Brevet FR2586463A1 — publié le 19870227

B 7681 F YD/mtm 2586463 Août 85 -1 - VALVES CARTOUCHES A INSERER MULTI-FONCTIONS COAXIALES ET APPLICATION A LA COMMANDE D'UN VERIN A DOUBLE EFFET La présente invention concerne des valves cartouches à insérer multi-fonctions et leurs appli- cations à la commande d'un vérin à double effet. Ces cartouches multi-fonctions coaxiales à insérer, constituent des éléments de distribution en parallèle pour circuits oléo-hydrauliques de puissance asservis à la charge. Les circuits de distribution hydrauliques des engins de travaux publiques et de manutention, comme des excavatrices, pelleteuses chargeuses, chargeuses téles- copiques etc..., deviennent en plus en plus complexes et onéreux du fait des exigences plus grandes des normes de sécurité et de la nécessité d'économiser l'énergie. Un circuit de distribution actuel sur une excavatrice comprend: des manipulateurs pour le pilotage à distance des distributeurs, des distributeurs regroupant de plus en plus de fonctions (distribution, surpression, réalimentation, étranglements), de grandes quantités de tuyaux qui partent vers les récepteurs (vérins ou moteurs), et enfin des valves de sécurité et de contr8ôle de mouvements de plus en plus complexes incorporées aux vérins sans interposition de flexible. Un premier but de l'invention est de réaliser une valve cartouche à insérer dans les blocs de distribution pour faciliter la construction et les interventions en après-vente, ces valves cartouches comportant des sécurités en surpression et dépression, de façon à satisfaire les exigences actuelles de sécurité et de précision des mouvements dans toutes les conditions de pression et de débit. B 7681 FX YD/mtm 2586463 Aoûit 85 2 Notre but a été de diminuer le coût de construction de l'appareil et de l'utilisation et de le rendre compatible avec un circuit à débit variable asservi à la charge. Ce premier but est atteint par le fait que la valve cartouche à insérer multifonctions coaxiales de distribution hydraulique est caractérisée en ce qu'elle comporte un orifice d'arrivée d'huile, un orifice de retour d'huile, un orifice d'arrivée de la pression de commande de la valve, un orifice de sortie délivrant la pression d'actionnement, un orifice de lecture de la pression d'huile d'actionnement, un orifice de drainage et un orifice d'entrée de la pression d'équilibrage, un premier tiroir de réglage du débit d'huile sollicité par un premier ressort à l'encontre de la pression de commande délivrée par l'orifice d'arrivée de cette pression vers la position de fermeture de communication entre l'orifice d'arrivée de pression d'huile et l'orifice de sortie délivrant la pression d'actionnement, un clapet d'iso- lation et un clapet de réalimention sollicités par un deuxième ressort à l'encontre de la pression délivrée par l'orifice d'arrivée d'huile vers une position de fermeture de la communication entre l'orifice de sortie et l'orifice de lecture de la pression d'huile, un deuxième tiroir équilibreur sollicité par un troisième ressort à l'encontre de la pression délivrée par l'orifice d'entrée de pression d'équilibrage et de la pression délivrée par l'orifice de sortie d'actionnement vers la position de fermeture de la communication entre l'orifice de sortie d'actionnement et l'orifice de retour d'huile. Selon une autre caractéristique les différents tiroirs et clapets ont leurs axes de symétrie coaxiaux et sont disposés dans une chemise cylindrique en deux parties comportant sur sa périphérie et espacés longitudi- nalement les uns des autres, les différents orifices. B 7681 F YD/mtm 2586463 Août 85 - 3 - Selon une autre caractéristique, la chemise cylindrique est destinée à être logée dans une cavité comportant les alésages respectifs correspondant aux dimensions de la chemise et la portion de la chemise située à proximité de l'ouverture de la cavité comporte un filetage externe et un taraudage interne. Selon une autre earactéristique un dispositif vis écrous de réglage de la force du troisième ressort vient se visser dans un taraudage interne. Selon une autre earactéristique le deuxième tiroir comporte des alésages externes et un alésage interne mettant en communication l'orifice de retour avee l'orifice de sortie d'actionnement lorsque le tiroir est dégagé de son siège sous l'aetion des pressions présen- tes dans les alésages externes. Un dernier but de l'invention était d'appliquer ces valves cartouches à la commande d'un vérin à double effet dans une distribution entièrement incorporée au vérin pour engendrer une simplification des communications pour le fluide entre les différents organes. Ce dernier but est atteint par le fait que la commande du vérin a double effet est assurée par deux valves dont les orifices d'arrivée d'huile sont reliées par la canalisation faite à la pompe, les orifices de retour d'huile sont branchées au circuit de retour au réservoir, les orifices d'arrivée de pression de commande de chacune des valves sont reliées aux sorties du manipulateur de commande, les orifices de drainage sont reliés entre eux et d'autre part aux canalisations de retour au réservoir, les orifices de lecture sont reliés d'une part chacun à une entrée d'un sélecteur de priorité de pression dont la sortie est reliée à la canalisation du mécanisme de contrôle de débit de la pompe, d'autre part avec l'entrée de pression d'équi- librage de l'autre valve, l'orifice de sortie de la première valve étant relié à une première chambre B 7681 F YD/mtm Août 85 4 2586463 actionnant la tige du vérin vers l'extérieur, tandis que l'orifice de sortie de la deuxième valve est relié à une deuxième chambre actionnant la tige du vérin vers l'intérieur. Selon une autre caractéristique de l'invention, les cavités de logement des valves peuvent être incor- porées aux vérins et les canalisations de liaison sont également incorporées aux vérins. Selon une autre caractéristique de l'invention, les valves peuvent être reliées aux vérins par des cana- lisations souples ou rigides. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ei-après faite en référence à la figure unique représentant deux valves cartouches associées de façon à actionner un vérin, chacune des valves cartouches étant représentée par une demi-coupe suivant son axe de symétrie et une-vue extérieure dans le corps du vérin auquel cette valve est ineorporée. Cet orifice d'entrée ou élément désigné par une lettre portera en indice le numéro de la valve. Ainsi l'orifice de commande X1 appartient à la valve 1, tandis que l'orifice de commande X2 appartient à la valve 2. Une canalisation 5 pratiquée dans le corps 3 du vérin de commande A relie un orifice de sortie du manipulateur à l'orifice X1 d'arrivée de pression de commande de la valve 1. De même, la canalisation 6 également pratiquée dans le corps du vérin A relie un autre orifice de sortie du manipulateur à l'orifice X2 d'arrivée de la pression de commande de la valve 2. La canalisation 7 pratiquée dans le corps du vérin A relie la sortie de la pompe aux orifices d'arrivée d'huile P1, P2 de chacune des deux valves 1 et 2. La canalisation 8 pratiquée également dans le corps du vérin A relie le réservoir aux orifices de retour d'huile T1, T2 de chacune des deux valves 1 et 2 d'une part, et d'autre part aux orifices de drainage D1, D2 B 7681 F YD/mtm Août 85 5 2586463 par les canalisations 80. Les orifices S1, S2 de lecture de la pression d'huile d'actionnement sont reliés chacun aux entrées d'un sélecteur 4 dont la sortie est reliée à la canalisation 9 branchée à l'entrée de contrôle de débit de la pompe. L'orifice S1 de lecture de pression d'huile d'actionnement est également relié par une canalisation 90 à l'orifice B2 d'entrée de pression d'équilibrage de la deuxième valve 2, tandis que l'orifice S2 de lecture de la pression d'huile d'actionnement de la deuxième valve est relié par une canalisation 91 à l'orifice B1 d'entrée de la pression d'équilibrage de la première valve. Un orifice de sortie R1 de la première valve délivre la pression d'action- nement à la première chambre A1 actionnant la tige A3 du vérin vers l'extérieur, indiqué par le sens de la flèche. Dans une autre phase de fonctionnement, un orifice de sortie R2 de la deuxième valve 2 délivre également la pression d'actionnement à une deuxième chambre A2 du vérin actionnant la tige A3 du vérin vers l'intérieur. Chacune des valves 1, 2 est logée dans le corps 3 du vérin et plus particulièrement dans des cavités consitutuées par la succession des alésages 30 à 36 coaxiaux et espacés longitudinalement dans le corps du vérin. L'alésage 36 comporte un taraudage dans lequel vient se monter un filetage externe F2 de la chemise 100 de la valve cartouche. Cette chemise 100 en deux parties assemblées entre les niveaux des alésages 33 et 34 comporte les orifices indiqués ci-dessus à l'exception de l'orifice D1 qui se trouve placé au fond de la cavité destinée à recevoir la valve. Cette chemise 100 comporte les alésages destinés à recevoir les différents tiroirs et clapets constituant la valve et un canal de communication H mettant en communication l'orifice R1 avec l'orifice S1 ou l'orifice P1 suivant la position d'un premier tiroir J1. Ce premier tiroir J1 est sollicité en permanence par un premier ressort rl vers une position de repos dans laquelle B 7681 F YD/mtm Août 85 - 6 - 2586463 la chambre constituée par l'alésage 10 du tiroir J1 et la bague d'étanchéité K disposée à l'extrémité de la valve est réduite à son volume minimum. Dans cette position le tiroir J1 empêche la communication de l'orifice P1 avec d'une part l'orifice S1 et d'autre part l'orifice R1. Ce tiroir J1 comporte également un alésage interne 15 qui permet de mettre en communication l'orifice S1 avec l'orifice D1. Dans la canalisation H interne à la chemise de la valve, un clapet C est sollicité en permanence par un deuxième ressort r2 vers une position de fermeture ou d'isolation dans laquelle ce clapet C repose sur le siège 101 appartenant à la chemise de la valve. La chemise 100 comporte dans son alésage intérieur Q un filetage interne F1 se lequel vient se monter une vis filetée L supportant elle-même un système à vis U et à contre-écrou V, au bout desquels sont montées une bille Y et une plaque de butée Z. Cette plaque de butée Z étanchée sur son diamètre extérieur avec l'alésage de la vis L, sert de point d'appui à un troisième ressort r3 qui sollicite en permanence un deuxième tiroir E1 dit un tiroir équilibreur vers une position de repos dans laquelle l'extrémité 16 opposée à l'extrémité recevant le ressort r3 vient en appui sur le siège 102 du clapet de réalimentation G. Dans cette position du tiroir équilibreur El, l'orifice T1 est en communication avec l'alésage intérieur 14 du tiroir équilibreur E1 mais toute communication de cet alésage avec l'orifice R1 est empêchée. Dans la position de repos l'orifice B1 est en communication avec une chambre constituée par l'alésage extérieur 11 du tiroir équilibreur E1 et à l'alésage intérieur de la chemise , cette chambre ayant dans cette position son volume minimal. Le tiroir équilibreur E1 comporte également à proximité de son extrémité 16 un deuxième alésage extérieur 12 de diamètre inférieur à l'alésage 11 et permettant d'avoir une section annulaire, en général, trois à quatre fois inférieure à celle de la section B 7681 F YD/mtm Août 85 Août 85 - 7 - 2586463 annulaire correspondant à l'alésage 11. En fonctionnement, lorsque l'on commande la sortie de la tige A3 du vérin par le manipulateur, la pression du circuit de pilotage modulée par le manipulateur entre 0 et 20 bars arrive sur l'orifice X1 et assure entre ces deux valeurs de pression un déplacement du premier tiroir Jl entre une course nulle et une course maximum correspondant respectivement à un débit d'entrée d'huile nul ou maximum. L'huile se dirige alors de l'orifice d'entrée Pi vers l'orifice de sortie d'actionnement Rl, raccordé avec la chambre A1 du vérin située au fond de celui-ci pour faire sortir la tige A3. Au passage, l'orifice S1 assure une lecture de pression qui sera exploitée par la canalisation 9 et l'orifice de contrôle de débit d'huile de la pompe auto- régulatrice pour ajuster l'ensemble débit-pression à la demande. Ainsi, le débit sera ajusté en fonction de la position du manipulateur, position choisie par le conducteur de l'engin et la pression sera ajustée en fonction de la charge positive ou négative. Lorsque le tiroir J1 met en communication l'orifice P1 avec la canalisation H, la pression exercée sur le clapet d'isolation C repousse celui-ci et le ressort r2 de façon à mettre en communication la canalisation H avec l'orifice de sortie R1. Si on arrête le débit d'huile utilisé par remise du manipulateur en position O, le ressort rl du tiroir ramène celui-ci en fermeture de débit et met l'orifice de lecture S1, isolé de l'orifice de sortie R1 et du vérin par le clapet d'isolation C, en communication avec l'orifice de drainage D1. La pompe ne recevant plus par la canalisation 9 d'indication de pression sur son régulateur, se calera en débit nul et ne consommera plus d'énergie. L'huile qui sort de l'orifice de sortie R1 de la première valve 1 délivrant la pression d'actionnement B 7681 F YD/mtm Août 85 - 8 - 2586463 tend donc à faire ressortir la tige A3 du vérin dans le sens indiqué par la flèche. Lorsque ceci se produit, l'huile de l'autre côté du piston est chassée de la chambre A2 vers la canalisation 81 puis vers l'orifice R2 de la deuxième valve 2 et, lorsque la pression est suffisante pour pousser le deuxième tiroir de la deuxième valve 2, vers le retour T2. Une fermeture du retour de l'huile au réservoir est donc assurée par l'étanchéité entre l'équilibreur E2 sur son siège 102 du clapet de réalimentation G2 de la deuxième valve 2. Ceci permet d'assurer une contrepression suffisante pour contrôler les mouvements et assurer qu'une charge variable ne devienne jamais motrice quelque soit le débit d'entrée. Toutefois, comme on va le voir par la suite, le tiroir d'équilibrage E2 de la deuxième valve permet de jouer le rôle de valve de pression maximum et de valve d'équilibrage. En effet, le tiroir d'équilibrage E2 tend à s'écarter du siège 102 en luttant contre son res- sort r3 de tarage sous l'effet de deux forces (a) et (b) qui s'additionnent. La première force (a) est due à la pression amenée sur l'orifice R2 et s'appliquant sur la section annulaire de l'alésage 12 du tiroir d'équilibrage E2 de la valve 2, cette pression tendant à écarter le tiroir d'équilibrage E2 de l'appui de son siège 102 et assure la fonction valve de pression maximale. La deuxième force (b) est constituée par la pression qui s'applique sur la section annulaire correspondant à l'alésage 11 du tiroir d'équilibrage E2 de la deuxième valve. Cette section est normalement trois à quatre fois supérieure à la section correspondant à l'alésage 12 et vient en aide à l'ouverture de la communication entre les orifices R2 et T2. Cette force b résultant de la pression délivrée à l'orifice B2 depuis l'orifice de lecture de pression Sl constitue la fonction valve d'équilibrage. En effet, en fonctionnement normal, la contre-pression dans la chambre A2 et dans la canalisation 81 est faible, mais si la charge B 7681 F YD/mtm Août 85 9 tend à devenir motrice, il n'y a plus de pression dans la chambre A1 et, en conséquence, plus de pression non plus à l'orifice de lecture S1 de la valve A1 et à l'orifice d'équilibrage B2 de la valve 2. L'alésage 12 et le ressort r3 sont calculés de façon à ce que la pression maximum induite par la charge lorsque celle-ci tend à devenir motrice, ne puisse provoquer le déplacement du tiroir d'équilibrage E2 dans sa fonction valve de surpres- sion de la valve 2, et le mouvement tend à s'arrêter. La pompe continuant à débiter se trouve bloquée par le piston du vérin lui-même retenu par l'huile dans la chambre A2, bloquée par le tiroir d'équilibrage E2. La pression monte donc la chambre A1 et cette pression se répercute par l'orifice S1 vers l'orifice d'équilibrage B2 de la valve 2 et par cet orifice B2 vers la section d'aide à l'ouverture dite section d'équilibrage corres- pondant à l'alésage 11. Cette action des pressions jouant sur l'étranglement de la ligne de retour, assure ainsi une contrepression toujours modulée. C'est ce qu'on appelle la fonction équilibrage. En cas d'arrêt brusque d'un mouvement, l'énergie cinétique de la charge en mouvement est transformée en pression qui sera réduite en arrêt progressif par la fonction en valve de pression maximum du tiroir d'équi- librage E2. En cas de rupture de flexible reliant les manipulateurs ou la pompe aux vérins et aux distributeurs constitués par les valves, il n'y a plus de pression d'huile sur les orifices R1 et Sl et, par conséquent, plus de pression d'huile sur l'orifice d'équilibrage B2 assurant l'aide à l'ouverture de la valve en contrôle de sortie; dans ce cas le mouvement est arrêté et ceci est bien conforme aux normes de sécurité. Dans le cas d'une action sur le manipulateur pour la rentrée de tige, le fonctionnement est identique mais la valve 2 devient la valve de commande tandis que la B 7681 F YD/mtm AoQt 85 -10 2586463 valve 1 devient la valve d'équilibrage. Enfin, lorsqu'une force extérieure oblige un vérin normalement à l'arrêt, à se déplacer (sortir sa tige, par exemple) le tiroir d'équilibrage E2 permet, dans sa fonction valve de surpression, d'évacuer l'huile entre les orifices R2 et T2 dans le sens du mouvement, mais ce déplacement provoque une dépression dans la chambre A1 et, par conséquent, sur l'orifice R1. Dans ce cas, le clapet de réalimentation G est alors en déséquilibre et fait reculer son ressort r2 de façon à permettre le passage entre les orifices T1 et R1 de la valve 1 pour combler le vide. D'autres modifications à la portée de l'homme de métier font également partie de l'esprit de l'invention. Ainsi, les deux éléments de contrôle d'entrée et de sortie constitués respectivement par le premier tiroir J et le deuxième tiroir d'équilibrage E, sont normalement prévus pour fonctionner ensemble en une seule cartouche à insérer, mais ils peuvent être adaptés pour être dissociés et constituer alors des cartouches à insérer indépendantes assurant, l'une la fonction de contrôle d'entrée, l'autre la fonction de contrôle de sortie. B 7681 F YD/mtm Août 85 - - 2586463 REVENDICATIONS 1. Valve cartouche à insérer multifonctions coaxiales de distribution hydraulique caractérisée en ce qu'elle comporte un orifice d'arrivée d'huile (Pl), un orifice de retour d'huile (T1), un orifice (XI) d'arrivée de pression de commande de la valve, un orifice (R1) de sortie délivrant la pression duaotionnment un orifice (Si) de lecture de la pression d'huile dactonnment= un orifice de drainage (Dl), et un orifice (BI) d7entrée de la pression d'équilibrage, un premier tiroir (J1) de réglage de débit d'entrée d'huile, sollicité par un premier ressort (ri) à l'encontre de la pression de commande délivrée Dar l'orifice d'arrivée (X1), vers la position de fermeture de la communication entre l'orifice d'arrivée de pression d'huile (P1) et l'orifice (FRI) de sortie délivrant la pression d'actionnement, un elapet d'isolation (C) et un clapet de réalimentation (G), sollicités par un deuxième ressort (r2) à l'encontre de la pression délivrée par l'orifice d'arrivée d'huile (P1), vers une position de fermeture de la communication entre l'orifice de sortie (R1) et l'orifice de lecture de la pression d'huile (S1), un deuxième tiroir équilibreur (El) sollicité par un troisième ressort (r3) à l'en- contre de la pression délivrée par l'orificee de pression d'équilibrage (B1), et la pression délivrée par l'orifice (R1) de sortie d'actionnement vers la position de fermeture de la communication entre l'orifice (R1) de sortie d'actionnement et l'orifice (T1) de retour d'huile au réservoir. 2. Valve selon la revendieation 1, caractérisée en ce que les différents tiroirs et clapets ont leurs axes de symétrie coaxiaux et sont disposés dans une chemise cylindrique (100) comportant sur sa périphérie et espacés longitudinalement les uns des autres, les différents orifices (P1, T1, X1, R1, S1, B1). B 7681 F YD/mtm 258643 AoQt 85 12 3. Valve selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la chemise cylindrique (100) est destinée à être logée dans une cavité comportant les alésages respectifs (30 à 36) correspondants aux alésages de la chemise et la portion de la chemise située à proximité de l'ouverture de la cavité comporte des moyens de fixation. 4. Valve selon l'une des revendications 2 à 3, caractérisée en ce que la chemise (100) comporte un canal de communication (H), reliant la partie de l'alésage interne (0) de la chemise accueillant le premier tiroir (J), avec l'alésage interne (Q) accueillant les clapets (C et G), et le tiroir équilibreur (E). 5. Valve selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le premier tiroir (dl1) comporte un alésage intérieur (15) mettant en communication l'orifice de drainage (D1) avec l'orifice (S1) de lecture de la pression d'huile d'actionnement. 6. Valve selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le deuxième tiroir (E) comporte des alésages externes (12 et 11) et un alésage interne (14), ce dernier mettant en communication l'orifice de retour d'huile (T1) avec l'orifice de sortie d'actionnement (R1) lorsque le tiroir (El) est dégagé de son siège (G) sous l'action des pressions présentes dans les alésages externes (12 et 11). 7. Application de deux valves (1 et 2) selon l'une des revendications précédentes à la commande d'un vérin (A) à double effet, caractérisée en ce que l'huile débitée par la pompe sur la canalisation (7) arrive aux orifices d'arrivée d'huile (P1 et P2), les orifices de retour d'huile (T1 et T2) sont branchés à la canali- sation (8) de retour au réservoir, les orifices (X1 et X2) d'arrivée de pression de commande de chacune des valves sont reliés aux canalisations (5 et 6) branchées respectivement aux orifices du manipulateur correspondant B 7681 F YD/mtm 2586463 Août 85 - 13 - aux commandes de sortie de tige et de rentrée de tige du vérin (A), les orifices de drainage (D1 et D2) sont reliés entre eux à la canalisation (8) de retour au réservoir, les orifices de lecture (S1 et S2) sont reliés d'une part chacun à une entrée d'un sélecteur (4) dont la sortie est reliée à la canalisation de contr8le de débit de la pompe (9), d'autre part avec l'entrée de pression d'équilibrage de l'autre valve respectivement (B2, B1), l'orifice de sortie (R1) de la première valve (1) étant relié à une première chambre (A1) actionnant la tige du vérin vers l'extérieur, tandis que l'orifice de sortie (R2) de la deuxième valve (2) est relié à une deuxième chambre (A2) actionnant la tige du vérin vers l'intérieur. 8. Application selon la revendication 8, caractérisée en ce que les cavités de logement des valves sont incorporées au corps 3 du vérin et les canalisations de liaison (5, 6, 7, 8, 9, 80, 81, 90, 91) sont également incorporées au vérin. 9. Application selon la revendication 8, caractérisée en ce que les valves sont reliées aux vérins par des canalisations.