Brevet FR2627552A1 — publié le 19890825

"Arrangement de circuit hydraulique comprenant une pompe à volume de refoulement variable, appliqué notamment à des excavatrices de chantier ou analogues" L'invention concerne un arrangement de cir- cuit hydraulique avec une pompe hydraulique à volume de refoulement variable, avec au moins un consommateur d'énergie hydraulique qui lui est raccordé, avec une soupape à tiroirs branchée en amont (distributeur), ainsi qu'avec un organe de réglage de pompe pouvant être sollicité par la pression de pompage par un régu- lateur de débit utilisé, circuit dans lequel débouche une conduite de pression de commande pouvant être sol- licitée à la pression d'utilisation. Un arrangement de circuit de ce type est connu sous la dénomination de régulation à capteur de force, ou bien de régulation du débit consommé. La ré- gulation du débit consommé provoque un réglage du dé- bit de refoulement de la pompe en fonction de l'éner- gie hydraulique nécessité par le consommateur. On ne refoule ainsi que le débit de fluide de refoulement qui est effectivement nécessité, faisant que les per- tes inutiles par recirculation ou étranglement sont évitées. Si aucun consommateur n'est actionné, parce que la soupape à tiroirs qui lui est affectée se trou- ve en position nulle ou en position de barrage, la pompe ne refoule que l'huile de fuite, se trouvant ainsi dans un réglage à faible débit de refoulement, son importance, respectivement l'importance de la pression de refoulement étant déterminée par un res- sort de régulateur agissant sur un régulateur de débit consommé. Ce dispositif peut être réalisé sous forme de soupape à trois voies à deux positions. L'une des enceintes de pression de commande est sollicitée par la pression de pompage et l'enceinte de pression de commande agissant dans le sens opposé est sollicitée par la pression du consommateur et par le ressort du régulateur, qui est par exemple réalisé de façon que la force élastique qu'il produit correspond à une pression de 20 bars. Tant qu'aucun consommateur n'est actionné, et que le piston de commande situé à l'intérieur des soupapes à tiroirs affectées aux consommateurs se trouvent en position zéro, la pompe ne refoule de l'huile qu'à concurrence que la pression de pompage agissant sur le régulateur de consommation de débit maintienne l'équilibre du ressort agissant seul dans ce cas sur le côté opposé du régulateur de consomma- tion de débit. En déplaçant le piston de commande dans une certaine soupape à tiroirs, qui est montée en amont d'un consommateur déterminé, on établit une liaison allant de la pompe à ce consommateur, de sorte que la pression de pompage progresse jusqu'au consommateur. L'ouverture libérée dans la soupape par le déplacement du piston de commande agit à cette occasion comme un étranglement de mesure. Simultanément, la pression du consommateur, à savoir la pression régnant dans la conduite entre la soupape à tiroirs et le consomma- teur, sollicite par une conduite de pression de com- mande le côté élastique du régulateur de consommation de débit, faisant que la pompe reçoit un signal pour accroître le débit refoulé, et le débit refoulé et ainsi la pression de pompage s'accroissent. Le consom- mateur se met en mouvement et il se produit une chute de pression Ap dans l'étranglement de mesure. Un équi- libre s'établit dans le système lorsque la chute de pression Ap dans la soupape à tiroirs correspond à la tension élastique du régulateur de débit consomme. Le flux refoulé de la pompe s'adapte ainsi automatiquement au flux utilisé. La soupape à tiroirs correspondant au consommateur, ou son piston de -com- mande, est actionné par un levier manuel, dont la course de réglage est proportionnelle à la quantité de fluide de refoulement arrivant au consommateur, fai- sant que la chute de pression Ap reste toujours cons- tante dans la soupape à tiroirs. Ce système fonctionne également pour plu- sieurs consommateurs. Ainsi dans le document DE-OS 34 22 165 il est décrit une régulation à débit consommé pour laquelle la pompe sollicite plusieurs consomma- teurs. Une soupape à tiroirs à régulateur de débit in- tégré est montée en amont de chaque consommateur. Une soupape supplémentaire agissant en balance de pression est chaque fois intégrée dans les conduites situées entre la pompe et les soupapes à tiroirs dont l'en- ceinte de pression de commande chargée dans le sens de la fermeture est sollicitée par la pression en amont de la soupape à tiroirs et dont son enceinte de pres- sion de commande chargée en direction de l'ouverture est sollicitée par la pression régnant entre la soupa- pe à tiroirs et l'alimentation du consommateur. Une enceinte de pression de commande supplémentaire agis- sant en direction de fermeture est chargée par la pression du consommateur chaque fois soumis à la pres- sion la plus élevée et une enceinte de pression de commande supplémentaire agissant dans le sens de l'ou- verture est sollicitée par la pression régnant dans la conduite de refoulement de la pompe. Les soupapes à tiroirs à régulateurs de dé- bit intégrés divisent le débit de la pompe indépendam- ment de la charge, en proportion des ouvertures d'é- tranglement sur la piston de pompe, tant que le débit refoulé par la pompe correspond à la somme des débits consommés par les consommateurs. Si la somme des dé- bits consommateurs dépasse le débit de refoulement maximum de la pompe, ce débit de refoulement maximum est réparti entre les consommateurs dans la proportion dans laquelle sont ouvertes les soupapes à tiroirs af- fectées à chaque consommateur. En cas d'utilisation de ce système à des ex- cavatrices, la courbe de trajectoire d'un grappin d'excavatrice produite par deux vérins de réglage ac- tionnés simultanément est conservée et la vitesse par- courue sur la courbe de trajectoire diminue sensible- ment. On peut alimenter sans problème un nombre rela- tivement important de consommateurs avec une quantité arbitraire de fluide refoulé, la vitesse de travail étant considérablement accrue lorsque tous les consom- mateurs ne sont pas sollicités simultanément. Une vitesse de travail élevée n'est toute- fois pas désirée pour toutes les zones de travail d'u- ne excavatrice. En particulier pour les conditions d'encombrements confinées il est nécessaire d'action- ner de manière très délicate les leviers manuels re- liés aux soupapes à tiroirs des consommateurs indivi- duels et de ne pas provoquer de déviation violente. Toutefois, du fait que l'on ne dispose que d'une cour- se de réglage limitée et qu'à l'intérieur de cette course de réglage on atteint un accroissement de puis- sance ou de vitesse très important, il est très diffi- cile d'avoir un réglage précis et fin et cela nécessi- te une grande concentration de la part du conducteur d'excavatrice. C'est pourquoi l'invention a pour but d'évi- ter l'inconvénient évoqué et d'améliorer par des moyens simples l'aptitude à une commande fine des consommateurs pour une pleine aptitude fonctionnelle de la régulation de débit consomme. Ce problème est résolu selon l'invention en ce qu'une soupape de retenue est disposée dans la con- duite de pression de commande. La soupape de retenue agit comme une soupape de présollicitation veillant à ce que la chute de pression Ap survenant dans les soupapes à tiroirs soient réduite d'une certaine valeur, parce qu'il existe une certaine pression de présollicitation entre les soupapes à tiroirs et la soupape de retenue. Le côté du ressort du régulateur de débit consommé est de ce fait chargé par la pression du consommateur, dimi- nuée de la pression de présollicitation, faisant que l'équilibre au régulateur de débit consommé se déplace en faveur du côté de la pression de commande sollicité par la pression de la pompe, du fait que le force exercée par le ressort de précontrainte sur le côté de la pression de commande opposé demeure inchangée. Le volume de refoulement de la pompe s'est ainsi trouvé limité, du fait de la technique du circuit, par les conditions modifiées d'équilibre sur le régulateur de débit consommé. Le débit de fluide au refoulement et la puissance susceptible d'être appelés sont ainsi di- minués pour chaque consommateur. La course de réglage de chaque levier à main est toutefois restée identi- que, de sorte que l'aptitude à une commande fine de chaque consommateur individuel est amplifiée. Par exemple, dans le cas d'un choix correspondant de sou- pape de retenue, on peut commander le demi débit moyen de refoulement sur la totalité de la course de régla- ge. Du fait que les travaux fins pour les exca- vatrices se font la plupart du temps à des pression très basses et à des faibles débits de refoulement, ceci rend avantageusement remarquable la limitation de la chute de pression Ap dans les soupapes à tiroirs et ainsi la réduction afférente de la puissance dissipée. Si, dans le cas d'une action de commande simultanée pour plusieurs consommateurs, quelques uns sont encore mis en circuit, ceci n'a comme conséquence aucune di- minution de la vitesse de déplacement, tant que la ca- pacité de la pompe n'est pas encore épuisée. Le dispositif monté dans de tels arrange- ments de circuits pour limiter la puissance de la pom- pe hydraulique est réalisé en général à titre de limi- tation du couple. Le couple de rotation maximal des moteurs Diesel usuellement utilisés pour l'entraîne- ment de la pompe est plus important aux basses vites- ses de rotation qu'à la vitesse de rotation nominale pour laquelle est atteinte la puissance maximale. Du fait que la puissance maximale n'est pas nécessaire dans la zone de commande fine, c'est-à-dire lorsque la soupape de retenue est en service, et que cependant la limitation de couple fonctionne, la vitesse de rota- tion du moteur peut être abaissée, faisant que le de- gré de sollicitation est réduit. De plus, la consomma- tion de carburant et l'émission de bruit chutent. 'Dans une forme de réalisation avantageuse, la soupape de retenue peut présenter un dispositif de réglage mécanique qui est réglable depuis la cabine du conducteur de l'excavatrice, faisant que la caracté- ristique de la soupape de retenue et ainsi l'aptitude à un réglage fin des consommateurs peuvent être adap- tés aux conditions de travail prédominantes. Il est favorable qu'une telle adaptation puisse également être permise au moyen d'un dispositif de réglage électrique, par exemple par des aimants de réglage et un potentiomètre. La soupape de retenue peut également être à réglage fixe, pouvant être mise en action par une sou- pape branchée en parallèle, susceptible d'être mise en service ou hors service électriquement. Ceci est avan- tageux lorsque les conditions d'environnement dans lesquelles est nécessaire une commande fine sont con- nues. D'autres améliorations sont caractérisées en ce que la soupape de retenue présente un dispositif de réglage mécanique, électrique, et qu'elle est réalisée sous forme de soupape de retenue, pouvant être mise en service ou hors service au moyen d'une soupape commu- table électriquement et à réglage fixe. Diverses autres caractéristiques et avanta- ges du dispositif selon l'invention ressortent de la description détaillée qui suit. Un mode de réalisation de l'invention est représenté schématiquement à titre d'exemple non limitatif aux dessins annexés dans les- quels: La Fig. 1 est un arrangement de circuit hydraulique à soupape de retenue, La Fig. 2 est une partie de l'arrangement de circuit, avec une autre forme de réalisation de la soupape de retenue, La Fig. 3 est un détail de la Fig. 2, selon une autre forme de réalisation de la soupape de rete- nue, La Fig. 4 est une variante supplémentaire de la soupa- pe de retenue, La Fig. 5 est un diagramme de débit. Une pompe hydraulique i réglable possédant un organe de réglage de pompe 2 sollicite un consomma- teur d'énergie hydraulique, réalisé ici sous forme de vérin de réglage 3 à double effet. Une soupape à ti- roirs 4 est montée en amont du vérin de réglage 3 et reliée à deux conduites d'alimentation et d'évacuation et 6. La soupape à tiroirs 4 se trouve en position de barrage dans la position représentée, de sorte qu'un mouvement de la tige de piston du vérin de ré- glage 7 n'est pas possible. Une conduite 8 véhiculant la pression de pompe va de la pompe i à la soupape à tiroirs 4. Une conduite de dérivation 9 mène de la conduite 8 à une enceinte de pression de commande 10 d'un régulateur de débit utilisé 11 réalisé sous forme d'une soupape à deux positions et trois voies. Sur le côté opposé du régulateur de débit consommé 11 se trouve une enceinte de pression de commande 12 agis- sant en sens inverse, qui sollicitée par un ressort 13 et débouche dans une conduite de pression de commande 14 menant à la soupape à tiroirs 4. Une conduite d'é- vacuation 15, reliée à un réservoir de réserve 16 de fluide pour'refoulement, sort de la soupape à tiroirs 4. Les conduites 8, 14 et 15 peuvent eecore me- ner à d'autres consommateurs non représentés ici, par exemple à d'autres vérins de réglage, ou au mécanisme de rotation d'une excavatrice ou à un grappin d'exca- vatrice. C'est pourquoi ces conduites sont représen- tées de manière interrompue. Une conduite 17 sollici- tée par la pression de pompage mène du régulateur de débit utilisé 11 à un organe de réglage de pompe 2, la conduite 17 étant reliée en une position déterminée' du régulateur de débit consommé 11 à la conduite de rami- fication 9, et étant reliée, dans une autre position, à une conduite d'évacuation 18, terminant dans le ré- servoir de réserve 16. Une soupape de retenue 19 est montée en amont du régulateur de débit utilisé 11 dans la conduite de pression de commande 14. Une soupape anti-retour 20 est placée dans une conduite de dériva- tion allant à cette soupape de retenue 19. La soupape de retenue 19 conduit aux effets déja décrits, en ce qu'elle déplace les conditions d'équilibre au régula- teur de débit utilisé 11 par limitation de la chute de pression Ap dans la soupape à tiroirs 4 et accroît ainsi l'aptitude à une commande fine du consommateur pour une course de réglage restant constante d'un le- vier manuel, non représenté sur le dessin, appartenant à la soupape à tiroirs 4. La Figure 2 décrit une forme de réalisation de la soupape de retenue 19, présentant ici un dispo- sitif de réglage mécanique 21, avec lequel la pression de présollicitation peut être réglée, ceci pouvant s'effectuer depuis la cabine du conducteur de l'exca- vatrice. Un dispositif de réglage électrique est re- présenté à la Figure 3, dispositif se composant d'ai- mants de réglage 22 raccordés à la soupape de retenue 19 et un potentiomètre 23 les sollicitant. Une autre forme de réalisation est représen- tée à la Figure 4. La soupape de retenue 19 peut être mise en service ou hors service au moyen d'une soupape 24 commutable électriquement, placée dans une conduite de dérivation menant à la soupape de retenue 19, ceci. selon que la soupape de.retenue 24 barre ou libère du débit. Le rapport de la course de réglage du levier' à main par rapport au débit refoulé de la pompe 1 est représenté, chaque fois en pourcentage, dans un dia- gramme de la Figure 5, la course de réglage de levier à main étant représentée en abscisses et le débit re- foulé étant représenté en ordonnée. La courbe a repré- sente le débit refoulé de la pompe 1 lorsqu'il n'exis- te aucune soupape de retenue 19 ou qu'elle n'est pas en service. Lors de la pleine déviation du levier à main, ce qui correspond à 100 %, il est également fourni le débit de refoulement maximal possible de 100 % de la pompe 1, c'est-à-dire que la pompe 1 est ré- glée à son débit volume le plus important. La chute de pression Ap réglable est par exemple de 20 bars et la présollicitation est de zéro bar. La courbe b repré- sente une aptitude améliorée à la commande fine du consommateur. Pour une course de réglage de levier à main de 100 % il n'est atteint ici qu'un débit de re- foulement de 50 %. La chue de pression Ap dans la sou- pape 4 était ici de 5 bars et la présollicitation de bars. La courbe c représente une aptitude encore améliorée à la commande fine, pour laquelle avec une course de réglage de 100 % du levier à main, on at- teint un débit de refoulement de 33 %, par exemple pour une chute de pression Ap à la soupape 4 de 2,25 bars et une présollicitation de 17,75 bars à la soupa- pe de retenue 19. R E V E N D I CATIONS 1. Arrangement de circuit hydraulique avec une pompe hydraulique (1) à volume de refoulement va- riable, avec au moins un consommateur d'énergie hy- draulique qui lui est raccordé, avec une soupape à ti- roirs branchée en amont (distributeur), ainsi qu'avec un organe de réglage de pompe pouvant être sollicité par la pression de pompage par un régulateur (11) de débit utilisé, circuit dans lequel débouche une con- duite de pression de commande pouvant être sollicitée à la pression d'utilisation, caractérisé en ce qu'une soupape de retenue (19) est disposée dans la conduite de pression de commande (14). 2. Arrangement de circuit hydraulique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la soupape de retenue (19) présente un dispositif de réglage (20) mécanique. 3. Arrangement de circuit hydraulique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la soupape de retenue (19) présente un dispositif de réglage électrique. 4. Arrangement de circuit hydraulique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la soupape de retenue (19) est réalisée sous forme de soupape de retenue, pouvant être mise en service ou hors service au moyen d'une soupape (23) commutable électriquement et à réglage fixe.