Brevet FR2656568A1 — publié le 19910705

DISPOSITIF DE COMMANDE DU COMPORTEMENT ENERGETIQUE ET DYNAMIQUE DE MÉCANISMES D'ENTRAINEMENT DANS DES MACHINES DE FORMAGE. L'invention concerne un dispositif de commande du comportement énergétique et dynamique de mécanismes d'entraînement dans des machines de formage, dispositif qui agit d'une part sur le processus de démarrage et de freinage et d'autre part sur les forces massiques dépendant de l'angle de manivelle, en particulier dans le cas des presses à mécanisme articulé pour le formage des tôles et des pièces massives. Les processus de démarrage et de freinage de machines de formage travaillant en exploitation intermittente sont de préférence réalisés à l'aide d'accouplements et de freins à friction qui peuvent être mis en circuit en mode asynchrone. Sur les surfaces de friction du matériel d'équilibrage, sur l'accouplement et sur le frein, du fait du choc non élastique utilisé comme principe d'action physique, apparaît de façon indésirable une perte d'énergie irréversible par développement de chaleur, accompagnée d'un processus permanent d'usure La résistance limitée à la chaleur des garnitures de friction d'une part et l'élévation permanente de leur durée de vie pour une course et un nombre de courses sensiblement croissants ont conduit entre autres chez le fabricant à de notables dépenses de matériel et de fabrication. Pour réduire la contrainte thermique et l'usure dans l'accouplement et dans le frein, on a, selon le document DD-WP 063, proposé un dispositif dans le cas duquel d'une part un vérin non piloté est disposé sur le bâti de la machine et d'autre part sa tige de piston est disposée excentriquement sur l'arbre de manivelle de façon telle que ce vérin peut produire au point mort haut un moment d'accélération Ce moment extérieur agissant au point mort haut agit contre le moment d'arrêt du frein, de sorte que, s'il est défaillant, le coulisseau est accéléré de façon non autorisée En outre il subsiste de l'énergie sous forme de chaleur résiduelle dans le frein et dans l'accouplement, en fonction de l'angle de dépassement à partir de la position du vérin en extension. Plus grand est l'angle de dépassement, plus petit est le taux de récupération de l'énergie Enfin, pour réaliser cette solution, il faut des dépenses complémentaires en matériau et en fabrication Selon ce document DD-WP, on propose en outre l'emploi d'un servo-mécanisme d'entraînement hydraulique distinct, constitué d'un groupe compresseur travaillant comme pompe et moteur, d'un robinet distributeur pilotable et d'un réservoir hydraulique L'important travail d'accélération ou de freinage d'une part et le temps bref d'accélération ou de freinage d'autre part, ainsi que le besoin de puissance variant en fonction du temps, avec un maximum, nécessitent, lors du choix des appareils (groupe compresseur, robinets et réservoir hydraulique) des encombrements notables et d'importants passages nominaux dans le système de conduites tubulaires Dans le cas de cette proposition également, il faut d'importantes dépenses en matériau et en fabrication chez le fabricant et de plus des dépenses en outils et en entretien chez l'exploitant. Enfin, les servo-mécanismes d'entraînement à mise en circuit brutale des réservoirs hydrauliques par un robinet distributeur sont extraordinairement créateurs de vibrations, accompagnées par un niveau de bruit élevé. Dans le cas d'une autre solution connue selon le document SU-EB 643 683, on propose l'emploi de ressorts dans un mécanisme planétaire qui est disposé entre l'arbre de manivelle et le mécanisme secondaire et qui est couplé avec le porte-garniture de friction du frein Cette proposition également ne peut se réaliser qu'avec des dépenses élevées, entre autres, pour le mécanisme planétaire supplémentaire En outre, dans le cas de cette solution, apparaissent également des réserves techniques concernant la sécurité du travail du fait du moment de précontrainte agissant contre le frein à l'arrêt Le taux de récupération d'énergie est insuffisant En outre les contraintes de choc provoquent dans le processus de démarrage des moments dynamiques et des vibrations qui conduisent à un bruit élevé et à de l'usure. Dans le cas des machines de formage, et en particulier dans le cas des presse à levier et à mécanisme articulé, on ne peut augmenter que de façon limitée le nombre de courses de marche à vide, car les forces et les moments dynamiques dans le système d'entraînement conduisent à des chocs puissants et à des mouvements de retour de différentes valeurs qui ont une action destructrice et s'extériorisent sous forme d'une allure saccadée et d'un bruit accru L'auteur principal en est le porte-outil supérieur, non équilibré, dont l'action de masse se présente nettement en particulier sur la plage supérieure de l'angle de manivelle du fait de la cinématique du système articulé, pour un nombre de courses croissant. Selon le document DD-WP 147 927, on connaît une solution dans le cas de laquelle, en employant des diaphragmes entre le vérin d'équilibrage et le réservoir de fluide sous pression, on a réduit partiellement la pression sous le piston d'équilibrage lors de la montée du coulisseau, ce qui fait apparaître une diminution des contraintes dynamiques L'action est toutefois limitée car on ne peut pas descendre en-dessous d'une section minimale du diaphragme En outre il apparaît au diaphragme un important développement de chaleur par suppression d'énergie. Dans le cas d'une autre solution connue selon le document DD-WP 256 288, on propose un dispositif hydraulique complémentaire qui, en produisant un contre-moment variable, doit opérer une compensation des forces massiques hydrauliques dans les phases de l'angle de rotation handicapées par le changement de sens du jeu Pour réaliser ce dispositif, il faut en outre des appareils hydrauliques avec des passages nominaux et des encombrements importants ainsi qu'un remarquable comportement des robinets dans le temps du fait de la vitesse extrêmement élevée des changements de moment En outre, pendant la phase de compensation apparaissent d'importantes et irréversibles pertes d'énergie qui s'accroissent encore par les pertes en marche à vide. Le but de l'invention est de créer un dispositif, sûr au point de vue fonctionnel et sécurité du travail, qui d'une-part réalise à un niveau élevé le processus de freinage et le processus d'accélération et d'autre part réduise nettement l'action des forces massiques du porte-outil supérieur. Selon l'invention, on atteint ce but grâce aux caractéristiques suivantes: l'effet d'équilibrage de la masse du porte-outil supérieur et de l'outil supérieur est supprimé sur la plage supérieure de l'angle de manivelle, la chambre supérieure du fluide sous pression du vérin d'équilibrage peut être mise sous pression d'un fluide sous pression ou hors pression par l'intermédiaire d'un robinet distributeur, la chambre inférieure du fluide sous pression du vérin d'équilibrage est en liaison active d'une part avec le transformateur de pression et d'autre part, par l'intermédiaire d'un robinet distributeur, avec un réservoir de fluide sous pression, en précisant que, comme fluide sous pression, on peut de préférence employer l'huile, et à son extrémité qui sort hors du vérin d'équilibrage, la tige de piston présente une butée et elle est en liaison active, par l'intermédiaire d'un amortisseur de butée, avec une butée fixée sur le porte-outil supérieur. Des caractéristiques préférées sont exposées ci-dessous comme robinet distributeur, on emploie de préférence un robinet de sécurité de la presse. comme fluide sous pression pour la chambre supérieure on peut utiliser de préférence de l'air. le réservoir de fluide sous pression du transformateur de pression est en liaison active avec le circuit du fluide sous pression par la chambre supérieure du fluide sous pression. parallèlement au robinet distributeur est mis en circuit un clapet de non-retour. pour les régulateurs de pression on peut utiliser, respectivement indépendamment l'un de l'autre, un dispositif programmable de régulation de pression. les butées s'adaptent sans choc et sans rebond. pour récupérer à un taux élevé la vitesse de rotation nominale de l'arbre de l'accouplement lors du processus d'accélération et pour réduire au minimum l'usure résiduelle dans l'accouplement, avant le début du processus de freinage du mécanisme secondaire, l'accouplement peut n'être mis hors circuit, décalé dans le temps, qu'après l'arrêt de la butée. on peut présélectionner le point d'arrêt de la tige de piston en fonction spécifique de l'outil et en tenant compte du frottement, de la possibilité de faire varier le nombre de courses et la masse de l'outil supérieur, ainsi que de la décroissance de la vitesse de rotation provoquée par le procédé. Il est également prévu dans le cadre de l'invention de contraindre la chambre supérieure et la chambre inférieure du vérin d'équilibrage avec un même fluide sous pression et avec un fluide sous pression différent. Pour influencer la position de la tige de piston, il suffit d'adapter sa commande au type de fluide sous pression. L'avantage de l'invention réside dans le fait d'améliorer le comportement énergétique et dynamique des mécanismes d'entraînement au moyen d'un dispositif d'un coût favorable et peu bruyant. On va expliquer ci-dessous en détail l'invention à l'aide d'un exemple de réalisation Le dessin correspondant représente. Figure 1: représentation de principe du dispositif. Le mécanisme d'entraînement, dont on doit influencer le comportement énergétique et dynamique, est constitué du volant 1, de l'accouplement 2 et du frein 4 avec son élément de manoeuvre et des parties du mécanisme secondaire, représentées sous forme d'une masse tournante 3, à accélérer et à freiner L'arbre excentré ou la manivelle 6 est, de façon connue, relié, par l'intermédiaire de la bielle 7, au porte-outil supérieur 8 et à l'outil supérieur 28 qui y est monté Des deux côtés du porte- outil supérieur 8 sont disposés les vérins d'équilibrage 23 qui sont en outre reliés au bâti de la presse. La tige 27 du piston 22 présente, à son extrémité qui sort hors du vérin d'équilibrage 23, une butée 19 et un amortisseur de butée 26 Cette butée 19 est en liaison active avec une butée fixée au porte-outil supérieur 8 Les chambres supérieures 31 du fluide sous pression du vérin d'équilibrage 23 sont reliées, par l'intermédiaire de conduites, avec le robinet distributeur dont une sortie est reliée à un silencieux 11 et l'autre, au réservoir de fluide sous pression 24. Pour commander l'accouplement 2 et le frein 4, sont au moins nécessaires le régulateur de pression 12, le réservoir de fluide sous pression 13 et les robinets 9 de sécurité de la presse. A la sortie du robinet 16 de sécurité de la presse est relié le robinet distributeur 17, à position commandée et muni d'un silencieux Le réservoir de fluide sous pression 13 est en liaison active avec l'élément de manoeuvre de l'accouplement 2 par une conduite et par l'intermédiaire d'un régulateur de pression 14 et d'un réservoir de fluide sous pression 15 ainsi que d'un robinet distributeur 10 et d'un robinet 9 de sécurité de la presse Depuis la seconde entrée du robinet distributeur 10, une conduite est en outre disposée parallèlement au régulateur de pression 14 et au réservoir 15 de fluide sous pression. Le réservoir 24 de fluide sous pression est relié par une conduite avec le transformateur de pression 30 On peut faire varier à la demande la pression du réservoir 24 de fluide sous pression au moyen du régulateur de pression 21. Le robinet distributeur 29 est relié avec le transformateur de pression 30 ainsi qu'avec les chambres inférieures 18 du fluide sous pression Un clapet de non-retour est monté en parallèle au robinet distributeur 29 Le réservoir 33 de fluide sous pression est rempli d'huile et il est contraint par l'air comprimé par l'intermédiaire de l'alimentation 34 en air comprimé. Après mise en circuit du robinet 16 de sécurité de la presse, l'air de l'élément de manoeuvre 5 du frein 4 est rapidement évacué et l'accouplement 2 est amené en position de fermeture, sans période de recouvrement, comme cela est connu, par le robinet 9 de sécurité de la presse et par le réservoir 15 de fluide sous pression Dans l'accouplement 2 agit un moment d'accélération que le régulateur de pression 14 a nettement réduit et qui prend au maximum une valeur double de celle du moment de frottement agissant dans le mécanisme secondaire, par exemple dans les paliers Ce faible moment d'accélération enclenche le processus de démarrage Quel que soit l'angle de manivelle atteint, il apparaft, par suite de la descente du porte-outil supérieur 8 et de l'outil supérieur 28 hors de la zone du point mort supérieur, une action qui aide le processus d'accélération et qui s'exerce par l'intermédiaire de la bielle 7 sur l'arbre excentré ou la manivelle 6 et sur les masses tournantes du mécanisme secondaire, représentées sousforme d'une masse tournante réduite 3 La face inférieure du piston 22 du vérin d'équilibrage 23 est mise sous pression d'huile, sa face supérieure, par contre, sous pression d'air La position de la butée 19 avec l'amortisseur de butée 26 peut être modifiée par mise en circuit et hors circuit de robinets distributeurs 20 et 29, en fonction spécifique de l'outil et pour tenir compte de l'énergie d'accélération et de freinage, fonction de la vitesse de rotation, et de la décroissance de la vitesse de rotation imposée par le procédé. Le robinet distributeur 20 est conçu comme robinet pneumatique de sécurité de la presse La compensation de masse, spécifique de l'outil, du porte-outil supérieur 8 s'obtient en faisant varier la pression dans le réservoir 24 de fluide sous pression au moyen du régulateur de pression 21 La pression agit sur le transformateur de pression 30 qui se déplace lorsque la butée 25 du porte-outil supérieur 8 a atteint la butée 19 de la tige de piston 27 avec l'amortisseur de butée 26. Le piston 22 est réglé de façon que la butée 25 située sur le porte-outil supérieur 8 atteigne l'amortisseur 26 de la butée 19 lorsque l'accouplement a pris une allure synchrone Ensuite, le moment de rotation nécessaire de l'accouplement 2 s'obtient au moyen de la mise en circuit du robinet distributeur 10 A la montée du porte-outil supérieur 8, en fonction du réglage, le piston 22 avec la tige de piston 27 s'arrête lorsque le transformateur de pression 30 a atteint sa position finale. Entre-temps l'accouplement 2 s'est déplacé pour se séparer du mécanisme secondaire, de sorte que les masses tournantes du mécanisme secondaire viennent s'arrêter au point mort haut par suite de l'action de freinage du porte-outil supérieur 8 et de l'outil supérieur 28 et que le frein n'assure que la fonction d'arrêt. En cas de besoin, on manoeuvre le robinet distributeur 20 au moyen de l'arrêt d'urgence, de sorte que la tige de piston 27 avec la butée 19 se déplace vers le haut et atteint la butée située sur le porte-outil supérieur 8 sensiblement plus vite qu'en exploitation normale L'arrêt d'urgence par le frein 4 est en outre aidé par la mise hors pression d'air de la chambre supérieure 31 du fluide sous pression. REVENDICATIONS 1 Dispositif de commande du comportement énergétique et dynamique des mécanismes d'entraînement dans des machines de formage pendant le processus d'accélération et de freinage, dans lesquelles le mécanisme d'entraînement est constitué d'un volant, d'un accouplement et d'un frein, ainsi que de mécanismes secondaires et dans lesquelles la transmission du mouvement au porte-outil supérieur, depuis l'arbre excentré ou la manivelle, se fait au moyen de bielles ou d'un mécanisme articulé et dans lesquelles, pour équilibrer la masse du porte-outil supérieur sur la plage inférieure de l'angle de manivelle, plusieurs vérins, qui peuvent être mis sous la pression d'un fluide sous pression, sont disposés des deux côtés du porte-outil supérieur et sont en outre reliés avec le bâti de la presse, caractérisé par le fait que, l'effet d'équilibrage de la masse du porte-outil supérieur ( 8) et de l'outil supérieur ( 28) est supprimé sur la plage supérieure de l'angle de manivelle, la chambre supérieure ( 31) du fluide sous pression du vérin d'équilibrage ( 23) peut être mie sous pression d'un fluide sous pression ou hors pression par l'intermédiaire d'un robinet distributeur ( 20), la chambre inférieure ( 8) du fluide sous pression du vérin d'équilibrage ( 23) est en liaison active d'une part avec le transformateur de pression ( 30) et d'autre part, par l'intermédiaire d'un robinet distributeur ( 29), avec un réservoir ( 33) de fluide sous pression, en précisant que, comme fluide sous pression, on peut de préférence employer l'huile, et à son extrémité qui sort hors du vérin d'équilibrage ( 23), la tige de piston ( 27) présente une butée ( 19) et elle est en liaison active, par l'intermédiaire d'un amortisseur de butée ( 26), avec une butée ( 25) fixée sur le porte-outil supérieur ( 8). 2 Dispositif de commande du comportement énergétique et dynamique de mécanismes d'entraînement selon la revendication 1, caractérisé par le fait que comme robinet distributeur ( 20) on emploie un robinet de sécurité de la presse. 3 Dispositif de commande du comportement énergétique et dynamique de mécanismes d'entraînement selon la revendication 1, caractérisé par le fait que comme fluide sous pression pour la chambre supérieure ( 31) on utilise de l'air. 4 Dispositif de commande du comportement énergétique et dynamique de mécanismes d'entraînement selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le réservoir ( 24) de fluide sous pression du transformateur de pression ( 30) est en liaison active avec le circuit du fluide sous pression par la chambre supérieure ( 31) du fluide sous pression. Dispositif de commande du comportement énergétique et dynamique de mécanismes d'entraînement selon la revendication 1, caractérisé par le fait que parallèlement au robinet distributeur ( 29) est mis en circuit un clapet de non-retour ( 32). 6 Dispositif de commande du comportement énergétique et dynamique de mécanismes d'entraînement selon la revendication 1, caractérisé par le fait que pour les régulateurs de pression ( 12; 14; 21) on peut utiliser, respectivement indépendamment l'un de l'autre, un dispositif programmable de régulation de pression. 7 Dispositif de commande du comportement énergétique et dynamique de mécanismes d'entraînement selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les butées ( 25) et ( 19) s'adaptent sans choc et sans rebond. 8 Dispositif de commande du comportement énergétique et dynamique de mécanismes d'entraînement selon la revendication 1, caractérisé par le fait que pour récupérer à un taux élevé la vitesse de rotation nominale de l'arbre de l'accouplement lors du processus d'accélération et pour réduire au minimum l'usure résiduelle dans l'accouplement, avant le début du processus de freinage du mécanisme secondaire, l'accouplement ( 2) peut n'être mis hors circuit, décalé dans le temps, qu'après l'arrêt de la butée ( 19). 9 Dispositif de commande du comportement énergétique et dynamique de mécanismes d'entraînement selon la revendication 1, caractérisé par le fait que on peut présélectionner le point d'arrêt de la tige de piston ( 27) en fonction spécifique de l'outil et en tenant compte du frottement, de la possibilité de faire varier le nombre de courses et la masse de l'outil supérieur, ainsi que de la décroissance de la vitesse de rotation provoquée par le processus.