Brevet FR2518657A1 — publié le 19830624

La présente invention concerne des améliora- tions apportées aux pompes à cylindrée fixe destinées à satisfaire aux exigences inhérentes à un système hydraulique tout en nécessitant une puissance plus faible en opération sous faible charge, et plus particulièrement une pompe qui empêche l'écoulement du fluide lorsque le système hydraulique n'exige pas la totalité du volume de fluide refoulé par la pompe. On connait déjà des engins de terrassement comme des tracteurs à pelle chargeuse ou des rétrocaveu- ses qui comportent un godet ou une pelle monté sur un tracteur et destiné à être monté ou abaissé, basculé, ou autrement amené à une hauteur définie au moyen d'un mécanisme approprié pour un certain type de travail à effectuer De tels déplacements du godet ou de la pelle sont effectués de façon conventionnelle par des cylin- dres-hydrauliques alimentés par-un fluide sous pression fourni par une pompe appropriée. Une opération classique en matière de terras- sement est la pénétration d'un godet ou d'une pelle dans un tas de matériau Les systèmes hydrauliques destinés à une telle application nécessitent un volume de fluide important à faible pression, ceci afin de permettre un déplacement rapide des bielles, et donc) du godet ou de la pelle, lors de son effort Puis un faible volume de fluide à haute pression doit être disponible pour assurer le basculement du godet ou de la pelle nécessaire à celui-ci pour détacher du tas une partie du matériau ou pour soulever le matériau dans le godet ou la pelle. Une solution connue consiste à prévoir une pompe d'alimentation à cylindrée fixe destinée à four- nir la quantité requise de fluide sous pression, l'excès de fluide étant évacué à travers une soupape de déchar- ge Il est également connu de faire appel au moteur du - tracteur pour entraîner la pompe et celle-ci délivre alors généralement en permanence sa quantité maximale de fluide du fait que le régime du moteur du tracteur est constant La plupart du temps, ce volume maximal de fluide n'est pas exigé et la puissance four- nie par l'excès de fluide doit alors être absorbée par le système sous la forme d'un échauffement indésirable et d'une usure de la soupape de décharge. Une autre solution connue de l'art antérieur consiste à utiliser une pompe à cylindrée variable à commande automatique, de sorte que le débit de la pompe puisse être maintenu à une valeur minimale excepté lorsqu'un débit supérieur est exigé par le système Un système équipé de la sorte exige moins de puissance pour l'alimentation du système hydraulique, diminue l'échauffement du fluide lors de l'opération sous faible charge, permet un éventuel sous-dimensionnement d'un radiateur à huile et réduit le bruit engendré par la pompe et la soupape de décharge lors de l'opé- ration sous faible charge. Un inconvénient majeur inhérent à l'emploi d'une pompe à cylindrée variable est son coût Une pompe à cylindrée variable est sensiblement plus oné- reuse qu'une pompe à déplacement fixe comparable, ce qui augmente le coût global de la fabrication de machines de terrassement comme les tracteurs à pelle chargeuse ou les rétrocaveuses Ainsi la présente invention vise à proposer avantageusement une pompe à cylindrée fixe perfectionnée qui soit capable de réduire le volume de fluide en excès lors de l'opération sous faible charge, son fonctionnement nécessitant ainsi une puissance moindre et son coût étant plus fai- ble que celui d'une pompe à cylindrée variable compa- rable. La pompe à volume variable selon la présente invention peut être utilisée dans les équipements de terrassement conventionnels, comprenant les trac- teurs à pelle chargeuse et les rétrocaveuses La pompe est destinée à satisfaire aux exigences d'ali- mentation d'un système hydraulique tel qu'employé dans les tracteurs à pelle chargeuse ou les rétrocaveuses, dans lequel un volume de fluide impor- tant à faible pression est tout d'abord requis pour l'attaque rapide du matériau, puis un faible volume de fluide à haute pression permet le serrage des mâchoires, le chargement ou le tassement Bien entendu, la pompe selon la présente invention peut être utilisée dans tous les domaines o D de telles contraintes sont rencontrées - Un système hydraulique équipé de la pompe selon la présente invention fonctionne en consommant moins d'énergie et permet un échauffement moindre du fluide lors de son opération sous faible charge. La pompe hydraulique selon la présente inven- tion comprend un bâti abritant une ou plusieurs ran- gées de pistons de pompage à mouvement alternatif, disposés radialement autour d'un vilebrequin Le vi- lebrequin est sensiblement creux et comporte une plura- lité de bossages de came ou tourillons Chaque piston de pompage est monté sur le tourillon qui lui corres- pond au moyen d'un patin à déplacement libre Une partie d'extrémité sphérique plus large, ou tête, traversée par un perçage axial, permet à du fluide de s'écouler à travers la tête du piston et de remplir celui-ci. Le fluide hydraulique alimente l'intérieur du vilebrequin à travers un conduit La rotation du vile- brequin a pour conséquence l'écoulement centrifuge du fluide à travers des ouvertures prévues dans les touril- lons, qui provoque le remplissage des pistons de pompage. Lors de l'inversion du mouvement de chaque piston de pompage, du fluide sous pression est refoulé vers un circuit hydraulique conventionnel tel qu'utilisé dans un engin de terrassement Chaque piston de pompage comporte une partie tubulaire cy- lindrique mobile à l'intérieur d'une chambre de pompa- ge Lors de l'inversion du mouvement du piston de pompage, le volume de fluide remplissant la partie' tubulaire est amené contre une soupape d'arrêt Lors- que la pression du fluide dans la partie tubulaire excède le seuil de charge de la soupape d'arrêt, celle-ci se décolle de son siège et permet ainsi le refoulement du fluide vers le système hydraulique. Un piston d'obturation est prévu dans la chambre de pompage et disposé face au piston de pompage. Le piston d'obturation comprend une partie tubulaire cylindrique agencée pour coulisser dans un manchon. Un ressort est monté à l'intérieur de la partie tubulaire en butée contre un siège du piston d'obtu- ration, et repousse le piston d'obturation vers le piston de pompage L'extrémité inférieure du piston d'obturation tient lieu de butée pour un ressort de rappel monté à l'intérieur de la partie tubulaire du piston de pompage et destiné à maintenir le piston de pompage en position sur son patin Le piston-d'obtu- ration est normalement en appui contre son siège lorsque la valeur de la pression dans le système hydraulique est inférieure à la valeur imposant une réduction du débit Ainsi l'intégralité du fluide dé- placé par le piston de pompage traverse un orifice de décharge pour alimenter le système hydraulique- de la façon souhaitée, et ce jusqu'à ce que la pression dans le système hydraulique atteigne une valeur pré- déterminée correspondant à la nécessité de réduire l'é- coulement à-partir du piston de pompage Lorsque la pres- sion dans le système hydraulique atteint cette valeur prédéterminée, du fluide, à une certaine pression de compensation, est amené vers la partie tubulaire du piston d'obturation, ce-qui a pour con- séquence le décollement du piston d'obturation de son siège ainsi que la compression par le piston d"obtu- ration du ressort de rappel du piston de pompage. Pour une pression maximale requise dans le système, le piston d'obturation vient s'accoller au piston de pompage et suit celui-ci pendant sa course d'aspi- ration pour ainsi interrompre l'écoulement du fluide à travers l'orifice de décharge Ainsi le débit du fluide dans l'orifice de décharge diminue en propor- tion de l'augmentation de la pression dans le système jusqu'à l'obtention, pour un débit minimal de fluide, d'une pression de sortie maximale requise La pression de fluide dans le système hydraulique peut être utilisée pour contrôler la position du piston d'obtura- tion dans la chambre de pompage, afin de réduire le débit de fluide vers le système hydraulique propor- tionnellement à l'augmentation de la pression dans le système La présente invention a également pour objet de proposer des dispositifs auxiliaires pour engendrer le signal de commande nécessaire au positionnement du piston d'obturation, comprenant des régulateurs cen- trifuges ou des mécanismes de contrôle de la vitesse. D'autres avantages de la pompe à volume variable selon la présente invention seront mieux com- pris à la lecture de la description suivante d'une forme de réalisation préférée, faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 représente une vue en éléva- tion de la pompe à volume variable, partiellement coupée à des fins de visualisation plus facile, la -figure 2 représente une vue agrandie du mécanisme de piston de la pompe, le piston d'obtura- tion étant en appui contre son siège, et la figure 3 représente une vue agrandie du mécanisme de piston de la pompe, le piston d'obturation étant accollé au piston de pompage. En référence aux figures 1 à 3, une pompe hydraulique 10 comprend un bâti 12 abritant une ou plusieurs rangées de pistons de pompage à mouvement alternatif 14 disposés radialement autour d'un vile- brequin 16 Le vilebrequin 16 est sensiblement creux et comporte une pluralité de bossages de came ou tourillons 18 Chaque piston de pompage 14 est monté sur le tourillon qui lui correspond au moyen d'un patin à déplacement libre 20 Une partie d'extrémité sphérique plus large ou tête 22, traversée par un perçage axial 23, permet à du fluide de s'écouler à travers la -tête du piston et de remplir celui-ci. Le fluide hydraulique est amené à l'intérieur du vilebrequin 16 à travers un conduit 24 La rotation -20 du vilebrequin 16 a pour conséquence l'écoulement cen- trifuge du fluide à travers des ouvertures 26-pré- vues dans les tourillons, qui provoque le remplissage des pistons de pompage 14 Lors de l'inversion du mouvement de chaque piston 14, du fluide sous pression est refoulé vers un circuit hydraulique conventionnel (non représenté) tel qu'utilisé dans un engin de terrassement. Chaque piston de pompage 14 comporte une partie tubulaire cylindrique 28 agencée pour coulis- ser à l'intérieur d'un-manchon 30 Lorsque le piston 14 se déplace vers le haut à partir de sa position re- présentée sur la figure 2, le volume de fluide remplis- sant la partie tubulaire 28 est amené à travers une ouverture 32 prévue dans un siège 34 contre une soupape d'arrêt 36 Lorsque la pression du fluide dans la partie tubulaire 28 excède la réaction exercée par un ressort 38,alors la soupape d'arrêt 36 se décolle de son siège 34 et permet ainsi la sortie du fluide vers le système hydraulique, à travers un orifice de décharge 40. Un piston d'obturation 42 est prévu dans la chambre de pompage 44 et disposé face au piston de pompage 14 Le piston d'obturation 42 comprend une partie tubulaire cylindrique 46 agencée pour cou- lisser dans un manchon 48 Un ressort 50 est monté à l'intérieur de la partie tubulaire 46 en butée contre un siège de piston d'obturation 52, et repousse le piston d'obturation 42 vers le piston de pompage 14 L'extrémité inférieure 53 du piston d'obturation 42 tient lieu de butée pour un-ressort de rappel 54 monté à l'intérieur de la partie tubulaire 28 du piston de pompage et destiné à maintenir le pis- ton 14 en position sur son patin 20. Le piston d'obturation 42 est normalement en appui contre son siège 52 lorsque la valeur de la pression dans le système-hydraulique est inférieureà la valeur imposant une réduction de l'écoulement Ainsi l'intégralité du fluide déplacé par le piston de pompage 14 traverse l'orifice de décharge 40 pour alimenter le système hydraulique de la façon souhaitée, et ce jusqu'à ce-que la pression dans le système hydraulique atteigne une valeur prédéterminée correspondant à la nécessité de réduire l'écoulement à partir du piston de pompage 14 Lorsque la pression dans le système hydrau- lique atteint cette valeur prédéterminée, alors la par- tie tubulaire 46 est soumise à une pression de compensa- tion par l'intermédiaire d'un orifice d'entrée 58 et d'une ouverture 60 prévue dans le siège 52 du piston d'obturation, ce qui a pour conséquence le décollement du piston d'obturation 42 de son siège et la compression par le piston d'obturation 42 du ressort 54 du piston de pompage Pour une pression maximale requise dans le système, le piston d'obturation 42 vient s'accoller au piston de pompage 14, comme représenté sur la figure 3, et suit le piston de pompage 14 pendant sa course d'aspiration pour ainsi interrompre l'écoulement du fluide à travers l'orifice de décharge 40 Ainsi le débit de fluide à la sortie de l'orifice de décharge diminue en proportion de l'augmentation de la- pression dans le système jusqu'à l'obtention, pour un débit minimal de fluide, d'une pression de sortie maxi- male requise. L'orifice d'entrée 58 peut être relié au système hydraulique pour l'admission de la pression de compen- sation nécessaire à la commande du piston d'obtura- tion 42 Ainsi la pression de fluide dans le système hydraulique peut être utilisée pour contrôler la position du piston d'obturation 42 dans la, chambre de pompage 44 La présente invention a également pour objet de proposer des dispositifs auxiliaires pour en- gendrer le signal de commandé nécessaire au position- nement du piston d'obturation 42, comprenant des régulateurs centrifuges ou des mécanismes de contrôle de la vitesse. Bien entendu, la description ci-dessus est donnée à titre d'exemple non limitatif,-la portée de l'invention s'étendant au contenu des revendications annexées. 18657 RWVENDICATIONS 1 Pompe à volume variable pour l'alimentation en fluide d'un système hydraulique, agencée pour limiter le débit de fluide lorsque le système n'exige pas la totalité du volume de fluide refoulé par la pompe, ladite pompe comportant au moins un piston de pompage à mouvement alternatif ( 14), ledit piston de pompage comprenant une partie tubulaire mobile dans une chambre de pompage, des moyens pour remplir la partie tubulaire du piston de pompage à l'aide de fluide pendant une course d'aspiration dudit pis- ton de pompage, des moyens pour refouler le fluide contenu dans ladite partie tubulaire du piston de pompage à travers un orifice de décharge ( 40) vers ledit système hydraulique lorsque la pression de fluide dans ledit système hydraulique est inférieure à la pression de fluide dans ladite partie tubulaire du piston de pompage, caractérisée par le fait qu'elle comporte en outre un piston d'obturation ( 42) dispo- sé à l'intérieur de ladite chambre de pompage ( 44) face audit piston de pompage ( 14), ledit piston d'obturation comprenant une partie tubulaire normale- ment en appui contre un siège de piston d'obturation lorsque la valeur de la pression dans ledit système hydraulique est inférieure à la valeur imposant une réduction du débit de fluide, des moyens pour amener-X l'intérieur de ladite partie tubulaire du piston d'ob- turation du fluide sous une pression de compensation destinée à provoquer le décollement du piston d'obtura- tion de son siège lorsque la pression dans ledit système hydraulique atteint une valeur prédéterminée, ledit pis- ton d'obturation étant déplaçable vers ledit piston de pompage pour suivre-ledit piston de pompage durant sa course d'aspiration lorsque la pression dans ledit système hydraulique atteint ladite valeur prédéter- minée, le piston d'obturation limitant ou interrom- pant ainsi le débit de fluide à la sortie dudit orifice de décharge ( 40). 2 Pompe à volume variable selon la revendica- tion 1, laquelle comprend en outre des moyens élastiques disposés à l'intérieur de ladite partie tubulaire du piston de pompage et agencés pour prendre appui sur une extrémité dudit piston d'obturation.