Brevet FR2603396A1 — publié le 19880304

La présente invention concerne les dispositifs hydrauliques d'une commande hydraulique volumétrique et plus précisément la soupape de réduction. I1 est plus avantageux d'appliquer la présente invention dans un système hydraulique pourvu d'une source de haute pression, par exemple dans les vérins moteurs utilisés pour le serrage des ébauches au cours de leur façonnage et de leur pressage, de méme que lors du blocage des tales pour leur coupe et pliage, etc.1 et dans lesquels il est nécessaire de maintenir une pression inférieure a celle fournie par la source de haute pression. I1 est très important de maintenir avec pré- cision ces pressions malgré la variation du débit du liquide moteur circulant au travers de la soupape de réduction. La baisse de la pression réduite ayant lieu a la suite d'une variation du débit du liquide moteur circulant par la soupape de réduction entrain, par exemple, le relâchement du serrage des pièces ou des tales à façonner ce qui aboutit a des dérangements dans le cycle technologique. La baisse de la pression rédui- te est due a la déformation et a la diminution de l'ac- tion des ressorts aussi bien qu'a l'apparition d'une force hydrodynamique réactive a des vitesses considérables de circulation du liquide moteur au travers de la soupape de réduction. Ce dernier phenomène entrain une répartition irrégulière des pressions spécifiques qui agissent sur la cloison du plongeur ce qui provoque la variation du débit du liquide moteur circulant au travers de la soupape de commande et la variation de la pression réduite. Les tentatives visant a réduire la force hydrodynamique réactive qui agit sur le plongeur et, par conséquent, Visant a maintenir la pression réduite a une valeur stable ont abouti a la création de la soupape de réduction (v. catalogue de la compagnie "Bosch" 2 - Wege - Einbauventil nach DIN 24342 Von Bosch). La soupape de réduction comporte une douille percée d'orifices radiaux débouchants, dans la cavité de laquelle est logé un plongeur, ayant des orifices radiaux débouchants communiquant avec les orifices radiaux de la douille, de façon qu'il puisse effectuer un déplacement axial. Le plongeur comporte une cloison à un orifice d'étranglement. Cette cloison partage la cavité du plongeur en deux cavités, dont l'une est reliée a l'organe utilisateur et l'autre est liée hydrauliquement avec la soupape de commande. Dans la dernière des cavités susmentionnées, on a disposé un ressort qut s'appuie, par une de ses extrémités, contre la cloison du plongeur, et, par l'autre, contre une bague qui retient la douille. Selon la construction la plus fréquente, la soupape de commande est conçue sous forme d'un corps, dans la cavité cylindrique de laquelle se trouve un siège qui coopère avec la surface conique de la soupape réalisée sous la forme d'un pointeau. L'effort du ressort, situé sur la surface cylindrique du pointeau, assure le serrage de la surface conique de la soupape contre le siège. Par l'une de ses extrémités, le ressort s'appuie contre l'embase de la surface conique du pointeau et, par l'autre, contre une vis de réglage, qui est montée dans le corps. Au fonctionnement de la soupape de réduction, les orifices radiaux du plongeur sont masqués partiellement par le corps de la douille. A ce moment, le flux de liquide moteur formé par les jets sortant des orifices radiaux, en provenance de la canalisation d'alimentation arrive sous un angle par rapport à la cloison. Sur les secteurs de la cloison du plongeur attaques par les jets du liquide moteur les valeurs sont inférieures aux pressions spécifiques dans la zone de l'orifice d'étranglement car, dans les secteurs indiqués, la composante cinétique de l'énergie du liquide est relativement grande. L'épure de répartition de la pression spécifique sur la surface de la cloison du côté des orifi ces radiaux du plongeur a un caractère curviligne avec la valeur maximale de la pression spécifique (P1) le long de l'axe du plongeur. L'épure de répartition des pressions spécifiques sur la surface de la cloison du côté du plongeur a un caractère linéaire avec les valeurs égales des pressions spécifiques. A un débit constant du liquide moteur circulant par la soupape de réduction, la condition d'e- quilibre du plongeur se présente comme P1 = P2 + F1 /S1 (1) oil P1 est la pression moyenne, qui agit sur le plongeur du côté des orifices radiaux du plongeur et est égale a la pression ré- duite P2 est la pression moyenne, qui agit sur le plongeur du cbté du ressort S1 est la surface de la section transversale du plongeur F1 est l'effort développé par le ressort du plongeur. La pression P2 est maintenue par la soupape de commande et déterminée par la formule suivante P2 = F2/S2 t2) où F2 est l'effort développe par le ressort de la soupape de commande ; est la superficie de la section de la soupa pe de commande. Le débit du liquide moteur circulant par la soupape de commande est donné par la formule ou est est le coefficient du débit ; p la densité du liquide de moteur m, la surface de l'orifice d'étranglement dans la cloison du plongeur ; a P, la différence des pressions a l'orifice d'étranglement. La variation de la vitesse de circulation du liquide moteur au travers de la soupape de rSduc- tion entratne la variation de la valeur du débit (q) de liquide moteur circulant au travers de la soupape de commande de la surface de sa section de passage, de la déformation et de l'action de son ressort, et, par conséquent, la pression P2 maintenue par cette soupape a savoir P2 = fl (q) (4) ou bien, en tenant compte de la relation (1) P1 = f2 (q) (5) Des relations (3) et (5) ressort que P1 = f3 ( 8 P) La valeur P1 varie en fonction de la répartition des pressions spécifiques sur la surface de la cloison du coté des orifices radiaux du plongeur. Le caractère de répartition des pressions spécifiques est déterminé par la valeur d'ouverture des orifices radiaux dans le plongeur, c'est-a-dire, par la valeur du débit de liquide moteur circulant de la canalisation d'alimentation vers la canalisation de la pression ré- duite. De ce fait, il suit que AP = P - P2 oi P est la pression spécifique maximale le long de l'axe du plongeur. A une grande ouverture des orifices radiaux dans le plongeur, les jets du liquide moteur ont la direction horizontale ou la direction proche de celle-ci. Dans ce cas nP = P2 - Comme caractéristique essentielle de la soupape de reduction, on prend sa caractéristique statique qui est exprimée par la relation entre la pression de réduction P1 et la valeur de débit Q de liquide moteur, la valeur de la pression d'alimentation restant la même. Une répartition irrégulière des pressions sur la surface de la cloison, du côté des orifices radiaux du plongeur, exerce un effet negatif sur la caractéristique statique de la soupape de réduction. Dans la soupape de réduction réalisée selon une construction connue, l'erreur de la caracteristique statique se produit dans le régime de fonctionnement de la soupape de réduction qui correspond a des ouvertures faibles des orifices radiaux dans le plongeur qui amene a un caractere curviligne et, notamment, convexe de la répartition des pressions spécifiques sur la surface de la cloison du côte des orifices radiaux. Une telle caractéristique statique de la soupape est insuffisante du fait qu'elle dépend de lq valeur d'accroissement de lq pression spécifique déterminée comme P - P1. De ce fait, la soupape de réduction réalisée selon cette construction n'assure pas la précision de maintien de la pression réduite a des vitesses considérales de passage du liquide moteur par la soupape en question. On s'est donc proposé de mettre au point une soupape de réduction dans laquelle, la modification de la construction de la cloison du plongeur assurerait la précision de maintien de la pression réduite, la caractéristique statique ayant un caractere linéaire. Le problème, ainsi posé, est résolu a l'aide d'une soupape de réduction contenant une douille percée d'orifices radiaux dans la cavité de laquelle est placé un plongeur creux de manière a pouvoir effectuer un déplacement axial, et possedant des orifices radiaux débouchants et une cloison a un orifice d'étranglement partageant la cavité interieure du plongeur en deux cavités, dont l'une communique par les orifices radiaux débouchants avec les orifices radiaux de la douille, et l'autre est liée hydrauliquement a la soupape de commande, caractérisée, selon l'invention, en ce qu'au moins un orifice d'e- tranglement est pratiqué dans la cloison. La soupape de réduction réalisée selon ce mode permet de stabiliser le débit (q) par la soupape de commande dans toute la gamme de fonctionnement de la soupape de réduction. Cela est expliqué par le fait qu'au cours du fonctionnement les orifices radiaux dans le plongeur sont masqués partiellement par le corps de la douille, alors le flux de liquide moteur formé par les jets issus des orifices radiaux vient de la canalisation d'alimentation vers la cloison sous un angle par rapport a celle-ci. Sur les secteurs de la cloison de plongeur soumis a l'attaque des jets de liquide moteur, les pressions spécifiques ont des valeurs inférieures a celles de la zone de l'orifice d'étranglement situé le plus près de l'axe de plongeur du fait que la composante cinétique de l'énergie de liquide sur ces secteurs est relativement grande. L'épure de répartition de la pression spécifique sur la surface de la cloison du côté des orifices radiaux du plongeur a un caractère curviligne, la valeur maximale de la pression spécifique P étant située le long de l'axe du plongeur. L'épure de répartition des pressions spécifiques sur la surface de la cloison du coté du ressort a un caractère linéaire avec les memes valeurs de pressions spécifiques. Du fait que la pression réduite (P1) est fonction du débit du liquide moteur circulant par la soupape de commande et la réalisation du deuxième orifice d'étranglement dans la cloison dans la zone de pression réduite aboutit a une diminution du débit de liquide moteur circulant par la soupape de commande par suite de la différence des pressions qui existent dans celle-ci, le flux de liquide moteur circulant par cet orifice d'étranglement se dirige du haut vers le bas a partir de la cavité a pression élevée du plongeur, dans laquelle est monté le ressort, vers la cavite a pression réduite du plongeur qui est envoyée pour utilisation. Par l'autre orifice d'étranglement, le flux se dirige du bas vers le haut, c'est-a-dire, a partir de la cavité du plongeur, reliée a l'utilisation, vers la cavité du plongeur dans laquelle est monté le ressort, car la pression spécifique du liquide moteur le long de l'axe du plongeur est considérablement plus grandeqecelle du liquide moteur dans la cavité du plongeur où est monté le ressort. Ainsi, le débit (q) de liquide moteur sera diminué et égal a la difference des débits de liquide moteur circulant par l'orifice d'étranglement situé dans lq zone de pression elevée, et circulant par l'orifice d'étranglement se trouvant dans la zone de pression réduite. Du fait que le débit (q) de liquide moteur au travers de la soupape de commande a diminué, la variation de la pression réduite est minimale. La soupape de reduction, réalisée selon l'invention, assure une hautre précision de maintien de la pression réduite, avec une caractéristique statique & caractère linéaire. Il est plus avantageux que les axes géométriques des orifices d'étranglement se trouvent d'un côté de l'axe du plongeur et soient disposés dans un plan passant par l'axe de plongeur. Dans le plongeur réalisé selon cette construction, l'un des orifices d'étranglement est situe dans la zone de pression spécifique réduite et l'autre dans la zone de pression spécifique élevée. On assure ainsi le passage du liquide moteur depuis la cavite de plongeur du côté des orifices radiaux vers la cavité de plongeur comportant le ressort par l'orifice d'étranglement se trouvant dans la zone des pressions spécifiques élevées et le passage du liquide moteur dans le sens inverse par l'orifice d'étranglement situé dans la zone des pressions spécifiques réduites. De ce fait, le débit (q) du liquide moteur circulant par la soupape de commande varie faiblement, ce qui assurera une haute précision de maintien de la pression réduite. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaItront mieux a la lumière de la description explicative qui va suivre d'un mode de réalisation donné uniquement a titre d'exemple non limitatif avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels - la Figure 1 représente, en coupe longitudinale, d'une manière schématique, la soupape de réduction réalisée selon l'invention - la Figure 2 représente la soupape de réduction stylisée avec les épures de répartition des pressions spécifiques P, P1, P2 sur les surfaces de la cloison de plongeur a l'échelle agrandie - la Figure 3 illustre le graphique de relation entre la pression de réduction (P1) et la variation du débit (Q) a travers la soupape de réduction. La soupape de réduction, réalisée selon l'invention et appliquée, par exemple, au serrage des tôles lors de leur coupe comprend une douille I (Fig. 1), disposée dans le corps 2 du bloc de commande et fixée dans ce dernier à l'aide d'une bride 3. Le corps 2 comporte une ouverture 4, destinée à la communication avec la canalisation d'alimentation et une ouverture 5 servantàlerelier a la canalisation de pression réduite. Entre la surface intérieure du corps 2 et la surface extérieure de la douille 1 est formée une cavité annulaire 6 qui sert a une amenée réguliere et uniforme du liquide moteur a la cavité de la douille 1. Cette dernière est percée d'orifices radiaux débouchants 7, reliés, entre eux, par une gorge annulaire 8. Un plongeur creux 9 est loge à l'intérieur de la douille 1, le long de son axe longitudinal de façon qu'il puisse effectuer un déplacement axial. Ce plongeur comporte des orifices radiaux débouchants 10 et une cloison 11. Dans la cloison sont pratiqués deux orifices d'étranglement 12 et 13, dont les axes géométriques se trouvent d'un côté de l'axe de plongeur et se situent dans le plan passant par l'axe du plongeur 9. La cloison 11 partage la cavité du plongeur en deux cavités 14 et 15. La cavité 14 communique par les orifices radiaux débouchants 10 avec les orifices radiaux débouchants 7 de la douille 1, tandis que la cavité 15 est liée hydrauliquement par les orifices 16 avec la soupape de commande 17 et elle comporte un ressort 18 qui s'appuie, par une extremité, contre la cloison 11 et, par l'autre, contre la bride 3. Un anneau d'arrêt 19 est monté dans ladite douille 1 en vue de prevenir une chute du plongeur 9 hors de la douille 1. Des bagues d'étanchéité 20, 21, 22 sont prévues pour supprimer les fuites du liquide moteur depuis la canalisation d'alimentation vers les cavités 14, 15 du plongeur. La construction de la soupape de commande 17 est bien connue (v., par exemple, page 24 2 - Wege Einbauventile nach DIN 24342). La soupape de réduction fonctionne dans l'ordre qui suit. En l'absence de charge dans la canalisation de la pression réduite, le flux du liquide moteur vient de la canalisation d'alimentation par l'ouverture 4, la cavité annulaire 6, les orifices radiaux débouchants 7, pratiqués dans la douille 1, la gorge annulaire 8 et les orifices radiaux débouchants 10 pratiqués dans le plongeur 9 à la cavité 14 qui communique avec la canalisation sous pression réduite par l'ouverture 5. Lorsque la charge dans la canalisation sous pression réduite croit jusqu'a une valeur supérieure a l'effort de réglage du ressort de la soupape de commande 17, cette dernière s'ouvre et le flux du liquide moteur passe au travers de celle-ci pour évacuation. Ce flux crée une différence de pressions aux orifices d'étranglement 12 et 13 qui agit sur le plongeur 9 en le faisant se déplacer vers le haut. Par suite de ce déplacement, le plongeur 9 comprime le ressort 18 et le corps de la douille 1 masque ses orifices radiaux débouchants 10 en créant une résistance au flux du liquide moteur venant de la canalisation d'alimentation 4. A ce moment, le flux de liquide moteur en provenance de la canalisation d'alimentation arrive dans la cavité 14 sous 1'641e par rapport à la cloison 11. Les secteurs de la cloison 11 du plongeur 9 sont soumis à l'attaque de jets du liquide moteur issus des orifices radeaux débouchants 10 et désignés par les flèches A (Fig. 2). Sur les secteurs de la cloison 11 soumis à l'attaque par ces jets les valeurs des pressions spécifiques sont plus petites que celles dans la zone de l'orifice d'6tranglement 12. Dans ce cas, l'épure de réparti tion des pressions spécifiques (P1) sur la surface de la cloison 11 du côté des orifices radiaux débouchants 10 du plongeur 9 est d'un caractère curviligne avec la valeur maximale de la pression spécifique P située le long de l'axe du plongeur 9, tandis que l'épure de repartition des pressions spécifiques P2 sur la surface de la cloison 11 du côté du ressort 18 porte un caractère linéaire avec une valeur égale des pressions spéciviques P2. Sous l'effet d'une différence des pressions égale à P3 - P2, le flux de liquide moteur circulant par l'orifice d'étranglement 12 commence & couler de la cavité 14 vers la cavité 15, où P3 est la valeur courante de la pression spécifique dans la zone de l'orifice d'étranglement 12. Sous l'effet d'une différence des pressions égale à P2 - P4, le flux de liquide moteur circulant par l'orifice d'étranglement 13 commence a s'écouler de la cavité 15 vers la cavité 14, où P4 est la valeur courante de la pression spécifique dans la zone de l'orifice d'étranglement 13. I1 est bien connu que le débit nominal (q) de la soupape de commande 17 est déterminé par la différence des pressions égale a P1 - P2. Dans les conditions réelles, le débit (q) de liquide moteur par la soupape de commande 17 sera égal à la différence des débits du liquide moteur circulant par l'orifice d'étranglement 12 et l'orifice d'étranglement 13. De ce fait, le débit (q) de liquide moteur circulant par la soupape de commande 17 subira de petites variations et, en pratique, sera égal au débit nominal. On assure ainsi une haute précision de maintien de la pression réduite, la caractéristique statique ayant le caractère linéaire P1 = f4 (Q) (vt Figure 3) où Q est le débit de la soupape de réduction. Lorsque le plongeur 9 prend la position, montrée sur la Figure 1, dans laquelle les orifices radiaux débouchants 10 sont en communication totale avec les orifices radiaux débouchants 7 de la douille 1, l'épure de répartition des pressions spécifiques P1 (Figure 2) sur la surface de la cloison 11 du côté des orifices radiaux 10 sera pratiquement linéaire avec une valeur égale des pressions spécifiques, c'est- & dire elle sera uniforme. Alors, sous l'effet de la différence des pressions égale a P1 - P2, le flux de liquide moteur commence a mouvoir de la cavité 14 vers la cavité 15 par les orifices d'6tranglement 12 et 13. Vu que les vecteurs des flux sont dirigés dans un sens, les flux s'additionnent et leur somme est égale a la valeur nominale du débit (q) de liquide moteur circulant par la soupape de commande 17. Dans la soupape de réduction réalisée selon l'invention avec des dimensions, par exemple, conformes a la norme DIN 24342, pour une valeur maximale de la pression dans la canalisation d'alimentation de 35 MPa, pour une variation du débit de liquide moteur circulant par la soupape de réduction de O a 63 l/mn sous dimension type (Nenngrosse) de 16 mm, pour une variation du débit de O a 160 1/mon pour la dimension type de 25 mm et une variation du débit de O a 320 1/mon pour la dimension type de 32 mm, l'écart de la pression réduite de la pression de réglage est de 0,6 MS au plus. REVENDICATIONS 1. Soupape de réduction contenant une douille (1) percée d'orifices radiaux débouchants (7), dans la cavité de laquelle est monte un plongeur (9) de fa çon qu'il puisse effectuer un déplacement axial, plongeur ayant des orifices radiaux débouchants (10) et une cloison (11) ayant un orifice d'étranglement (12), partageant la cavite du plongeur (9) en deux cavités (14, 15) dont l'une (14) communique par les orifices radiaux débouchants (10) du plongeur (9) avec les orifices radiaux (7) de la douille (1) et l'autre (15) est liée hydrauliquement a la soupape de commande (17), caracte- risée en ce que la cloison (11) comporte encore au moins un orifice d'étranglement (13). 2. Soupape de réduction conformément à la revendication 1, caractérisée en ce que les axes geo- métriques des orifices d'étranglement (12, 13) se trouvent d'un côté de l'axe du plongeur (9) et sont disposés dans un plan passant par l'axe du plongeur (9).