Brevet FR2702250A1 — publié le 19940909

MACHINE OU MOTEUR HYDRAULIQUE A PISTONS ET A CONTRE-PRESSION La présente invention se rapporte à une machine ou mo- teur hydraulique à pistons, notamment à une machine à pistons radiaux comprenant un disque annulaire à cames, assujetti au carter; un bloccylindres réalisé sous la forme d'un corps rotatif monté à rotation, autour d'un axe, par rapport au disque à cames; un grand nombre d'alésages agencés radiale- ment par rapport à l'axe de rotation du bloc-cylindres; et des pistons qui sont logés à coulissement à l'intérieur des alésages et prennent appui sur le disque à cames, la surface d'appui du disque à cames étant située dans une chambre du carter. Des machines de ce genre sont connues d'après la de- mande de brevet DE-A-39 19 456 Ces machines se singularisent par un type de réalisation compact et peu onéreux, ainsi que par leur aptitude à développer et supporter de fortes pres- sions Dans de telles machines à pistons radiaux, les pis- tons remplissent les fonctions de refoulement et d'étanche- ment et, en règle générale, des rouleaux transmettent aux- dits pistons les forces développées par le disque à cames, en vue d'engendrer un couple de rotation Si une contre- pression hydraulique s'établit côté évacuation, par exemple lorsque l'arrivée et l'évacuation sont raccordées par une valve régulatrice, ou bien lorsque des moteurs hydrauliques sont installés en série, il en résulte un faible rendement mécanique et, tout particulièrement, un piètre rendement au démarrage Cela tient à la puissance réactive Les pistons fonctionnant en contre-pression engendrent cette puissance réactive et dégradent le rendement. L'invention a pour objet d'augmenter le faible rende- ment fourni en mode contre-pression par la machine à pistons du type considéré, notamment en vue de garantir un démarrage sûr dans des machines à pistons installées en série. Conformément à l'invention, cet objet est atteint par le fait que la chambre du carter est respectivement sollici- té-e par la pression du fluide s'écoulant de la machine Grâ- ce à la sollicitation de la chambre du carter par la pression du fluide de travail s'écoulant, les pistons considérés font l'objet d'un équilibrage de pression et ne peuvent, par con- séquent, engendrer aucune puissance réactive rendant le dé- marrage difficile. Un perfectionnement particulièrement avantageux de l'invention est caractérisé par le fait que la chambre du carter est sollicitée par une pression extérieure Cette caractéristique a pour effets d'assurer que les forces de pression agissant sur le carter soient limitées, et que le système d'étanchement de l'arbre soit exempt de forces de pression. Selon d'autres caractéristiques particulières à l'in- vention: le bloc-cylindres présente de préférence, sur ses deux fa- ces extrêmes, des surfaces d'étanchement pour assurer l'étan- chéité de la chambre du carter, délimitée radialement vers l'extérieur par le disque à cames, vis-à-vis de la chambre intérieure du carter qui est située côté arbre, la chambre du carter, délimitée par le disque à cames, étant sollicitée par la pression du fluide s'écoulant de la machine, ou par une pression extérieure; avantageusement, les surfaces d'étanchement se trouvent radialement à l'extérieur des perçages de commande; la chambre du carter, située côté arbre, peut être en com- munication avec un raccord à huile de fuite de préférence, les deux raccords à fluide de travail com- muniquent, par l'intermédiaire d'un clapet antiretour déver- rouillable, avec la chambre du carter délimitée par le disque à cames, le pilotage des clapets antiretour étant respective- ment assuré par la pression supérieure d'arrivée; les clapets antiretour déverrouillables peuvent être judi- cieusement formés par un sélecteur-inverseur de circuit; les clapets et leurs canaux de commande associés peuvent être commodément intégrés dans le carter; et de préférence, la sollicitation de la chambre du carter par une pression est respectivement assurée par une valve à pis- ton à trois voies, commandée par la pression du fluide de travail affluant, la chambre du carter étant respectivement sollicitée, dans cette position de commutation de la valve à piston, par la pression du fluide de travail s'écoulant. L'invention va à présent être décrite plus en détail, à titre d'exemples nullement limitatifs, en regard des des- sins annexés sur lesquels: la figure 1 est une coupe longitudinale axiale d'une machine à pistons radiaux; la figure 2 est, dans sa moitié de gauche, une coupe selon la ligne I Ia-I Ia de la figure 1 et, dans sa moitié de droite, une coupe selon la ligne I Ib-I Ib de la figure 1; et la figure 3 est un schéma de branchement d'un groupe d'entraînement comprenant deux machines ou moteurs à pistons installés en série. Sur la figure 1, l'une des moitiés du carter est dé- signée par 1 et l'autre moitié du carter est repérée par 2. Un disque 3 à cames est interposé entre les deux moitiés du carter Ces deux moitiés sont réunies avec le disque à cames, au moyen de vis de fixation 4, pour former un ensemble uni- taire rigide Un arbre 5 est monté dans la moitié 1 du car- ter, au moyen d'un roulement à billes 6 Une extrémité 8 de l'arbre, située côté carter, est réalisée sous la forme d'un arbre cannelé à cales multiples et porte, par l'intermédiai- re d'un évidement 9 correspondant, un rotor 10 relié à l'ar- bre par concordance de formes, au moyen d'une rondelle et d'une vis Le rotor 10 est conçu comme un bloc-cylindres et présente des alésages 11 (figure 2) uniformément répartis sur son pourtour, qui servent à recevoir des pistons 12 Dans leur région radiale externe, les pistons 12 sont pourvus d'un évidement destiné à recevoir une coquille de garniture 13 et un rouleau cylindrique 14 Les rouleaux 14 prennent appui contre une piste 17 à cames du disque 3 Dans la région ra- diale inférieure de chaque piston, ce dernier comporte, dans une gorge circonférentielle 12 c, un segment 20 remplissant la fonction d'un élément d'étanchement Par l'intermédiaire de perçages 21 s'étendant axialement, les chambres à pistons formées par les alésages 11 sont en liaison interactive avec des perçages de commande 22, 23 s'étendant, eux aussi, dans le sens axial et pratiqués dans une douille fixe de commande 24 intégrée dans la moitié 2 du carter La douille de comman- de 24 délimite des chambres périphériques de commande 25, 26 qui communiquent, respectivement, avec des raccords non il- lustrés en-détail et affectés au réservoir et à la source de fluide pressurisé, ou bien avec le raccord d'une autre machi- ne à pistons radiaux, installée en série En fonction de la position des chambres Il à pistons par rapport aux perçages de commande 22, 23, ces derniers sont reliés soit à la source de fluide pressurisé, soit respectivement au réservoir ou au raccord de l'autre machine à pistons radiaux, ce qui impose, au rotor 10, un couple de rotation que ledit rotor répercute vers l'extérieur, par l'intermédiaire de la liaison par arbre cannelé à cales multiples, sur l'arbre respectif 5 d'entraî- nement ou de sortie. Une chambre 30 du carter, radialement délimitée par le disque 3 à cames ainsi que par des zones superficielles exté- rieures la, 2 a du carter, est radialement délimitée vers l'intérieur, sur l'une, i Qa des faces extrêmes du rotor, par un corps d'appui 31 assujetti au carter, muni d'une surface d'étanchement 31 a et présentant une bague d'étanchement 32 encastrée radialement; et ladite chambre est délimitée, sur la face extrême opposée l Ob, par la douille de commande 24 conçue avec-faculté de coulissement axial La force confé- rant l'étanchéité résulte de la pression du fluide de tra- vail qui agit sur des surfaces annulaires 25 a, 26 a des cham- bres de commande 25, 26 de la douille de commande 24, et qui presse lesdites surfaces contre la face extrême l Ob du rotor, la face extrême opposée i Da dudit rotor venant simultanément s'appliquer, de manière étanche, contre la surface d'étanche- ment 31 a du corps d'appui 31 Des chambres 33, 9, 34 axiale- ment intérieures, en communication mutuelle par fluide, sont reliées à un raccord ou canal 36 à huile de fuite, prévu dans la partie 2 du carter Par l'intermédiaire du canal 36, l'hui- le de fuite présente dans les chambres 33, 9, 34 est renvoyée, sans aucune pression, vers le réservoir non représenté, si bien qu'aucune surpression notable ne peut se développer dans ces chambres, et que le système d'étanchement de l'arbre n'est par conséquent soumis à aucune pression accrue Par l'intermédiaire d'un dispositif de distribution 40, la cham- bre du carter étroitement délimitée est respectivement sol- licitée par la pression A ou B du fluide de travail, agissant côté sortie Il en résulte, à coup sûr, que les pistons 12 font l'objet d'un équilibrage de pression lors de leur course rétrograde, et qu'ils ne sont ainsi exposés à aucune contre- pression provoquant une puissance réactive Le dispositif de distribution est réalisé sous la forme d'un distributeur à trois voies, des canaux de pilotage 48 a, 49 a étant en commu- nication avec les chambres périphériques de commande 25, 26. Un canal 43 a, menant à la chambre 30 du carter, présente un canal d'embranchement 43 b gagnant une chambre de pression 50 dans laquelle la douille de commande 24 doit être addition- nellement sollicitée en direction du rotor 10, par sa face extrême 24 a, sous l'effet de la pression transférée à la chambre du carter Côté douille et côté carter, la chambre de pression 50 est rendue étanche par l'intermédiaire d'un embout 53 présentant deux bagues d'étanchement 51 et 52. Lorsque, conformément à la figure 3, deux moteurs hy- drauliques 41, 42 sont installés en série, il est assuré que ces deux moteurs soient exposés à la même différence de pres- sion entre l'entrée et la sortie (en présupposant des rap- ports d'entraînement identiques) Si, par exemple, une dif- férence de pression de 100 bar agissant sur les pistons est nécessaire pour engendrer un couple de rotation déterminé, le fluide de travail est délivré au moteur hydraulique 41, dans l'un des sens de rotation, sous une pression de travail de 200 bar Dans le moteur hydraulique 42 relié au moteur hydraulique 41 par l'intermédiaire d'un conduit de travail 43, il s'établit une pression de 100 bar lorsque la sortie dudit moteur est en communication, par l'entremise d'un con- duit 44, avec le réservoir soumis à la pression atmosphéri- que Le dispositif de distribution 40 transmet, à la chambre du carter du moteur hydraulique 41, la pression de tra- vail régnant dans le conduit de travail 43 Le processus in- verse s'opère lorsque, par l'intermédiaire du conduit de tra- vail 44, le fluide de travail est délivré au moteur hydrauli- que 42, dans le sens de rotation inverse, sous une pression inférieure à 200 bar Dans ce cas, par l'intermédiaire du dispositif de distribution 40, la chambre du carter du mo- teur hydraulique 42 est sollicitée par la pression régnant dans le conduit de travail 43 Le groupe d'entraînement, com- prenant deux moteurs hydrauliques 41, 42 et pouvant être ac- tionné dans les deux sens de rotation, comporte un disposi- tif de distribution 40 constitué d'un distributeur 45 à qua- tre voies, actionnable hydrauliquement et présentant deux positions de commutation a, b Dans la position de commuta- tion a du distributeur 45, la chambre 30 du carter du moteur hydraulique 41 est raccordée, par l'intermédiaire de tron- çons de conduits 43 a, 46 a, au conduit de travail 43 reliant les deux moteurs hydrauliques, et la chambre 30 du carter du moteur hydraulique 42 communique avec le réservoir par l'en- tremise d'un tronçon de conduit 46 b Dans la position de com- mutation b du distributeur 45 à quatre voies, la chambre 30 du carter du moteur hydraulique 42 est reliée au conduit de travail 43 et la chambre du carter du moteur hydraulique 41 est reliée au réservoir Dans l'un des sens de rotation, dans lequel le fluide de travail est délivré au moteur hydraulique 41 par l'intermédiaire d'un conduit de travail 47, et dans lequel le fluide de travail retourne de nouveau au réservoir à partir du moteur hydraulique 42, en empruntant le conduit de travail 44, le distributeur 45 passe à la position de com- mutation a suite à une sollicitation par la pression, s'opé- rant par l'intermédiaire d'un conduit de commande 48 Dans l'autre sens de rotation, dans lequel le fluide de travail afflue dans le moteur hydraulique 42 en parcourant le conduit de travail 44, et retourne du moteur hydraulique 41 au réser- voir en empruntant le conduit de travail 47, le distributeur passe à la position de commutation b par l'intermédiaire d'un conduit de commande 49. Lorsque le groupe d'entraînement n'est utilisé que pour un sens de rotation, il peut être naturellement renoncé au dispositif de distribution Dans ce cas, la chambre du carter est-directement reliée à la sortie du moteur hydrau- lique, sans interposition d'un distributeur, plus précisément par l'intermédiaire d'un canal s'étendant dans la partie de carter correspondante Le distributeur 45 sert uniquement à la transmission de pression et n'exige, de ce fait, qu'un faible diamètre nominal, si bien qu'il peut être intégré de manière simple dans le carter de pompage, avec les canaux de commande qui lui sont associés Dans ce cas, il est réalisé sous la forme d'un distributeur à trois voies correspondant à la figure 1, car il pilote uniquement la chambre 30 du car- ter de l'un des moteurs, dans lequel il est intégré. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'invention telle que décrite et représen- tée, sans sortir de son cadre. R E V E N D I C A T I O N S - 1 Machine ou moteur hydraulique à pistons, notamment machine à pistons radiaux comprenant un disque annulaire ( 3) à cames, assujetti au carter; un bloc-cylindres ( 10) réalisé sous la forme d'un corps rotatif monté à rotation, autour d'un axe, par rapport au disque ( 3) à cames; un grand nom- bre d'alésages ( 11) agencés radialement par rapport à l'axe de rotation du bloc-cylindres; et des pistons ( 12) qui sont logés à coulissement à l'intérieur des alésages et prennent appui sur le disque ( 3) à cames, la surface d'appui du disque à cames étant située dans une chambre ( 30) du carter, machine caractérisée par le fait que la chambre ( 30) du carter est respectivement sollicitée par la pression du fluide s'écou- lant de la machine. 2 Machine ou moteur hydraulique à pistons, notamment machine à pistons radiaux comprenant un disque annulaire ( 3) à cames, assujetti au carter; un bloc-cylindres ( 10) réalisé sous la forme d'un corps rotatif monté à rotation, autour d'un axe, par rapport au disque ( 3) à cames; un grand nom- bre d'alésages ( 11) agencés radialement par rapport à l'axe de rotation du bloc-cylindres; et des pistons ( 12) qui sont logés à coulissement à l'intérieur des alésages et prennent appui sur le disque ( 3) à cames, la surface d'appui du disque à cames étant située dans une chambre ( 30) du carter, machine caractérisée par le fait que la chambre ( 30) du carter est sollicitée par une pression extérieure. 3 Machine selon les revendications 1 ou 2, caracté- risée par le fait que le bloc-cylindres ( 1) présente, sur ses deux faces extrêmes, des surfaces d'étanchement ( 10 a, l Ob) pour assurer l'étanchéité de la chambre du carter, dé- limitée radialement vers l'extérieur par le disque ( 3) à ca- mes, vis-à-vis de la chambre intérieure ( 9, 33, 34) du car- ter qui est située côté arbre, la chambre du carter, délimi- tée par le disque à cames, étant sollicitée par la pression du fluide s'écoulant de la machine, ou par une pression ex- térieure. 4 Machine selon la revendication 3, caractérisée par le fait que les surfaces d'étanchement ( 10 a, l Ob) se trouvent radialement à l'extérieur des perçages de commande ( 22, 23). 5 Machine selon la revendication 4, caractérisée par le fait que la chambre ( 9, 33, 34) du carter, située côté arbre, est en communication avec un raccord ( 36) à huile de fuite. 6 Machine selon la revendication 5 combinée à la re- vendication 1, caractérisée par le fait que les deux raccords à fluide de travail communiquent, par l'intermédiaire d'un clapet antiretour déverrouillable, avec la chambre du carter délimitée par le disque à cames, le pilotage des clapets an- tiretour étant respectivement assuré par la pression supé- rieure d'arrivée. 7 Machine selon la revendication 6, caractérisée par le fait que les clapets antiretour déverrouillables sont for- més par un sélecteur-inverseur de circuit. 8 Machine selon les revendications 6 et 7, caracté- risée par le fait que les clapets et leurs canaux de commande associés sont intégrés dans le carter. 9 Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que la sollicitation de la chambre ( 30) du carter par une pression est respecti- vement assurée par une valve à piston à trois voies, comman- dée par la pression du fluide de travail affluant, la cham- bre ( 30) du carter étant respectivement sollicitée, dans cette position de commutation de la valve à piston, par la pression du fluide de travail s'écoulant.