Brevet FR2699609A1 — publié le 19940624

PROCEDE ET DISPOSITIF POUR LA MISE EN MOUVEMENT OU L'ARRET D'UN MOTEUR HYDRAULIQUE ENTRAINANT UN ENSEMBLE PRESENTANT UNE GRANDE INERTIE. La présente invention a trait à un procédé ainsi qu'aux moyens permettant sa mise en oeuvre pour assurer la mise en mouvement ou l'arrêt d'un moteur hydraulique entraînant un ensemble présentant une grande inertie, par exemple pour assurer la rotation d'une tourelle et la translation d'engins à chenilles ou à pneus. A ce jour, lorsque l'on utilise des moteurs hydrauliques pour assurer l'entraînement d'ensembles présentant une grande inertie, par exemple rotation d'une tourelle, translation d'un engin, il est nécessaire de prévoir sur les circuits hydrauliques des soupapes permettant de limiter la pression de chaque branche. D'une manière générale, les solutions proposées à ce jour consistent, comme cela ressort de la figure 1 annexée, à disposer, sur le circuit de pression ( 1) alimentant le moteur ( 2) d'une soupape constituée essentiellement d'un clapet pointeau ( 3) monté coulissant à l'intérieur d'une chambre ( 4) à l'intérieur de laquelle débouche le conduit de raccordement ( 5) au circuit de pression ( 1) Le clapet pointeau est maintenu en appui contre son siège ( 6) grâce à l'action d'un ressort taré ( 7) guidé par une coupelle ( 8), l'ensemble étant de préférence associé à un moyen de réglage ( 9) permettant de régler le niveau de pression à ne pas dépasser. Lors de la mise en mouvement (ou inversement de l'arrêt) de l'ensemble destiné à être entraîné par le moteur ( 2), on obtient une montée en pression telle que schématisée dans le diagramme de la figure (la) duquel il ressort que cette conception de soupape provoque un front raide de montée en pression avec systématiquement un "à coup de pression" désigné par les techniciens par le terme "overshoot", supérieur à la valeur Po de tarage de la soupape. Un tel "overshoot" est dû au temps de réponse de la soupape et au gradient de pression entre O et Po, valeur de tarage de la soupape. En effet, un tel phénomène résulte de l'application de la formule selon laquelle l'accélération (+ ou -) est proportionnelle à la pression sur l'inertie. En conséquence, un tel type de front monté en pression ponctué par ce phénomène "overshoot", provoque chez le conducteur de l'engin une sensation de brutalité, de choc Cette brutalité entraîne par ailleurs des contraintes élevées qui résultent de la sollicitation des structures et des composants de l'engin. Or on a trouvé, et c'est ce qui fait l'objet de la présente invention, une solution qui permet de résoudre ces problèmes. D'une manière générale, l'invention concerne donc un procédé permettant la mise en mouvement ou l'arrêt du moteur hydraulique entraînant un ensemble présentant une grande inertie qui consiste, à disposer sur le circuit de pression alimentant le moteur, une soupape permettant de limiter la pression de chaque branche à un niveau de pression prédéterminé, le procédé selon l'invention étant caractérisé en ce que ladite soupape est conçue pour que la variation de pression à l'intérieur dudit moteur entre une pression Po et une pression prédéterminée correspondant à la valeur à ne pas dépasser, est réalisée en deux phases distinctes séparées l'une de l'autre par un palier à une pression intermédiaire entre les valeurs précitées. Avantageusement, la durée des phases de montée en pression et celles du palier intermédiaire, sont équivalentes A titre indicatif, si la variation de pression a un cycle d'une durée de trois secondes, chaque phase aura une durée d'une seconde. Le dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention, est constitué essentiellement par une soupape montée sur chaque circuit de pression alimentant le moteur pour qu'il tourne soit dans un sens soit dans l'autre, ladite soupape comprenant, d'une manière similaire à une soupape conventionnelle, un clapet pointeau coulissant à l'intérieur d'une chambre à l'intérieur de laquelle débouche le conduit de raccordement au circuit de pression et qui est maintenu en appui sur le siège par l'intermédiaire d'un ressort taré guidé par des coupelles-guides, l'ensemble étant associé à un système de réglage, ladite soupape étant caractérisée en ce que: le clapet pointeau est percé sur sa longueur d'un conduit calibré (gicleur) et comporte une section cylindrique (A 2) inférieure à la section Ai du siège d'appui du clapet pointeau; un piston mobile étant disposé à l'intérieur d'une chambre, concentrique à celle à l'intérieur de laquelle est disposé le ressort taré, de l'autre côté de ce dernier par rapport à la face agissant sur le clapet pointeau, un gicleur débouchant dans ladite chambre et contrôlant le volume d'huile évacué par le dit piston mobile. Grâce à un tel ensemble, il est possible d'avoir une mise en mouvement beaucoup plus douce et progressive de l'ensemble entraîné par le moteur hydraulique. L'invention et les avantages qu'elle apporte seront cependant mieux compris grâce à l'exemple de réalisation décrit ci-après à titre indicatif mais non limitatif et qui est illustré par les schémas annexés dans lesquels: les figures 1 et la illustrent, comme vu précédemment, la structure d'une soupape conventionnelle et le cycle de fonctionnement lors de la mise en mouvement de l'ensemble destiné à être entraîné par le moteur hydraulique; la figure 2 est un diagramme illustrant la manière dont est réalisée la variation de pression dans l'alimentation d'un moteur hydraulique conformément au procédé selon l'invention; la figure 3 illustre, vue en coupe longitudinale, une soupape particulièrement adaptée pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention; la figure 4 illustre la manière dont est mise en oeuvre une soupape conforme à l'invention lorsqu'elle est montée dans un bloc "cross over" pour protéger un moteur hydraulique. Dans la suite de la description, l'invention sera décrite en utilisant les mêmes références que celles utilisées pour décrire l'état de la technique (figure 1) pour désigner les mêmes éléments ou éléments équivalents. Conformément à l'invention, pour assurer la mise en mouvement (ou l'arrêt) d'un moteur hydraulique ( 2) entraînant un ensemble présentant une grande inertie, on dispose sur le circuit de pression ( 5) alimentant ledit moteur ( 2), une soupape permettant de limiter la pression de chaque branche à un niveau de pression déterminé Cette soupape, dont un mode de réalisation est illustré à la figure 3, est conçue pour que la variation de pression à l'intérieur dudit moteur ( 2) entre une pression Po et une pression prédéterminée correspondant à une valeur à ne pas dépasser, soit réalisée en deux phases distinctes séparées l'une de l'autre par un palier à une pression intermédiaire entre lesdites valeurs précitées. Cette soupape est conçue de la manière illustrée à la figure 3 Elle comporte essentiellement un clapet pointeau ( 3), coulissant à l'intérieur d'une chambre à l'intérieur de laquelle débouche le circuit ( 5) de raccordement au circuit de pression Ce clapet ( 3) est maintenu en appui contre un siège fixe par l'intermédiaire d'un ressort taré ( 7) guidé par des coupelles-guides ( 8) Ainsi que cela ressort de la figure 3, le clapet pointeau ( 3) est percé sur sa longeur d'un conduit calibré ( 10) (gicleur) et comporte une section cylindrique ( 11) dont la surface A 2 est inférieure à celle Ai du siège ( 6) d'appui du clapet pointeau ( 3). Par ailleurs, un piston mobile ( 12) est disposé à l'intérieur d'une chambre ( 13) concentrique à celle à l'intérieur de laquelle est disposé le ressort taré ( 7) Ce piston mobile ( 12) est disposé de l'autre côté du ressort taré ( 7) par rapport à la face agissant sur le clapet pointeau ( 3); un gicleur ( 14) débouche à l'intérieur de la dite chambre ( 13) et contrôle le volume d'huile évacué par ledit piston mobile ( 12). Le fonctionnement d'une telle soupape ressort clairement du schéma d'ensemble de la figure 4, montrant le positionnement des différents éléments avant le début du processus de mise en mouvement (ou arrêt) du moteur ( 2). Si l'on considère que la valeur de tarage Po de la soupape correspond à la force exercée par cette pression Po sur la section annulaire Ai A 2, on a donc la relation: Force de tarage du ressort Fo = Po (Ai A 2). Le niveau de pression du palier intermédiaire dépend du rapport de section A 2. Ai Pour un tarage final de la soupape Po, si on veut un palier intermédiaire conformément à l'invention égal à Po, il faut que A 2 = n- i n Ai n Si on prend comme hypothèse que Po = 250 bars et que l'on souhaite avoir un palier à 125 bars, on a N = 2. Il conviendra donc d'avoir A 2 = 2-1 soit A 2 = 1 Ai A 1 2 2 La durée du palier To dépend du volume d'huile évacué par le piston mobile ( 12), des gicleurs calibrés du clapet pointeau ( 3) et de la chambre d'évacuation ( 13) du piston. Le fonctionnement d'une telle soupape lorsqu'elle est montée dans un bloc "cross-over" pour protéger un moteur hydraulique ( 2), ressort de la figure 4. Sur la branche haute pression du moteur ( 2), dès que la pression agissant sur la section Ai va atteindre la force de tarage du ressort ( 7), le clapet pointeau ( 3) se soulève de son siège (phase palier) Par l'orifice du gicleur ( 10) du clapet ( 3), il va régner dans la chambre du ressort et sur la face inférieure du piston mobile ( 12) une pression résiduelle suffisante (pression de la branche du moteur moins (- ) perte de la charge créée par le gicleur), qui va déplacer le piston mobile Lorsque le piston ( 12) aura fini sa course (piston en butée sur le chapeau), on passe d'une phase dynamique à une phase statique; il n'existe plus de perte de charge à travers l'orifice calibré ( 10) du clapet pointeau ( 3). Ainsi, la pression de la branche du moteur ( 2) s'établit à la fois sur Ai et A 2, donc agit sur la section différentielle (Ai A 2). Le temps qu'aura mis le piston pour faire sa course déterminera le temps TO égal à la durée du palier Po Il est à noter que le volume d'huile qu'évacue le piston mobile ( 12) va directement dans l'autre branche du moteur ( 2) ce qui, cumulé au fait que l'on a un palier, diminue les risques de cavitation du moteur hydraulique. La pression s'exerçant sur la section différentielle (A 1-A 2) pourra éventuellement refermer le clapet pointeau jusqu'à ce que cette force vainque l'effort de la force de tarage du ressort ( 7). En conséquence, l'à-coup (overshoot) est amorti car le point de départ de la soupape n'est plus, comme pour une soupape classique de O à Po mais de Po (valeur du palier) à Po. n La chambre d'évacuation du piston mobile est reliée à la branche opposée du moteur à protéger ( 2) Ainsi, au repos, le piston de chaque soupape est en position basse (course nulle). Un tel ensemble peut être utilisé avec succès pour contrôler la rotation d'une tourelle et aura les dimensions suivantes si l'on considère qu'il convient d'avoir un débit de trente litres/minute et une pression de tarage du moteur hydraulique de 250 bars. Diamètre du siège: 61 = 5,3 mm soit Ai = 22,06 mm 2 Diamètre de la partie cylindrique: O É = 4 mm soit A 2 = 10,99 mm 2 A 2 = 0,5, ce qui donne un palier intermédiaire à 125 bars. Ai Piston diamètre 10,3 mm course 19,5 mm soit un volume de 1, 62 cm 3 Le temps de palier sera alors: To = 0,3 seconde. 1,62 cm 3 en 0,3 S entraîne un débit de: 1,62 x 60 = 0,3241/mn 0,3 x 1000 Ce débit doit être calibré par le gicleur d'entrée du clapet pointeau qui aura un diamètre de 0,25 mm. Un tel ensemble de conception particulièrement simple donne entière satisfaction. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit précédemment, mais elle en couvre toutes les variantes réalisées dans le même esprit. Ainsi, s'il est avantageux de réaliser une soupape conforme à l'invention dont tous les éléments sont en ligne et intégrés dans une cartouche comme cela est illustré, on pourra également envisager de concevoir d'autres types de réalisation, par exemple d'avoir des ensembles o le piston mobile est soit intérieur à la cartouche, soit annulaire et coulisse à l'extérieur. REVENDICATIONS 1/ Procédé permettant la mise en mouvement ou l'arrêt du moteur hydraulique entraînant un ensemble présentant une grande inertie qui consiste, à disposer sur le circuit de pression alimentant le moteur ( 2), une soupape permettant de limiter la pression de chaque branche à un niveau de pression prédéterminé, caractérisé en ce que ladite soupape est conçue pour que la variation de pression à l'intérieur dudit moteur ( 2) entre une pression Po et une pression prédéterminée correspondant à la valeur à ne pas dépasser, est réalisée en deux phases distinctes séparées l'une de l'autre par un palier à une pression intermédiaire entre les valeurs précitées. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la durée des phases de montée en pression et celle du palier intermédiaire sont équivalentes. 3/ Dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 et 2, constitué essentiellement par une soupape montée sur chaque circuit de pression alimentant le moteur ( 2) pour qu'il tourne soit dans un sens soit dans l'autre, ladite soupape comprenant un clapet pointeau ( 3) coulissant à l'intérieur d'une chambre à l'intérieur de laquelle débouche le conduit ( 5) de raccordement au circuit de pression et qui est maintenu en appui sur le siège par l'intermédiaire d'un ressort taré ( 7) guidé par des coupelles-guides ( 8), l'ensemble étant associé à un système de réglage, ladite soupape étant caractérisée en ce que: le clapet pointeau ( 3) est percé sur sa longueur d'un conduit calibré ( 10) (gicleur) et comporte une section cylindrique (A 2) inférieure à la section (Ai) du siège ( 6) d'appui du clapet pointeau ( 3); il un piston mobile ( 12) étant disposé à l'intérieur d'une chambre, concentrique à celle à l'intérieur de laquelle est disposé le ressort taré ( 7), de l'autre côté de ce dernier par rapport à la face agissant sur le clapet pointeau ( 3), un gicleur ( 14) débouchant dans ladite chambre et contrôlant le volume d'huile évacué par le dit piston mobile.