Brevet FR2551171A1 — publié le 19850301

La présente invention se rapporte à des valves de commande de débits hydrauliques qui limitent le débit à certains niveaux indépendamment de la baisse de pression qui les traverse. Avec l'utilisation de moteurs hydrauliques pour entraner des balais ou râteaux d'appareils de ramassage, de rabatteurs de moissonneuses-batteuses ou d'autres cas d'application nécessitant un ajustement de la vitesse, il devient plus évident que l'état actuel de la technique concernant les limiteurs de débit réglables n'est pas approprié.Une valve classique de commande d'un débit, telle qu'illustrée dans le brevet US-3 979 908 (également connuedans le commerce sous la dénomination "limiteur de débit") détecte une baisse de pression à travers un orifice de détection sur le trajet parcouru par le fluide et, avec cette baisse de pression contrebalancée par un ressort, elle commande un étranglement variable, sur le trajet d'écoulement du fluide, pour maintenir une baisse de pression constante à travers ledit orifice de détection indépendamment des variations de charges imposées au système. Les limiteurs de débit de l'art antérieur peuvent être conçus pour fonctionner convenablement lorsque l'orifice de détection présente une seule et unique dimension. Cependant, ils ne fonctionnent pas efficacement lorsque la dimension de l'orifice de détection varie, parce que le tiroir est déplacé à la position de fermeture à cause de certaines forces dynamiques agissant sur ce tiroir en plus de la force du ressort et des forces des chambres asservies, qui lui sont appliquées. Ces forces dynamiques se traduisent par un échange accru des quantités de mouvement dans le tiroir de la valve, qui est quelquefois qualifié d'"effet Bernoulli". Ces forces dynamiques sont décrites en détail dans le brevet US-4 220 178. La force dynamique doit etre contrebalancée par la force du ressort, non seulement au niveau de son intensité, mais également de sa vitesse de variation, et cela peut seulement etre obtenu avec une seule dimension d'orifice dans une valve particulière. La présente invention propose une valve perfectionnée de limitation de débit et d'équilibrage de pression, qui maintient une baisse de pression constante à travers un orifice de détection quelle que soit la dimension de cet orifice. Conformément à l'invention, cet objet est atteint en ménageant dans le tiroir de la valve un canal d'évent immédiatement en aval du jet de fluide de grande vitesse traversant le tiroir fonctionnant en mode dosage, ledit canal d'évent étant raccordé à l'une des chambres asservies qui positionnent le tiroir.Ce jet de fluide de sortie a pour effet d'extraire une certaine quantité de fluide du canal d'évent afin de faire chuter le niveau de la pression, dans la chambre asservie considérée, d'une manière suffisante pour dévier une partie de certaines forces dynamiques agissant sur le tiroir et pour établir un équilibre entre ces forces dynamiques et la force du ressort appliquée à ce tiroir, indépendamment de la vitesse de l'écoulement vers la valve. sien que de nombreuses autres tentatives techniques aient eu lieu dans l'art antérieur, ces tentatives, renfor çant davantage encore les défauts en proposant des tiroirs de plus grands diamètres et un dosage particulier, n'ont pas rencontré un succès notable ou ne se sont pas avérées techniquement précises.La présente invention propose un moyen technique pour équilibrer les forces agissant sur le tiroir, de telle façon que ce tiroir compense la pression de manière précise indépendamment du niveau souhaité du débit parcourant la valve. Le façonnage du canal d'évent à proximité du jet de fluide de sortie provoque dans la chambre asservie une chute de pression dont des essais en laboratoire ont démontré la nature sensiblement linéaire avec la baisse. de pression à travers les encoches de dosage,ainsi que le débit qui les traverse. I1 peut aussi être démontré mathématiquement que l'échange des quantités de mouvement provoqué par le jet à grande vitesse traversant les encoches de dosage est approximativement linéaire avec le débit. Par conséquent, en ménageant le canal d'évent d'une manière appropriée, il est possible de créer une force de compensation supplémentaire dont le taux de variation compense juste l'écart entre le dosage, le taux de variation de la force du ressort et le taux de variation de l'"effet Bernoulli" pour tous les débits.Cela permet non seulement d'étendre le technique antérieure des valves ajustables de commande de débit aux diviseurs de déDit ajustables, mais également de concevoir des limiteurs de débit qui fonctionnent d'une manière sensiblement indépendante. des baisses de pression dans n' importe quelle plage particulière de débits. Par conséquent, la présente invention vise en premier lieu à proposer un limiteur de débit d'un type nouveau et perfectionné qui fonctionne avec une efficacité égale lorsque les niveaux du débit varient. Un autre objet de l'invention consiste à proposer un tiroir de valve utilisé en mode dosage et soumis à l'action de forces dynamiques équilibrées. L'invention va à présent etre décrite plus en détail à titre d'exemples nullement limitatifs en regard du dessin annexé sur lequel la figure 1 est une coupe longitudinale du limiteur de débit selon l'invention, les autres composants du système hydraulique étant illustrés schématiquement ; et la figure 2 est une coupe longitudinale fragmentaire du tiroir de la valve réalisé selon une variante de la présente invention. En observant le dessin annexé et plus particulièrement la figure 1, la référence numérique 10 désigne globalement la valve de commande qui est également qualifiée dans l'art antérieur de valve "de limitation du débit" ou "d'équilibrage de la pression". Cette valve 10 comporte un corps 46 percé d'un alésage 22 destiné à recevoir un tiroir 30. Ce tiroir 30 est poussé vers la droite (en observant la figure 1) par in ressort 32 et par une pression régnant éventuellement dans une chambre asservie 24. Le tiroir 30 est poussé dans la direction opposée vers une position de fermeture par une éventuelle pression régnant dans une chambre asservie 34.La valve 10 est utilisée dans un système hydraulique alimenté par n'importe quel type de pompe 12 à refoulement constant ou variable qui alimente d'autres dispositifs 14, conjointement à un moteur 16 qui est commandé par la valve 10 selon l'invention. Typiquement, le moteur 16 a pour fonction d'entraîner un rabatteur de moissonneuse-batteuse qui doit être mené à une vitesse constante indépendamment du niveau de pression requis par les autres dispositifs du système hydraulique. Le fluide sous pression refoulé pénètre dans la valve 10 par une cavité ou chambre de pression 26, il s'écoule en traversant une encoche 38 ménagée dans le tiroir 30, puis sort par une cavité ou chambre d'évacuation 28. Avant d'atteindre le moteur 16, le fluide passe par un étranglement variable 18 qui commande la vitesse à laquelle le moteur 16 doit fonctionner. La baisse de pression à travers l'étranglement variable 18 est détectée en aval par un conducteur de détection 50 qui est raccordé à la chambre asservie 24 agissant de concert avec le ressort 32 pour déplacer le tiroir 30 vers la droite. La pression qui règne en amont de ltétranglement variable 18 est détectée, dans la chambre 28, par l'intermédiaire d'un canal d'évent 36 débouchant dans la chambre asservie 34. Cette chambre 34 pousse le tiroir 30 vers la gauche en s'opposant à l'action du ressort 32 et de la chambre 24. Le tiroir 30 est délimité par une gorge 42 séparant une portée 40 d'une portée de dosage 44. Une ou plusieurs encoches de dosage 38 de configuration classique sont élaborées sur une arête 45 de la portée 44. Ces encoches 38 peuvent aussi être pratiquées sur la portée 44. Les chambres 26 et 28 sont séparées dans l'alésage 22 par une zone d'étanchement 54 à arêtes carrées. Les encoches 38 se trouvent dans cette zone d'étanchement 54 et elles sont configurées de façon que le fluide sorte de ces encoches en formant un angle obtus avec l'axe du tiroir 30. Lorsqu'aucune pression ne règne dans l'une ou l'autre des chambres 24 et 34, le tiroir 30 se déplace vers la droite à partir de sa position de la figure 1 sous l'action du ressort 32, dégageant ainsi intégralement la gorge 42 pour autoriser la circulation traversante du fluide. I1 convient à présent de décrire le fonctionnement de la valve précitée. Dans une installation typique, le moteur 16 fait fonctionner le rabatteur d'une moissonneuse-batteuse agricole. L'opérateur ajuste l'étranglement variable 18 selon une certaine dimension d'ouverture, afin d'obtenir une certaine vitesse du rabatteur maintenue par ce dernier indépendamment des variations de charges imposées au moteur 16 ou à la pompe 12. Lorsque le fluide commence à s'écouler de la pompe 12 vers le moteur 16, le tiroir 30 occupe une position située à droite de celle illustrée sur la figure 1 et la gorge 42 de ce tiroir est entièrement dégagée. Lorsque le flux vers le moteur 16 traverse l'étranglement variable 18, il se produit à travers ce dernier une chute de pression qui est détectée en aval à l'extrémité de gauche du tiroir 30 (par l'intermédiaire de la chambre asservie 24) et en amont à l'extrémité de droite dudit tiroir 30 (par l'intermédiaire du canal d'évent 36 et de la chambre asservie 34).Lorsque la baisse de pression à travers l'étranglement 18 est suffisante pour surmonter la force initiale du ressort 32, le tiroir 30 commence à se mouvoir vers la gauche en obturant la portée 44 et en formant un second orifice sur le trajet d'écoulement vers le moteur 16, dans une position correspondant approximativement à celle illustrée sur la figure 1. Si aucune variation de l'étranglement 18 n'est provoquée à la main, le tiroir 30 se positionne de lui-meme pour maintenir, quelles que soient les circonstances, une chute de pression constante à travers l'étranglement 18.Par exemple, si la charge imposée au moteur 16 diminue et que ce moteur commence à augmenter de régime, le débit accru traversant l'étran- glement 18 provoque un déplacement du tiroir 30 vers la gauche et une réduction du flux traversant les encoches 38, jusqu'à ce que la baisse de pression à travers l'étranglement 18 retrouve son niveau initial. Si la moissonneuse-batteuse commence, par exemple, à grimper une déclivité et que la puissance d'entraînement est fournie par les dispositifs 14, le niveau de la pression crolt dans la pompe 12. La pression accrue dans la chambre 26 provoque une augmentation de la vitesse du moteur 16. Lorsque le débit commence à augmenter à travers l'étrangle- ment 18, la baisse de pression accrue est détectée et le tiroir 30 limite de nouveau davantage encore le débit à travers les encoches 38, jusqu'à ce que la baisse de pression traversant l'étranglement 18 retrouve son niveau initial tel que déterminé par le ressort 32. Les valves de commande de débits selon l'art antérieur présentent une courbe de rendement optimal seulement lorsque leur étranglement variable 18 est traversé par un même débit. Cela est dû au fait que les forces dynamiques agissant sur le tiroir fonctionnant en mode dosage (échange des quantités de mouvement, "effet Bernoulli", résistance due à la viscosité, etc.) varient à la même vitesse que la force du ressort lorsque le débit accuse seulement une même valeur. Lorsqu'on souhaite faire tourner le moteur 16 à une vitesse différente, l'étranglement variable 18 est ouvert à la main pour élargir, par exemple, son orifice de passage. Pour obtenir une chute de pression suffisante à travers l'étranglement 18 en vue de contrebalancer l'action du ressort 32, il est nécessaire qu'un débit plus grand traverse ledit étranglement 18. Ce débit accru passe également à travers le tiroir 30 et, comme mentionné ciavant, il engendre des forces dynamiques imposées au tiroir qui sont différentes de la force du ressort agissant sur ce dernier. La présente invention propose de ménager un canal d'évent 36 dans la portée 44 du tiroir juste en aval d'un jet de fluide 52 de grande vitesse (indiqué par des flèches). Ce jet de fluide 52 a tendance à évacuer du fluide par le canal d'évent 36, faisant ainsi baisser la pression dans la chambre asservie 34, mais n'exerçant aucun effet sur la baisse de pression à travers l'étranglement 18. Cette baisse de pression provoquée par le jet de sortie a un rapport sensiblement linéaire avec la baisse de pression et le débit traversant le tiroir 30.De ce fait, par un emplacement approprié du canal d'évent 36 et/ou un dimensionnement adéquat du tiroir 30, il est possible de créer une force d'équilibrage supplémentaire dont la vitesse de variation provoque un décalage dans la variation de vitesse des forces dynamiques agissant sur le tiroir et dans la vitesse de variation de la force du ressort, si bien que les forces combinées agissant sur le tiroir seront sensiblement linéaires et que la valve de commande du débit possèdera une courbe de rendement optimal pour tous les débits. La figure 2 illustre une variante de réalisation d'un tiroir ne comportant pas d'encoches de dosage. Une portée 44a d'un tiroir 30a possède une arête carrée 45a et, en mode dosage, elle provoque un jet 52 de grande vitesse qui s'écoule annulairement et qui sort de la chambre de pression 26 pour pénétrer dans la chambre d'évacuation 28 en formant un angle d'approximativement 690. Un canal d'évent 36a est incliné en direction de l'arête 45a de la portée, de façon qu'une embouchure 37 de ce canal se trouve à proximité immédiate du jet 52. I1 va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à la valve décrite et représentée, sans sortir du cadre de l'invention. EvEND1C.-NPI0:;s 1. Valve de commande comprenant un tiroir (30) qui possède une gorge (42) et des portées (40, 44) espacées en alternance, et dont la position est déterminée en faisant varier les forces axiales auxquelles il est soumis ; un corps classique (46) percé d'un alésage (22) dans lequel ledit tiroir (30) peut coulisser d'une position fermée jusqu'à au moins une position de dosage en vue d'étrangler un flux s'écoulant, en empruntant une encoche (38), dune cavité ou chambre dé pression (26) située dans le corps à une cavité ou chambre d'évacuation (28) située dans ledit corps ; ainsi qu'au moins une chambre asservie (24 ; 34) agissant sur une face extrême dudit tiroir afin de positionner ce dernier, valve caractérisée par le fait qu'elle comprend une portée de dosage (44) sur ledit tiroir (3C) au moins une encoche de dosage (38) intercalée entre ladite portée de dosage (44) et l'alésage (22) de la valve ; ainsi qu'un canal d'évent (36) élaboré dans ladite portée de dosage (44), raccordé à la chambre asservie (34), situé en aval de l'une desdites encoches de dosage et sensiblement aligné axialement avec cette encoche (38), ce qui fait que le jet de fluide (52) sortant par ladite encoche (38) a tendance à extraire le fluide dudit canal d'évent (36) et à diminuer la pression régnant dans la chambre asservie (34), permettant ainsi de supprimer certaines forces agissant sur le tiroir (30) en régime dynamique, si bien que ladite valve de commande (10) n'est pas affectée par une variation des débits qui la traversent, ni par une variation des chutes de pression qui y sont provoquées. 2. Valve de commande comprenant un tiroir (30a) qui possède une gorge (42) et des portées (40, 44a) carrées espacées en alternance, et dont les positions sont déterminées en faisant varier les forces axiales auxquelles il est soumis ; un corps classique (46) percé d'un alésage (22) dans lequel ledit tiroir (30a) peut coulisser d'une position fermée jusqu'à au moins une position de dosage en vue d'étrangler un flux qui s'écoule, en traversant ledit tiroir (30a), d'une cavité ou chambre de pression (26) située dans le corps à une cavité ou chambre d'évacuation à arêtes carrées située dans ledit corps ; ainsi qu'au moins une chambre asservie (24 ; 34) agissant sur une face extrême dudit tiroir afin de positionner ce dernier, valve caractérisée par le fait qu'elle comprend une portée de dosage (44a) à arête carrée (45a) située sur ledit tiroir (30a) ainsi qu'un canal d'évent (36a) élaboré dans ladite portée de dosage (44a) et raccordé à la chambre asservie (34), l'embouchure (37) de ce canal (36a) dans ladite portée étant située à proximité de l'arête (45a) de cette dernière et en aval de cette arête, ce qui fait que le jet de fluide (52) sortant de la chambre de pression (26) a tendance à extraire du fluide dudit canal d'évent (36a) et à diminuer la pression régnant dans ladite chambre asservie (34), permettant ainsi de supprimer certaines forces agissant sur le tiroir (30a) en régime dynamique, si bien que ladite valve de commande (10) n'est pas affectée par des variations des débits qui la traversent, ni par des variations des baisses de pression qui y sont provoquées. 3. Valve de commande selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'encoche de dosage (38) est élaborée dans l'arête de la portée de dosage (44). 4. Valve de commande selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'encoche de dosage (38) est élaborée dans la portée de dosage (44). 5. Valve de commande selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'encoche de dosage (38) est configurée de telle sorte que le jet de fluide (52) sorte par cette encoche en formant un angle obtus avec l'axe du tiroir (30). 6. Valve de commande selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'alésage (22) dans le corps (46) de ladite valve présente la forme d'une zone classique d'étanchement (54) à arêtes carrées entre la chambre de pression (26) et la chambre d'évacuation (28). 7. Valve de commande selon la revendication 1, comportant une zone d'étanchement (54) dans l'alésage (22) de son corps, valve caractérisée par le fait que l'encoche de dosage (38) se trouve dans la zone d'étanchement (54).