Brevet FR2534996A1 — publié le 19840427

Dispositif de suspension hydraulique. La présente invention a trait à un dis- positif de suspension hydraulique destiné à produire un effet de suspension élastique avec amortissement. On connaît déjà un grand nombre de types de suspensions hydrauliques, notamment pour véhicu- les, utilisant en général des vérins avec pistons coulissant dans un cylindre oudans d'autres casdes vérins souples, c'està-dire des enceintes déformables ayant une élasticité de paroi relativement réduite. D'une façon générale,le grand nombre de dispositifs différents qui existe permet une adaptation à un grand nombre de situations pratiques différentes. Cependant, lorsque l'on désire réaliser une suspension dans laquelle la partie suspendue doit conserver un parallélisme ou un alignement lors de son déplacement, il est nécessaire d'introduire des moyens de guidage, ce qui augmente considérablement le prix de ces suspensions et,d'une façon générale, constitue une importante complication, en particulier si les charges à suspendre présentent une grande sur- face. On a déjà proposé, dans la demande de bre- vet français n 2 276 623 déposée le 28 juin 1974,un -2- dispositif hydraulique d'alignement pour maintenir un élément mobile parallèle à un plan déterminé et com- prenant au moins deux vérins hydrauliques dans les- -quels coulissent des pistons, ces vérins étant incli- nés par rapport au plan d'un même angle et chaque vé- rin étant alimenté en liquide incompressible sur au moins l'une des faces de son piston, le liquide oc- cupant dans chaque vérin au moins une chambre de fa- çon telle qu'un déplacement de l'élément mobile pa- rallèlement au plan entraîne dans les chambres des variations de volume correspondantes identiques, cha- que chambre étant reliée à un dispositif de transmis- sion hydraulique transmettant à chaque vérin la varia- tion de volume correspondant exactement à la variation de volume de chacun des autres vérins, la somme des volumes restant constante. Un tel dispositif présente des propriétés remarquables du point de vue du maintien du parallélis- me et ceci sans le moindre organe de guidage Par con- tre,le fait que pratiquement toute fuite doit être é- vitée conduit à utiliser, pour conserver l'étanchéité, des joints de pistons entraînant un frottement impor- tant difficile à maîtriser et un tel dispositif se trou- ve,dans la pratique, peu adapté à la réalisation d'une suspension. La présente invention se propose donc de remédier à ces inconvénients et de fournir un disposi- tif de suspension hydraulique qui soit de réalisation simple et peu coûteuse en utilisant autant que possible les éléments du commerce, qui permette d'obtenir une suspension élastique amortie extrêmement efficace et facilement réglable et qui en outre permette de con- server le parallélisme lors du mouvement de la charge suspendue dans des conditions tout à fait convenables en pratique malgré l'absence de tout moyen de guidage. -3- L'invention a pour objet un dispositif de suspension hydraulique d'un élément ou charge mobile, du type à vérin souple, avec des moyens élastiques et des moyens d'amortissement, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux vérins souples interposés entre ledit élément mobile et un support, chaque vérin étant alimenté en liquide incompressible occupant la chambre du vérin, lesdites chambres desdits vérins étant reliées à des moyens de transmission hydrauliquestransmettant à chaque vérin la variation de volume correspondant à la variation de volume des autres vérins, la somme des volumes, c'est-à-dire le volume hydraulique total,restant constante. On constate ainsi que l'on obtient, malgré l'effet, d'élasticité propre aux différents vérins dont les variations de volume ne sont pas strictement linéaires,un excellent effet de suspension amorti dans lequel le parallélisme de l'é- lément mobile reste conservé dans des proportions ex- trêmement satisfaisantes. En outre, on obtient une grande souplesse d'adaptation-permettant des réglages faciles pour l'a- daptation du dispositif à toutes sortesde cas de figures avec des charges et des fréquences de travail extrême- ment variables. Par vérin souple dans le sens de l'invention, on entend des vérins souples tels que ceux vendus dans le commerce, constitués d'une enceinte déformable, par exemple réalisée en élastomère toilé ou en métal, par exemple du type soufflet, de tels vérins présentant deux faces extrêmes opposées de préférence indéformables soit par construction, soit par appui contre les sur- faces réceptrices correspondantes alors que la paroi la- térale rejoignant lesdites faces estquant à elle, défor- mable suivant les variations de volume de la chambre -4 - interne forméepar le vérin. Les moyens élastiques de la suspension peu- des accumulateurs hvdropneumatiques ou vent être avantageusement /es ressorts usuels de suspen- sion conférant à celle-ci la raideur désirée Le cas échéant, ces moyens peuvent faire partie du vérin ou faire corps avec celui-ci, par exemple et notamment dans le cas de vérirs soupls métalliques du type à soufflets qui peuvent également faire office de ressorts. Les moyens d'amortissement peuvent être des moyens quelconques Il peut s'agir par-exemple d'étran- glementssur les liaisons hydrauliques entre les vérins ou d'un amortisseur hydro-pneumatique, par exemple du type à membrane ou à vessie. Dans une forme de réalisation particulière- ment simpleles différents pistons ont des sections iden- tiques. D'autres avantages et caractéristiques de l'in- vention apparaîtront à la lecture de la description suivan- tel faite à titre d'exemple non limitatif et se référant au dessin annexé dans lequel: la figure 1 représente schématiquement une vue d'une première forme de réalisation selon l'invention; la figure 2 représente schématiquement une vue d'une seconde forme de réalisation selon l'invention; la figure 3 représente schématiquement une vue d'une troisième forme de réalisation selon l'invention o la figure 4 représente schématiquement une vue d'une variante de la forme de réalisation de la fig 3; la figure 5 représente schématiquement une vue d'une quatrième forme de réalisation de l'invention; la figure 6 représente schématiquement une vue d'une variante de cette quatrième forme de réalisation; la figure 7 représente une vue schématique- d'un moyen d'amortissement réglable selon l'invention; la figure 8 représente une vue schématique d'un autre moyen d'amortissement réglable selon l'invention; - En se référant à la figure 1,on a représenté une charge/fiément mobile 1 destinée à se déplacer verti- calement, c'est-à-dire dans le sens des flèches En fait, l'élément mobile 1 est un plateau rectangulaire qui est vu sur la figure 1 dans son épaisseur et les vérins qui vont être décrits et qui ont l'air, sur la figure 1, d'être alignés, doivent être considérés comme disposés chacun au niveau d'un coin de ce plateau rectangulaire, chaque coin étant supporté par un vérin, le dessin ayant été réalisé uniquement à titre de simplification pour éviter une vue en perspective. En conséquence,sous chacun des quatre coins du plateau rectangulaire se trouve disposé un vérin élas- tique 2 a, 2 b, 2 c, 2 d Ces vérins sont des vérins réalisés en caoutchouc toilé présentant un aspect d'enceinte cir- culaire dont la hauteur est variable et varie en croissant lorsque le diamètre médian décroît et inversement Les vérins sont placés sur un support fixe 3 par rapport au- quel l'élément mobile 1 doit se déplacer. Des ressorts 4 a, 4 b, 4 c, 4 d sont associés à chaque vérin et interposés entre l'é- lément mobile 1 et le support 3 pour définir,pour l'essen- tiel, la raideur de la suspension Cependant, on pourrait aussi utiliser un seul ressort ou d'autres ressorts dispo- sés loin des vérins. Chacun des vérins est relié par une conduite à volume peu ou non variable Sa, 5 b, 5 c, 5 d à chaque fois une chambre 6 a, 6 b, 6 c, 6 d pratiquée dans un bloc métalli- que 7 et dans laquelle est guidé un piston complexe 8 composé d'autant de partiesque de chambres,à savoir les parties de piston 8 a, 8 b, 8 c, 8 d Les sections efficaces de chaque partie de piston 8 a, 8 b, 8 c, 8 d sont identiques entre elles de sorte que les variations de volume des différentes cham- bres sont identiques entre elles L'autre extrémité du piston 8 est en rapport avec une chambre 9 qui,par l'intermédiaire -6- d'une canalisation 10 avec un robinet 11 ise trouve en relation avec un accumulateur hydropneumatique 12. On comprend quq dans un tel dispositif, si une variation de position de charge ou un effort tend à solliciter le vérin souple 2 a, par exemple pour diminuer son volume et expulser du liquide par la canalisation 5 a, il se produit une augmentation de pression dans la cham- bre 6 a et le piston 8 va être repoussé vers la droite, augmentant exactement de la même quantité les volumes des chambres 6 b, 6 c, 6 d, lesquelles à ce moment-là aspirent le liquide contenu dans le vérin 2 b, 2 c, 2 d de sorte que la charge 1 va se déplacer -en restant pratiquement parallèle à elle-même Le même effet se produit si le volume de l'un des vérins souples tend à augmenter. Le liquide de la chambre 9 avec l'accumulateur hydropneumatique 12 tend à permettre l'absorption des dila- tations thermiques du liquide hydraulique des vérins et permet, par exemple par le réglage de l'étranglement 11, d'introduire un élément d'amortissement, ces effets s'ef- fectuant en combinaison avec le fonctionnement de l'accu- mulateur 12. Conformément à l'inventionl'élasticité propre aux parois des vérins souples doit être relativement faible et en tout cas suffisamnent faible pour ne pas entraîner des risques de déflexions véritablement sensibles du plateau 1, compte tenu des réactions de l'ensemble du dispositif Bien entendu,si l'on utilise des ressorts plus raides,on améliore également les performances de l'en- semble. En se référant à la figure 2,on voit une forme de réalisation pratiquement analogue/defal figure 1 Par contrele dispositif à chambre et piston complexe est rem- placé par quatre vérins souples identiques, à savoir les vérins 13 a, 13 b, 13 c, 13 d, ces vérins souples recevant les canalisations 5 a à 5 d respec- 7 - tivement Ils sont interposés entre une structure fixe 14 qui est appliquée contre l'une de leurs faces et une struc- ture mobile 15 qui transmet à chaque vérin 13 a à 13 d la déformation du ou des autres vérins 13 a à 13 d Un ressort 16 peut avantageusement être interposé entre les deux struc- tures rigides 14 et 15. On comprend donc que si par exemple le vérin 2 a est sollicité de façon à diminuer son volume et à expulser du liquide par la canalisation 5 a, le liquide aboutissant à l'intérieur de la chambre du vérin 13 a va augmenter le volume de celle-ci et repousser la structure rigide mobile en vers la gauche,/ augmentant en conséquence les volumes et des vérins souples 13 b, 13 c, 13 d /provoquant une aspiration dans les volumes des vérins 2 b, 2 c, 2 È ce qui rétablit le parallélisme. Là également,l'expérience montre que l'on ob- tient de façon remarquable un excellent effet de suspension sans nécessiter le moindre dispositif d'asservissement dyna- le mique, /parallélisme de l'élément mobile 1 dans son dépla- cement vertical étant assez bien conservé. Dans cette forme de réalisation,les moyens d'a- mortissement peuvent être quelconques et, par exemple,sim- plement constitués par la faible section que l'on peut don- ner aux conduites-5 a, 5 b, 5 c, 5 d ou par étranglement asservi par exemple au régime de la machine à suspendreo En se référant à Ia figure 3, on voit une vari- ante de la forme de réalisation de la figure 2 dans laquelle le ressort 16 est supprimé et remplacé par un vérin souple 17 qui par une canalisation 18,aboutit a un accumulateur hy- dropneumatique 19 o Dans ce casle fonctionnement devient sen- siblement équivalent à celui de la figure 1 Les ressorts tels que 4 a, 4 b, 4 c, 4 d peuvent même être supprimés, l'élas- ticité étant alors celle de l'accumulateur 19. En se référant à la figure 4,on voit un disposi- tif du même type que celui de la figure 3 mais dans lequel l'élémentfixe 14 est remplacé par un élément fixe 20 muni 8 - de surfaces d'appui 21 dirigées de façon sensiblement ra- diale et l'élément mobile 15 est remplacé par un élément en forme d 9 toile 22 dont les bras sensiblement parallèles aux surfaces 21 respectiv E viennent se disposer contre les faces correspondantes des vérins 13 a à 13 d et 17, le fonc- tionnement étant pour le reste identique à celui de la réalisation de la figure 4. En se référant à la figure 5,on voit cette fois ici un élément 1 qui est interposé entre deux groupes de quatre vérins,à savoir d'une part des vérins souples 2 a à 2 d avec leurs ressorts, ces différentes pièces étant inter- posées entre l'élément mobile 1 et la structure fixe 3 Qua- tre vérins identiques 2 e à 2 h sont disposés de la même fa- çon, mais sans ressort, sur la face supérieure de l'élément en étant interposés entre cette face et une autre partie de la structure 3 L'élément mobile 1 est susceptible d'osciller entre ces deux parties de la structure 3. Par des canalisations respectives 5 e, 5 f, 5 g, 5 h, chacun des vérins 2 a à 2 d est hydrauliquement relié à l'un et un seul des vérins 2 e à 2 h En outre la canalisation 5 h est reliée à un accumulateur 22. Si par exemple l'élément mobile se déplace de façon à comprimer le vérinsouple 2 a, le volume dans celui-ci diminue et,par la canalisation 5 e, le liquide va augmenter le volume du vérin 2 f qui va repousser le plateau vers le bas en un point éloigné du point d'appui du vérin 2 sur le plateau 1 Ceci va donc rétablir le parallélisme et d'autre part comprimer le vérin 2 b qui va réagir sur le vérin 2 g dont l'expansion provoque la compression du vérin 2 c qui provoque l'expansion du vérin 2 h etc On constate que,malgré le manque de linéarité des déformations des volumes ds vérins, on obtient un très bon alignement ou parallélisme, le volume hydraulique total restant constant en circuit fermé. L'accumulateur 22 peut servir de moyens elas- tiques et éventuellement de moyens amortisseurs, l'amortis- sement pouvant également être pratiqué par des étrangleurs ou simplement par la section réduite des canalisations. En se référant à la figure 6,on voit une va- riante de la figure 5 dans laquelle le vérin 2 a est inter- posé entre une structure la solidaire de l'élément mobile 1 et un élément de structure fixe 3 a, le vérin 2 e étant éga- lement interposé entre ces éléments la et 3 a mais de l'au- tre côté par rapport au vérin 2 a Les canalisations 5 e à 5 h restent les mêmes Cette réalisation fonctionne pratique- ment comme le dispositf de la figure 5. A titre d'exemple,on a avantageusement utilisé des vérins souples tels que ceux réalisés pour les suspen- sions pneumatiques. Les vérins souples en élastomère toilé utilisés peuvent être remplacés par d'autres types de verins souples et en particulier par des éléments déformables tels que des éléments en forme de soufflets, notamment des éléments mé- talliques en soufflets lesquels, ayant une raideur dépen- dant de l'épaisseur de la paroi métallique en soufflet, peuvent éventuellement dispenserde l'utilisation d'autres moyens élastiques tels que ressorts ou chambres hydropneu- matiques. Les suspensions qui ont été ainsi réalisées selon l'invention s'avèrent extrêmement efficaces pour différents usages,notamment pour le support de moteurs ou d'ensembles de machines ainsi que pour la suspension de véhicules Les caractéristiques d'amortissement dyna- miques peuvent être facilement réglées en jouant sur les raideurs des moyens élastiques et sur le degré d'amor- tissement des moyens amortisseurs. On se réfère à la figure 7 dans laquelle on a représenté un dispositif permettant de faire varier es 3499 à - les caractéristiques de l'accumulateur hydropneumatique 12 dont on voit la chambre guide 12 a, la membrane élas- tique 12 b et la chambre pneumatique sous-jacente 12 c. Une dérivation du liquide 23, avec une vanne 23 a-, aboutit à la partie inférieure d'un cylindre 24 alors qu'une dérivation supérieure 25, avec une vanne 25 a, relie la chambre pneumatique 12 c à la partie supérieure du cy- lindre 24 Dans celui-ci peut se déplacer un piston 24 c délimitant deux chambres opposées inférieure 24 a et su- périeure 24 b La position du piston 24 c dans le cylindre 24, qui détermine les volumes respectifs de ces chambres, est déterminée par une tige 26, grâce à des moyens de ré- glage manuel 27. On comprend que, si l'on veut augmenter la pression dans la chambre pneumatique 12 c de l'ac- cumulateur 12, il suffira de faire remonter le piston 24 pour diminuer le volume de la chambre pneumatique 24 b, les robinets 25 a et 23 a étant ouverts pour permettre les adaptations de volume. En se référant à la figure 8, on voit un dispo- sitif similaire dans lequel la position du piston 24 c peut être réglée par exemple par un enroulement électro- magnétique 28 réglant électromagnétiquement la position du piston 24 c dans le cylindre 24. L'invention n'est pas limitée aux modes de réali- sation décrits ci-dessus et représentés, mais englobe les va- riantes qui en découlent En particulier, les ressorts 4 a à 4 d des figures 1 à 6 pourraient être supprimés et remplacés par l'élasticité de l'accumulateur hydropneumatique 12, 19 ou 22 et/ou du ressort 16. Le système de distribution à vérins souples 13 a à 13 d des figures 2, 3 et 4 pourrait également être remplacé par un système de distribution à vérins à pistons, attelés entre eux en ligne, en parallèle ou en rotation. il REVENDICATIONS 1 Dispositif de suspension hydraulique d'un élé- ment ou charge mobile ( 1) du type à vérin souple, avec des moyens élastiques ( 4 a à 4 d) et des moyens d'amortissement, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux vérins sou- ples ( 2 a, 2 b, 2 c, 2 d, 2 e, 2 f, 2 g, 2 h) interposés entre ledit élément mobile ( 1) et un support ( 3), chaque vérin étant alimenté en liquide incompressible occupant la chambre du vérin, lesdites chambres desdits vérins étant reliées à des moyens de transmission hydrauliques ( 5 a à 5 d, 7, 8, 9, 13 a à 13 d, 5 e à 5 h) transmettant à chaque vérin la varia- tion de volume correspondant à la variation de volume des autres vérins, la somme des volumes, c'est-à-dire le volume hydraulique total,restant constante. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en-ce que lesdits moyens élastiques comprennent des ressorts ( 4 a à 4 d, 16). 3 Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que lesdits moyens élastiques compren- nent des accumulateurs hydropneumatiques ( 12, 19, 22). 4 Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de trans- mission hydrauliques comprennent des vérins dont les parties mobiles ( 8 a à 8 d, 14, 22) sont mécaniquement solidaires entre elles de façon que les variations de volume desdits vérins soient simultanément égales. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits vérins ( 13 a à 13 d) desdits moyens de transmission hydrauliques sont des vérins souples. 6 Dispositif selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que lesdites parties mobiles solidaires de pistons agissent également sur une chambre de piston ( 9, 17) reliée à un accumulateur hydropneumatique ( 12, 19). 7 Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 1 àa 3, caractérisé en ce que lesdits vérins souples interposés entre l'élément mobile ( 1) et le support ( 3) 2 534995 sont disposés en -groupes antagonistes ( 2 a à 2 d, 2 e à 2 h), les vérins de l'un des groupes étant reliés à ceux de l'au- tre pour une compensation de volume. 8 Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'un au moins ( 5 h) des moyens de transmission hydrauliques entre vérinsest relié à un accumulateur hydro- pneumatique ( 22). 9 Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 8, caractérisé en ce que lesdits moyens d'amortis- sement comprennent des moyens étrangleurs ( 11) ou des sec- tions de faibles diamètres de canalisation. Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations 3 à 9, caractérisé en ce que ledit accumulateur hydropneumatique ( 12) possédant, un volume hydraulique ( 12 a) et un volume pneumatique ( 12 c) a ses volumes respective- ment reliés par l'intermédiaire de vannes ( 23 a, 25 a) à des volumes correspondants d'un cylindre ( 24) dont les moyens de séparation ( 24 c) entre les volumes hydraulique et pneu- matique possèdent une position réglable grâce à des moyens de réglage ( 26, 28).