Brevet FR2535007A1 — publié le 19840427

Des circuits hydrauliques élevant de lourdes charges au moyen de distributeurs du type à tiroir comportent un clapet supplémentaire couramment connu dans la technique sous le nom de "clapet de blocage" qui est monté dans les conduites entre le distributeur et le cylindre de travail La nécessité de ces clapets supplé- mentaires de blocage résulte de la fuite normale du tiroir dans un distributeur qui, s'il est laissé dans une position neutre, permet lentement à la charge de tomber par suite des fuites, dues aux tolérances normales, par les pistons du tiroir du distributeur. Un clapet de blocage est un clapet de retenue fermé par un ressort, monté dans chaque orifice moteur du distributeur et s'opposant à tout écoulement de fuite du cylindre vers le distributeur jusqu'à ce que ce clapet soit ouvert à force par la pression provenant de la source de pompage Les valves de commande ou clapets du type >-ô - à blocage de l'art antérieur, tels que celui décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 3 596 566,utilisent un fluide sous pression, s'écoulant de la source de pompage vers l'extérieur, par l'un ou l'autre des orifices moteurs du distributeur, pour ouvrir les deux clapets de retenue de blocage Dans un tel dispositif, lorsque la tige du piston de l'actionneur commandé est soumise à une charge extérieure importante, une grande variation de pression affecte le circuit d'écoulement du fluide dans lequel chacun des clapets de retenue de blocage est monté Lorsque la tige du piston est accélérée sous l'effet de la charge extérieure, le cylindre commence à dépasser la pompe, ce qui entraîne une chute de pression dans le circuit de la pompe alimentant l'un des côtés du cylindre Ceci fait descendre la pression tendant à maintenir les clapets de blocage ouverts et les deux clapets de blocage se ferment momentanément sous l'action de leurs ressorts Leur fermeture provoque un arrêt immédiat du piston du cylindre et il en résulte l'appli- cation d'un choc à l'ensemble du dispositif Lorsque le -fluide provenant de la source de pompage commence à rétablir une pression suffisante, les deux clapets de blocage s'ouvrent de nouveau et le cycle est répété Ce phénomène est connu dans la technique des circuits à fluide sous le nom de vibration de blocage et quels que soient ses efforts, l'opérateur du distributeur est inca- pable de positionner avec précision la tige du cylindre et la charge qui lui est reliée ou de commander avec pré- cision la vitesse du mouvement de la charge Tout ceci est dû à l'instabilité, indiquée ci-dessus, des clapets de blocage soumis à une lourde charge. Les efforts antérieurs pour éliminer le problème posé par la vibration du blocage, tels qu'une limitation importante du débit d'écoulement maximal de retour de l'actionneur, ont engendré une importante perte d'effica- cité de travail qui limite notablement la vitesse des mouvements et le temps de réaction du mouvement du cylin- dre sur la machine. Un procédé pour résoudre ce problème de vibra- tion est indiqué dans le brevet précité, procédé dans lequel le minutage du distributeur est modifié de manière que les clapets de blocage soient totalement ouverts avant tout écoulement en direction de l'actionneur ou provenant de l'actionneur, les clapets de blocage étant maintenus ouverts au moyen-d'une cavité sous pression indépendante Le dispositif exige un travail très complexe d'usinage du distributeur et de son tiroir pour former tous les canaux supplémentaires et permettre toutes les fonctions de distribution Bien que le dispositif limite les possibilités de vibration, il n'empêche pas l'action- neur d'emballer la pompe ni le circuit d'être sujet à des phénomènes de cavitation. L'invention concerne un dispositif de blocage qui assume une fonction supplémentaire, à savoir le dosage de la charge, qui n'était pas jusqu'à présent assuré par les clapets de blocage de l'art antérieur. Dans un clapet de blocage de conception typique tel que celui décrit dans le brevet précité, le clapet est soit totalement fermé, soit totalement ouvert Lorsqu'un clapet de blocage est fermé, la pression exercée par la charge de l'actionneur agit sur sa face arrière jusqu'à ce que l'asservissement, actionné par la pression de pompage, produise une force supérieure à la précédente et ouvre le clapet de retenue de blocage en le poussant. Une fois que la pression de la charge appliquée à la face arrière disparaît par suite de l'ouverture du clapet, le clapet de blocage se déplace rapidement vers la posi- tion d'ouverture complète, sans positions intermédiaires,. Tandis que ces types de clapets n'ont que deux positions, fermées ou totalement ouvertes, le clapet de retenue de blocage selon l'invention travaille d'une manière différente en prenant un nombre infini de positions de dosage suivant le niveau de la pression régnant dans la cavité opposée de l'orifice moteur du distributeur Le clapet de blocage selon l'invention comporte un plongeur ou élément d'asservissement similaire destiné à l'ouvrir, ce plongeur ou élément étant sensible à la pression régnant dans l'orifice moteur opposé ou dans la cavité de refou- lement de la pompe présentée par le distributeur L'obtu- rateur du clapet de blocage présente une face concave conique qui reçoit et entoure un siège annulaire Dans sa position de fermeture, l'obturateur est exposé, par ses deux faces, à la pression de retour provenant de la charge de l'actionneur, la surface d'une première face diminuant lorsque l'obturateur s'ouvre L'effet net des forces de fermeture de l'obturateur augmente lorsque l'obturateur s'ouvre, établissant ainsi un nombre infini de positions de dosage. L'invention a donc pour objet principal un circuit hydraulique comportant des clapets de blocage qui dosent un écoulement en fonction de la pression ré- gnant dans la cavité d'un orifice moteur proposé. L'invention a également pour objet un clapet perfectionné de blocage qui élimine les problèmes de vibration et de cavitation se posant lors des manuten- tions de lourdes charges. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sue lequel: la figure 1 est une coupe longitudinale du clapet de retenue de blocage et elle représente aussi de manière schématique, certaines parties du circuit associé; et la figure 2 est un graphique donnant la courbe de la force en fonction du débit du clapet de rete- nue de blocage à dosage selon l'invention et, à titre de comparaison, d'un clapet de retenue de blocage classi- que. Comme montré sur la figure 1, le clapet de retenue de blocage à dosage selon l'invention, indiqué globalement par la référence numérique 10, est monté dans un corps 36 de valve Un distributeur classique 44 à quatre voies commande un cylindre 42 à double effet par l'intermédiaire du clapet 10 de retenue de blocage. Un second clapet identique de blocage pourrait être monté dans l'orifice moteur opposé. Le clapet 10 de blocage est piloté par un plon- geur 12 qui réagit à la pression régnant dans une cavité 14 Le plongeur 12 déplace, par l'intermédiaire d'une tige 16, un obturateur 20 vers la droite pour le soulever d'un siège 18 et permettre ainsi un écoulement sous haute pression de la cavité 22 de l'orifice moteur, par un canal axial 24 ménagé dans un siège 18, vers une cavité adjacente 26 d'orifice moteur L'obturateur 20 présente une face concave conique 30 orientée à 450, qui entoure le siège 18 avec lequel elle entre en contact en formant une ligne annulaire 32 de contact étanche Le clapet est maintenu contre le siège 18 par un ressort-34 peu puissant, comme montré dans la moitié inférieure de la figure 1 La figure 1 représente la moitié inférieure de l'obturateur 20 en position de fermeture et la moitié supérieure dans une position d'ouverture partielle, uniquement à titre illustratif Le rayon A de la face arrière de l'obturateur 20 indique la surface utile de fermeture qui tend à fermer l'obturateur, tandis que le rayon B représente la surface utile de fermeture qui est sollicitée lorsque l'obturateur est en position d'ouverture. Des clapets de blocage sont généralement montés entre le moteur ou actionneur commandé et le distributeur commandant ce moteur ou cet actionneur Dans la plupart des applications telles que celles décrites dans le brevet précité, le clapet de blocage est en fait disposé à l'intérieur du corps du distributeur 36, comme c'est le cas de la présenté invention La cavité 14 est mise en communication soit avec une cavité indépendante à pression de pompage, soit avec la cavité opposée de l'ori- fice moteur, comme illustré par la figure 1. Lorsque le distributeur 44 est en position neutre, l'obturateur 20 est dans sa position de fermeture, telle qu'illustrée par la moitié inférieure de l'obtura- teur 20 Lorsque le moteur ou actionneur 42 supporte une charge à lourde inertie, une pression importante. règne dans la cavité 22 et agit sur les deux faces de l'obturateur 20, la force résultante, qui tend à fermer l'obturateur, agissant sur la face arrière 40, sur une surface indiquée par le-rayon A. Lorsque le distributeur 44 est déplacé vers la gauche jusqu'à la position illustrée sur le dessin, la cavité 26 est ouverte vers la vidange tandis que la pression de la pompe est communiquée par la cavité 14 et, par suite, à l'extrémité de la tige du cylindre 42 L'obturateur 20 de blocage reste fermé, empêchant la charge imposée à l'actionneur 42 de se déplacer jusqu'à ce qu'une pres- sion suffisante s'élève dans la cavité 14 pour que le plongeur 12 soulève à force l'obturateur 20 de son siège vers une position d'ouverture telle qu'illustrée dans la moitié supérieure de la figure 1. En analysant les forces agissant sur l'obtura- teur 20, on trouve une force hydraulique appliquée à la face arrière 40 de cet obturateur par la charge imposée à l'actionneur 42, cette forcetendant à fermer l'obtura- teur et s'ajoutant à la force très légère du ressort 34. Les forces tendant à ouvrir l'obturateur 20 comprennent la force du plongeur 12 et la force hydraulique agissant sur la surface frontale partielle de l'obturateur, indi- quée par une aire annulaire C Lorsque l'on observe les deux positions de l'obturateur 20, illustrées dans les moitiés inférieure et supérieure du dessin, on peut voir que, lorsque l'obturateur 20 s'ouvre, l'aire C diminuer ce qui a pour effet résultant, sur l'obturateur, d'accroî- tre la force tendant à le fermer plus cet obturateur s'ouvre Ceci est illustré par la courbe de débit en fonction de la force, donnée sur la figure 2 Plus l'obtu- rateur 20 s'ouvre, plus l'aire C diminue et plus l'ampli- tude de la force devant être exercée contre le plongeur 12 augmente. Le distributeur 44 étant dans la position illus- trée sur la figure 1, lorsque la pression de la pompe s'élève dans la cavité 14, la force appliquée au plongeur 12 devient progressivement supérieure à la force de fer- meture appliquée à l'obturateur 20 et elle oblige ce dernier à s'ouvrir partiellement La pression élevée régnant dans la cavité 22 de l'orifice moteur et due à la charge de la pesanteur sur le cylindre 42 s'écoule de manière dosée, à travers l'étranglement du clapet de retenue tel qu'indiqué par la ligne 46 de projection, vers l'intérieur du réservoir, en passant par un canal axial 24 et la cavité 26 de l'orifice moteur Pendant ce temps, lorsque la charge commence à se déplacer, la pression de pompage régnant dans la cavité 14 pénètre dans l'extrémité tige du cylindre 42 Cependant, si la charge commence à décharger la pompe, la pression de pom- page régnant dans la cavité 14 chute, ce qui provoque une diminution de la force appliquée au plongeur 12, et l'obturateur 20 se déplace vers la gauche, diminuant ainsi le débit d'écoulement à travers le clapet 10 de blocage jusqu'à ce que les forces appliquées à l'obturateur 20 se stabilisent Lorsque l'obturateur 20 se déplace vers une position de fermeture, la force utile de fermeture diminue jusqu'à ce que les forces s'équilibrent, et l'obtu- rateur se stabilise L'obturateur 20 assume donc une fonction de dosage indépendamment de tout dosage-effectué par le distributeur 44 Si l'on souhaite augmenter la vitesse à laquelle le cylindre 42 fait descendre sa charge, le distributeur 44 doit s'ouvrir suffisamment pour élever le niveau de pression de pompage dans la cavité 14, ce qui a pour effet d'accroître l'ouverture de l'obturateur 20 et, par conséquent, d'accroître la vitesse du cylindre. Un autre facteur qui accroît-la force de fermeture appli- quée à l'obturateur 20 lorsque ce dernier s'ouvre, en plus des variations de l'aire C indiquées précédemment, est l'effet Bernoulli se produisant sur la face conique 30, en amont de l'orifice, et dû à l'écoulement à grande vitesse. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au clapet décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. o -REVENDICATIONS 1 Clapet de retenue de blocage à dosage destiné à un circuit hydraulique comprenant une pompe alimentant un moteur ou actionneur ( 42) à double effet par l'inter- médiaire d'un distributeur ( 44), le clapet de blocage étant placé dans le circuit de retour entre l'actionneur et le distributeur et ce clapet de blocage, qui est nor- malement fermé, étant ouvert par un piston-( 12) d'asservis- sement qui est sensible à la pression régnant dans le côté du circuit soumis à la pression de pompage, le clapet de blocage étant caractérisé en ce qu'il comporte un corps ( 36) présentant un canal central ( 22), un obturateur mobile ( 20) logé dans le canal central et présentant une face conique ( 30), un piston ( 12) d'asservissement sensi- blé à la pression de refoulement de la pompe et agissant sur l'obturateur pour l'ouvrir, un siège ( 18) logé dans le canal central et pouvant entrer en contact avec la face conique de l'obturateur pour établir une ligne annu- laire ( 32) de contact d'étanchéité avec cette face coni- que, un organe ( 34) de rappel qui sollicite légèrement l'obturateur vers une position de fermeture, en coopérant avec la pression régnant dans le circuit de retour et agissant sur les deux faces de l'obturateur, une aire utile de fermeture étant définie par la ligne annulaire ( 32) de contact étanche, la face conique de l'obturateur étant configurée de manière que, lorsque l'obturateur s'ouvre, l'aire utile de fermeture augmente, ce qui né- cessite l'application d'une pression plus élevée contre le piston d'asservissement pour ouvrir davantage l'obtu- rateur de façon que, dans une condition de dépassement, lorsque la pression chute dans le côté du circuit soumis à la pression de pompage, l'obturateur réduise son ouver- ture et assume ainsi une fonction de dosage. 2 Clapet de retenue selon la revendication 1, caractérisé en ce que la face conique est concave et en ce que le siège est traversé par un canal axial ( 24), la ligne de contact étanche étant établie dans la face conique. 3 Clapet de retenue selon la revendication 1, caractérisé en ce que la face conique est concave et entoure le siège et en ce que ce dernier est traversé par un canal axial ( 24) permettant l'écoulement à travers le clapet de blocage. 4 Clapet de retenue selon la revendication 1, caractérisé en ce que la face conique est concave et forme un angle d'environ 45 avec-l'axe du clapet. Clapet de retenue selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston d'asservissement est ouvert à la pression dans l'orifice moteur opposé ( 26) du circuit de retour.