Brevet FR2593551A1 — publié le 19870731

La présente invention concerne les machines à déplacement de volume et a notamment pour objet des dispositifs de transformation de l'énergie d'un fluide en travail mécanique d'un organe opératoire. L'invention peut être utilisée aussi bien dans des mécanismes fixes d'exécution que sur des moyens de transport. La présente invention peut être utilisée avec succès dans des commandes hydropneumatiques de moyens de traction ou dans les commandes utilisées dans la construction de machines-outils, dans l'industrie forrestière pour transmettre la rotation à un organe opératoire, par exemple, à un arbre porte-meule ou à une broche d'une raboteuse. Comme fluide, il est possible d'utiliser un gaz ou un liquide. A l'heure actuelle, la transformation de l'énergie d'un fluide en travail mécanique d'un organe opératoire est assurée au moyen des machines à piston largement connues mettant à profit le déplacement dans la chambre du piston en un matériau rigide, pourvue des garnitures mobiles d'étanchéité. Toutefois, ces machines sont caractérisées par: - une fiabilité et une durée médiocres à cause de fréquents dérangements des garnitures mobiles d'étanchéité; - les exigences sévères imposées à la précision et à la finition d'usinage de la chambre et du piston et ne permettant pas à la technologie moderne de réaliser des chambres dont le volume dépasserait un mètre cube - la petite course du plan s'expliquant par le volume limitée de la chambre et la rigidité de la construction. Ces inconvénients ont imposé la mise au point de dispositifs de transformation de l'énergie d'un fluide en travail mécanique d'un organe opératoire, dans lesquels le piston serait réalisé à partir d'un matériau élastique. On connait un dispositif de transformation de l'énergie d'un fluide en énergie mécanique (voir demande de brevet en France No. 788197, publiée en 1935) comprenant un corps abritant deux chambres disposées en opposition. Dans chaque chambre est logé un piston en matériau rigide, lié à l'organe opératoire au moyen d'une crémaillère à double face accouplant les deux pistons. Le mouvement de va-et-vient des pistons est transmis par la crémaillère au pignon de l'organe opératoire. Ce dispositif n'assure pas une grande course de l'organe opératoire pour une course des pistons car elle est limitée par la longueur de la chambre. La réalisation de chambres ayant une longueur plus grande s'avère impossible à cause des exigences sévères quant à la précision et à la finition des chambres et des pistons, compte tenu des tolérances sur la coaxialité de positionnement des deux chambres. Du fait que les pistons et l'organe opératoire sont montés rigidement par rapport à la crémaillère, le dispositif n'assure pas le centrage automatique des pistons par rapport à l'organe opératoire ni la transmission synchrone de leurs efforts à l'organe opératoire, ce qui limite le domaine d'utilisation dudit dispositif, et, notamment, il est impossible, par exemple, de l'utiliser avec l'organe opératoire des tréfileuses. Il est également impossible de l'utiliser comme moteur se déplaçant sur un câble du fait qu'il est impossible d'assurer le déplacement du dispositif lui- même sur l'organe opératoire. De plus, le dispositif présente un faible rendement, ce qui s'explique par la course limitée du piston dans la chambre, l'absence de transmission synchrone des efforts des pistons à l'organe opératoire, et le rendement médiocre résultant du fait que les chambres sont remplies de fluide à tour de rôle. On s'est donc proposé de mettre au point un dispositif de transformation de l'énergie d'un fluide en travail mécanique d'un organe opératoire dans lequel les pistons et leur interaction seraient conçus de façon à assurer l'augmentation du mouvement de l'organe opératoire pour une course des pistons, à synchroniser la transmission des efforts des deux pistons et de leur mouvement, ce qui permettrait d'augmenter les possibilités technologiques du dispositif, d'élever son rendement et de simplifier sa réalisation. Le problème ainsi posé est résolu à l'aide d'un dispositif de transformation de l'énergie d'un fluide en travail mécanique d'un organe opératoire, comprenant un corps abritant deux chambres disposées en opposition, et renfermant chacune un piston en liaison cinématique avec l'organe opératoire, un système d'amenée du fluide avec une soupape de distribution et, selon l'invention, les chambres sont mises en communication au moyen d'une conduite et forment une capacité de refoulement en communication avec le système d'amenée du fluide, la liaison cinématique de chaque piston avec l'organe opératoire est assurée par un arbre monté dans la chambre et dont une extrémité est liée cinématiquement à l'organe opératoire, et un tambour en liaison avec l'autre extrémité de l'arbre est muni d'un mécanisme de changement de marche, et chaque piston est constitué par une manche élastique, dont une extrémité est retournée et est fixée à la surface intérieure de la conduite à l'endroit de sa jonction avec la chambre, et son autre extrémité est fixée sur le tambour. Il est utile, afin d'assurer la rotation continue de l'organe opératoire, que la première manche élastique soit enroulée sur le tambour correspondant et que l'autre manche élastique soit déroulée le long de la conduite sur toute sa longueur et soit fixée par une extrémité sur le tambour de façon que son enroulement sur le tambour s'effectue dans le sens opposé à celui de l'enroulement de la première manche élastique, et que le système d'amenée du fluide soit mis en communication avec les cavités ds chambres et que la cavité de la conduite comprise entre les surfaces des manches élastiques soit remplie de fluide. Il est avantageux, afin d'assurer la rotation de l'organe opératoire avec mécanisme de changement de marche, que la première manche élastique soit enroulée sur le tambour correspondant et que l'autre manche élastique soit déroulée le long de la conduite sur toute sa longueur et soit fixée par une extrémité sur le tambour de façon que le sens de son enroulement sur le tambour coïncide avec le sens d'enroulement de la première manche élastique, et que le système d'amenée du fluide soit mis en communication avec les cavités des chambres et que la cavité de la conduite comprise entre les surfaces des manches élastiques soit remplie de fluide. Cela permet d'utiliser le dispositif selon l'invention dans des rectifieuses et des dispositifs de traction. Il est souhaitable, selon l'une des variantes de réalisation du dispositif, que les manches élastiques soient déroulées le long de la conduite sur toute leur longueur, que la cavité de la conduite soit mise en communication avec le système d'amenée du fluide et avec le milieu extérieur, et que les chambres soient remplies de fluide. Cela permet de simplifier la construction du dispositif tout en assurant la longueur importante du dispositif. De plus, ce mode de réalisation permet d'accumuler l'énergie, par exemple d'un liquide ou d'un gaz, dans les conduites, lorsque la consommation du fluide diminue et de pomper le fluide à transvaser dans la conduite, par exemple au moyen d'une pompe centrifuge, dans le cas o-la consommation de l'énergie par l'organe opératoire augmente. Il est préférable que la liaison cinématique de chaque arbre avec l'organe opératoire soit réalisée à l'aide de demi-accouplements à cliquets et de pignons, montés sur l'arbre, et d'un pignon calé sur l'arbre de l'organe opératoire. Ce mode de réalisation de la liaison entre l'arbre et l'organe opératoire permet de réduire la longueur du dispositif. Le mécanisme de changement de marche de chaque tambour peut 8tre constitué par un ressort à lame, dont ine extrémité est fixée sur le tambour et l'autre extrémité est fixée à la paroi de la chambre. Cela permet de simplifier la construction du dispositif. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lecture de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs avec référence aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels: - la figure 1 représente un mode de réalisation d'un dispositif de transformation de l'énergie d'un fluide en travail mécanique d'un organe opératoire, selon l'invention; - - la figure 2 représente un mode de réalisation du dispositif, dans lequel les manches sont fixées de différentes manières aux tambours, selon l'invention; - la figure 3 représente un autre mode de réalisation du dispositif, dans lequel la conduite communique avec le système d'amenée du fluide, selon l'invention; - la figure 4 représente la liaison cinématique entre l'arbre et l'organe opératoire, selon l'invention. Le dispositif de transformation de l'énergie d'un fluide en travail mécanique d'un organe opératoire selon l'invention, comporte un corps 1 (figure 1) abritant deux chambres étanches 2 et 3 disposées en opposition, mises en communication au moyen d'une conduite 4 et formant une cavité de refoulement. Les chambres 2 et 3 abritent des arbres 5 et 6, en liaison cinématique avec l'organe opératoire 7, qui portent des tambours 8 et 9. Les pistons sont réalisés sous forme des manches élastiques 10 et 11 dont les premières extrémités sont fixées aux tambours 8 et 9, respectivement. Les autres extrémités des manches 10 et 11 sont retournées et sont fixées à la surface intérieure de la conduite 4 aux endroits de sa Jonction aux chambres 2 et 3. Les tambours 8 et 9 sont pourvus des mécanismes de changement de marche constitués par des ressorts à lame 12 et 13 dont une extrémité est fixée au tambour 8 ou 9 et l'autre est fixée à la paroi de la chambre 2 ou 3, respectivement. Les chambres 2 et 3 sont mises en communication avec le système 14 d'amenée du fluide par l'intermédiaire de la soupape de distribution 15 et comportent des soupapes 16 et 17 d'évacuation du fluide utilisé, la cavité de la conduite 4 comprise entre les manches 10 et 11 étant remplie de fluide, par exemple d'un gaz ou d'un liquide. La manche 10 est enroulée sur le tambour 8 et la manche 11 est déroulée le long de la conduite 4 sur toute sa longueur et est fixée de façon que son enroulement sur le tambour 9 s'effectue dans le sens opposé à celui de l'enroulement de la manche 10. Pour assurer la rotation continue de l'organe opératoire 7, la manche 11 (figure 2) est déroulée le long de la conduite 4 sur toute sa longueur et est fixée sur le tambour 9 de façon que le sens de son enroulement sur le tambour coincide avec le sens d'enroulement de la manche 10. Pour simplifier la construction du dispositif ayant une conduite 4 de longueur considérable (figure 3), lorsque les deux manches 10 et 11 sont déroulées le long de la condite 4, le système 14 d'amenée du fluide communique directement avec la cavité de la conduite 4. Dans ce cas, la conduite 4 est munie d'une soupape 18 d'évacuation du fluide utilisé et les chambres 2 et 3 sont remplies préalablement de fluide élastique, avant la mise en place des manches 10 et 11. La liaison cinématique entre les arbres 5, 6 et l'organe opératoire 7 (figure 1) est réalisée à l'aide de demi-accouplements 19 (figure 4) à un seul sens de fonctionnement, par exemple à cliquets, et de pignons 20, montés sur les arbres 5 et 6, ainsi que du pignon 21, calé sur l'arbre 22 de l'organe opératoire 7 (figure 1). Les pignons 20 sont serrés contre les demi-accouplements 19 par l'intermédiaire des ressorts 23. Le dispositif selon l'invention fonctionne de la façon suivante. En position initiale, la manche 10 (figure 1) est enroulée sur le tambour 8 et le ressort 12 est serré en spirale. La soupape de distribution 15 commute le système 14 d'amenée du fluide, par exemple du gaz, sur la chambre 2. A ce moment, la soupape 16 est fermée alors que la soupape 17 est ouverte. La manche 10 se déroule du tambour 8 en transmettant la rotation à l'arbre 5 et en serrant le ressort 12. A ce moment, la manche 11 s'enroule sur le tambour 9 sous l'action du gaz refoulé sous la pression créée dans la conduite 4 au déroulement de la manche 10 et sous l'action de la force apparue à la détente du ressort 13. La soupape 16 de la chambre 2 s'ouvre et la soupape 17 de la chambre 3 se ferme. La soupape de distribution 15 change la position du système 14 en le mettant en position d'amenée du gaz dans la chambre 3. Les manches 10 et 11 commencent à se déplacer dans le sens inverse: la manche 10 s'enroule sur le tambour 8 et la manche 11 se déroule du tambour 9. Le fluide est véhiculé vers la chambre 2 et le cycle de fonctionnement du dispositif recommence. Par ce moyen, les arbres 5 et 6 tournent dans différents sens: l'un d'eux effectue la course active et l'autre, la course à vide. Pour assurer la rotation des arbres 5 et 6 avec inversion (ce qui est nécessaire pour déplacer l'organe opératoire à la rectification, au rabotage ou au labourage du sol), les extrémités des manches 10 et 11 (figure 3) sont fixées sur les tambours 8 et 9 de façon à ce que leur mouvement s'effectue dans des sens différents. A ce moment, la manche 10 s'enroule et le ressort 12 est détendu, la manche 11 est déroulée et le ressort 13 est serré. La soupape 15 transfère le système 14 pour l'amenée du fluide vers la chambre 2, dont la soupape 16 est fermée et la soupape 17 de la chambre 3 est ouverte. La manche 10 se déroule du tambour 8 en transmettant la rotation à l'arbre 5 et en remontant le ressort 12. Alors, la manche 11 s'enroule sur le tambour 9 sous l'action du fluide contenu dans la cavité de la conduite 4 et sous l'action de la force qui prend naissance à la détente du ressort 13. La soupape 16 de la chambre 2 s'ouvre et la soupape 17 de la chambre 3 se ferme. La soupape de distribution 15 transfère le système 14 en position d'amenée du fluide vers la chambre 3. Les manches 10 et 11 effectuent leurs courses dans l'autre sens. Le fluide est refoulé vers la chambre 2 et le cycle de fonctionnement du dispositif recommence. Pendant la course active, la rotation est transmise par les demi- accouplements 19 (figure 4) et les pignons 20 au pignon 21, calé sur l'arbre 22, qui tourne sans arrêt dans un même sens. Pour assurer la rotation des arbres 5 et 6 (figure 3) l'un à la rencontre de l'autre, les manches 10 et 11, en position initiale, sont déroulées des tambours 8 et 9, grâce à l'action du gaz sous pression contenu dans les cavités des chambres 2 et 3, et les ressorts 12 et 13 sont serrés. On ouvre la soupape 15 et le gaz arrive dans la cavité de la conduite 4. Les manches 10 et 11 s'enroulent sur les tambours 8 et 9 sous l'action de la pression du gaz dans la cavité de la conduite 4 et de la force engendrée à la détente des ressorts 12 et 13. Le gaz se comprime dans les chambres 2 et 3. Puis, la soupape 15 se ferme et la soupape 18 s'ouvre et les manches 10 et 11, actionnées par le gaz comprimé contenu dans les chambres 2 et 3, se déroulent des tambours 8 et 9 en faisant tourner les arbres 5 et 6 et en serrant les ressorts 12 et 13. La soupape 18 se ferme, le gaz pénètre de nouveau dans la cavité de la conduite 4 et le cycle de fonctionnement du dispositif recommence. Ensuite, les arbres 5 et 6 tournent dans deux sens différents: l'un d'eux effectue une course active et l'autre, une course à vide. Ainsi, la présente invention permet, grâce au fait que les manches 10, 11 se déplacent dans la conduite 4 sans glisser sur la surface intérieure, d'obtenir les effets positifs ci- dessous: - une augmentation du rendement du fait que les manches 10 et 11 se déplacent dans la conduite 4 sans frottement de glissement; - une augmentation de la fiabilité et de la durée de vie du dispositif du fait que les manches 10 et 11 ne s'usent pas; - une simplification de la construction du dispositif du fait que les exigences auxquelles doivent satisfaire la finition et la précision d'usinage sont devenues moins sévères; - une élévation de la puissance du dispositif résultant de la possibilité d'augmenter brusquement la pression dans les chambres 2 et 3, due à ce que les manches 10 et 11 sont raccordées d'une façon étanche auxdites chambres; - une baisse de la consommation spécifique de métal du fait que le volume des chambres 2 et 3 peut atteindre plusieurs centaines de mètres cubes. REVENDICATIONS 1. Dispositif de transformation de l'énergie d'un fluide en travail mécanique d'un organe opératoire comportant un corps avec deux chambres disposées en opposition, abritant chacune un piston lié à un organe opératoire au moyen d'une liaison cinématique, un système d'amenée du fluide muni d'une soupape de distribution, caractérisé. en ce que les chambres (2, 3) sont mises en communication par une conduite (4) de façon à former une cavité de refoulement, mise en communication avec le système (14) d'amenée du fluide, en ce que la liaison cinématique de chaque piston avec l'organe opératoire (7) est assurée au moyen d'un arbre (5 ou 6) monté dans la chambre (2 ou 3) et dont une extrémité est liée cinématiquement à l'organe opératoire (7), et d'un tambour (8 ou 9) couplé à l'autre extrémité de l'arbre (5 ou 6) et muni d'un mécanisme de changement de marche, et en ce que chaque piston est réalisé sous forme d'une manche élastique (10 ou 11), dont une extrémité est retournée et est fixée à la surface intérieure de la conduite (4) à l'endroit de sa jonction avec la chambre (2 ou 3) et l'autre extrémité est fixée sur le tambour (8 ou 9). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première manche élastique (10) est enroulée sur le tambour (8) correspondant et l'autre manche élastique (11) est déroulée le long de la conduite (4) sur toute sa longueur et est fixée par l'une de ses extrémités au tambour (9) de façon que son enroulement sur le tambour (9) s'effectue dans le sens opposé au sens d'enroulement de la première manche élastique (10), le système (14) d'amenée du fluide étant relié aux cavités des chambres (2, 3) et la cavité de la conduite (4), comprise entre les surfaces des manches élastiques (10, 11), étant remplie de fluide. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première manche élastique (10) est enroulée sur le tambour (8) correspondant et la deuxième manche élastique (11) est étendue le long de la conduite (4) sur toute sa longueur et est fixée par l'une de ses extrémités au tambour (9) de façon que le sens de son enroulement sur le tambour (9) coïncide avec le sens de l'enroulement de la première manche élastique (10), en ce que le système (14) d'amenée du fluide communique avec les cavités des chambres (2, 3) et en ce que la cavité de la conduite (4) comprise entre les surfaces des manches élastiques (10, 1l) est remplie de fluide. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les manches élastiques (10, 11) sont déroulées le long de la conduite (4) sur toute leur longueur, la cavité de la conduite (4) communique avec le système (14) d'amenée du fluide et avec le milieu extérieur, et les chambres (2, 3) sont remplies de fluide. 5. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la liaison cinématique de chaque arbre (5 ou 6) avec l'organe opératoire (7) est réalisée au moyen de demi-accouplements (19) à cliquets et de pignons (20) reposant sur l'arbre (5 ou 6) ainsi que du pignon (21) calé sur l'arbre (22) de l'organe opératoire (7). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le mécanisme de changement de marche de chaque tambour (8 ou 9) est constitué par un ressort à lame (12 ou 13), dont une extrémité est fixée sur le tambour (8 ou 9) et l'autre extrémité est fixée à la paroi de la chambre (2 ou 3).