Brevet FR2522109A1 — publié le 19830826

? La présente invention concerne une soupape du type à régénération appelée encore soupape à accélération qui accroit la vitesse d'extension d'un cylindre hydrauli- que à double effet en dirigeant l'écoulement de décharge depuis l'extrémité de tige du cylindre dans l'extrémité opposée de tête de celuici ainsi que l'écoulement de pompe sous pression. Ce mouvement accéléré est normalement désiré dans une condition de faible charge ou de charge inférieure, comme par exemple le vidage d'un récipient Normalement, des fonctions de cette nature sont constituées par le trajet de retour après une condition de travail, et toute période qui peut être économisée a un effet direct sur la capacité de travail de la machine. L'art antérieur connaît de nombreux systèmes et circuits de soupapes destinés à la régénération dans des cylindres à double effet Un des types de soupape 3 qui com- prend un seul obturateur navette est illustré dans les bre- vets US 2 890 683 et 2 590 454 L'un des problèmes soulevés avec la soupape du type à un seul obturateur mentionné en dernier est que dans des conditions de charge importante, la soupape ne fonctionne pas en se déplaçant vers sa posi- tion de régénération Pour résoudre ce problème, on a réa- lisé des soupapes plus complexes qui utilisent une combi- naison de soupapes d'arrêt et d'obturateurs navettes séparés, dont un type est illustré dans les brevets US 4 194 436 et 3 568 707. L'étape suivante de développement des soupapes à régénération depuis la soupape mentionnée en dernier du type composé, est constituée par une réalisation de soupape qui combine l'obturateur navette et la soupape d'arrêt dans un alésage unique, le mouvement de l'obturateur navette fonctionnant également pour ouvrir la soupape d'arrêt pour l'écoulement inverse. L'avantage de la présente invention par rapport à la soupape de l'art antérieur est que toute la pression du système est disponible à travers la soupape pour une puissance élevée d'arrachement, puisque très peu de pression est nécessaire pour ouvrir la valve d'arrêt Dans la soupape de l'art antérieur, il doit y avoir une pression importante pour ouvrir la soupape à champignon puisque la pression d'arrachement est exposée à la surface terminale du champi- gnon en le maintenant fermé Cette pression arrière accrue pour ouvrir la soupape à champignon provoque une diminution nette de la force utile de travail du cylindre Un autre avantage de la présente invention est que la réalisation de la soupape a sensiblement moins de trajets de fuite que les soupapes de l'art antérieur, ce qui permet d'avoir moins de fuitesdans le système Un autre avantage de la présente invention est que la forme de soupape est bien plus simple à construire avec des tolérances de réalisation moins nom- breuses et donc un coût inférieur. D'autres avantages et caractéristiques de la pré- sente invention apparaîtront plus clairement dans la des- cription détaillée qui va suivre d'une forme de réalisation de la présente invention, qui est faite à l'aide des dessins sur lesquels: la figure 1 est une vue longitudinale en coupe de la valve d'accélération dans la position neutre, les autres éléments du circuit hydraulique étant montrés de façon symbolique; la figure 2 est une vue ressemblant à celle de la figure 1, o la soupape de commande directionnelle se trouve dans une position d'extension du cylindre de régéné- ration; et la figure 3 est une vue ressemblant à celle de la figure 2, o la soupape de régénération est dans la posi- tion de régénération. La figure 1 montre un système hydraulique 10 qui comprend une pompe 12, un réservoir 14 et une soupape classique de commande directionnelle 16 à quatre voies et à trois positions Entre la soupape de commande 16 et le cylindre à double effet 20, on trouve une soupape de régé- ration 18 La soupape 18 comprend un corps de soupape 22 ayant un alésage en gradin 24 pour recevoir un obturateur navette 46 L'obturateur 46 est chargé par ressort dans la direction de gauche du dessin par le ressort de compression vers sa position la plus à gauche contre l'épaulement 26 de l'alésage 24 La force de ressort sur l'obturateur 46 peut être modifiée par le réglage du capuchon terminal 32. L'alésage 24 de la soupape comporte en intersection des pre- mier et second passages de commande 34 et 36 respective- ment qui a leur tour sont reliés à la soupape de commande directionnelle 16 Egalement en intersection avec l'alésage de soupape 24, on trouve des premier et second passages de commande de cylindre 40 et 42 qui a leur tour sont reliés à la chambre de tête 19 et à la chambre de tige 21 du cylin- dre 20 Dans la conduite hydraulique,on trouve entre la chambre de tige 21 et le second passage de commande de cylin- dre 42 un orifice 44 pour commander le débit à travers celui-ci. L'obturateur navette 46 comprend une bride 48 sur son extrémité de droite; elle contacte l'épaulement 26 de l'alésage de soupape de manière à limiter son mouvement vers la gauche dans le corps de -soupape L'obturateur de navette 46 comprend un alésage transversal 50 en intersection avec un alésage axial 52 qui permet l'écoulement entre la chambre de tige 21 du cylindre et le second passage de commande 36 de la soupape 18 Une tige 54 s'étendant à partir de l'extré- mité de gauche de l'obturateur navette 46 comporte une extré- mité élargie chanfreinée 56 de manière à ouvrir une soupape à champignon 30 à une seule voie. La soupape à champignon 30 est chargée par ressort vers une position de fermeture contre le siège de soupape 28 par le ressort de compression 62 La force agissant sur le ressort 60 est bien plus grande que la force provenant du ressort d'arrêt 62 et l'obturateur 46 est en principe non touché par le ressort 62 Lorsque le champignon 30 est fermé, on empêche l'écoulement à partir du premier passage de commande 34 vers le premier passage de commande de cylin- dre 40 Le champignon 30 a une cavité 31 à son extrémité opposée pour recevoir l'extrémité chanfreinée 56 Un jonc 58, placé dans les parties externes de la cavité 31,constitue une butée et un élément de contact pour l'extrémité chan- freinée 56 A mesure que l'obturateur navette 46 se déplace vers la droite, l'extrémité chanfreinée de la tige 54 con- tacte le jonc 58 et soulève le champignon de soupape 30 de son siège, ce qui permet à la pression de pompe provenant du passage 34 de s'écouler vers la chambre de tête 19 du cylindre 20. La soupape de régénération ou d'accélération 18 a une position de régénération comme le montre la figure 3 ainsi qu'une position de travail normale Cette dernière consiste à rétracter le cylindre 20 en mettant sous pres- sion la chambre de tige 21, la soupape de commande direc- tionnelle 16 étant déplacée vers la gauche vers sa position entrecroisée Dans cette positionla pression de pompe pro- venant de la pompe 12 est dirigée vers le passage de com- mande 36,tandis que le passage de commande 34 est relié à la décharge Comme l'obturateur navette 46 est chargé par ressort contre l'épaulement 26, la pression de pompe du passage 36 est ouverte vers la chambre de tige 21 du cylin- dre 20 par l'intermédiaire des alésages 52 et 50 formés dans l'obturateur L'obturateur 46, durant le retrait du cylindre 20 Jreste dans cette position tandis que la pres- sion de pompe pour déplacer le cylindre 20 se combine avec la force du ressort 60 agissant sur l'extrémité de droite de l'obturateur 46, alors qu'il n'y a aucune pression agis- sant sur l'extrémité opposée dans la chambre 34 Lorsque le piston de cylindre commence à se déplacer, l'écoulement dans la chambre de tête 19 ouvre le champignon 30 contre la force du ressort 62 et permet au fluide de la chambre de tête de retourner vers le réservoir, une pression très faible étant nécessaire pour ouvrir le champignon 30 Le cylindre conti- nue à se rétracter jusqu'à ce qu'il atteigne l'extrémité de Sa course, ou bien la soupape de commande 16 est retournée en arrière vers sa position neutre de la figure 1. Dans la position de régénération de la soupape 18 qui est le trajet d'extension du cylindre 20, la décharge de fluide de la chambre de tige 21 du cylindre n'est pas renvoyée vers le réservoir comme dans une soupape normale, mais elle est déviée en travers vers la chambre de tête en expansion 19 du cylindre en combinaison avec l'écoulement de décharge provenant de la pompe 12 Pour réaliser la fonc- tion de régénération,la soupape de commande directionnelle 16 est déplacée vers la droite vers sa position de traver- sée directe comme montré à la figure 2, de telle sorte que le premier passage de commande 34 soit mis sous pression par la pompe tandis que le second passage de commande 36 est ouvert vers la décharge La pression de pompe dirigée vers le passage de commande 34 ne peut aller nulle part car le champignon 30 repose sur son siège 28 Lorsque la pres- sion de pompe dans le passage 34 agissant contre l'extrémité de gauche de l'obturateur 46 dépasse la force du ressort 60, l'obturateur navette 46 commence à se déplacer vers la droite. Avant son mouvement, la chambre de tige 21 du cylindre 20 est ouverte vers le réservoir à travers les alésages 50 et 52 A mesure que l'obturateur 46 commence à se déplacer vers la droite, l'alésage transversal 50 de l'obturateur se ferme, ce qui bloque toute l'huile se trouvant depuis l'extrémité de tige du cylindre jusqu'au réservoir, et stoppe le cylin- dre en l'empêchant de se trouver en extension (comme montré dans la position de la figure 2) A mesure que la pression continue à s'établir dans le passage 34, l'obturateur navette 46 continue à se déplacer vers la droite, en compri- mant le ressort 60 jusqu'à ce que la petite extrémité chan- freinée 56 de l'extrémité de l'obturateur vienne en contact avec la bague de retenue 58 se trouvant sur le champignon 30. En cet endroit, la force requise pour déplacer l'obturateur doit croître pour vaincre la force maintenant le champignon contre son siège Ceci aura lieu perce que la surface d'extrémité de l'obturateur est plus grande que la surface d'extrémité du champignon comme le montre le dessin Lors- que cette pression est dépassée,le champignon 30 est extrait de son siège 28, ce qui permet à l'huile de s'écou- ler de la pompe 12 vers la chambre de tête 19 du cylindre. Comme l'écoulement provenant de la chambre de tige 21 du cylindre est bloqué, la pression continue à s'établir dans le passage 34 Cette pression d'extrémité de tête crée une force additionnelle, en forçant l'obturateur 46 à se déplacer davantage jusqu'à ce que le corps de l'obturateur 46 ouvre l'écoulement entre le passage de commande de cylindre 42 et le premier passage de commande 34 comme le montre la figure 3 La pression de pompe dans le passage 34 s'exerce maintenant à la fois sur la chambre de tête 19 dans le cylindre et la chambre de tige 21 Cependant, étant donné la différence d'aire dans les deux chambres provo- quée par la surface de la tige de cylindre, une force plus grande est exercée à partir de la chambre de tête 19 du cylindre, ce qui fait que le cylindre 20 met son piston en extension et fonctionne comme un cylindre ayant une aire de piston effective égale à celle de l'aire de la tige Dans cette position, l'écoulement de décharge de la chambre de tige 21 a lieu en travers du champignon 30 et se combine avec l'écoulement de décharge de pompe provenant de la pompe 12 pour aller dans la chambre de tête 19 du cylindre. La présence de l'orifice 44 crée une chute de pression entre la chambre de tige 21 et le passage de commande 34, si bien que la pression agissant sur l'extrémité de gauche de l'ob- turateur 46 est commandée par l'écoulement provenant de la pompe et non par l'écoulement provenant du cylindre Si c'était ce dernier cas, une situation pourrait survenir o l'écoulement de pompe serait interrompu par la commutation de la soupape de commande 16 vers la position neutre et l'écoulement provenant de la chambre de tige 21 maintien- drait l'obturateur 46 poussé vers sa position de régénéra- tion La dimension de l'orifice 44 dépendrait du débit de pompe et de la dimension du cylindre L'orifice 44 n'est nécessaire que dans la fonction de régénération, donc un orifice à une seule voie pourrait être utilisé avec un écoulement libre dans la direction opposée, à la place de l'orifice 44 - Dans la position de régénération la vitesse d'extension du cylindre est sensiblement augmentée en fonc- tion des diamètres du piston et de la tige La fonction de régénération se développe de façon typique à une vitesse égale à quatre fois celle de la vitesse de travail normale et elle est utilisée comme par exemple pour abais- ser rapidement le récipient avant le début d'un autre tra- jet de creusement. La soupape de régénération 18 permet l'applica- tion de charges externes sur l'une ou l'autre extrémité du cylindre sans permettre à la tige de cylindre de s'étendre ou de se rétracter Si cette charge externe provoque un établissement de pression dans l'extrémité de tête, l'huile ne peut s'échapper à travers la soupape vers l'extrémité de tige car son volume est trop faible Si la charge externe provoque un établissement de pression dans la chambre de tige 21, la soupape à champignon 30 sera dans la position de contact avec le siège, ce qui ne permet qu'une très fai- ble fuite vers la chambre de tête 19. La soupape de régénération 18 de la présente inven- tion permet d'utiliser toute la pression du système dans la chambre de tige 21 avec une force d'arrachement élevée car la pression dans la chambre de tête 19 est sensiblement égale à zéro. REVENDICATIONS 1 Soupape à régénération ou accélération utilisée dans un circuit hydraulique ( 10) ayant une pompe et un réservoir, une soupape de commande directionnelle à quatre voies ( 16) reliée à la pompe ( 12), un cylindre à double effet ( 20) alimenté par la soupape-de commande ( 16), et caractérisée en ce qu'elle comprend un corps de soupape ( 22), dans lequel est formé un alésage d'obturateur ( 24), un pre- mier passage de commande ( 34) formé dans le corps ( 22) étant en intersection avec l'alésage ( 24) et communiquant avec la soupape de commande directionnelle ( 16), un second passage de commande ( 36) dans le corps ( 22) étant en inter- section avec l'alésage ( 24) et communiquant avec la sou- pape de commande ( 16), une première et une seconde cavité de commande de cylindre ( 40, 42) dans-le corps ( 22) étant en intersection avec l'alésage ( 24) et communiquant avec l'extrémité de tête ( 19) et l'extrémité de tige ( 21) du cylindre ( 20) à double effet respectivement, un siège de soupape ( 28) entre la première cavité de commande de cylin- dre ( 40) et le premier passage de commande ( 34), un champi- gnon ( 30) de soupape d'arrêt chargé par ressort et placé dans le siège de manière à bloquer l'écoulement du premier passage de commande ( 34) à la première cavité de commande de cylindre ( 40) tout en permettant l'écoulement dans la direc- tion opposée, un obturateur de soupape ( 46) placé dans l'alésage ( 24) et ayant une position de travail bloquant l'écoulement entre la seconde cavité de cylindre ( 42) et le premier passage de commande ( 34) tout en permettant l'écou- lement entre le second passage de commande ( 36) et la seconde cavité de cylindre ( 42), si bien que l'écoulement de pompe est dirigé vers l'extrémité de tige du cylindre ( 20), et une position de régénération bloquant l'écoulement entre la seconde cavité de cylindre ( 42) et le second pas- sage de commande ( 36) tout en ouvrant un trajet d'écoule- ment entre la seconde cavité de cylindre ( 42) et la pre- mière cavité de cylindre ( 40), l'obturateur de soupape ( 46) comportant une tige formée de façon intégrante et quidans la position de régénération,contacte et maintient le champi- gnon de soupape d'arrêt ( 30) ouvert pour un écoulement de régénération, la soupape comprenant également un dispositif à ressort ( 60) contactant l'obturateur ( 46) en le poussant vers la position de travail, et un élément d'asservissement agissant sur l'obturateur de soupape ( 46) en opposition à l'élément à ressort ( 60), en poussant l'obturateur de sou- pape vers sa position de régénération. 2 Soupape'selon la revendication 1, caractérisée en ce que le siège de soupape ( 28) et le champignon ( 30) sont sensiblement coaxiaux par rapport à l'alésage d'obtura- teur ( 50) et la tige de contact de l'obturateur ( 46). 3 Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que le siège de soupape ( 28) et le champignon ( 30) sont sensiblement coaxiaux par rapport à l'alésage d'obturateur ( 50) et la tige de contact de l'obturateur ( 46), le champi- gnon ( 30) comportant une ouverture étendue ( 31) destinée à recevoir la tige ( 56), des éléments de retenue étant placés dans ladite ouverture ( 31) qui contacte l'extrémité de la tige ( 56) et ouvre la soupape à champignon ( 30) dans la position de régénération. 4 Soupape selon la revendication 3, caractérisée en ce que la synchronisation de l'obturateur ( 46) est telle dans la position de régénération que l'écoulement vers le second passage de commande ( 36) est bloqué avant que la tige ( 54, 56) d'obturateur ouvre la soupape d'arrêt ( 30). Soupape selon la revendication 3, caractérisée en ce que la synchronisation de l'obturateur ( 46) est telle que dans la position de régénération, la tige ( 54) ouvre la sou- pape d'arrêt avant que l'écoulement provenant de la seconde cavité de cylindre ( 42) s'ouvre vers le premier passage de commande ( 34). 6 Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend des orifices ( 44) entre la seconde cavité de commande de cylindre ( 42) et la chambre de tige ( 21) du cylindre ( 20). 7 Soupape selon la revendication 1, caractérisée en ce que le siège de soupape ( 28) et le champignon ( 30) sont sensiblement coaxiaux par rapport à l'alésage d'obtura- teur ( 50) et la tige de contact ( 54) de l'obturateur ( 46), le champignon ( 30) comportant un orifice étendu ( 31) destiné à recevoir la tige, des éléments de retenue étant placés dans l'orifice qui contacte l'extrémité de la tige et ouvre la soupape à champignon ( 30) dans la position de régénération, un orifice ( 44) étant prévu entre la seconde cavité de commande de cylindre ( 42) et la chambre de tige ( 21) du cylindre ( 20).