Brevet FR2642031A1 — publié le 19900727

La présente invention concerne les véhicules et a notamment pour objet un mécanisme de direction hydraulique d'un véhicule. L'invention trouve sa meilleure application dans les systèmes de direction de machines de travaux publics, de machines agricoles et de tracteurs industriels de grande puissance, de machines minières, forestières, etc. A l'heure actuelle, la sécurité du travail des opé- rateurs des machines citées ci-dessus devient de plus en plus important. Au premier lieu, la sécurité du travail est déter- miné par le bon fonctionnement du système de direction. Un des principaux organes de ce système est le mécanisme de di- rection hydraulique. On connaXt un mécanisme de direction hydraulique d'un véhicule comportant un distributeur hydraulique pourvu d'un orifice de charge, d'un orifice d'évacuation et de trous de travail (US, A, 4 608 004). Un tiroir, se trouvant dans le corps du distributeur hydraulique, est cinématiquement relié à un arbre de direction et à une machine de réaction hydrauli- que par l'intermédiaire d'un pignon de commande monté entre deux couvercles dans le corps de la machine de réaction hy- draulique. Le système d'amenée du liquide hydraulique de la ma- chine de réaction hydraulique est relié hydrauliquement au distributeur hydraulique par l'intermédiaire de deux circuits hydrauliques. Le premier de ces circuits hydrauliques est ré- alisé sous forme d'un canal dans le corps du distributeur hy- draulique, tandis que la cavité intérieure du mécanisme de di- rection hydraulique sert comme second circuit hydraulique. Ce mécanisme de direction hydraulique d'un véhicule permet d'améliorer la durée de fonctionnement, grace à la ré- alisation originale de la liaison cinématique entre l'arbre de direction et le tiroir du distributeur hydraulique et la machine de réaction hydraulique. - Cependant, quoique ce mécanisme de direction hy- draulique satisfasse aux exigences des normes internationales, en ce qui concerne la précision et la fiabilité de son fonc- tionnement, la conception de ce mécanisme doit être perfec- tionnée à cause des exigences auxquelles doit satisfaire la sécurité du travail de l'opérateur. De plus, le mécanisme de direction hydraulique en question est relativement encombrant. Il est possible d'améliorer la précision du fonc- tionnement en modifiant la conception de la machine de réac- tion hydraulique qui est une machine hydraulique classique à deux pignons, dont le rendement volumétrique est très bas, à cause des fuites du liquide hydraulique aux jeux entre les surfaces des pignons et du corps. Cette conception de la machine de réaction hydrau- lique impose de choisir, selon les raisonnements technologi- ques, des jeux excessifs, pour assurer le battement admissi- ble des pignons, des roulements et de leurs arbres. Les fui- tes considérables de liquide hydraulique conduisent à une instabilité et à une imprécision de l'amenée du liquide hy- draulique au mécanisme de direction hydraulique, d'o la ré- duction de la précision de son fonctionnement. L'amenée du liquide hydraulique se fait uniquement par l'un des couver- cles de la machine de réaction hydraulique, ce qui n'assure par un remplissage voulu de cette machine hydraulique en cas de fonctionnement aux régimes extrêmes et influe d'une maniè- re négative sur la précision du fonctionnement du mécanisme de direction hydraulique. En outre, la machine de réaction hydraulique con- nue, qui n'utilise qu'un seul couple de pignons, est trop en- combrante comparée à celles à plusieurs rotors assurant les mêmes débits. On s'est donc proposé de mettre au point un méca- nisme de direction d'un véhicule dans lequel la réalisation de la machine de réaction hydraulique améliore la fiabilité et la précision du fonctionnement de ce mécanisme de direc- tion en diminuant considérablement ses cotes. Le problème, ainsi posé, est résolu à l'aide d'un mécanisme de direction hydraulique d'un moyen de transport comprenant un distributeur hydraulique, ayant un orifice de charge, un orifice d'évacuation et des trous de travail, un tiroir, se trouvant dans son corps et relié cinématiquement à l'arbre de direction, et à une machine de réaction hydrau- lique par un pignon de commande, monté entre deux couvercles dans le corps de la machine de réaction hydraulique, dont le système d'amenée de liquide hydraulique est en communication fluidique avec le distributeur hydraulique à l'aide de deux circuits hydrauliques, dont un premier circuit est réalisé sous forme d'un canal dans le corps du distributeur hydrauli- que, tandis que la cavité intérieure du mécanisme de direc- tion hydraulique forme un second circuit hydraulique, ledit mécanisme étant caractérisé en ce que la machine de réaction hydraulique comporte trois pignons périphériques disposés suivant une circonférence, chacun étant monté sur un axe et relié cinématiquement au pignon de commande, en ce que le système d'amenée du liquide hydraulique comporte des paires de lumières ménagées pour chaque pignon périphérique dans chaque couvercle, des premières lumières étant reliées hy- drauliquement entre elles et au premier circuit hydraulique par l'intermédiaire d'évidements ménagés dans les couvercles correspondants, des secondes lumières étant reliées hydrau- liquement par l'intermédiaire d'évidements radiaux ménagés dans chaque couvercle à une cavité circulaire formée par le trou central du pignon de commande et par l'arbre de comman- de, qui se trouve à l'intérieur dudit trou central avec un jeu circulaire, et mise en communication avec le second cir- cuit hydraulique. Il est préférable de réaliser l'axe de chaque pi- gnon périphérique monté avec possibilité de rouler de façon que cet axe ait à sa partie médiane une surface faisant saillie vers l'extérieur, réalisée dans le sens axial de manière curviligne et symétrique par rapport à sa propre partie médiane. Ce mode de réalisation des axes pour les pignons pé- riphériques de la machine de réaction hydraulique permet d'augmenter considérablement son rendement volumétrique sans avoir à respecter des tolérances sévères des dimensions du diamètre du pignon de commande et des pignons périphériques, des axes, des trous pour lesdits pignons, etc. et, de plus, ce mode ne compromet pas la fiabilité de fonctionnement de la machine de contre-réaction hydraulique en cas d'utilisation de liquides hydrauliques pollués. Pour qu'on puisse rattraper automatiquement et à fond le jeu latéral dans l'engrenage du pignon de commande et des pignons périphériques, il faut que le diamètre de l'axe dans sa partie médiane et le diamètre du trou qui le reçoit dans le pignon périphérique, aussi bien que le diamètre du trou dans le corps de la machine de réaction hydraulique pour ledit pignon périphérique et le diamètre extérieur de ce der- nier soient reliés entre eux par les relations suivantes: (d1 - d) = (1 3) A; (D2 - D1) / (d1 - d), 2 1 1 o d est le diamètre de l'axe dans sa partie médiane; dIest le diamètre de l'orifice dans le pignon périphé- rique; est le jeu latéral dans l'engrenage des pignons de la machine de réaction hydraulique; D est le diamètre extérieur du pignon périphérique; D2 est le diamètre du trou dans le corps de la machine hydraulique pour le pignon périphérique. La surface curviligne de l'axe peut être réalisée sous forme d'une surface cylindrique dont les bords sont as- sociés aux surfaces coniques tronquées. La surface curviligne de l'axe peut être sous for- me d'un tonneau. Ces modes différents de réalisation de la surface curviligne de l'axe sont conditionnés par diverses possibili- tés technologiques des usines productrices. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lu- mière de la description qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limita- tifs, en référence aux dessins annexes dans lesquels: - la figure 1 représente une coupe longitudinale du mé- canisme de direction hydraulique d'un véhicule selon l'inven- tion; - la figure 2 est une coupe transversale suivant la li- gne II-II de la figure 1; - la figure 3 représente un schéma hydraulique de prin- cipe; - la figure 4 représente une coupe transversale suivant la ligne IVIV de la figure 1; - les figures 5 à 8 représentent des variantes des for- mes de la réalisation des surfaces curvilignes des axes des pignons périphériques; - la figure 9 représente la coopération du pignon de commande avec les pignons périphériques en position de tra- vail lors du rattrapage du jeu latéral dans l'engrenage de ces pignons; la figure 10 représente la coopération du pignon de commande avec les pignons périphériques lorsque le pignon périphérique est dans une position centrale dans le corps au centre. Le mécanisme de direction hydraulique d'un moyen de transport faisant l'objet de la présente invention conmpor- te un distributeur hydraulique 1 (figure 1) et une machine 2 de réaction hydraulique, dont les corps 3 et 4, respective- ment, sont mécaniquement reliés entre eux. Un tiroir 5 est logé dans le corps 3 du distribu- buteur 1 et relié cinématiquement à un arbre de direction 6 et, par l'intermédiaire d'un réducteur 7 et d'un arbre d'en- trainement 8, à un pignon 9 monté dans le corps 4 de la ma- chine 2 de réaction hydraulique entre ses couvercles 10 et 11. Un orifice de charge 12, un orifice de vidange 13 et deux trous de travail 14 et 15 sont pratiqués dans le corps 3 du distributeur hydraulique 1. Chacun desdits trous (de 12 à 15) est hydrauliquement relié à des évidements correspon- dants du distributeur hydraulique 1. La machine 2 de réaction hydraulique comporte plu- sieurs rotors et trois pignons périphériques 16, 17 et 18 (figure 2) disposés régulièrement suivant une circonférence, montés chacun sur un axe 19 et reliés cinématiquement au pi- gnon 9. Le système d'amenée de liquide hydraulique de la machine 2 de réaction hydraulique est mis en communication fluidique avec le distributeur hydraulique 1 (figure 3) par l'intermédiaire de deux circuits hydrauliques 21 et 22. Le premier circuit hydraulique 21 est réalisé sous forme d'un canal 23 dans le corps 3 (figure 3) du distribu- teur hydraulique 1. La cavité intérieure 24 (figure 1) du mé- canisme de direction hydraulique forme un second circuit hy- draulique 22 (figure 3). Le système d'amenée de liquide hydraulique de la machine 2 de réaction hydraulique comporte une paire d'ou- vertures 25, 26 (figure 4) pratiquées dans chaque couvercle , 11 pour chaque pignon périphérique 16, 17, 18 (figure 2). Les ouvertures 25 (figure 1) sont, par l'intermédiaire de trois évidements 27, réalisés dans les couvercles 10, 11, re- liées hydrauliquement à des trous 28 pratiqués dans le corps 3 du distributeur hydraulique 1 et dans le corps 4 de lama- chine 2 de réaction hydraulique. Les trous 28 sont reliés en- tre eux et.à un circuit correspondant 29 du distributeur. hy- draulique 1. Les ouvertures 26 (figure 4) sont reliées hydrauli- quement par l'intermédiaire de trois évidements radiaux 30, pratiqués dans chaque couvercle 10, 11 (figure 1), à une ca- vité circulaire 31, formée par un trou central 32 dans le pignon 9 et par l'arbre d'entraînement 8 et disposé à l'in- térieur du trou central 32 avec un jeu circulaire. La cavité circulaire 31 est reliée à la cavité intérieure 24 (figure 1) du mécanisme de direction hydraulique. Le centrage des couvercles 10, 11, par rapport au corps 4 de la machine 2 de réaction hydraulique est assuré grâce à l'utilisation de tiges 33. Depuis le pignon 9, le couple moteur est transmis à l'aide d'un doigt 34 (figure 2) à l'arbre d'entraînement 8, monté à l'aide de deux roulements. Comme il est dit plus haut, du fait que l'arbre d'entraînement 8 est disposé dans le trou central 32 (figure 4) du pignon 9, avec un jeu circulaire, on assure la possibi- lité de diminuer considérablement le jeu diamétral entre la circonférence des saillies du pignon de commande 9 et le trou 32 pratiqué pour ce pignon 9 dans le corps 4 (figure 1) de la machine 2 de réaction hydraulique en diminuant ainsi la fuite du liquide hydraulique par un interstice. On l'a obtenu grâce à ce que le jeu circulaire exclut la possibilité de transmis- sion de charges radiales et d'oscillations de l'arbre d'en- trainement 8 au pignon 9 et compense la non coaxialité due au montage de l'arbre d'entraînement 8 et du pignon 9, et encore le battement radial de leurs surfaces et celui des roulements. Cela étant, les déplacements éventuels du pignon d'entraîne- ment 9 sont limités par la surface du trou central 32 dans le corps 4. Cette particularité est très importante, car la chai- ne cinématique proposée pour la machine 2 de réaction hydrau- lique est caractérisée en ce que la distance entre les pi- gnons périphériques 16, 17 et 18 (figure 2), mesurée suivant la longueur de la circonférence du trou pratiqué pour le pi- gnon de commande 9, dans le corps 4 de la machine 2 de réac- tion hydraulique est très petite par rapport à ladite distan- ce qu'on a dans les machines de réaction hydraulique à pignons réalisées selon les solutions traditionnelles, ce qui conduit à une mauvaise étanchéité entre les ouvertures 25 et 26 de la, machine 2 de réaction hydraulique à cause de la réduction du nombre de dents du pignon 9 qui participent à l'étanchéité des ouvertures 25 et 26 de la machine 2 de réaction hydrauli- que. Une autre particularité importante d'une telle réa- lisation de la liaison cinématique consiste en ce qu'on peut utiliser le jeu, formé entre l'arbre d'entraînement 8 et le trou du pignon 9, pour améliorer l'amenée du liquide hydrau- lique vers les ouvertures 26 (figure 4) de la machine 2 de réaction hydraulique grâce à ce que ce liquide passe non seu- lement à travers le couvercle supérieur 10 (figure 1), mais aussi à travers le couvercle inférieur 11. Dans ce cas, un flux supplémentaire de liquide hydraulique est amené à tra- vers la cavité circulaire 31 et les évidements radiaux 30 (figure 4) pratiqués dans le couvercle inférieur 11 (figure 1) de la machine 2 de réaction hydraulique, vers une des en- trées de celle-ci. Simultanément une autre entrée de la ma- chine 2 de réaction hydraulique reçoit aussi le flux supplé- mentaire de liquide hydraulique à travers les trous 28 prati- qués dans les corps 3 et 4. L'axe 19 (figure 2) de chaque pignon périphérique 16, 17 et 18, comporte dans sa partie médiane, une surface 35 (figures 5 à 8) faisant saillie vers l'extérieur et qui est réalisée dans le sens axial d'une manière curviligne et symé- trique par rapport à son propre centre. Les formes de la sur- face curviligne 35 des axes 19 peuvent varier en fonction des possibilités technologiques des usines productrices. Ainsi, par exemple, la surface curviligne 35 de l'axe 19, montée sur la figure 7, est réalisée comme une surface cylindrique dont les bords se conjuguent avec les surfaces coniques tronquées. La figure 8 représente la surface curviligne 35 de l'axe 19 en forme d'un tonneau. Les pignons périphériques 16, 17 et 18 (figure 9) sont montés sur les axes 19 de façon qu'ils puissent rouler. Dans ce cas, le diamètre d (figure 10) de l'axe 19 dans la partie médiane de ce dernier et le diamètre dl dans chaque pignon périphérique 16, 17 et 18 sont liés entre eux par la relation suivante: (dl - d) = (1 - 3), oi est le jeu latéral dans l'engrenage des pignons. La surface curviligne 35 (figures 5 à 8) des axes 19 et la relation admise entre les diamètres d et d1 (figure ) permet de rattraper automatiquement et d'une manière ab- solue le jeu latéral A dans l'engrenage du pignon de comman- de 9 et du pignon périphérique 16 (17, 18) grâce au déplace- ment de chacun des pignons périphériques 16 (17, 18) sous l'action d'un effort résultant de l'épure des pressions vers le côté du pignon 9 jusqu'à l'élimination absolue du jeu la- téral dans l'engrènement, ce qui est représenté sur la'figu- re 9. Les déplacements susmentionnés des pignons péri- phériques 16 (17, 18), ne sont possibles qu'en cas de réali- sation des jeux correspondants entre les trous dans le corps 4 (figure 10) de la machine 2 de réaction hydraulique pour les pignons périphériques 16, 17, 18 et les diamètres exté- rieurs D1 desdits pignons. A cet effet, les rapports entre les diamètres D des trous pratiqués dans le corps 4 pour- les pignons périphé- riques 16 (17, 18) et les diamètres extérieurs D1 des pignons en question sont à choisir en partant de la condition suivan- te: (D2- D) / (d1 -d) Le mécanisme de direction hydraulique-fonctionne de la manière suivante. Le liquide hydraulique arrive depuis la pompe à l'orifice de charge 12 lorsque le tiroir 5 (figure 1) du distributeur hydraulique 1 se-trouve au point mort, ensuite ledit liquide est amené par les gorges du tiroir 5 vers l'o- rifice d'évacuation 13 pour arriver enfin au réservoir du système hydraulique de la direction. Lorsque l'arbre de direction 6 tourne, le tiroir du distributeur hydraulique 1 se déplace dans le sens axial par rapport au corps 3 et assure la communication de l'orifi- ce de charge 12 avec l'une des entrées de la machine 2 de ré- action hydraulique, par exemple par l'intermédiaire de la ca- vité intérieure 24 du mécanisme de direction hydraulique, la cavité circulaire 31 (figure 4) et les évidements radiaux 30 qui sont réalisés dans chaque couvercle 10, 11 (figure 1). Une autre entrée de la machine 2 de réaction hydraulique est, dans ce cas là, reliée hydrauliquement par l'intermédiaire des évidements 27 (figure 4), réalisés dans les couvercles , 11 (figure 1) et par des trous 28 pratiqués dans les corps 3 et 4, avec la cavité du distributeur hydraulique 1 qui est, par exemple, reliée à un des trous de travail 14, auquel on relie un organe de remplissage du système de direction, dont l'autre cavité est reliée, par exemple, à un autre trou de travail 15, relié hydrauliquement par l'intermédiaire du dis- tributeur hydraulique 1 à l'orifice de vidange 13, ce dernier étant, à son tour, relié au réservoir hydraulique (non repré- senté sur le dessin). Les pignons périphériques 16, 17 et 18 (figure 3) de la machine 2 de réaction hydraulique tournent (la machine hydraulique fonctionne dans ce cas en régime de débitmètre) et le pignon 9 met en rotation l'arbre d'entraînement 8, re- lié par l'intermédiaire d'un réducteur 7 au tiroir 5. Ce der- nier se déplace pour prendre la position initiale et, une fois l'arbre de direction 6 arrête sa rotation, il se met au point mort en assurant ainsi la décharge de la pompe par éva- cuation. L'amenée du liquide hydraulique vers l'organe d'exé- cution du système de la direction s'interrompt. En cas de variation du sens de rotation de l'arbre de direction 6, le mécanisme de direction hydraulique fonc- tionne de manière analogue au cas décrit plus haut et ne dif- fère qu'en ce que le tiroir 5 se déplace dans le sens opposé, d'o une variation de la communication des trous de travail 14, 15 (figure 1) avec l'orifice de charge 12 et l'orifice d'évacuation 13. Le mécanisme de direction hydraulique d'un véhicule est, selon l'invention, caractérisé par une fiabilité de fonc- tionnement plus élevée par comparaison avec les conceptions connues, car la machine 2 de réaction hydraulique est réali- sée pour être peu sensible à la pollution du liquide hydrauli- que par des corps solides. En outre, le mécanisme de direction hydraulique re- * vendiqué est caractérisé par une précision de fonctionnement plus élevée qu'on obtient grâce à un haut rendement volumé- trique et à sa conception compacte due à l'utilisation d'une machine de réaction hydraulique à plusieurs rotors. REVENDICATIONS 1. Mécanisme de direction hydraulique d'un véhicule, comportant un distributeur hydraulique (1) avec un orifice de charge (12), un orifice d'évacuation (13) et des trous de tra- vail (14, 15), un tiroir (5) étant disposé dans le corps (3) du distributeur et relié cinématiquement à un arbre de direc- tion (6) et à une machine (2) de réaction hydraulique par l'intermédiaire d'un pignon d'entraînement (9), monté entre deux couvercles (10, 11) dans un corps (4) de la machine de réaction hydraulique, le système d'amenée du liquide hydrau- lique de celle-ci communiquant hydrauliquement avec le distri- buteur hydraulique (1) moyennant deux circuits hydrauliques (21, 22), le premier desquels est réalisé sous forme d'un ca- nal (23) dans le corps (3) du distributeur hydraulique (1), tandis que la cavité intérieure (24) du mécanisme de direction hydraulique forme le second circuit hydraulique, caractérisé en ce que la machine (2) de réaction hydraulique comporte trois pignons périphériques (16, 17, 18) disposés régulière- ment suivant une circonférence et montés chacun sur son axe (19) et reliés cinématiquement au pignon (9), et en ce que le système d'amenée du liquide moteur est muni de paires d'ou- vertures (25, 26) qui sont réalisées pour chaque pignon péri- phérique (16, 17, 18) dans chaque couvercle (10, 11), des premières de ces ouvertures étant reliées hydrauliquement en- tre elles et au premier circuit hydraulique (21) par l'inter- médiaire d'évidements radiaux (30) pratiques dans les couver- cles correspondants (10, 11), tandis que des secondes ouver- tures (26) sont hydrauliquement reliées, à travers des évide- ments radiaux (30) pratiqués dans chaque couvercle (10, 11), à une cavité circulaire (31) formée par un trou central (32) du pignon (9) et par l'arbre d'entraînement (8), qui se trou- ve à l'intérieur dudit trou central avec un jeu circulaire, et mise en communication avec le second circuit hydraulique (22). 2. Mécanisme de direction hydraulique d'un véhicu- le selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'axe (19) de chaque pignon périphérique (16, 17, 18), monté sur ledit axe avec possibilité de rouler, comprend à sa partie médiane une surface (35) faisant saillie vers l'extérieur, réalisée dans le sens axial de manière curviligne et symétrique par rapport à sa propre partie médiane. 3. Mécanisme de direction hydraulique d'un véhicule selon la revendication 2, caractérisé en ce que le diamètre (d) de l'axe (19) à partie médiane et le diamètre (d1) du trou pour cet axe dans le pignon périphérique (16, 17, 18), ainsi que le diamètre (D2) du trou dans le corps (4) de la machine (2) de réaction hydraulique pour ledit pignon périphé- rique (16, 17, 18) et le diamètre extérieur (D1) de ce pignon sont liés entre eux par les relations suivantes: (dl - d) = (1 -3); (D2 - D1) (d1 d) o d est le diamètre de l'axe dans sa partie médiane; d1 est le diamètre du trou dans le pignon périphérique; A est le jeu latéral dans l'engrenage des pignons de la machine de réaction hydraulique; D1 est le diamètre extérieur du pignon périphérique; D2 est le diamètre du trou dans le corps de la machine de réaction hydraulique recevant le pignon péri- phérique. 4. Mécanisme de direction hydraulique d'un moyen de transport selon la revendication 3, caractérisé en ce que la surface curviligne (35) de l'axe (19) est réalisée sous forme d'une surface cylindrique, dont les bords se conjuguent avec des surfaces coniques tronquées, 5. Mécanisme de direction hydraulique d'un véhicule selon la revendication 3, caractérisé en ce que la surface curviligne (35) de l'axe (19) a la forme d'un tonneau.