixation 36 étant prévus à cet effet. On va maintenant décrire plus en détail le système à bascule en se reportant aux fig 2 à 4. Sur ces fig 2 à 4, les éléments, organes ou parties homologues de ceux représentés sur la fig 1 portent les mimes références numériques. Le carter 5 du moteur est réalisé en fonte sous forme de deux demi-coquilles 5a, 5b assemblées et boulonnées. Au niveau des orifices d'entrée et de sortie 6 et 7 sont prévues des brides 37 et 38 de raccordement aux canalisations d'amont et d'aval symbolisées par des brides de raccordement 39. Les chambres volumétriques 8 et 9 sont circulaires et séparées par la membrane 10 pincée à sa périphérie entre les demi-coquilles 5aX Sb (fig 3). La membrane 10 est, dans sa partie centrale, prise en sandwich entre deux flasques circulaires lla et lib fixés sur l'extrémité de la tige motrice 12, laquelle coulisse dans un puits 40 de guidage ménagé dans la demi-coquille 5b. La tige 12 est connectée au levier 13 par une chape-bielle 41. Le levier 13 est solidaire d'un étrier 42 pivotant autour de l'axe 14 porté par une équerre-support 43 rapportée sur la demi-coquille 5b. L'extrémité de la tige 15 de la pompe 2 est enfilée sur un axe 44 engagé dans l'un des trous 36 du levier 13 et dans des trous correspondants des branches de l'étrier 42. Le dispositif à bascule symbolisé en 31 sur la fig 1 est constitué d'une première bascule 45 dite de commande et d'une seconde bascule 46 dite de verrouillage. Ces deux bascules sont toutes les deux du type "tumbler", c'est à dire constituées d'une pièce pivotante autour d'un axe fixe susceptible de prendre deux positions extrêmes stables gracie à un ressort sollicitant ladite pièce dans l'une ou dans l'autre position après franchissement d'un point mort d'équilibre instable. La première bascule ou bascule de commande 45 comporte un bras 47 susceptible de pivoter autour d'un axe 48 solidaire du carter 5. Le bras 47 se déplace sous l'action d'une bielle 49 reliée à la tige d'actionnement 12. A cet effet, la bielle 49 est solidaire d'un arbre 50 sur lequel tourillonne le bras 47 et comporte à son autre extrémité une lumière allongée 51 dans laquelle coulisse un doigt 52 solidaire de la chape 41 et traversant le levier 13. Une vis 53 permet-de régler la course du doigt 52 dans la lumière 51. Sur l'arbre 50 tourillonne un manchon 54 sur lequel prena appui un ressort hélicoldal 55 dont l'autre extrémité prend appui sur un manchon 56 tourillonnant sur un arbre 57 porté par ltéquerre-support 43. La seconde bascule ou bascule de verrouillage 46 comporte un bras 58 solidaire d'un arbre 59 pivotant autour de l'axe 48 et solidaire du palonnier 26. A cet effet, l'arbre 59 tourillonne dans un manchon 60 solidaire du bras 47 dont la rotation est ainsi indépendante de celle de l'arbre 59. Le bras 58 porte à son autre extrémité un arbre 61 tourillonnant dans un manchon 62 servant d'appui à un ressort hélicoldal 63 dont l'au tre extrémité prend appui sur un manchon 64 tourillonnant sur un arbre 65 porté par une équerre-support 66 fixée au carter 5. La commande de la bascule 46 par la bascule 45 s'effectue par une fourche à deux doigts 67 et 68 conformée sur le bras 47 et coopérant avec un toc 69 rapporté latéralement au bras 58. Enfin, il est prévu une commande de mise au point mort verrouillant le palonnier 26 dans une position intermédiaire pour laquelle les deux soupapes 22 et 23 sont à mi-course, mettant hors service le moteur. Cette commande comporte un levier 70 à commande manuelle pourvu d'un creux en V 71 formant butée susceptible, par rotation du levier 70 autour d'un axe 72 solidaire du carter 5, de verrouiller un prolongement 73 de l'arbre 61 en position 61' un peu au delà de l'alignement avec les axes des arbres 59 et 65. On a représenté en 61" la seconde position stable de l'arbre 61 cependant que les deux positions extraies stables de l'arbre 50 sont représentées en 50' et 50" (fig 3 et 4). Par ailleurs, les soupapes 22 et 23 comportent des joints toriques 74 en matériau élastique approprié coopérant avec les sièges tronconiques 22a, 22b et 23a, 23b. Le fonctionnement du système à double bascule de commande du palonnier 26 est le suivant en se reportant aux fig 3 et 4. On considère tout d'abord la fig 3 et l'on part de la position du palonnier 26 représentée pour laquelle l'eau sous pression d'entrée (flèche 75) est envoyée dans la chambre volumétrique supérieure 9, provoquant ainsi la descente de la tige 12. Par ailleurs, on a vu qu'en meme temps, l'eau contenue dans la chambre inférieure 8 était expulsée par l'orifice du siège 23a. Sur la fig 3, la tige 12 est représentée dans sa position pres qu?en fin de course de descente. En effet, comme on peut le constater sur la figure, la tige 12 a entratné par l'intermédiaire du doigt 529 la bielle 49 dans uneposi- tion pour laquelle l'arbre 50 se trouve sur l'alignement des axes des arbres 57 et 59. La bascule 45 se trouve donc à son point de basculement. Dès que l'arbre 50 dépassera légèrement en descendant cette position, le bras 47 pivotera brusquement sous l'action du ressort- 55 et se mettra en position 47'. Ce pivotement fait entrer en contact le doigt de la fourchette 68 avec le toc 69. Le doigt 68 entraine brusquement le toc 69 au delà de la ligne d'équilibre joignant les axes des arbres 59 et 65 en sorte que la -seconde bascule 46 se place brusquement dans son autre état (position 6i" de l'arbre 6i). Le bras 58 qui est solidaire en rotation du palonnier 26 fait basculer celui-ci dans son autre état illustré par la fig 4. L'eau sous pression d'entrée (flèche 76) est dirigée dans la chambre inférieure 8 et l'eau se trouvant dans la chambre 9 est eXpulsée (flèche 77). La course de descente de la tige 12 starrête donc très peu de temps après le passage par 11 arbre 50 du point de non-retour ou d'inversion. A la fin du basculement brusque du bras 47, le doigt 52 se retrouve sensiblement à l'extrémité supérieure de la lumière 51 de rattrapage de jeu, la vis 53 permettant de régler-la course de rattrapage. Dès le déclenchement de la bascule 46, la tige 12 remonte sans - pratiquement aucun temps mort entre la descente et la remontée et en entratnant aussitôt la bielle 49 et la bascule de commande 45. La fig 4 illustre la tige 12 au cours de sa remontée alors que l'arbre 50 se trouve approximativement à mi-chemin entrer sa position extreme basse 50' et sa position d'équilibre instable en alignement attelas les arbres 57 et 59. Dès que arbre 50 a franchi ledit alignement, le bras 47 bascule brusquement dans sa position 47" (fig 4). C'est alors le doigt 67 de la fourchette qui va remettre le toc 69 dans sa position précédente (fig 3) et provoquer ainsi le repositionnement du palonnier 26 dans sa position précédente. En même temps, l'arbre 50 en position 50" fait rattraper le jeu entre la bielle 49 et le doigt d'entratnement 52 de façon que la tige i2 dès sa redescente entrasse la bielle 49 vers le bas. Et le cycle recommence de manière totalement autonome et automatique. Si lton veut mettre le moteur au point mort, le fluide sous pression transitant simplement librement sans agir sur la membrane 10, il suffit de placer la manette 70 dans la position de la fig 4 pour laquelle le creux 71 bloque le prolongement 73 de l'arbre 61 dans la position représentée en 61'. Dans cette position, le palonnier 26 est à mi-course entre ses deux positions extr & es et les deux soupapes 22 et 23 se trouvent sensiblement au même niveau du plan de joint des demi-coquilles 5a, 5b du carter. Les deux chambres 8 et 9 sont alors on libre communication aussi bien avec l'entrée 6 qu'avec la sortie 7. La membrane 10 n'est donc soumise à aucun effort tendant à la déplacer. Le système de commande des soupapes par double bascule selon l'invention garantit une inversion absolument nette, franche et rapide de la position des soupapes distributrices 22 et 23. En effet, la pas cule de verrouillage 46 ne peut occuper que l'une ou l'autre de ses deux positions extrêmes sans risque d'hésiter dans la position intermédiaire d'équilibre instable du fait qu'elle est initiée par la bascule de commande 45 dont la pièce 47 ne peut absolument pas rester dans la position entraînant un alignement du toc 69 avec les arbres 59 et 65. On a vu qu'à partir du moment où la pièce 47 (doigt 67 ou doigt 68) touchait le toc 69, rien ne pouvait l'empêcher de poursuivre son mouvement jusqu'à lune des deux positions estrAmes 472 et 47" La sécurité de la commande est donc totale. Bien que l'on ait décrit l'invention dans son application à llinjection d'engrais liquide en quantités dosées dans l'eau dsirriga- tion, on peut envisager bien d'autres applications. Le fluide sous pression de commande peut- & re quelconque et la tige d'actionnesent 12 peut commander un organe ou un dispositif absolument quelconque, ledit organe pouvant le cas échéant transformer le mouvement alternatif de la tige 12 en mouvement circulaire ou autre. Enfin, l'invention n'est évidemment pas limitée au mode de réalisation représenté et decrit ci-dessus mais en couvre au contraire toutes les variantes, notamment colles concernant la structure et le fonctionnement des deux bascules de commande des soupapes distributrices. REVENDICATIONS 1. Moteur hydraulique volumétrique interposé dans un circuit de fluide sous pression et susceptible de déplacer de manière alternative, une tige d'actionnement d'un organe ou dispositif quelconque, caractérisé en ce qu'il comprend un carter comportant un orifice d'entrée et un orifice de sortie du fluide sous pression, une membrane souple solidaire de la tige d'actionnement, un distributeur constitué par deus soupapes-à clapet dont les sièges sont disposés de manière à diriger le fluide d'entrée alternativement d'un cOté et de l'autre de la membrane et permettre l'évacuation du fluide vers l'orifice de sortie et un système de commande simultanée du déplacement en sens contraire des deux soupapes comprenant un palonnier basculant dont les extrémités sont reliées aux tiges des soupapes et un dispositif à bascule interposé entre ladite tige d'actionnement et le palonnier et propre à commander de manière brusque et irréversible la basculement du palonnier d'une position dans l'autre lorsque la tige d'actionnement, dans sa course de déplacement dans un sens ou dans l'autre, atteint un certain seuil déterminé. 2. Moteur suivant la revendication 1 caractérisé en ce que ledit dispositif à bascule comprend une première bascule dite de commande actionnée par une bielle reliée à la tige d'actionnement et une seconde bascule dite de verrouillage actionnée par la première bascule et solidaire en rotation du palonnier, les deux bascules étant du type à positionnement brusque et élastique dans l'un ou l'autre de deux états stables après franchissement d'un point mort de non-retour. 3. Moteur suivant la revendication 2 caractérisé en ce que l'actionnement de la seconde bascule par la première se fait par une fourchette solidaire de la première bascule et dont l'un ou l'autre des deux doigts est susceptible d'entrer en contact avec un toc solidaire de la seconde bascule, l'entrée en contact se produisant après que la première bascule a franchi le point de basculement. 4. Moteur suivant la revendication 2 ou 3 caractérisé en ce qu'en vue de rattraper le déplacement relatif entre la tige d'actionnement et la bielle commandant la première bascule à chaque basculement de cette dernière, la liaison entre cette dernière et la bielle commandant la première bascule est réalisée par un doigt solidaire de la tige d'actionnement et se déplaçant dans une lumière allongée conformée dans ladite bielle de manière que cette dernière ne réagisse pas sur la tige d'actionnement après le passage du point de basculement de la première bascule. 5. Moteur suivant l'une des revendications 2 à i caractérisé en ce qu'il comporte un moyen pour verrouiller ledit palonnier dans une position intermédiaire de mise hors service du moteur, constitué par une butée mobile susceptible, dans sa position active, de bloquer la seconde bascule dans une position intermédiaire. 6. Application du moteur suivant lune des revendications 1 à 5 à l'injection automatique périodique d'un liquide quelconque dans de l'eau ou autre liquide, caractérisée en ce que ledit moteur est interposé dans une canalisation d'eau ou d'un autre liquide et entrain par sa tige d'actionnement un levier agissant lui-mtme sur la tige d'une pompe volumétrique doseuse reliée, d'une part, à une réserve dXadjusant et, d'autre part, à ladite canalisation, en aval du moteur.