Brevet FR2540534A1 — publié le 19840810

L'invention concerne d'une manière générale les dispositifs de commande de circuits hydrauliques de puissance et plus particulièrement des distributeurs ou valves de distribution qui effectuent sélectivement le nivellement automatique d'un godet situé à l'extrémité avant d'une pelleteuse ou autre engin pendant le mouve- ment de la flèche à laquelle le godet est relié. Il est classique d'utiliser un vérin hydrauli- que et une valve de commande séparée pour manoeuvrer le godet situé à l'extrémité avant d'une pelleteuse, et un second vérin et une valve correspondante pour ccrmander la montée et la descente de la flèche d'une pelleteuse. En l'absence de toute fonction de nivellement automatique, le conducteur de la pelleteuse doit manoeuvrer les deux valves, une de chaque main, pour maintenir le godet de niveau pendant la montée de la flèche Cette opération non seulement est difficile, mais elle exige également une stricte attention de la part du conducteur Les avan- tages d'un dispositif de nivellement automatique sont évidents et de nombreux types de dispositifs ont été mis sur le marché depuis de nombreuses années. L'un des procédés les plus courants, tels que celui décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 3 937 920, utilise un tringlage mécanique relié au châssis de la pelleteuse et qui incline le godet, en le maintenant de niveau pendant que la flèche est montée ou abaissée. Un autre procédé courant, qui est strictement wydraulique, est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 3 251 277 Dans ce brevet, le fluide refoulé du vérin de la flèche est dirigé vers le vérin du godet par actionnement du seul tiroir associé à la flèche Ce type de dispositif exige une concordance de volumes de manière que le volume refoulé du vérin de la flèche provoque un mouvement d'extension du-vérin du godet sur la distance précise permettant de maintenir le godet de niveau pendant la montée de la flèche Ce type de dispositif est plus coûteux et volumineux, car il exige un vérin de godet de dimensions excessives. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N ' 3 811 587 décrit un autre procédé qui utilise deux moteurs hydrau- liques liés mécaniquement l'un à l'autre, le plus gros des moteurs étant placé dans le circuit du vérin de la flèche tandis que le plus petit des moteurs est placé dans le circuit du godet Lorsqu'un écoulement se produit dans le circuit de la flèche, un écoulement proportionnelle- ment plus petit est produit à force dans le circuit du godet. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique No 3 563 137 décrit un autre dispositif de nivellement automatique dans lequel le courant sortant du vérin de la flèche passe à travers un diviseur d'écoulement qui déverse une partie de ce courant vers la vidange tandis que la partie restante est dirigée vers le vérin du godet afin de maintenir le godet de niveau pendant la montée de la flèche. Dans le dernier brevet cité, l'huile en excès 0 est éliminée du circuit de nivellement automatique par un diviseur d'écoulement proportionnel se déversant à la vidange Cependant, un tel dispositif ne peut âtre utilisé que dans un circuit parallèle classique, qui doit être distingué d'un circuit du type série auquel l'invention s'applique Comme décrit dans le brevet No 3 563 137 précité, un circuit parallèle constitue une source de pression de pompage pour chacun des tiroirs de valves montés en parallèle Un circuit en série, tel que celui décrit dans le brevet des No 3 251 277 précité, pompe un fluide de puissance de façon à le faire passer en série à travers les valvesparticulières du dispositif Dans une valve du type série, si une valve placée en amont est amenée en position de travail, aucune pression de pompage n'est appliquée aux valves restant en aval, car les canaux de puissance sont raccordés en série. Des valves du type série ne sont normalement pas adaptables à une fonction de nivellement automatique sauf dans le brevet No 3 251 277 précité et dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Américque N O 244 831. Dans cette dernière demande, un diviseur d'écou- lement est utilisé dans le circuit d'écoulement de décharge de la flèche, une partie étant dirigée vers le cylindre du godet tandis que la partie restante de l'écoulement est renvoyée à la valve, vers l'orifice moteur du retour de flèche Le dernier écoulement cité, passant par l'orifice du retour de la flèche, fournit l'huile vers l'aval, pour le vérin du godet, dans le cas o le conduc- teur tente d'intervenir sur la fonction de nivellement automatique tandis que le vérin de la flèche est en mouvement L'invention telle qu'appliquée au circuit décrit dans la demande précitée, fournit, à une valve placée en aval dans un circuit en série, la capacité supplémentaire-de fonctionner pendant le mouvement de la valve de blocage placée en amont; cependant, dans certaines conditions, la fonction d'intervention prio- ritaire du godet ne marche pas. Dans un circuit série à trois tiroirs, le tiroir de la valve de flèche étant en montée à nivellement automatique, le tiroir du godet étant en priorité de - repli, et un troisième tiroir étant tiré (ce troisième tiroir étant en aval des tiroirs de flèche et de godet, le godet bascule au débit du nivellement automatique au lieu du repli tel que commandé. Au lieu de déverser directement dans le réser- voir l'huile de retour provenant de l'extrémité tige du vérin du godet, comme c'est le cas dans la demande No 244 831 précitée, l'huile de retour du vérin du godet est renvoyée dans l'orifice moteur de retour de flèche empêchant ainsi l'extrémité tige du vérin du godet de se vider dans le réservoir Ceci assure que tout accrois- sement de pression provenant de la troisième valve placée en aval agit sur la face arrière du tiroir de déchargement, le maintenant fermé et permettant au vérin du godet de-fonctionner convenablement en mode de repli. L'invention a donc pour objet principal un dispositif de nivellement automaticue du tpoe en série à trois tiroirs, qui ne dirige que la partie nécessaire du fluide de flèche refoulé pour actionner le vérin du godet et maintenir une condition de niveau, tout en permettant au vérin du godet d'agir prioritairement sur la fonction de nivellement automatique lorsque la troi- sième fonction est mise en oeuvre. L'invention a également pour objet un dispositif de nivellement automatique à trois tiroirs de conception simple et moins coûteux que les dispositifs à circuits parallèles. L'invention a également pour autre objet une valve peu coûteuse de division d'écoulement qui peut être branchée dans un dispositif classique de nivellement non automatique afin de permettre à ce dispositif d'assumer une fonction de nivellement automatique. L'invention a pour autre objet un dispositif du nivellement automatique qui utilise le même distri- buteur que celui utilisé dans le dispositif de nivelle- ment non automatique. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel la figure unique est une coupe partielle et schématique des commandes hydrauliques d'une pelleteuse ou chargeuse à benne ou godet frontal, les valves de commande de la flèche et du godet étant repré- sentées en Dupe longitudinale, en position neutre. En référence au dessin, l'ensemble du dispositif de nivellement automatique est désigné globalement par la référence numérique 10 Le dispositif comprend des vérins 12 et 14 de flèche et de godet, respectivement, qui sont commandés par des distributeurs 11 et 13 de flèche et de godet La flèche 15,, qui peut être de nombreux types, est montée de façon à pouvoir pivoter sur un élément 17 du châssis de la pelleteuse, tandis que le godet 16 est relié à l'extrémité de la flèche 15 et au vérin 14 Une valve 20 de déviation d'écoulement 5. ou diviseur d'écoulement, est montée entre les distribu- teurs 11 et 13 et les vérins 12 et 14 de la flèche et du godet, respectivement, comme représenté Les valves 11 et 13 de la flèche et du godet sont disposées dans un corps commun 18 et montées dans un circuit d'écoule- ment du type série. Les valves de commande ou distributeurs 11 et 13 sont alimentés en fluide sous pression par une pompe 22, ce fluide arrivant à une cavité 24 d'entrée Une soupape classique 26 de décharge est reliée à la cavité 24 d'entrée de pompage et, lorsque la pression du dis- positif atteint un niveau excessif à l'intérieur de la cavité 24, cette soupape 26 s'ouvre pour décharger la pression dans une cavité réservoir 30. Le tiroir 28 de la valve de la flèche est disposé dans un alésage 29 qui traverse le corps 18. De la gauche vers la droite, l'alésage 29 coupe d'abord la cavité réservoir 30, puis une cavité 32 de retour, une cavité 34 communiquant avec le moteur, un canal 36 de puissance, la cavité 24 d'entrée de pompage, un Canal central ouvert 38, un canal 40 de puissance, et une cavité 42 communiquant avec le moteur, la cavité 32 de retour et la cavité réservoir 30 Les canaux de puissance 36 et 40 sont toujours ouverts vers la cavité 24 d'entrée de pompage avec laquelle ils communiquent par des canaux 98 (montrés schématiquement Un mécanis- me classique 44 de centrage à ressort est relié à l'extrémité de droite du tiroir 28 et ramène ce dernier vurs sa position neutre, comme représenté sur le dessin. -0 Le tiroir 46 de la valve du godet est monté dans un alésage 47 qui traverse également le corps 18 L'alésage 47 coupe, de la gauche vers la droite, d'abord la cavité réservoir 30, puis une cavité 48 communiquant avec le mnoteur, un canal 50 de puissance, une cavité centrale ouverte 54, une cavité centrale ouverte aval 56, un canal 58 de puissance, une cavité 60 communiquant avec le moteur et la cavité réservoir 30 Les canaux de puissance-50 et 58 sont toujours ouverts vers la cavité centrale ouverte 54 avec laquelle ils communiquent par des canaux 99 (représentés schématiauement) La cavité réservoir 30 de forme en U se vide constamment vers un réservoir 62, quelles que soient les positions - des tiroirs 28 et 46 Un ressort commun 64 de centrage recouvert d'un capuchon ventilé classique 66, est relié à l'extrémité de droite du tiroir 46. Le tiroir 28 de la valve de flèche comporte, de la gauche vers la droite, des pistons 68, 70, 72 et 74 tandis que le tiroir 46 de la valve du godet comporte respectivement des pistons 76, 78, 80 et 82. Le diviseur d'écoulement 20 présente une cavité d'entrée 84 qui alimente un tiroir de-commutation 85 par l'intermédiaire de deux ouvertures latérales 86 ménagées dans le centre du tiroir Des orifices fixes 87 et 88, dimensionnés pour établir toute proportion d'écoulement souhaitée, sont ménagés dans les extrémités gauche et droite, respectivement, du tiroir 85 Le tiroir de commutation peut coulisser dans un alésage qui coupe une cavité 89 communiquant avec le moteur de la flèche, à son extrémité de gauche, et une cavité 90 communiquant avec le moteur du godet à son extrémité de droite Dans des conditions statiques, un léger ressort 94 repousse le tiroir 85 contre une butée 83 vissée dans le corps de la valve 20 Le tiroir 85 fonctionne également sans ressort 94 Les extrémités coniques du tiroir 85 assument la fonction d'orifices variables pilotés par la chute de pression se produisant à travers les orifices fixes 87 et 88, respectivement Une description détaillée du fonctionnement du tiroir 85 de commutation est donnée dans le brevet N O 3 563 137 précité. L'écoulement divisé provenant de la valve 20 est dirigé suivant deux circuits, le premier faisant communiquer la cavité 49 du moteur de flèche avec la cavité 42 du moteur de flèche, et le second faisant ccmuni- quer la cavité 90 avec l'orifice 60 du moteur de godet par l'intermédiaire d'un clapet 91 de retenue. Un tiroir 92 de valve de déchargement, logé dans un alésage 23 qui coupe la cavité 89 communiquant avec le moteur de la flèche, est également disposé à l'intérieur du diviseur d'écoulement 20 En l'absence de pression dans la cavité 90 ou lorsque la pression régnant dans la cavité 89 est égale ou supérieure à celle de la cavité 90, le tiroir 92 est maintenu en position de fermeture par un ressort 93, comme représenté sur le dessin La pression régnant dans la cavité 89 agit sur l'extrémité de gauche du tiroir 92 par l'intermédiaire d'un orifice de purge 39 Lorsque la pression régnant dans la cavité 90 dépasse la force du ressort 93 et celle de la pression de la cavité 89, le tiroir 92 fait commu- niquer la cavité 37 avec la cavité 89 communiquant avec le moteur. Le dispositif 10 de nivellement automatique selon l'invention est généralement utilisé sur une pelle- teuse à godet frontal, avec un circuit hydraulique du type série qui comprend un troisième tiroir de valve fonctionnel (non représenté sur le dessin) Le troisième tiroir de valve est identique aux tiroirs 28 et 46 et il est placé immédiatement en aval (ou au-dessous) du. tiroir 46 et raccordé par le canal commun de vidange 30 et le canal central ouvert 56. Les valves 11 et 13 de commande de la flèche du godet sont des valves classiques normalement utilisées dans un dispositif plus général qui ne réalise pas un nivelle- ment automatique Dans un tel dispositif, les valves 11 et 13 de la flèche et du godet sont raccordées unique- ment à leurs vérins respectifs 12 et 14. Le fonctionnement du dispositif selon l'in- vention sera à présent décrit Les tiroirs 28 et 46 de la flèche et du godet étant dans leurs positions neutres telles qu'indiquées sur le dessin et la troisième valve fonctionnelle (non représentée) étant également en posi- tion neutre, aucune pression ne s'élève dans la cavité d'entrée 24, car le fluide débité par la pompe s'écoule librement par les canaux centraux ouverts 38, 54 et 56 - pour revenir au réservoir 62 Si le condc -_teur souhaite faire monter la flèche 15 tc Uft ex N maintenant "Le godet 16 de niveau, le tiroir 28 de la *zale de la flèche est déplacé vers la droite jusqu'à la position de montée (comme indiqué à l'extrémité de gauche du tiroir 28). Dans la position de montée, le piston 70 du tiroir empêche tout écoulement par le canal central ouvert 28, ce qui a pour effet de provoquer l'élévation de la pression dans la cavité d'entrée 24 tandis que l'arête gauche du piston 70 découvre le canal 36 de puissance pour le faire commu- niquer avec l'orifice 34 du moteur (par l'intermédiaire du canal 98), ce qui permet à la pression de la pompe d'arriver à l'extrémité de tête du vérin 12 de la flèche. Lorsque la flèche 15 commence à monter, l'écoulement provenant de l'extrémité tige du vérin 12 pénètre dans la cavité d'entrée 84 de la valve 20 de déviation d'écou- lement Le fluide provenant de la cavité 84 pénètre dans le centre du tiroir 85 de commutation en passant par les orifices latéraux 86 et se divise en s'écoulant par les deux orifices fixes 87 et 88 des extrémités opposées du tiroir 85 Etant donné que le tiroir 85 de commutation est initialement placé dans sa position extrême droite contre la butée 83 sous l'effet de la force du ressort 94, l'écoulement initial s'effectue en totalité par l'orifice 87 Cependant, dès que le fluide commence à s'écouler par l'orifice 87, le tiroir se déplace vers la gauche sous l'effet du déséquilibre des forces agissant sur ses extrémités opposées par suite de la chute de pression se produisant dans l'orifice 87, et ce déplacement permet au fluide de commencer à s'écouler par l'orifice 88 vers l'intérieur de la cavité 90 Quels que soient le débit d'écoulement ou les niveaux de pression atteints dans la valve de déviation, le tiroir 85 de commutation divise ou sépare de façon proportionnelle les courants vers les deux cavités 89 et 90, respectivement, la proportion étant préalablement établie par les dimensions relatives des orifices 87 et 88 En d'autres termes, si l'on souhaite obtenir un tiers de l'écoulement vers le vérin 14 du godet et les deux tiers de l'écoulement vers l'ofifice 42 du moteur de ia flèche, les orifices 87 et 88 sont dimensionnés en conséquence. Pendant que la flèche 15 continue de monter, l'écoulement est divisé par la valve 20, une partie de l'écoulement étant dirigée vers l'extrémité de tête du vérin 14 du godet par l'intermédiaire de la cavité 90 et en passant par le clapet 91 de retenue L'autre partie de l'écoulement divisé, passant dans la cavité 89, revient par l'orifice 42 du moteur de la flèche L'arête gauche du piston 74 du tiroir 28 de la flèche découvre l'orifice 42 pour le faire communiquer avec la cavité 32 de retour qui, elle-mê mae est ouverte vers le réservoir 62 tant que les cavités centrales ouvertes 54 et 56 du tiroir 46 du godet sont ouvertes. L'écoulement sortant de l'extrémité tige du vérin 14 dia godet pénètre dans la valve 20 de déviation d'écoulement par l'intermédiaire des cavités 37 et pénètre, en passant par le tiroir 92 de la valve de déchargement et la cavité 89, dans l'orifice 42 du moteur de la flèche tant que la pression régnant dans la cavité 90 dépasse celle régnant dans la cavité 89 augmentée de la force du ressorte Si le poids auquel le godet est soumis tend à provoquer une survitesse et une cavitation du vérin 14 du godet, la pression régnant dans l'extrémité de tête du vérin 14 tombe à zéro, ce qui est ressenti dans la cavité 90 et permet au tiroir 92 de déchargement de se déplacer vers la droite sous l'action du ressort 93 et d'interrompre l'écoulement de l'extrémité tige du vérin 14 du godet vers la vidange, ce qui a pour effet d'arrêter le mouvement du vérin jus- queà ce qu'une pression suffisante s'accumule de nouveau dans l'extrémité de tête du vérin 14. Si, pendant la montée de la flèche 15, le conducteur décide d'agir prioritairement sur la fonction de nivellement automatique et de basculer le godet pendant que la flèche monte, il déplace le tiroir 46 du godet de sa position neutre vers la gauche, comme montré sur le dessin Le piston 80 du tiroir du godet bloque alors tout écoulement par les cavités centrales ouvertes 54 et 56, de manière à provoquer une élévation de pression dans la cavité 54 en amont du tiroir 46 du godet, car un écoulement de retour provenant de la valve 20 de dé- viation d'écoulement arrive à l'orifice 42 du moteur. Cet écoulement divisé provenant de la cavité 89, qui est normalement dirigé vers la vidange en passant par la cavité centrale ouverte 54 du godet, est à présent arrêté dans la cavité 54 et est introduit à force dans le canal 58 de puissance (par l'intermédiaire du canal 99). Le tiroir 46 étant déplacé vers la gauche, l'arête droite du piston 80 du tiroir de la valve fait communiquer le canal 58 de puissance avec l'orifice 60 du moteur qui, lui-même, communique avec l'extrémité de tête du vérin 14 du godet L'extrémité tige du vérin 14 du godet est ouverte vers la vidange avec laquelle elle communique par la conduite 96 qui aboutit à l'orifice 48 du moteur et au canal 30 de vidange Etant donné que l'écoulement divisé provenant du diviseur 20 est dirigé vers le côté de retour (l'orifice 42) du vérin de la flèche, une pression de fluide est disponible en amont du tiroir 13 du godet (par l'intermédiaire de l'arête du piston 74 et des canaux 32 et 38), de façon à établir une fonction d'intervention prioritaire lorsque le vérin de la flèche est en position de montée. Le diviseur 20 d'écoulement fonctionne diffé- remment lorsque le sens de l'écoulement à travers cette valve est inversé, par exemple lorsque le tiroir 28 de la flèche est déplacé vers la gauche jusqu'à sa position de descente L'écoulement par les cavités cen- trales ouvertes est arrêté, ce qui provoque une élévation de la pression dans la cavité 24, tandis que l'arête droite du piston 72 découvre le canal 40 de puissance pour le faire communiquer avec l'orifice 42 du moteur de sorte que la pression provoque un écoulement de sens opposé vers l'intérieur de l'extrémité de gauche du tiroir 85 de commutation La pression régnant dans la cavité 89 déplace à force le-tiroir 85 jusqu'à sa posi- tion extrême droite, arrêtant tout écoulement vers la cavité 90, la totalité de l'écoulement étant alors dirigée vers l'extrémité tige du vérin 12 de la flèche en passant par la cavité 84 La valve 20 de déviation d'écoulement se comporte à présent comme valve d'arrêt pour tout écoulement de la cavité 90 vers le vérin 14 du godet. Lorsque le tiroir 28 de la flèche est dans sa position de montée avec nivellement automatique, que le tiroir 46 du godet est dans la position de repli et que le tiroir de la troisième valve, placée en aval, est tiré, la commande de repli appliquée au tiroir du godet devient prioritaire sur la fonction de nivellement auto- matique et, alors que la flèche monte, le godet exécute un mouvement de repli Celui-ci a lieu quand bien même la troisième valve située en aval engendre une pression qui revient, par le circuit,à l'extrémité de tête du vérin 14 du godet puis à l'extrémité de droite du tiroir 92 de déchargement L'extrémité de gauche du tiroir 92 de déchargement ressent également cette pression revenant de la troisième valve (par l'intermédiaire de l'orifice 39, du canal 89, de l'orifice 42, des canaux 32, 38, 99, , 48 et 96, du vérin 14 et des canaux 95, 60 et 30). La contrepression étant appliquée aux deux extrémités du tiroir 92 de déchargement, ce dernier se déplace vers la droite, arrêtant tout écoulement du canal 37 vers la cavité 89 avec l'aide du ressort 93 Le godet se replie, car l'écoulement divisé arrivant à l'orifice 42 du moteur est introduit à force dans l'extrémité tige du-vérin 14 du godet (par l'intermédiaire des canaux 32, 99, 48 et 96), tandis que le fluide se trouvant dans l'extrémité de tête du vérin 14 du godet est refoulé dans la conduite 30 de retour, en amont de la troisième valve. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDIC T Loe*:S 1 Dispositif de n i-ellé:';t o-uzomatiaue comman- dant une flèche ( 15), un godet ( 161 _z une troisième fonction située en aval, ce dispositif cc- Prenant des vérins à double effet ( 12, 14) de flèche et de godet comnandés par des distributeurs séparés ( 11, 13) et un troisième distributeur monté dans un circuit série à centre ouvert, le distributeur de la flèche étant placé en amont du dis- tributeur du godet et du troisième distributeur, une source ( 22) de pression alimentant les trois distributeurs suivant un circuit série aboutissant à un réservoir ( 62) et passant par les positions centrales ouvertes des dis tributeurs, le dispositif étant caractérisé en ce qu'il comporte une valve ( 20) de déviation d'écoulement reliée à l'extrémité tige du vérin de la flèche et divisant l'écoulement provenant du vérin de la flèche suivant deux trajets d'écoulement, un premier circuit reliant le premier des deux trajets d'écoulement à une extrémité du vérin du godet afin de maintenir le godet dans une position de niveau pendant que la flèche monte, un deuxième circuit reliant le second des deux trajets d'écou- lement au trajet de centre ouvert en aval du distributeur de la flèche afin que le distributeur du godet puisse être actionné indépendamment du distributeur de la flèche et en même temps que ce dernier et qu'il soit alimenté en huile pour agir prioritairement par rapport au vérin de la flèche si cela est souhaité, et un troisième circuit reliant l'extrémité opposée du vérin du godet au deuxième circuit afin que le fluide s'écoulant du vérin du godet -30 soit renvoyé au circuit en amont du distributeur du godet. 2 Dispositif de nivellement automatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les distributeurs de la flèche et du godet sont des valves à quatre voies et trois positions présentant chacune deux orifices de moteur ( 34, 42; 48, 60), et le deuxième circuit relie le second trajet d'écoulement à l'un des orifices de moteur de flèche afin que le second trajet d'écoulement puisse alimenter le vérin du godet en fluide sous pression lorsque cela est souhaité. 3 Dispositif de nivellement automatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les distributeurs de flèche et de godet sont des valves à quatre voies, trois positions, présentant chacune deux orifices de moteur ( 34, 42; 48, 60) et en ce que le deuxième circuit relie le second trajet d'écoulement à l'un des orifices du moteur de flèche, la valve de déviation d'écoulement assumant la fonction d'une valve d'arrêt de l'écoulement vers le vérin du godet dans le cas d'une inversion de l'écoulement à travers ladite valve sous la pression provenant du distributeur de la flèche. 4 Dispositif de nivellement automatique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une valve d'arrêt asservie ( 20) montée dans le troisième circuit, normalement appelée par un ressort ( 94) en position de fermeture dans laquelle elle empêche tout écoulement dans le troisième circuit, et des moyens d'asservissement agissant contre le ressort de rappel et détectant la pression régnant dans l'extrémité de tête du vérin du godet afin d'empêcher tout écoulement à partir de l'extrémité tige du vérin du godet, sauf lorsqu'une surpression existe dans l'extrémité de tête du vérin du godet.