Brevet FR2683270A1 — publié le 19930507

i DISPOSITIF DE DISTRIBUTION POUR COMMANDER PLUSIEURS CONSOMMATEURS HYDRAULIQUES INDEPENDAMMENT DE LA CHARGE La présente invention se rapporte à un dispositif de dis- tribution destiné à l'alimentation de consommateurs en fluide pressurisé, dans des systèmes hydrauliques de commande, en vue de commander indépendamment de la charge plusieurs consomma- teurs hydrauliques manoeuvrés simultanément, et dans lesquels le rapport des flux partiels, une fois réglés, demeure constant lors d'une sous-alimentation du système en fluide pressurisé. Plus particulièrement, la présente invention se rapporte à un dispositif de distribution pour commander, indépendamment de la charge, plusieurs consommateurs hydrauliques tels que le mécanisme de rotation, la flèche, le bras de la pelle et la pelle d'excavateurs, dispositif dans lequel la quantité refou- lée par la source de fluide pressurisé, réalisée en tant que pompe à cylindrée variable, peut être réglée indépendamment de la pression de charge des consommateurs; et les distributeurs de commande, activables hydrauliquement et associés aux consom- mateurs, peuvent être activés par des générateurs de commande réalisés sous la forme de régulateurs de pression. Un dispositif de distribution de ce type est exposé dans la demande de brevet DE-A-36 34 728. Dans des machines de terrassement, en particulier des ex- cavateurs, il est nécessaire que les consommateurs individuels, comme le mécanisme de rotation, la flèche, le bras de la pelle et la pelle, soient manoeuvrés indépendamment les uns des autres et également, en partie, de manière simultanée Lors du fonctionnement individuel indépendant des consommateurs, la quantité maximale disponible de fluide pressurisé peut, si be- soin est, être délivrée à ces derniers En mode de fonctionne- ment en parallèle, lorsqu'une vitesse uniforme des consomma- teurs est souhaitée, la quantité maximale disponible de fluide pressurisé doit être uniformément répartie entre les consomma- teurs Dans chaque mode d'utilisation, les consommateurs doi- vent fonctionner indépendamment de la charge Par exemple, une commande d'excavateur en mode individuel exige de grandes vi- tesses de l'équipement constitué par la flèche et le bras de la pelle, tandis que la vitesse du mécanisme de rotation doit être moindre En mode parallèle, par exemple au cours du char- gement, les processus moteurs de la flèche, du bras de la pelle et du mécanisme de rotation doivent s'opérer à des vitesses ap- proximativement identiques Pour faciliter la manoeuvre, cela doit être garanti automatiquement lors d'une course maximale des générateurs de commande. L'invention a pour objet de fournir un dispositif de dis- tribution qui modi fie le rapport de la réparti ti on quantitative en mode de fonctionnement en parallèle de plusieurs consomma- teurs s'accompagnant d'une sous-alimentation, de manière à fa- voriser des consommateurs déterminés Par exemple, deux consom- mateurs alimentés, en mode individuel, par des quantités for- tement différentes doivent accomplir des mouvements indépendam- ment de la charge, en mode parallèle, à une vitesse approxima- tivement identique Ce rapport doit demeurer constant lors d'une sous-alimentation. Exemple: commande d'excavateur en mode individuel flèche 400 1/min; bras de la pelle 400 1; mécanis- me de rotation 200 1. Une grande vitesse individuelle s'avère souhaitée concernant l'équipement, tandis que la quantité af- fectée au mécanisme de rotation doit être plus petite. Des processus moteurs typiques, tels que ceux qui se déroulent par exemple lors du chargement, exigent un mode de fonctionnement parallèle de la flèche, du mé- canisme de rotation et du bras de la pelle. Dans ce cas, en vue d'améliorer l'aptitude à la com- mande, il est opportun que les vitesses des trois consommateurs ne soient pas notablement différentes. Conformément à l'invention, l'objet précité est atteint par le fait que la pression de commande pilote, en vue de l'ac- tionnement d'un ou plusieurs distributeur(s) de commande de consommateurs à manoeuvrer prioritairement, une valve supplé- mentaire qui provoque une subdivision du flux de fluide pres- surisé, de façon telle qu'un ou plusieurs consommateur(s) soi(en)t manoeuvré(s) prioritairement. La valve supplémentaire est de préférence sollicitée, par la pression de commande, depuis la position de fermeture dans le sens de l'ouverture, et commute à une valeur moindre la pression de commande pouvant être atteinte au maximum, en vue de l'actionnement des valves de commande de consommateurs non prioritaires. Un limiteur de pression peut être avantageusement installé en aval de la valve évacuant le fluide de commande. La valve précitée est, de préférence, sollicitée dans le sens de la fermeture par un ressort réglable de pression Cet- te valve peut être judicieusement réalisée sous la forme d'une valve à effet proportionnel à la pression. Il peut être avantageusement prévu que le niveau moindre de la pression de commande, pour le ou les consommateur(s) de- vant être manoeuvré(s) non prioritairement, soit réglé de telle sorte que la vitesse de ce(s) dernier(s) corresponde sensible- ment à la vitesse des consommateurs prioritaires. La valve susmentionnée peut être commodément réalisée sous la forme d'une valve à 3 voies réglable en continu, qui scinde le flux de fluide pressurisé en des flux prioritaire et non prioritaire En variante, cette valve peut avantageusement fonctionner comme une valve doseuse à 2 voies pour la délivran- ce du flux partiel destiné aux consommateurs non prioritaires. Conformément à l'invention, lorsque la quantité de fluide pressurisé appelée par les générateurs de commande est supé- rieure à la quantité maximale refoulée par la pompe à cylindrée variable, les consommateurs prioritaires reçoivent respective- ment leur quantité ou leur vitesse exigée, tandis que les con- sommateurs non prioritaires reçoivent au maximum la quantité restante. L'invention va à présent être décrite plus en détail, à titre d'exemple nullement limitatif, en se référant aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 illustre un schéma de branchement d'une com- mande d'excavateur; et la figure 2 est un diagramme mettant en évidence la répar- tition quantitative pour le processus de chargement de l'exca- vateur, lorsque la flèche, le mécanisme de rotation et le bras de la pelle de cet excavateur sont manoeuvrés en parallèle Les lignes en pointillés symbolisent l'absence d'activation priori- taire du mécanisme de rotation. Sur la figure 1, la référence numérique 1 désigne le dis- tributeur de commande du mécanisme de rotation et les référen- ces 2 et 3 désignent les distributeurs de commande de la flèche et du bras de la pelle L'activation des distributeurs de com- mande a lieu par l'intermédiaire de générateurs de signaux de commande ou générateurs de commande 4, 5 et 6, qui activent lesdits distributeurs 1, 2 et 3 par l'entremise de conduits de commande 7, 8, 9, 10, 11 et 12. Les conduits de commande 7 et 8 du générateur de commande 4 présentent des dérivations 7 a et 8 a raccordées à un sélecteur de circuit 15 dont la sortie mène, par l'intermédiaire d'un conduit de commande 16, au raccord de commande d'une valve 17 réalisée sous la forme d'une valve à 2 voies Le côté opposé de la valve 17 est chargé par un ressort réglable de pression 19 La sortie B de la valve 17 rejoint, par l'intermédiaire d'un limiteur de pression 18, un conduit 20 relié au réservoir. Par l'intermédiaire d'un conduit de commande 22 associé à un clapet antiretour 23, à un étranglement 24, ainsi qu'au con- duit de commande 10, l'entrée A de la valve 17 est en communi- cation avec le générateur de commande 5 qui, par l'entremise d'un embranchement de commande 25, amène le distributeur de commande 2 à la position de commutation a dans laquelle le cô- té fond du vérin de la flèche est sollicité L'entrée A est par ailleurs en communication, parle biais d'un clapet anti- retour 26 et d'un étranglement 28 associés au conduit de com- mande 11, avec le générateur de commande 6 affecté au bras de la pelle, la pression de commande régnant dans ledit conduit déplaçant alors le distributeur de commande 3 à la position de commutation a dans laquelle le côté fond du vérin du bras de la pelle est sollicité La sortie B de la valve 17 communique avec l'entrée du limiteur de pression 18 Dans la position de commutation illustrée de la valve 17, il y a interruption de la communication entre les raccords A et B, et par conséquent aussi de la communication avec le limiteur de pression 18, et finalement avec le conduit 20 relié au réservoir La pression de commande, développée par le générateur de commande 4 affec- té au distributeur de commande 1 du mécanisme de rotation, se propage jusqu'au côté de commande de la valve 17 par l'inter- médiaire du sélecteur de circuit 15, puis fait passer ladite valve 17 de la position de blocage illustrée à la position de passage à partir d'une pression de commutation déterminée pré- réglée par le ressort 19 Il ne peut par conséquent se déve- lopper, dans le conduit de commande 25 affecté au distributeur 2 de commande de la flèche, ainsi que dans un conduit de com- mande 30 affecté au distributeur 3 de commande du bras de la pelle, qu'une pression de commande aussi importante que celle établie par le limiteur de pression 18 De la sorte, ce limi- teur 18 établit l'orifice maximal de passage des distributeurs de commande 2 et 3 respectivement associés au côté fond des vérins de la flèche et du bras de la pelle, et par conséquent aussi la vitesse de déploiement de ces vérins Le limiteur de pression 18, agissant sur le fluide de commande des distribu- teurs de commande 2 et 3 considérés, est inactif tant que la valve 17 occupe sa position de blocage représentée Ainsi, lesdits distributeurs de commande peuvent accomplir une excur- sion maximale au moyen des générateurs de commande 5 et 6 Le fluide de travail des consommateurs est fourni par une pompe à cylindrée variable 31 Le fluide de travail délivré par cette pompe 31 est dirigé, en empruntant un conduit de pression 32, vers les distributeurs de commande individuels 1, 2, 3 ainsi que vers les distributeurs de commande, non spécifiquement ré- férencés, affectés à la pelle et au mécanisme de roulement. En vue de la commande indépendamment de la charge, une balance de pression 33, respectivment associée à une valve de commutation ou d'inversion 34, est respectivement affectée à chaque distributeur de commande La valve 34 a pour effets de solliciter à chaque fois les balances de pression individuel- les, côté ressort, par la charge maximale imposée; et par conséquent, lors d'une sous-alimentation de l'ensemble de la commande, c'est-à-dire lorsque la position des distributeurs de commande appelle une quantité de fluide de travail supé- rieure à celle pouvant être fournie par la pompe, de répartir entre les consommateurs, en concordance avec l'orifice de sec- tion considéré desdits distributeurs de commande, la quantité maximale disponible refoulée par ladite pompe. Lorsque le limiteur de pression 18 est ouvert, les étran- glements 24 et 28, prévus dans les conduits de commande 10 et 11 destinés à la flèche et au bras de la pelle, garantissent l'instauration, dans les conduits 25 et 30 menant aux zones d'étranglement, de la pression limitée telle que celle s'ins- taurant sur ledit limiteur 18 Le mode de fonctionnement de la commande d'après la figure 1 est commenté, plus en détail, à l'appui de la figure 2. Le diagramme de la figure 2 représente, sur l'axe des X désigné par t, l'activation des consommateurs dans l'ordre sé- quentiel Sur l'axe des Y, repéré par Q, sont représentées res- pectivement les quantités ou les vitesses des consommateurs in- dividuels. Au cours du processus de chargement, l'opérateur actionne les générateurs de commande jusqu'à leur position extrême, en vue d'une manoeuvre plus simple Chaque consommateur atteint alors, en mode individuel, sa vitesse maximale respectivement préétablie par la section des distributeurs de commande ou par la quantité maximale refoulée par la pompe Dans le présent exemple, l'on admettra que les consommateurs constitués par la flèche et le bras de la pelle peuvent atteindre, en mode indi- viduel, une vitesse maximale de 300 1/min, et le mécanisme de rotation, devant être manoeuvré en priorité, une vitesse maxi- maie de 200 1/min L'on admettra que la quantité maximale re- foulée par la pompe est de 400 1/min, si bien qu'une sous- alimentation survient en mode de fonctionnement en parallèle des consommateurs, dès que la vitesse totale de ces derniers excède 400 1/min. A un instant A selon la figure 2, le générateur de com- mande 5 provoquant la position de commutation a du distribu- teur 2 de commande de la flèche est actionné jusqu'à la posi- tion extrême Dans ce cas, la pression de commande régnant dans le conduit de commande 10, 25 atteint la valeur maximale, de 30 bar par exemple, et le distributeur de commande affecté à la flèche s'ouvre jusqu'à la position extrême ( 100 Z) La pompe 31 tourne et la flèche atteint, jusqu'à un instant B, sa vitesse maximale de 300 1/min. A un instant C, le générateur de commande 4 associé au distributeur 1 de commande du mécanisme de rotation est action- né jusqu'à la position extrême La pression de commande régnant dans le conduit respectif de commande 7 ou 8 atteint alors, elle aussi, une valeur de 30 bar, de sorte que le distributeur 1 de commande du mécanisme de rotation s'ouvre jusqu'à la po- sition extrême. A un instant D, la pompe 31 délivre sa quantité maximale refoulée de 400 1/min, auquel cas la flèche continue de rece- voir ses 300 1/min, et le mécanisme de rotation 100 1/min. Selon les systèmes de commande connus, dépourvus de com- mande prioritaire, la régulation de sous-alimentation entrerait en action à cet instant D et elle répartirait, sur le mécanis- me de rotation et la flèche, la quantité maximale refoulée par la pompe, proportionnellement à leurs grandeurs nominales Les lignes en pointillés illustrent cette répartition quantitative. Conformément à l'invention, la commande prioritaire entre toutefois en action à l'instant D, du fait que la pression de commande, destinée au mécanisme de rotation à manoeuvrer prio- ritairement, est simultanément dirigée vers la vanne 17 à plu- sieurs voies, par l'intermédiaire du sélecteur de circuit 15, et fait passer cette vanne à la position d'ouverture lors d'un dépassement de la force de compression élastique préréglée, de 19 bar par exemple Il en résulte que la pression de commande pour la flèche, de 30 bar, est ramenée à la pression de comman- de maximale plus faible, d'environ 20 bar, réglée sur le limi- teur de pression 18 situé en aval de la valve 17, et que le distributeur 2 de commande de la flèche est ramené, en consé- quence, à environ 66 Z de sa section nominale La vitesse de la flèche s'en trouve ainsi réduite, passant de 300 1/min à environ 200 I/min Du fait que la quantité maximale refoulée par la pompe à cylindrée variable est de 400 1/min, l'on dis- pose à présent, pour le mécanisme de rotation, des 200 1/min nécessaires à la vitesse maximale de ce dernier La vitesse du mécanisme de rotation augmente en conséquence, de 100 1/min jusqu'à sa vitesse maximale de 200 1/min, au prorata de la ré- duction de vitesse de la flèche qui passe de 300 1/min à 2 00 1/min Du fait de la limitation, à 20 bar, de la pression de commande concernant la flèche, il n'intervient encore aucune sous-alimentation des consommateurs Ce n'est qu'à un instant E, lorsque le bras de la pelle est additionnellement actionné jusqu'à sa position extrême, et lorsque son distributeur de commande est par conséquent sollicité par la pression de com- mande maximale de 20 bar, correspondant au réglage sur le li- miteur de pression 18, que la quantité maximale de 400 I/min, refoulée par la pompe, ne suffit plus pour délivrer encore, à ce consommateur, la quantité de fluide de travail réclamée La régulation de sous- alimentation entre par conséquent en action à cet instant, et les balances de pression 33, associées aux diaphragmes de mesure des distributeurs de commande 1, 2, 3 et activées dans le sens de la fermeture par la pression de charge la plus élevée, remplissent leur fonction répartitrice en cor- respondance avec les orifices des distributeurs de commande. Ainsi, la quantité maximale refoulée par la pompe est répartie par les balances de pression, entre les trois consommateurs (c'est-à-dire le mécanisme de rotation, la flèche et le bras de la pelle), proportionnellement à la section d'ouverture des distributeurs de commande de ces derniers. Les vitesses de la flèche et du mécanisme de rotation sont réduites, jusqu'à un instant F, pour passer respectivement de 1/min à environ 133 1/min, tandis que le bras de la pelle, mis additionnellement en fonction, augmente sa vitesse dans la même mesure jusqu'à environ 133 1/min, si bien que la flèche, le mécanisme de rotation et le bras de la pelle accomplissent, à partir de l'instant F, des mouvements à une vitesse approxi- mativement identique Le réglage de la pression sur le limiteur de pression 18 permet également un réglage mutuel des vitesses des consommateurs prioritaires par rapport à celles des consom- mateurs non prioritaires, dans un mode de fonctionnement en pa- rallèle, selon un autre rapport déterminé. Bien entendu, grâce à la commande prioritaire, la vitesse maximale respective de la flèche ou du bras de la pelle peut également, en mode individuel, être choisie supérieure (jus- qu'à la quantité maximale refoulée par la pompe, de 400 1/min), sans aucune disparition, en mode de fonctionnement en parallè- le, de la même vitesse pour tous les consommateurs. La description en regard de la figure 1 a été cantonnée aux él éments importants pour la compréhension de l'invention. Les -autres consommateurs, comme le mécanisme de roulement et la pelle, n'ont aucune signification pour la compréhension de l'invention. A la place d'une valve 17 influençant la pression de com- mande, il est possible de prévoir une valve à 3 voies munie d'une entrée pour le conduit de pression 32 et de deux sorties pour les consommateurs prioritaires et non prioritaires, la grandeur des flux partiels étant alors établie par la pression de commande assignée aux consommateurs à manoeuvrer prioritai- rement. A la place d'une valve à 3 voies incorporée dans le con- duit respectif de pression ou de pompage 32, il est également possible d'intégrer une valve à 2 voies affectée aux consomma- teurs non prioritaires, de manière à n'établir que la grandeur du flux partiel assigné aux consommateurs non prioritaires. Enfin, la valve 17 et le limiteur de pression 18 peuvent être conçus sous la forme d'une valve à effet proportionnel à la pression, qui englobe les deux fonctions. Il va donc de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. Il R E V E N D I C A T I O N S - 1 Dispositif de distribution pour commander, indépendam- ment de la charge, plusieurs consommateurs hydrauliques tels - que le mécanisme de rotation, la flèche, le bras de la pelle et la pelle d'excavateurs, dispositif dans lequel la quantité refoulée par la source de fluide pressurisé, réalisée en tant que pompe à cylindrée variable, peut être réglée indépendamment de la pression de charge des consommateurs; et les distribu- teurs de commande ( 1, 2, 3), activables hydrauliquement et as- sociés aux consommateurs, peuvent être activés par des généra- teurs de commande ( 4, 5) réalisés sous la forme de régulateurs de pression, dispositif caractérisé par le fait que la pression de commande pilote, en vue de l'actionnement d'un ou plusieurs distributeur(s) de commande de consommateurs à manoeuvrer prio- ritairement, une valve supplémentaire ( 17) qui provoque une subdivision du flux de fluide pressurisé, de façon telle qu'un ou plusieurs consommateur(s) soi(en)t manoeuvré(s) prioritai- rement. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la valve supplémentaire ( 17) est sollicitée, par la pression de commande, depuis la position de fermeture, dans le sens de l'ouverture, et commute à une valeur moindre la pression de commande pouvant être atteinte au maximum, en vue de l'actionnement des valves de commande ( 1, 2, 3) de consom- mateurs non prioritaires. 3 Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'un limiteur de pression ( 18) est installé en aval de la valve ( 17) évacuant le fluide de commande. 4 Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que la valve ( 17) est sollicitée dans le sens de la fermeture par un ressort réglable de pression ( 19). Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la valve ( 17) est réa- lisée sous la forme d'une valve à effet proportionnel à la pression. 6 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le niveau moindre de la pression de commande, pour le ou les consommateur(s) devant être manoeuvré(s) non prioritairement, est réglé de telle sor- te que la vitesse de ce(s) dernier(s) corresponde sensiblement à la vitesse des consommateurs prioritaires. 7 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la valve ( 17) est réa- lisée sous la forme d'une valve à 3 voies réglable en continu, qui scinde le flux de fluide pressurisé en des flux prioritaire et non prioritaire. 8 Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la valve ( 17) fonc- tionne comme une valve doseuse à 2 voies pour la délivrance du flux partiel destiné aux consommateurs non prioritaires.