Brevet FR2547806A1 — publié le 19841228

La présente invention concerne un dispositif d'entrainement hydrostatique, notamment pour des mécanismes d'entrainement à piston pour ascenseurs à grande longueur de course. Un tel mécanisme d'entrainement à piston est agencé sous forme d'un cylindre de travail qui comporte un cylindre recevant le fluide de travail ainsi qu'un piston déplaçable axialement dans le cylindre. Entre le cylindre et le piston est interposé un organe de tête autorisant le passage du piston et ce dernier transmet la force exercée par le fluide de travail à un objet placé à l'extérieur du cylindre, par exemple à la structure à soulever. Dans les dispositifs d'entrainement hydrostatiques connus, il se pose cependant des problèmes lorsque ceux-ci ont des longueurs de course supérieures à la normale Dans ce cas, on doit notamment prendre en considération le risque de flambage lors du dimensionnement En vue d'augmenter la sécurité, on doit pour cette raison utiliser dans de telles conditions des pistons de grand diamètre dont l'alimentation en fluide de travail nécessite dutiliser des pompes appropriées pour débiter de grandes quantités de liquide Du fait de l'augmentation des dimensions, la pression de service diminue et en consequence également le rendement du disposi- t if d entraînement hydrostatique Lors de 0utilisation de dispositifs d'entraînement à pistons de grande longueur de course, on peut choisir généralement deux solutions La première correspond à ee qu'on appelle un Du entraînement à multiplication de course dans lequel un moufle multipliant la course est actionne au moyen d'un piston de faible course Un tel dispositif est cependant associé à un guidage complique du câble à cause de l'utilisation du moufle et la pompe à utiliser, qui a une faible pression de fonctionnement et qui doit fournir un grand débit de liquide, nécessite des dimensions extraordinairement grandes,pour le groupe hydraulique ce qui se traduit par des conditions défavorables de marche. Un tel dispositif d'entraînement est particulièrement désavantageux dans le cas d'ascenseurs ayant des hauteurs de course égales ou supérieures à 20 m. En dehors des inconvénients précités, il est notamment nécessaire également d'installer un appareillage de retenue additionnel et un dispositif de limitation de vitesse. Autre groupe de solutions connues concerne les cylindres télescopiques de travail, qui permettent d'augmenter la longueur de course d'une manière faisant intervenir, à la place d'un seul piston, une série de pistons emboités les uns dans les autres. Ces pistons entrent en action l'un après l'autre de façon échelonnée dans la séquence de réduction de leurs diamètres. Pour cette raison, il est nécessaire, pour obtenir un déroulement uniforme de l'ensemble des mouvements du système télescopique, de prévoir également une commande compliquée.On rencontre également l'inconvénient que, lors d'un mouvement de sortie des différents pistons, ceux-ci viennent buter l'un contre l'autre dans leurs positions limites de sorte qu'il faut prévoir un amortissement des chocs dynamiques se produisant dans de telles conditions On rencontre également l'inconvénient de devoir prévoir un groupe hydraulique relativement important pour une pompe opérant avec une faible pression de service et un grand débit de liquide. Un autre agencement d'un dispositif d'entraînement équipé d'un cylindre télescopique de travail a été dderit dans le brevet Hongrois 109 779. Dans ce cas, on utilise un dispositif auxiliaire approprié pour soulever des charges ou bien pour atteindre les hauteurs de course nécessaires pour effectuer des travaux à de grandes hauteurs Le dispositif téles- copique se compose, dans ce mode de réalisation, de deux éléments dont l'élément télescopique intérieur, comportant le piston de plus petit diamètre, est sollicité directement par le fluide de travail alors que par contre l'élément télescopique extérieur de plus grand diamètre sert à absorber la sollicitation provoquant le flambage.La structure convient seulement pour'faire déplacer de faibles masses et pour obtenir de faibles pressions de service; sa construction est compliquée et par conséquent également couteuse et en outre on ne peut éliminer les différences de vitesse entre les éléments télescopiques de la structure. L'invention a pour but de créer un dispositif d'entratnement hydrostatique qui remédie aux inconvénients des solutions connues et qui convienne notamment pour soulever de faibles charges à de grandes hauteurs. L'invention permet en outre que ce dispositif d'entraînement fonctionne avec une pression de service supérieure à 40 105 Pa en établissant la plus grande sécurité possible contre le flambage, et pour éviter un écoulement turbulent du fluide de travail, avec une vitesse d'écoulement aussi petite que possible. L'invention est basée sur la connaissance de ce que les conditions multiples imposées à un cylindre de travail qui est pourvu d'un " piston de guidage " peuvent être remplies simultanément. La haute pression de service peut etre attein- te avec la surface annulaire circulaire du piston de guidage opérant comme un piston plongeur1 tandis que la haute sécurite au flambage peut etre obtenue par l'utilisation de tubes possédant des diamètres appropriés et de faibles épais seurs de parois.Le piston de guidage peut constituer un soutien rapproprié pour le piston de base et offrir dgale- ment dans ce cas. la possibilité d9une combinaison avec un châssis de guidage augmentant encore la sécurité De cette manière1 la surface nécessaire pour obtenir hydrauliquement la course est séparée de la surface intervenant en ce qui oncerne la résistance au flambage Pour résoudre le problème posé, on est parti d'un dispositif d'entraînement hydrostatique dont le cylindre hydraulique de travail se compose du cylindre et du piston coulissent de façon étanche dans celui-ci, le cylindre de travail étant relié à un groupe hydraulique opérant de préférence avec une pression réglable Selon la présente invention, ce dispositif d'entraînement a été perfectionné en ce que le cylindre de travail comporte- un piston de guidage coaxial pouvant exécuter une translation relative dans le volume intérieur du piston précité ou piston principal" et en ce que, pour assurer le guidage étanche de ce piston de guidage le piston principal est pourvu à son extrémité correspondante, d'un joint d'étanchéité et d'une partie de guidage. Selon d'autres particularités de l'invention a) le joint d'étanchéité se compose d'au moins deux bagues d'étanchéité, la partie de guidage se compose d'au moins un anneau pourvu d'une rainure radiale recevant avanta- geusement une bague d'étanchéité, ces éléments étant maintenus à l'extrémité du piston principal par une tête de piston. b) Un volume annulaire est formé entre d'une part la zone située à l'extérieur de la partie de guidage et du joint d'étanchéité de la périphérie extérieure du piston de guidage et d'autre part la périphérie cylindrque inté rieure du piston principal c) Le piston de guidage est fixé sur la plaque de base du cylindre et en outre il comporte un seul raccord hydraules que servant d'entrée ou bien également de sortie et débouchant dans la chambre de travail délimitée entre le cylindre et le piston principal d) a plaque frontale du piston est pourvue d'une soupape de commande qui présente une position doouverture et une position de fermeture et la plaque de base du cylindre est pourvue d'un élément commandant la soupape dans le sens d'ouverture dans une des postions limites du piston principal tandis que le piston de guidage est pourvu d'un élément commandant la soupape dans le sens de fermeture dans l'autre position limite du piston principal et en outre il est prévu un orifice d'entrée dans le piston de guidage de forme tubulaire ouvert sur son coté frontal intérieur alors que par contre il est prévu un orifice de sortie dans le cylindre DXautres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en evidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif , en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 représente un schéma de principe du premier mode de réalisation-du dispositif d'entrainement hydrostatique conforme à l'invention, la figure 2 est une coupe longitudinale du cylindre de travail du mode de réalisation de la figure 1, à une échelle relativement plus grande, la figure 3 est une coupe détaillée du cylindre de travail de la figure 2, la figure 4 est un schéma de principe de l'autre exemple de réalisation du dispositif d'entrainement hydrostatique conforme à l'invention, et la figure 5 est une coupe du cylindre hydraulique de travail du dispositif deentrainement de la figure 4 à une échelle relativement plus grande. Comme le montre la figure 1, un cylindre hydraulique de travail 1 utilise' comme machine de travail assure dans le cas considéré la montée ou la descente d'une cabine 2 d'un ascenseur Le cylindre de travail 1 comporte dans ce cas un seul raccord hydraulique 3 qui sert simultanément d'entrée et de sortie Par l'intermédiaire du raccord 3, le cylindre rydraulique de travail l'est relé à une source d'énergie auxiliaire B groupe ) hydraulique de type connu, qui comprend dans le cas considéré un réservoir 4, une pompe 5 entraînée au moyen d'un moteur électrique, un clapet anti-retour 7 branché dans une conduite de refoulement , une vanne à deux voies 8 et en outre une valve combinée 9 contenant une soupape d'étranglement et un clapet anti-retour branché en parallèle celle-ci ainsi qu'une soupape de limitation de pression il branchée dans un tuyau de retour 10. La structure du cylindre hydraulique de travail i conforme à l'invention est mieux visible sur les figures 2 et 3. Le cylindre de travail 1 comporte un cylindre 12 dans lequel peut coulisser axialement de façon étanche un piston 13. La partie de guidage a été désignée par 14 sur la Figure 2, le joint d'étanchéité par 15, ils ont été représentés schématiquement.Le raccord 3 prévu sur le cylindre 12 est disposé dans ce cas en bas mais il peut cependant etre placé en tout autre endroit approprié Le cylindre 12 délimite selon l'invention un volume intérieur dans lequel pénètre un piston de guidage 17 disposé coaxialement. A son extrémité inférieure, le piston de guidage 17 est fixé sur une plaque de base 18 du cylindre 12, par exemple par soudage. Pour permettre le coulissement axial étanche du piston principal 13 sur le piston de guidage 17, on a prévu une partie de guidage 19 et un joint d'étanchéité 20. La surface frontale du piston 13 a été désignée par 21 et la surface de travail de forure annulaire de celle-ci peut être définie par la différence entre le diamètre D du piston 13 et le diamètre d du piston de guidage 17.L'axe longitudinal du cylindre de travail a été désigné par 22 et la chambre de travail du cylindre par "A". Sur la figure 3, on a représenté de façon détaillée la structure du cylindre de travail 1 de la figure 2. Le cylindre 12 comprend dans ce cas des parties supérieure, médiane et inférieure 23, 24, 25 qui sont boulonnées ensemble au moyen de brides ainsi qu'un couvercle 26 Dans la partie supérieure 23 du cylindre, il est prévu des anneaux 28,29,30 superposes qui sont soutenus par un épaulement 27 et dont l'anneau central 29 constitue dans ce cas la partie de guidage , désignée par 14 sur la figure 2. Le joint d etanchéité désigné par 15 sur la figure 2 est par contra constitué par des bagues toriques 31 et des bagues à lèvres 32 qui sont disposées dans les rainures radiales des anneaux 28, 29, 30. A la partie supérieure de l'anneau 30, on a disposé un anneau de raclage 33 pour empêcher la pénétration d'impuretés, comme par exemple de la poussière. La partie de guidage et l'étanchéité de la tette de piston 34 sont réalisées de manière que des anneaux 35, 36, 37 soient serrés l'un au-dessus de l'autre dans la tette de piston 34 reliée par un filetage a la tige du piston 13. Dans des rainures radiales des anneaux 36 et 37 sont disposées des bagues toriques 38 ef des bagues a lèvres 39 qui constituent en coopération le joint d'étanchéité désigné par 20 sur la figure 2. La partie de guidage, désignée par 29 sur la figure 2, est constituée dans ce cas par l'anneau central 36. Le piston de guidage 17 peut également être formé de plusieurs parties, qui peuvent autre réunies ensemble par exemple au moyen d'un manchon l4 pourvu d'un filetage. Le fluide de travail introduit dans la chambre de travail A du cylindre l par l'intermédiaire du raccord 3, sous une pression par exemple de 1000105 Pa, exerce sur la surface de travail 21 de forme annulaire du piston 13 une force dirigée vers le haut qui provoque une montée de la cabine 2 sous l'action du piston 13. La vitesse de descente peut etre réglée en agissant sur la soupape d'étranglement de la valve combinée 9, auquel cas la soupape 8 est simultanément commutee dans son autre position désignée par la la flèche ( figure 1). Sur la figure 4, on a représenté un exemple de réalisation du dispositif d'entraînement hydrostatique conforme a l'.invention qui exécute un mouvement horizontal alternatif, ce dispositif pouvant être utilisé par exemple dans une raboteuse ( les éléments analogues ont été désignés par les memes références numériques ).Dans ce cas, un cylindre hydraulique de travail 41 utilisé comme dispositif de travail comporte une autre structure dont les particularités décrites plus en détail dans la suite en référence a la Fig. 5. A une entrée 42 du cylindre de travail 41 est reliée la conduite de pression 6 d'une pompe 4 tandis qu'à sa sortie 43 sont par contre reliée une conduite de retour r 10 10 et une soupape de limitation de pression ll qui est disposée dans cette conduite et réglable. Le réservoir a également été désigné dans ce cas par 4. La figure 5 met en évidence le mode de fonctionnement du cylindre hydraulique de travail 41. Celui-ci comporte un cylindre 12, un piston 13 qui peut coulisser axialement de façon étanche dans celui-ci, et un piston de guidage 17 pou- vant exécuter un mouvement relatif, réciproque, dans le piston creux 13.La partie de guidage et le joint d'étanchéité du cylindre 12 et du piston 13 ont également été désignés dans ce cas par 14 19 et 15 20. La différence avec le mode de réalisation de la fig. 2 consiste en ce que dans ce cas le piston de guidage 17 nest pas fixé rigidement sur le cylindre 12 mais peut coulisser axialement et indépendamment du cylindre dans le piston 13. L'extrémité extérieure fermée du piston de guidage 17 et la plaqua de base 18 du cylindre 12 sont fixées sur des parties de machine indépendantes l'une de l'autre. Le piston 13 13 est pourvu, dans le cas considéré, sur sa plaque frontale 21 d'une soupape de commande 44 qui est réalisée par exemple sous la forme d'un clapet à bille dans lequel un siège 45 de la bille est réalisé sous la forme d'une ouverture centrale de passage de la plaque frontale 12. Dans la postion d'ouverture du clapet 44 ( la bille étant soule- vée de son siège ), le fluide de travail provenant du volume intérieur du piston 13 parvient dans le volume intérieur du cylindre 12. Dans le volume intérieur du piston 13, le fluide de travail passe par l'entrée 42 ménagée dans le piston de guidage 17 et il s'écoule ensuite par l'extrémité intérieure ouverte du piston de guidage 17.Le clapet 44 passe ensuite dans la position d'ouverture lorsque le piston 13 est déplacé vers la gauche ( figure 5 ) dans une de ses positions limites, auquel cas la broche 46 fixée sur le coté intérieur de la plaque de base 18 du cylindre 12 soulève la bille du clapet 44 de son siège 45. La fermeture du clapet 44 s'effectue lorsque le piston de guidage 17 est amené dans sa position limite de gauche ( figure 5 ). L'autre broche 47 fixée sur la partie frontale intérieure du piston de guidage 17 applique alors la bille du clapet 44 contre son siège 45 et provoque ainsi la fermeture du clapet 44. Dans la position de fermeture du clapet 44, le fluide de travail pénétrant par l'orifice d'entrée 42 agit sur la surface intérieure D1 de la plaque frontale 21 du piston 13 ainsi que sur la surface frontale présentant le diamètre dl du piston de guidage 17 de sorte que ces surfaces sont écartées l'une de l'autre. aussitôt que le piston 13 atteint sa position limite de gauche, a broche 46 ouvre le clapet 44. Le fluide de travail pénètre alors par l'intermédiaire du clapet 44 également dans le volume intérieur du cylindre 12 et exerce une pression sur les surfaces définies par de petites flèches en trait interrompu . Du fait que la somme des surfaces intervenant à ce moment est plus grande que la somme des surfaces de travail qui sont sollicitées comme indiqué par les flèches en trait pleine le piston 13 se déplace en direction de sa position limite de droite où la broche 47 ferme alors le clapet 44 et les processus décrits ci-dessus se répètent cycliquement et de façon complètement automatique. A l'aide de ce mode de réalisation, il est possible de produire un mouvement alternatif d'une manière simple. Les vitesses de déplacement du piston 13 dans les deux direc tions sont différentes car elles sont déterminées par le rapport entre les surfaces de travail ainsi que par l'étranglement correspondant de l'orifice de sortie 43. Les dispositifs d'entraînement à pistons conformes à l'invention peuvent etre utilisés avantageusement notamment pour de grandes longueurs de courses ( par exemple également pour des ascenseurs nécessitant des courses de 24 mètres ) et pour des pressions de service favorables (600105 Pa à 1000105 Pa) car ils garantissent une grande sécurité au flambage. Au cours d'essais, on a enregistré des résultats extremement favorables avec des ascenseurs, des monte-charge ainsi que des machines-outils nécessitant des mouvements alternatifs, où de faibles forces devaient astre exercées par exemple avec des pistons de grands diamètres st avec une pression d'huile élevée. REVENDICATIONS l. Dispositif d'entrainement hydrostatique, notamment pour ascenseurs, comportant avantageusement un cylindre hydraulique de travail à grande longueur de course qui est pourvu d'un cylindre dans lequel coulisse axialement de façon étanche un piston, le cylindre de travail étant avantageusement relié à un groupe hydraulique opérant avec une pression réglable, caractérisé en ce que le cylindre de travail (1 41 ) comporte un piston de guidage coaxial (17) pouvant exdcu- ter une translation réciproque dans le volume intérieur du piston précité ou "piston principal" (13) et en ce que, pour assurer le guidage étanche de ce piston de guidage (17), le piston principal (13) est pourvu, à son extrémité correspondante, d'un Joint d'étanchéité 20) et d'une partie de guidage (19). 2. Dispositif d'entratnement hydrostatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le joint d'étanchéité '(20) se compose d'au moins deux bagues d'étanchéité (38, 39), la partie de guidage (13) se compose d'au moins un anneau (35, 36, 37) pourvu d'une rainure radiale recevant avantageusement une bague d'étanchéité, ces éléments etant maintenus à l'extrémité du piston principal (13? par une tête de piston (34 > . 3. Dispositif d'entraînement hydrostatique selon l'une des revendications l et 2, caractérisé en ce qu'un volume annulaire est formé entre d'une part la zone située à l'exte- rieur de la partie de guidage (20) et du joint d'étanchéité (19) de la périphérie extérieure du piston de guidage (17) et d'autre part la périphérie cylindrique intérieure du piston principal (13). 4. Dispositif-d'entrainement hydrostatique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le piston de guidage (17) est fixé sur la plaque de base (18) du cylindre (12) et en outre il comporte un seul raccord hydrau lique3servant d'entrée ou bien également de sortie et débouchant dans la chambre de travail (A) délimitée entre le cylindre (12) et le piston principal (13). 5. Dispositif d'entrainement hydrostatique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la plaque frontale du piston (13) est pourvue d'une soupape de commande (14) qui présente une position d'ouverture et une position de fermeture et la plaque de base (18) du cylindre (12) est pourvue d'un élément (46) commandant la soupape (44) dans le sens d'ouverture dans une des positions limites du piston principal (13) tandis que le piston de guidage (17) est pourvu d'un élément (47) commandant la soupape dans le sens de fermeture dans l'autre position limite du piston principal (13) et en outre il est prévu un orifice d'entrée (42) dans le piston de guidage (18) de forme tubulaire, ouvert sur son côté frontal inférieur alors que par contre il est prévu un orifice de sortie (43) dans le cylindre (12).