Brevet FR2501798A1 — publié le 19820917

L'invention concerne une pompe hydraulique réglable, munie d'un régulateur de débit nul, comportant un ressort de réglage précontraint, pour amener un débit voisin du débit maximal à un débit minimum sous pression lorsque l'organe utilisateur hydraulique est arrêté. Les pompes connues du genre précité sont habituellement uti- lisées avec un organe utilisateur, par exemple un vérin utilisateur avec course de travail, position neutre et course de retour, et sont utilisées avec des caractéristiques de fonctionnement telles que celles représentées sur la figure 1. Pour un débit de pompe maximal, a, la pression p de l'organe utilisateur croit le long de la caractéristique a. Au point A, le régulateur intervient et règle le débit Q en le réduisant sous une pression p encore légèrement croissante, en suivant la carac- téristique b (cela s'effectue en réduisant l'excentricité de la pompe, ou l'angle de pivotement, au moyen d'une force de pression agissant contre un ressort de réglage). C'est au point de fonctionnement B (pression maximale, débit minimal) que fonctionnent les pompes avec régulateur de débit nul selon l'art antérieur, lorsque l'organe utili- sateur est arrêté à l'intérieur du cycle de travail et ne prélève plus d'huile sous pression. Comme le débit minimal %min doit, d'après l'expérience, être d'environ cinq pour cent du débit maximal (pour la lubrification et l'évacuation de chaleur), il en résulte que la consom- mation d'énergie est, du fait de la pression maximale p laX correspondant à ce point de fonctionnement, loin d'être négligeable, notamment lorsqu'il s'agit de pompes variables avec régulation de débit nul, dont les cycles de travail sont entrecoupés d'assez longues périodes avec régulation en condition de débit nul. En outre, un fonctionnement silencieux d'une pompe de construction classique est, du fait de la présence de la pression de transport maximale, impossible si l'on ne prend pas des dispositions particulières pour éviter les bruits de fonctionnement. L'invention a pour objet de réaliser une pompe hydraulique réglable, du genre mentionné au début, mais qui pourra être utilisée en consommant peu d'énergie et en produisant peu de bruit lorsque l'organe utilisateur sera arrêté. Selon l'invention, ceci est obtenu par le fait que la précontrainte du ressort de réglage peut être amenée à une valeur moindre au moyen d'un branchement séquentiel, lorsque l'organe 250 1 7 9 8 utilisateur est arrêté, c'est-à-dire lorsque le débit est voisin du minimum. En particulier, lorsque l'organe utilisateur est arrêté, la précontrainte du ressort de réglage est amenée à ladite valeur moindre immédiatement après la fin de la phase régulée b, et, dans le cas d'un transfert du débit vers l'organe utilisateur, la précontrainte du ressort de réglage est ramenée à sa valeur initiale au moyen d'un branchement séquentiel, cela s'effectuant dans la région de la fin, de préférence immédiatement après la fin, de la phase régulée d, si bien que les caractéristiques de travail obtenues lors du fonctionnement de la pompe hydraulique et de l'organe utilisateur sont du genre de celles représentées à titre d'exemple sur la figure 2. L'invention prévoit des caractéristiques de fonctionnement (ou plus exactement des portions du diagramme caractéristique) a et b identiques à celles de l'art antérieur, c'est-à-dire selon la figure 1. -Par contre, à la différence de l'art antérieur, après la fin du processus de réglage selon la caractéristique b, l'organe utilisateur étant arrêté, on ne reste pas sur le point de fonctionnement B avec pression maximale: au contraire, dans la région de la pression maxi- male Ppy, ou après avoir atteint celle-ci, lorsque l'organe utilisateur est arrêté, la pression du fluide est réduite en suivant la caractéris- tique c (Qmin pratiquement constant) et amenée au point C (de préférence environ vingt-cinq pour cent de la pression maximale) et cela, selon l'invention, par le fait que la précontrainte du ressort de réglage du régulateur de débit nul est abaissée, da préférence automatiquement, au moyen d'un dispositif de commande spécial avec moyens hydrauliques ou électriques. Au début d'un nouveau cycle de travail (ouverture de la vanne de commande de l'organe utilisateur), la pression p de l'organe utilisateur chute d'abord en suivant la caractéristique d à débit Q croissant, jusqu'à ce que le point de fonctionnement D soit atteint. Après la fin de la phase de régulation d à pression réduite, ou au voisinage de la fin de cette phase, la précontrainte du ressort de réglage est ramenée à sa forte valeur initiale, et le régime de travail le long des caractéristiques a et b est repris. Les caractéristiques de fonctionnement d'une pompe réglable selon l'invention, dotée d'une régulation de débit nul, se distinguent donc par une hystérésis avec saut de la pression aux points B et D. Grâce à l'invention, lorsque l'organe utilisateur est arrêté, on conserve un débit minimal QSin (environ cinq pour cent du débit 250 1 7 9 8 maximal) pour la lubrification et l'évacuation de la chaleur, tout en ayant une pression réduite. Ainsi, la perte d'énergie d'une pompe opérant en condition de régulation sur débit nul est réduite, et l'on obtient une économie d'énergie par rapport aux installations avec pompes constantes tournant sans pression, même si elles ont une vanne de contournement permettant d'économiser de l'énergie, cet avantage étant particulièrement net dans le cas des cycles de travail comportant d'assez longues périodes de marche en condition de régulation au débit nul. La réduction de pression sur ce point de fonctionnement conduit aussi à un bruit nettement réduit, ainsi qu'à une longévité accrue de la pompe. Un développement avantageux de l'invention prévoit que le ressort de réglage du régulateur de débit nul prend appui dans un dispositif de réglage manoeuvrable entre deux positions. Il est opportun que ce dispositif de réglage soit un vérin régleur dont le piston sert d'appui au ressort de réglage. Ce verin régleur est avantageusement manoeuvrable par une vanne à trois voies/deux positions actionnable électromagnétiquement par un dispositif de commande. Le déclenchement du processus de modification de la précon- trainte du ressort de réglage peut être effectué au moyen de l'impulsion de commande destinée à la manoeuvre d'une vanne de commande de l'organe utilisateur, avec laquelle, par exemple, on commande la course de travail, la position neutre et la rétraction d'un vérin utilisateur. Dans une variante, le vérin régleur hydraulique peut aussi être manoeuvrable par l'intermédiaire d'une vanne à trois voies/ deux positions actionnable hydrauliquement par la pression engendrée par la pompe. Cette vanne à trois voies/deux positions peut notamment être une vanne du genre à tiroir commandée en fonction de la pression (cela avec mouvement rapide et hystérésis selon la figure 2). La vanne à trois voies/deux positions est avantageusement montée dans le circuit de pompe de façon que le piston du ressort de réglage soit sollicité par la pression de la pompe lorsque l'organe utilisateur est branché, tandis que, lorsque celui-ci est arrêté, ce piston du ressort de réglage est en communication avec le retour sans pression de la pompe. Dans une autre variante, la vanne de commande de l'organe utilisateur agencée dans le circuit de pompe est du type à quatre voies/ 250 1 7 9 8 trois positions, à savoir une position pour une course en charge, une position neutre et une position pour retour rapide d'un vérin utili- sateur, et le vérin régleur hydraulique est branché dans le circuit de pompe de façon à n'etre raccordé à la conduite de pression que pour la course en charge, et à être relié à la conduite de retour lorsque ladite vanne de commande est à la position neutre ou à la position pour retour rapide. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des dessins joints o: - la figure 1 représente les caractéristiques d'une pompe à régulation de débit nul selon l'art antérieur; - la figure 2 représente les caractéristiques d'une pompe à régulation de débit nul selon l'invention; - la figure 3 représente un circuit d'une pompe à régulation de débit nul selon l'invention, avec précontrainte du ressort de réglage modi- fiable hydrauliquement; - la figure 4 représente un autre circuit hydraulique d'une pompe selon l'invention, dont le régulateur de débit nul est réglable hydrauli- quement, quant à la précontrainte du ressort de réglage, par l'inter- médiaire d'une vanne de commande de l'organe utilisateur; - la figure 5 représente un autre circuit hydraulique d'une pompe réglable selon l'invention, avec vanne de commutation à mouvement rapide et hystérésis; et - la figure 6 est une vue détaillée agrandie de la vanne de commutation - représentée schématiquement sur la figure 5. Sur les figures I et 2, sont représentés schématiquement deux diagrammes permettant de comparer les caractéristiques d'une pompe à régulation de débit nul selon l'état de la technique, et selon l'invention. Les abscisses correspondent au débit Q et les ordonnées à la pression p. Les lignes a et b sont les portions de caractéristique corres- pondant au fonctionnement habituel d'une pompe hydraulique I et d'un organe utilisateur 2. Sur la ligne a, la pression de l'organe utili- sateur croît dans la région du débit maximal de la pompe. Au point A, le régulateur intervient en opérant de façon à donner la caractéris- tique b et, pour cela, règle le débit en le réduisant alors que la pression croît encore légèrement. Les pompes hydrauliques connues avec régulateur de débit nul, mais sans le dispositif selon l'invention, opèrent au point de fonctionnement B (pression maximale et débit minimal) lorsque l'organe utilisateur est mis en butée, ou mis "hors- alimentation" et ne prélève alors plus de fluide hydraulique. Selon la figure 2 qui correspond à une pompe hydraulique selon l'invention, c'est au point de fonctionnement C se trouvant sur la deuxième caractéristique de réglage d, que la pompe opère après que la pression maximale a été atteinte par arrêt de l'organe utilisateur. Lorsqu'un nouveau cycle de travail commence, il y a d'abord, selon la caractéristique d, une chute de la pression de l'organe utilisateur, du fait de l'ouverture de la valve autorisant le passage du fluide dans celui-ci. Cette chute de pression conduit au point de fonctionnement D pour lequel la marche en régime de travail, selon les parties a et b du diagramme, est rétablie. Sur la figure 3, est représenté un circuit hydraulique comportant une pompe hydraulique I sous la forme d'une pompe à palettes ou ailettes, à débit variable, présentant un régulateur de débit nul 4 avec ressort de réglage à précontrainte modifiable hydrauliquement. Le régulateur de débit nul est constitué, pour l'essentiel, d'un dispositif de réglage 6 sous la forme d'un vérin muni d'un poussoir 7 couplé à la pompe proprement dite 1 et d'un piston 8, ainsi que d'un ressort de réglage 5 prenant appui entre le poussoir et le piston. Le piston 8 du vérin est déplaçable hydrauliquement sur deux positions, comme décrit plus loin en détail. Le circuit hydraulique selon la figure 3 comporte une conduite de pression 16 qui, via une vanne 14 de commande d'organe utilisateur, relie la pompe 1 à l'organe utilisateur 2 qui se présente ici sous la forme d'un vérin. Ce vérin utilisateur peut être mis, au moyen de la vanne de commande 14 (vanne à quatre voies/trois positions), sur "course de travail", "position neutre" et "rétraction". Il est prévu une conduite 18 de retour à un réservoir sans pression 13. Le cas échéant, la vanne 14 de commande de l'organe utili- sateur peut être une vanne à quatre voies/deux positions, si le raccor- dement de l'organe utilisateur 2 est fait sans prévoir de position neutre. La conduite de pression 16 de la pompe 1 est reliée, par une branche de conduite 20,à une électrovanne 9 à trois voies/deux positions qui peut être commandée au moyen de l'impulsion de commande de la manoeuvre de la vanne 14 commandant l'organe utilisateur. 2 50 1 7 9 8 La vanne 9 à trois voies/deux positions présente un raccord relié à un retour 12 allant au réservoir sans pression 13 et présente un troisième raccord pour une branche de conduite 19 reliant la vanne 9 à la chambre de travail du vérin hydraulique régleur. Dans la position représentée sur la figure 3, la branche de conduite 19 est reliée au retour 12 et le piston du vérin régleur n'est pas chargé hydrauliquement, de sorte que le ressort de réglage 5 se trouve sous une précontrainte réduite, correspondant à la marche de l'installation avec organe utilisateur 2 immobilisé. Lorsque l'organe 2 est mis en mouvement (course de travail, rétraction), le vérin régleur est relié, après manoeuvre appropriée de la vanne 9, à la conduite de pression 16 de la pompe 1, cela via les conduites 19 et 20, de sorte que le piston 8 du dispositif régleur hydraulique prend son autre position (à droite de celle à laquelle il est représenté sur la figure 3), dans laquelle la précontrainte du ressort 5 est plus forte. Le dispositif de commande 10 est actionné de façon à établir, pendant la marche de l'installation, le diagramme caractéristique selon la figure 2. Sur la figure 4, est représenté un autre circuit hydraulique avec régulateur 4 de débit nul d'une pompe hydraulique 1, circuit dans lequel la commande du vérin régleur du ressort est assujettie à la vanne 15 de commande-de l'organe utilisateur. Le vérin régleur du ressort de réglage est notamment raccordé à la conduite de pression 16 correspondant à la course de travail (course en charge L) de l'organe utilisateur 2. Sur la position neutre, et dans la position o la vanne 15 commande la rétraction, le vérin régleur est relié au retour 12 et se trouve déchargé, de sorte que c'est la caractéristique d à faible pression qui est parcourue. Le vérin régleur du ressort de réglage est dimensionné de façon que ce ressort soit contraint dès qu'il y a une pression de travail dépassant légèrement la ligne d. Avec le branchement selon la figure 4, on peut ainsi renoncer à la vanne 9 de la figure 3 si la course de travail (course en charge L) du vérin utilisateur s'effectue sous haute pression (caractéristique a, b de la figure 2), tandis que la course de rétraction R s'effectue sous faible pression (déplacement rapide, caractéristique d). Une autre possibilité de changer la précontrainte du ressort de réglage 5, donc de faire automatiquement passer la pression régulée 250 1 79 8 d'un niveau élevé (caractéristique b) à un niveau bas (caractéris- tique d), et inversement, réside dans l'utilisation d'une vanne Il manoeuvrant en fonction de la pression, cela avec transition brutale et hystérésis. Cette possibilité est illustrée par les figures 5 et 6. Le schéma de branchement et le symbolisme de la vanne correspondent, pour l'essentiel, à ceux représentés sur la figure 3. Toutefois, la commande de la vanne Il (vanne à trois voies/deux positions) est faite ici (raccord P' de la vanne 11) par la pression que la pompe engendre dans la conduite 16. Grâce à la constitution particulière de-la vanne de changement de caractéristique 11, c'est après qu'un seuil de pression élevé (carac- téristique b) a été atteint, que le changement de caractéristique s'effectue au point B (figure 2) en passant au niveau de pression bas. Un retour au niveau de pression haut (caractéristique a et b), sous l'effet de l'effondrement de la pression lors de l'ouverture de la vanne 14 de commande de l'organe utilisateur, s'effectue lorsqu'un niveau de pression inférieur est atteint (point de fonctionnement D sur la figure 2). La vanne à trois voies/deux positions, Il sur la figure 5, comporte des raccords P, T et S par lesquels le vérin régleur du ressort de réglage est relié soit à la conduite de pression 16 de la pompe i, soit au retour 12 allant au réservoir 13 sans pression. La vanne Il est représentée en détail sur la figure 6. Elle est exécutée sous la forme d'un distributeur à tiroir dont le piston est sollicité, contre le raccord P' de pression de commande, par un ressort intérieur. Le raccord P' est constamment relié à la conduite de pression 16. Dans la position pour laquelle la force du ressort est prédo- minante, les raccords P et S sont reliés de sorte que le ressort 5 de réglage de la pompe est fortement contraint, et que le fonctionnement s'effectue selon les caractéristiques à forte pression de travail a, b de la figure 2. Lorsque la pression maximale est atteinte (point de fonctionnement B), la pressionqui n'agissait d'abord que sur la petite surface frontale du piston du tiroir, a déplacé ce piston contre la force du ressort, assez loin pour qu'un interstice annulaire soit dégagé et qu'une grande face frontale supplémentaire soit sollicitée. Du fait de l'accroissement de poussée, le piston du tiroir se déplace brusquement à l'autre position extrême (à gauche sur la figure 6), de sorte que le 2 50 1 7 9 8 raccord S est alors relié au raccord T, que le vérin régleur du ressort de réglage est soulagé et que le ressort de réglage lui-même n'est plus que faiblement précontraint. La pompe I ne fournit plus alors qu'une faible pression selon la caractéristique d de la figure 2. La pompe I est remise en haute pression lorsqu'après l'ouver- ture de la vanne 14 de commande de l'organe utilisateur, le piston du tiroir revient à sa position extrême initiale (représentée sur la figure 6), sous l'effet de la poussée du ressort de manoeuvre qui est alors prédominante du fait de la forte chute de pression inhérente à l'ouverture de la vanne 14. Toutefois, du fait de la très grande surface exposée à la pression, ce retour n'a lieu que pour une pression très faible (point D sur la figure 2). Lorsque cette pression est atteinte, la surface annulaire est reliée, par des trous longitudinaux et transversaux spéciaux dans le piston du tiroir, au raccord T allant au réservoir 13, de sorte que seule la petite surface frontale est alors sollicitée et que le ressort de manoeuvre du piston repousse alors subitement celui-ci à la position extrême représentée. Le vérin régleur-du ressort de réglage est alors de nouveau relié à la conduite de pression 16 et met le ressort de réglage 5 sous forte contrainte, de sorte que la pompe hydraulique I fournit de nouveau une forte pression de travail (caractéristiques a et b). Bien entendu, les exemples de réalisation décrits ne sont nullement limitatifs de l'invention. 250 1798 REVENDICATIONS 1. Pompe hydraulique réglable, munie d'un régulateur de débit nul, comportant un ressort de réglage précontraint, pour amener un débit voisin du débit maximal à un débit minimum sous pression lorsque l'organe utilisateur hydraulique est arrêté, caractérisée en ce que la précontrainte du ressort de réglage (5) est apte à être amenée à une valeur moindre, au moyen d'un branchement séquentiel, cela lorsque l'organe utilisateur (2) est arrêté, c'est-à-dire lorsque le débit est voisin du minimum. 2. Pompe selon la revendication 1, caractérisée en.ce que, lorsque l'organe utilisateur (2) est arrêté, la précontrainte du ressort de réglage (5) est amenée à ladite valeur moindre immédiatement après la fin de la phase régulée (b). 3. Pompe selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que, lors du transfert du débit vers un organe utilisateur (2), la précontrainte du ressort de réglage (5) peut être ramenée à sa valeur. initiale, au moyen d'un branchement séquentiel, cela dans la région de la fin, et de préférence immédiatement après la fin, de la phase régulée (d). 4. Pompe selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le ressort (5) de réglage que comporte le régu- lateur (4) de débit nul prend appui dans un dispositif de réglage (6) manoeuvrable entre deux positions. 5. Pompe selon la revendication 4, caractérisée en ce que le dispositif de réglage (6) est un vérin manoeuvrable hydrauliquement, dont le piston (8) fournit un appui au ressort de réglage (5). 6. Pompe selon la revendication 5, caractérisée en ce que le vérin régleur hydraulique est manoeuvrable par une vanne à trois voies/ deux positions (9) actionnable électromagnétiquement par un dispositif de commande (10). 7. Pompe selon la revendication 6, caractérisée en ce que le déclenchement de la manoeuvre de changement de la précontrainte du ressort de réglage s'effectue au moyen d'une impulsion de commande de la manoeuvre d'une vanne (14) de commande de l'organe utilisateur, vanne (14) avec laquelle un vérin utilisateur (2) est mis en position de "course de travail", "position neutre" et "rétraction". 8. Pompe selon la revendication 5, caractérisée en ce que le vérin hydraulique est manoeuvrable par une vanne (11) à trois voies/ 250 1 7 9 8 deux positions qui est elle-même actionnable hydrauliquement par la pression engendrée par la pompe. 9. Pompe selon la revendication 8, caractérisée en ce que la vanne (11) à trois voies/deux positions est une vanne du genre à tiroir, actionnable en fonction de la pression. 10. Pompe selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisée en ce que la vanne à trois voies/deux positions (9.ou 11) est montée dans le circuit de la pompe de façon que le piston (8)- coopérant avec le ressort de réglage (5) soit sollicité par la pression engendrée par la pompe lorsque l'organe utilisateur (2) est mis en circuit, tandis que, lorsque cet organe utilisateur est arrêté, ce piston est en communication avec le retour sans pression (12) de la pompe (]). 11. Pompe selon la revendication 5, caractérisée en ce que la vanne (15) de commande de l'organe utilisateur agencée dans le circuit de pompe étant du type à quatre voies/trois positions, à savoir une position pour une course en charge (L),.une position neutre et une position pour retour rapide (R) d'un vérin utilisateur (2), le vérin régleur hydraulique est branché danis le circuit de pompe de façon à n'être raccordé à la conduite de pression (16) que pour la course en charge (L), et à être relié à la conduite de retour (12) lorsque ladite vanne de commande (15) est à la position neutre et à la position correspondant au retour rapide (R).