Brevet FR2517379A1 — publié le 19830603

-1- La présente invention se rapporte à un agence- ment de pompe à débit constant perfectionné conçu pour répondre aux besoins d'un circuit hydraulique tout en nécessitant moins de puissance pour fonctionner pendant les conditions de faible demande et elle a trait plus particulièrement à une construction de pompe qui ab- sorbe le volume de fluide en excès lorsque le plein vo- lume du débit de refoulement de la pompe n'est pas re- quis par le circuit hydraulique. Il est courant dans les engins de terrassement, tels que les chargeurs frontaux, les rétro-pelleteuses et analogues, d'utiliser un godet ou une pelle monté sur un tracteur de manière à pouvoir être soulevé et abaissé, incliné ou placé d'une autre manière, dans l'attitude correcte, par un mécanisme approprié, pour effectuer le travail qui est exécuté au moment en cause. De tels réglages du godet ou de la pelle sont habituel- lement effectués par des vérins hydrauliques alimentés en fluide sous pression par une pompe appropriée. Un mode de fonctionnement courant dans les opé- rations de terrassement est de déplacer un godet ou une pelle dans un tas de matière Les circuits hydrauliques utilisés pour de telles applications de terrassement nécessitent un volume important de fluide à basse pres- sion pour déplacer rapidement les tiges de piston des vérins et, par conséquent, le godet ou la pelle jus- qu'à l'ouvrage Ensuite, un faible volume de fluide à haute pression doit être disponible pour provoquer l'inclinaison nécessaire du godet ou de la pelle afin de détacher une partie de la matière du tas de matière ou de soulever la matière dans le godet ou la pelle. L'une des solutions de la technique antérieure a été d'utiliser une pompe à débit constant pour four- nir le fluide sous pression requis, l'excès de fluide étant déchargé par une soupape de décharge Un agence- -2- ment courant consiste à utiliser le moteur du tracteur pour entraîner la pompe et la pompe refoule normalement constamment le débit maximum de fluide du fait que le moteur du tracteur tourne à une vitesse régulée La plupart du temps, le plein volume de fluide n'est pas requis et la puissance de fluide en excès doit être ab- sorbée par le circuit sous la forme d'un chauffage in- désiré et d'une usure indésirée de la soupape de dé- charge. Une autre solution de la technique antérieure a consisté à utiliser une pompe à débit variable en com- binaison avec des commandes automatiques de façon que. le débit de la pompe puisse être maintenu à une valeur minimale sauf lorsqu'un débit plus important est deman- dé par le circuit Un circuit ainsi équipé demande moins de puissance pour faire fonctionner le circuit hydraulique, réduit l'élévation de la température du fluide lors du fonctionnement dans une condition de faible demande, permet une réduction éventuelle de la capacité d'un radiateur d'huile et réduit le bruit de la pompe et de la soupape de décharge dans les condi- tions de faible demande. Un principal inconvénient de l'emploi d'une pompe à débit variable est son coût Une pompe à débit variable est nettement plus onéreuse que la pompe à dé- bit constant comparable, ce qui accroît le coût global de fabrication des machines de terrassement, telles que les rétropelleteuses et les chargeurs frontaux. Ainsi, on aurait besoin d'un agencement de pompe à débit constant perfectionné qui soit capable d'absorber le volume de fluide en excès pendant le fonc- tionnement à faible demande nécessitant ainsi moins de puissance pour fonctionner tout en étant moins onéreux qu'une pompe à débit variable comparable. La pompe à volume variable de la présente in- vention peut être utilisée avec un équipement de ter- rassement classique et, notamment, avec des chargeurs frontaux et des rétropelleteuses La pompe est conçue pour répondre aux demandes d'un circuit hydraulique, tel que l'un de ceux utilisés dans les chargeurs fron- taux et les rétropelleteuses dans lesquels un volume important de fluide à basse pression est requis pour produire un déplacement rapide jusqu'à l'ouvrage puis un faible volume à haute pression est requis pour ef- fectuer le calage, l'avance ou la compression Il est bien entendu que l'agencement de pompe de la présente invention peut être utilisé dans des autres domaines ayant des besoins similaires. Un circuit hydraulique équipé de l'agencement de pompe de la présente invention consomme moins de puissance pour son fonctionnement et contribue à ré- duire l'élévation de la température du fluide pendant le fonctionnement avec une faible demande. La pompe hydraulique de la présente invention comporte un corps avec une ou plusieurs rangées de pis- tons à mouvement alternatif montés radialement autour d'un vilebrequin Le vilebrequin est dans l'ensemble creux et comporte un certain nombre de bossages de came ou manetons Chaque piston est monté sur un maneton res- pectif par l'intermédiaire d'un patin monté librement coulissant Une extrémité ou tête sphérique élargie du piston traversée d'un perçage axial permet l'écoulement du fluide à travers la tête du piston pour remplir le piston de fluide. Le fluide hydraulique est introduit par un con- duit dans l'intérieur du vilebrequin La rotation du vilebrequin produit un écoulement centrifuge du fluide à travers des ouvertures des manetons ce qui provoque le remplissage des pistons Lorsque chaque piston se déplace en va-et-vient, du fluide sous pression est -4- refoulé dans un circuit '-ydraulique classique, tel que un de ceux utilisés dan& un engin de terrassement. Chaque piston comporte une partie de tube cy- lindrique qui est mobile à l'intérieur d'un manchon doseur Lorsque le piston se déplace vers le haut, le. volume de fluide remplissant la partie tubulaire est envoyé contre une soupape de retenue Lorsque la pres- sion de fluide régnant dans la partie tubulaire dé- passe la charge préalable appliquée à la soupape de retenue, la soupape de retenue est écartée de son siège, permettant de ce fait au fluide d'être refoulé dans le circuit hydraulique. Chaque piston comporte plusieurs orifices de dosage répartis autour de la périphérie de sa partie tubulaire Le manchon doseur est sollicité par ressort et il comporte une plage d'étranglement formée à son extrémité pour couvrir les orifices de dosage du piston. La pression du circuit hydraulique est transmise à une butée annulaire formée sur le manchon doseur Si la pression de fluide régnant dans le circuit hydraulique dépasse la charge préalable appliquée au manchon do- seur, le manchon doseur se déplace vers le haut chan- geant ainsi la position relative de la plage d'étran- glement par rapport aux orifices de dosage du piston. Le déplacement vers le haut du manchon doseur permet au piston de se déplacer sur une même distance avec ses orifices doseurs découverts Ceci entraîne le déplacement d'un volume de fluide vers une cavité basse pression formée à l'intérieur de la pompe qui est équi- 3 C valent au volume de fluide déplacé par le piston pen- dant sa course ascendante avec les orifices doseurs ou- verts Lorsque le piston se déplace à l'intérieur du manchon doseur déplacé, les orifices de dosage sont à nouveau fermés par la plage d'étranglement interrompant ainsi l'écoulement du fluide jusqu'à la cavité basse -5- pression Ensuite, l'écoulement de fluide restant ré- sultant de la course ascendante du piston est refoulé dans le circuit hydraulique. Le manchon doseur réglable est déplacé jusqu'à sa position haute maximale lorsque la pression régnant dans le circuit hydraulique atteint un niveau prédéter- miné maximal Le seul débit fourni au circuit hydrau- lique à la pression maximale désirée du circuit est ce- lui nécessaire pour maintenir la pression désirée. Tout le reste du débit est détourné par les orifices de dosage du piston vers la cavité basse pression si- tuée à l'intérieur de la pompe Ainsi, chaque piston fournit son plein volume de fluide au circuit hydrau- lique jusqu'à ce que la pression régnant dans le cir- cuit hydraulique compense la pression de la charge pré- alable appliquée au manchon doseur Ensuite, le débit de fluide fourni au circuit est réduit proportionnelle- ment à l'accroissement de la pression du circuit jus- qu'à ce qu'une pression de refoulement maximale désirée soit atteinte avec un débit de fluide minimal. D'autres avantages et caractéristiques impor- tants de la pompe à volume variable de la présente in- vention seront mieux compris à la lecture de la descrip- tion qui va suivre du mode de réalisation préféré et à l'examen des revendications et des dessins annexés dans lesquels: la Fig 1 est une vue en élévation de la pompe à volume variable dont une partie a été arrachée pour permettre une meilleure observation; et la Fig 2 est une vue partielle, à plus grande échelle, d'un ensemble de piston pour la pompe, cet ensemble comportant-le manchon doseur réglable. On décrira maintenant un mode de réalisation préféré de la pompe hydraulique à volume variable cons- truite conformément aux enseignements de la présente -6- invention et qui a été représentée sur les Fig 1 et 2. Comme représenté sur les Fig 1 et 2 auxquelles on se référera une pompe hydraulique 10 comporte un corps 12 avec une ou plusieurs rangées de pistons 14 à mouvement alternatif montés radialement autour d'un vilebrequin 16 Le vilebrequin 16 est, dans l'ensemble, creux et il comporte un certain nombre de bossages de came ou manetons 18 Chaque piston 14 est monté sur un maneton respectif au moyen d'un patin 20 librement cou- lissant Une extrémité sphérique ou tête élargie 22 du piston traversée par un perçage axial 23 permet au fluide de s'écouler à travers la tête du piston pour remplir le piston de fluide. Le fluide hydraulique est introduit par un con- duit 24 dans l'intérieur du vilebrequin 16 La rotation du vilebrequin 16 produit un écoulement centrifuge du fluide à travers les ouvertures 26 du vilebrequin ce qui provoque le remplissage des pistons 14 Lorsque chaque piston 14 se déplace en va-et -vient, du fluide sous pression est refoulé dans un circuit hydraulique classique (non représenté), tel que l'un de ceux utili- sés dans les engins de terrassement. Chaque piston 14 comporte une partie de tube cylindrique 27 qui est montée coulissante à l'intérieur d'un manchon doseur 28 Un ressort de rappel 30 est monté à l'intérieur de la partie tubulaire 27 du piston en appui de butée contre une extrémité d'un manchon 32 pour maintenir le piston 14 en place sur le patin 20. Lorsque le piston 14 se déplace vers le haut, le vo- O lume de fluide remplissant la partie tubulaire 27 est refoulé par des ouvertures 34 et 36 dans l'extrémité inférieure du manchon 32 Le fluide sous pression qui entre dans le manchon 32 est appliqué à travers une ouverture 38 formée dans un siège 40 à une soupape de retenue 42. -7- Lorsque la pression de fluide qui règne dans la partie tubulaire 27 dépasse la charge préalable du res- sort 44, la soupape de retenue 42 est écartée de son siège 40 et permet au fluide de s'écouler par des ou- vertures 46 d'un manchon 48 et dans la chambre annu- laire 50 formée entre les manchons 32 et 48 Le fluide sous pression est alors refoulé par des ouvertures 52 formées dans le manchon 32 dans une cavité annulaire 54 et il sort de la pompe par des orifices de refoule- ment 56 raccordés au circuit hydraulique (non représen- té). Le piston 14 comporte plusieurs orifices de dosage 58 répartis autour de la périphérie de la partie tubulaire 27 Lorsque le ressort 60 (dont le logement communique avec une cavité basse pression 68 par l'in- termédiaire d'un canal 72) maintient le manchon doseur 28 dans la position représentée sur la Fig 2 et que le piston 14 est dans sa position basse maximale, les orifices de dosage 58 sont complètement recouverts ou obturés par la plage d'étranglement 62 formée à l'ex- trémité du manchon doseur 28 La pression du circuit hydraulique est transmise par un conduit à fluide 64 et appliquée à une butée annulaire 66 formée sur le manchon doseur 28 Si la pression de fluide régnant dans le conduit 64 et qui agit contre la butée 66 dé- passe la charge préalable du ressort 60, le manchon doseur 28 se déplace vers le haut changeant la position de la plage d'étranglement 62 par rapport aux orifices de dosage 58 du piston 14. Le déplacement vers le haut du manchon doseur 28 permet au piston 14 de se déplacer sur une même dis- tance avec ses orifices de dosage 58 découverts Ceci se traduit par le déplacement d'un volume de fluide envoyé dans une cavité basse pression 68 formée dans la pompe 10 qui est équivalent au volume de fluide dé- -8 - 7 iacé par le piston 14 pendant sa course ascendante avec les orifices 58 ouverts Le fluide envoyé dans la cavité 68 basse pression par le piston 14 traverse les orifices de dosage 58 et s'écoule le long d'une chambre annulaire 70 Lorsque le piston se déplace à l'inté- rieur du manchon doseur déplacé 28, les orifices de do- sage 58 sont à nouveau recouverts par la plage d'étran- glement 62, ce qui interrompt l'écoulement du fluide vers la cavité basse pression 68 Ensuite, le débit du fluide restant résultant de la course ascendante du piston 14 est déchargé par l'orifice de refoulement 56, comme précédemment décrit. Y Le manchon doseur réglable 28 est déplacé à sa position haute maximale lorsque la pression régnant dans le circuit hydraulique atteint un niveau maximal prédéterminé Le seul débit fourni au-circuit hydrau- lique par l'orifice 56 à la pression maximale désirée du circuit est celui nécessaire pour maintenir la pres- sion désirée Tout le reste du débit est détourné par les orifices de dosage 58 vers la cavité basse pression 68 Ainsi, le piston 14 fournit son plein volume de fluide au circuit hydraulique par l'orifice de refoule- ment 56 jusqu'à ce que la pression du circuit hydrau- lique compense la pression résultant de la charge préa- lable du ressort 60 appliquée au manchon 28 A ce point, le manchon doseur 28 se déplace vers le haut ce qui permet l'ouverture des orifices de dosage 58 de sorte que le débit de fluide refoulé par l'orifice 56 est réduit d'une manière proportionnelle à l'accrois- 0 sement de la pression du circuit jusqu'à ce qu'une pres- sion de refoulement maximale soit atteinte avec un dé- bit de fluide minimal. Il apparaîtra clairement aux spécialistes de la technique que la description qui précède n'a été donnée mu' des fins d'illustration et non de limitation et que l'invention n'est limitée que dans la mesure défi- nie par les revendications annexées. -9 RVENDICATIONS - 1 Une pompe à volume variable conçue pour ré- pondre aux besoins de débit de fluide d'un circuit hy- draulique tout en absorbant le volume de fluide en ex- cès lorsque le plein volume du déplacement de fluide par la pompe n'est pas requis par le circuit hydrau- lique, cette pompe ( 10) étant caractérisée en ce qu'- elle comporte au moins un piston ( 14), ce piston com- portant une partie tubulaire ( 27), des moyens ( 16-26) pour remplir de fluide la partie tubulaire du piston, cette partie tubulaire du piston étant montée mobile à l'intérieur d'un manchon doseur ( 28), cette partie tu- bulaire comportant plusieurs orifices de dosage ( 58) répartis autour de sa périphérie, le manchon doseur étant pré-chargé vers une position dans laquelle une plage d'étranglement ( 62) formée sur le manchon doseur recouvre les orifices de dosage, des moyens ( 42-56) pour refouler le fluide remplissant la partie tubulaire du piston dans le circuit hydraulique lorsque la pres- sion de fluide régnant dans ce circuit hydraulique est inférieure à la pression de fluide régnant dans la par- tie tubulaire du piston, des moyens ( 64) pour trans- mettre et appliquer la pression de fluide régnant dans le circuit hydraulique au manchon doseur, ce manchon doseur pouvant se déplacer jusqu'à une position dépla- cée lorsque la pression de fluide qui règne dans le circuit hydraulique dépasse la charge préalable appli- quée au manchon doseur, le mouvement du manchon doseur jusqu'à la position déplacée permettant au piston de se déplacer sur une même distance avec les orifices de do- sage ( 58) découverts, ce qui entraîne le déplacement d'un volume de fluide hors du piston vers une-cavité basse pression ( 68) formée à l'intérieur de la pompe jusqu'à ce que les orifices de dosage soient à nouveau recouverts par la plage d'étranglement de sorte que le -10 - débit de fluide refoulé par une pompe est réduit d'une manière proportionnelle à l'accroissement de la pres- sion de fluide dans le circuit hydraulique. 2 Pompe à volume variable selon la revendi- cation 1, caractérisée en ce que le piston ( 14) est monté coulissant sur un maneton rotatif ( 18) qui com- porte une ouverture ( 26), le fluide étant introduit par cette ouverture dans le piston pour remplir la par- tie tubulaire ( 27) du piston. 3 Pompe à volume variable selon la revendica- tion 2, caractérisée en ce que le manchon doseur ( 28) est monté coulissant sur un organe support ( 32) percé d'une ouverture ( 36), un ressort de rappel ( 30) étant monté dans la partie tubulaire ( 27) du piston ( 14) en appui de butée contre une extrémité de l'organe support pour maintenir le piston en place sur le maneton ( 18), le fluide remplissant la partie tubulaire du piston étant refoulé dans l'ouverture de l'organe support et appliqué à une soupape de retenue ( 42), cette soupape étant élastiquement sollicitée en appui contre un siège ( 40) par un ressort ( 44), la soupape de retenue étant écartée du siège lorsque la pression de fluide régnant dans la partie tubulaire du piston dépasse la charge de ressort appliquée à la soupape, permettant ainsi au fluide d'être refoulé hors de la partie tubulaire du piston dans le circuit hydraulique.