Brevet FR2715444A1 — publié le 19950728

Perfectionnement aux dispositifs à patins glissants de machine, notamment de pompes et moteurs hydrauliques. La présente invention a trait à un perfectionnement aux dispositifs à patins des machines telles que pompes et moteurs hydrauliques et notamment à un perfectionnement améliorant les conditions de frottement de ces patins. L'invention est notamment relative aux glissières qui comprennent un premier élément muni d'une surface d'appui, un deuxième élément, tel que par exemple un plateau incliné de pompe ou de moteur hydraulique, muni d'une surface conjuguée, c'est-à-dire d'une surface dont la forme est conjuguée de celle de la surface d'appui du premier élément, les deux éléments étant mobiles l'un par rapport à l'autre, en étant sollicités par des forces tendant à maintenir la surface conjuguée au contact avec la surface d'appui du premier élément, et des moyens propres à introduire de l'huile ou autre fluide peu déformable sous pression dans au moins une poche ménagée dans la surface conjuguée du premier élément, l'ensemble étant tel que le fluide ainsi introduite maintienne les deux surfaces écartées l'une de l'autre en s'échappant de la poche par le jeu ainsi établi entre ces deux surfaces. L'invention est particulièrement utile aux dispositifs dans lesquels le mouvement relatif est un mouvement alternatif ou intermittent de rotation et/ou de translation. Il est classique de prévoir, dans la surface d'un élément tel qu'un patin destiné à glisser sur un autre élément, tel qu'une glissière, au moins un évidement ou poche de faible profondeur dans lequel débouche un passage, tel que par exemple un pergage ou une canalisation, susceptible d'amener du fluide dans le volume ainsi créé pour établir dans ce volume une pression de fluide supérieure à la pression de fluide pouvant exister à l'extérieur du patin, sur la glissière, de façon à assurer en permanence une lubrification de la surface de glissement du patin. Ce même principe est d'ailleurs repris dans les paliers tournants. La ou les poches prévues dans la surface de glissement du patin sont alimentées en fluide sous pression à travers une canalisation ou un perçage situé dans le patin et débouchant dans la poche. Le diamètre de cette canalisation doit présenter un diamètre d'autant plus petit que la pression d'alimentation en fluide est élevée. Le soulèvement du patin sous l'effet de la pression de fluide augmente le jeu entre le patin et la surface correspondante de la glissière, ce qui permet au fluide de s'échapper, et diminue la pression dans l'évidement de sorte que l'on comprend que le dispositif est auto-équilibré. Lorsque des pressions de fluide assez élevées sont en jeu, l'étranglement par lequel le fluide est amenée à l'évidement du patin doit être de très petit diamètre, ce qui pose rapidement des problèmes d'obturation par les impuretés contenues dans le fluide, et nécessite l'utilisation de moyens complexes de filtration. Pour remédier à cet inconvénient, le déposant a déjà, dans le brevet FRA-2 567 219, décrit un dispositif de glissière dans lequel les moyens propres à introduire le fluide sous pression dans l'évidement ou poche principale comprennent au moins une poche auxiliaire ménagée, comme la poche principale, dans la surface d'appui de l'élément, tel que le patin, mais située à l'opposé de cette poche principale par rapport à la direction générale des efforts développés lors du mouvement relatif des deux éléments, cette poche auxiliaire étant reliée, en amont, à une source de fluide sous pression et, en aval, par l'intermédiaire du jeu entre le bord de cette poche auxiliaire et la surface conjuguée du deuxième élément, à la poche principale, la surface de la poche auxilaire étant nettement plus petite que celle de la poche principale. Dans l'application propre aux patins la poche principale peut être, par exemple, disposée au centre de la surface de glissement du patin et une poche auxiliaire située vers la périphérie de la surface de glissement de façon à éviter un grippage par basculement du patin. Cependant, dans les réalisations classiques des patins, aussi bien que dans le perfectionnement précité, le dispositif fonctionne mal au démarrage ou à l'inversion du mouvement, dans le cas d'un mouvement alternatif. La présente invention a pour objectif de fournir un dispositif de lubrification d'un organe glissant, tel qu'un patin ou un pignon glissant dans une cavité, qui améliore le rendement du patin et diminue l'usure. L'invention a également pour objectif d'augmenter fortement le couple de démarrage dans le cadre des patins d'un moteur, ou de diminuer le couple résistant au démarrage dans le cas d'un patin entrainé. Un autre objectif, encore, de l'invention est de fournir un tel dispositif dans lequel le rendement, en cas de fonctionnement alternatif du dispositif, se trouve notablement augmenté, l'usure diminuée et la résistance ou le couple nécessaire au changement de direction amoindris. Un autre objectif, encore, est de fournir un dispositif de lubrification assurant simultanément une fonction de sustentation, avec les avantages précités de l'invention. L'invention a pour objet un dispositif tel qu'un dispositif à patins glissants de machine comprenant un premier élément, tel que par exemple un patin, muni d'une surface d'appui, un deuxième élément, tel que par exemple une glissière ou un plateau, muni d'une surface conjuguée, c'est-à-dire d'une surface dont la forme est conjuguée de celle de la surface d'appui du premier élément, les deux éléments étant mobiles l'un par rapport à l'autre et soumis à des sollicitations par des forces tendant à maintenir les deux surfaces en contact l'une de l'autre, et comprenant des moyens propres à introduire un fluide sous pression dans au moins une poche ménagée dans la surface d'appui dudit premier élément, l'ensemble étant tel que le fluide ainsi introduit maintienne les deux susdites surfaces écartées l'une de l'autre en s'échappant de la poche par le jeu ainsi établi entre lesdites deux surfaces, et dans lequel ledit premier élément est repoussé vers ledit second élément par l'intermédiaire d'une face soumise à une pression d'utilisation du liquide hydraulique, dont une partie est adressée à ladite poche par l'intermédiaire de moyens de communication, tels qu'une canalisation, permettant une transmission de la pression entre la face soumise à ladite pression d'utilisation et ladite poche, caractérisé en ce que ladite poche présente une surface active supérieure à celle de la surface soumise à la pression d'utilisation du liquide hydraulique. Du fait des possibilités de fuites périphériques accrues lesdits moyens de communication doivent comporter une section de passage suffisamment faible pour assurer une diminution suffisante de la pression, en cours de déplacement du patin, pour assurer l'équilibre. La section de passage peut être établie pour assurer une chute de pression, par exemple de l'ordre de 10 ou 20 %. Par surface active de la poche on peut entendre, dans une forme de réalisation simplifiée, la surface intégrale d'un évidement, de forme quelconque, constituant la poche. Cependant une partie de la surface active de la poche peut également être constituée par une partie de la surface de glissement, sans que l'on ait procédé à un usinage de cette partie de surface, en fonction, d'une part, de l'état des surfaces conjuguées, qui laisse au liquide hydraulique situé dans une partie dite centrale de poche la possibilité de s'échapper sur une certaine distance entre les deux surfaces conjuguées tout en restant sensible à la pression dans la partie centrale de poche. Ainsi la surface active peut être constituée, par exemple, par une série de canaux en communication directe avec l'arrivée d'huile dans la poche, canaux dont la surface totale ouverte sur la surface conjuguée du second élément est inférieure à la surface de la face soumise à la pression d'utilisation, mais qui dessert, par fuite, une surface supplémentaire le long des bords desdits canaux telle que la force résultant, en l'absence de soulèvement du premier élément par rapport à la surface conjuguée du second, de la pression du liquide dans la zone centrale o débouche le liquide dans la poche, est supérieure à la force agissant sur la surface normalement soumise à la pression d'utilisation, lorsque la pression d'utilisation et la pression dans la poche sont sensiblement égales. Dans une forme de réalisation avantageuse, applicable par exemple au cas d'un moteur ou d'une pompe à pistons et patins, dans lequel une pluralité de pistons parallèles portent un patin à une extrémité, et présentent, à une autre extrémité, une face soumise à une pression hydraulique d'utilisation dans une chambre, lesdits patins étant destinés à glisser sur une surface conjuguée inclinée par rapport à la direction de déplacement desdits pistons, on peut prévoir une première gorge périphérique située dans la surface latérale du piston, à une distance relativement faible de ladite face de piston soumise à la pression d'utilisation, un tronçon de canalisation reliant, sans étranglement, ladite première gorge à ladite poche, et une seconde gorge, pratiquée dans la même surface, et éloignée de ladite première gorge, de l'autre côté par rapport à celui présentant la face de piston, en étant reliée sans étranglement, par un tronçon de canalisation, à ladite surface de piston, pour être en communication directe avec le liquide dans ladite chambre. Dans une telle réalisation, l'étranglement s'effectue par le fait que le liquide hydraulique, pour passer de la chambre à la poche, est contraint de s'écouler soit entre la surface de piston et la première gorge, soit entre la deuxième gorge et la première gorge, et ce, suivant le sens de déplacement du piston. On obtient ainsi un étranglement de la communication qui peut être facilement ajusté à la valeur nécessaire pour obtenir la chute de pression voulue et qui est autonettoyant et ne rique donc pas d'être bouché par des impuretés malgré le très faible débit requis. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaitront à la lecture de la description suivante, faite à titre d'exemple non limitatif, et se référant au dessin annexé dans lequel: - la figure 1 représente une vue schématique d'un moteur hydraulique à patins en coupe axiale faisant apparaitre l'un des pistons et patins; - la figure 2 représente une vue en section d'un patin selon une autre forme de réalisation; - la figure 3 représente une vue de dessous de ce patin; - la figure 4 représente une vue en section d'un patin selon une autre forme de réalisation; - la figure 5 représente une vue de dessous de ce patin. Le moteur représenté sur la figure 1 est, dans sa conception d'ensemble, tout à fait classique. Il comprend un axe rotatif 1 traversant une plaque 2 plane fixe et inclinée par rapport à l'axe 1. La surface 3 de cette plaque forme la surface conjuguée du second élément. Dans un ensemble rotatif 4, claveté sur l'axe 1, se trouvent disposés, angulairement répartis autour de l'axe 1, une pluralité de cylindres 5 parallèles à l'axe 1 et se terminant chacun par une chambre 6 reliée, d'une façon en soi connu, à des moyens d'alimentation en liquide hydraulique sous pression provenant, par exemple, d'une pompe. Dans chaque cylindre 5 peut coulisser un piston 7 présentant, du côté de la chambre 6, une face 8 soumise à la pression de l'huile dans la chambre 6, c'est-à-dire à la pression dite d'utilisation. L'autre extrémité du piston 7 présente une rotule 9, autour de laquelle peut tourner un patin 10, dont la face opposée 11 forme la face d'appui de glissement du premier élément, à savoir le patin. La face 11 est destinée à glisser sur le plateau 2 dont l'inclinaison provoque la mise en rotation, d'une façon tout à fait classique, du moteur lorsque les chambres 6 sont alimentées en huile sous pression selon un cycle adéquat. La face 11 du patin, circulaire, comporte une partie centrale 12 dont le diamètre D est supérieur au diamètre d du piston 7. Par exemple pour un piston de 19 cm de diamètre le diamètre D peut être de 19,5 cm. Cette zone centrale de diamètre D est considérée comme étant la "poche". Dans la partie centrale 13 de cette poche 12 débouche un passage 14 interne au patin et agencé de façon à être, quelle que soit la position angulaire du patin par rapport au piston 7 autour de la rotule 9, en communication constante avec un tronçon de canalisation 15 disposé axialement dans le cylindre et se poursuivant par un coude 16 débouchant dans une gorge périphérique 7, à une distance e du bord de la face 8 du piston. A une distance f, de l'autre côté de la gorge 17 se trouve pratiquée une seconde gorge 18 qui est reliée, par un second tronçon de canalisation 19, directement à la chambre 6 en débouchant dans la face 8 du piston. De cette façon le liquide hydraulique, tel que de l'huile, situé dans la chambre 6, lorsque la pression augmente pour repousser le piston vers la droite de la figure, peut, par une fuite calibrée résultant du jeu diamétral entre le piston et la chambre et de la longueur des distances e ou f, parvenir dans la gorge 17 et de là aller directement, par la canalisation 15, 16 puis 14, dans la partie centrale 13 de la poche 12. A l'état statique on comprend que la pression dans la partie centrale de poche 13 est sensiblement égale à la pression dans la chambre 6. Du fait que le diamètre D de la poche 12 est supérieur au diamètre d du piston, on comprend que, lorsque les pressions dans la poche 12 et dans la chambre 6 sont sensiblement égales, le patin 10 va se soulever, jusqu'à ce qu'en raison des fuites entre patin 10 et surface 3 du plateau 2, la diminution de pression dans la poche, créée par la fuite calibrée résultant du jeu diamétral, rétablisse l'équilibre, le patin étant alors dans une position légèrement soulevée. En conséquence, par exemple dans le cas du fonctionnement du dispositif en mode de moteur hydraulique, lorsque l'on admet la pression motrice dans la chambre 6, ce qui tend à repousser le cylindre 7 vers la droite en direction du plateau 3, la pression dans la poche 12 devient rapidement égale à la pression dans la chambre 6 et le patin se décolle de la surface conjuguée 3. En conséquence dès le démarrage du moteur le patin est soulevé et la résistance de frottement entre sa face inférieure 11 et la surface conjuguée 3 est très réduite. En conséquence le couple moteur est immédiatement disponible à une valeur élevée. Ensuite, une fois le mouvement amorcé, l'écartement entre la surface inférieure 11 du patin et la surface conjuguée 3 du plateau 2 est autorégulé en fonction des fuites et des variations de pression, d'une façon tout à fait classique. En effet la diminution du jeu provoque une augmentation temporaire de la pression dans la poche qui s'oppose à cette diminution alors qu'une augmentation du jeu, provoquant une fuite supplémentaire, diminue la pression dans la poche ce qui s'oppose à l'écartement. On se réfère maintenant aux figures 2 et 3. Dans cette forme de réalisation la poche 12 est constituée d'une creusure de faible importance, par exemple de 0,3 mm de profondeur sur un diamètre D légèrement supérieur au diamètre d du piston. On a cependant intérêt, pour un fonctionnement aussi rapide que possible du dispositif, c'est-à-dire pour un décollement immédiat au démarrage ou au changement de direction du patin, à avoir un volume hydraulique aussi faible que possible compte tenu de l'élasticité, inévitable, du liquide hydraulique. On a représenté sur les figures 4 et 5 une poche 12 constituée d'une série de gorges circulaires 12a, 12b, concentriques à une partie centrale 13, constituée d'une creusure de petit diamètre. Des canaux radiaux, représentés sur la figure 5 permettent la communication directe des rainures 12a, 12b et de la partie centrale 13. Dans cette forme de réalisation, des parties lia, 11b de la surface de patin 11 se trouvent donc conservées. La surface totale des évidements 13, 12a, 12b est inférieure à la surface du piston 7 de diamètre d, c'est-à-dire à la surface active de la face 8. Cependant, compte tenu des imperfections de surface dues à l'usinage, l'huile sous pression qui est amenée spontanément dans les parties évidées 12a, 12b, 13 de la poche 12, s'infiltre, depuis les bords de ces évidements, entre les surfaces en contact du patin et de la glissière conjuguée. Une pression d'huile est donc encore présente sur une certaine distance à partir des bords des évidements, cette pression décroissant, bien entendu, au fur et à mesure que l'on s'éloigne du bord. Il en résulte qu'une pression importante, quoique inférieure à la pression régnant dans les évidements, est présente sous les parties de surface lia, llb ainsi que sous une partie de la surface périphérique 11. La géométrie des évidements 12a, 12b et 13 est conçue pour que la résultante des forces développées, sous les évidements et sous les parties encore alimentées en huile par les évidements, soit supérieure à la force excercée par la pression d'huile dans la chambre 6 sur la face 8 du piston, de sorte que le patin se décolle légèrement de la surface conjuguée dès le démarrage, ou reste décollé pendant les changements de sens en cas de fonctionnement alternatif du patin. Bien entendu de nombreuses autres géométries de poche sont possibles, par exemple à l'aide de gorges ou rainures plus ou moins nombreuses et plus ou moins larges, disposées de façon concentrique ou de façon radiale ou selon toute autre configuration, ou encore en fonction d'états de surface du patin. Par ailleurs on comprend que la surface du patin peut encore comprendre des poches auxiliaires agencées comme dans le brevet français FR-A-2 567 219 pour s'opposer à un basculement du patin et à des risques de frottement résultant de tels basculements, la surface des poches auxiliaires pouvant alors faire partie de la surface totale active telle que définie dans l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif à patins glissants de machine, et notamment de pompes ou moteurs hydrauliques, comprenant un premier élément, tel qu'un patin (10), muni d'une surface d'appui (11), un deuxième élément, tel qu'une glissière ou plateau (2), muni d'une surface conjuguée (3), lesdits deux éléments étant mobiles l'un par rapport à l'autre et soumis à des sollicitations par des forces tendant à maintenir les deux surfaces en contact l'une de l'autre, et comprenant des moyens propres à introduire un fluide hydraulique sous pression dans au moins une poche (12) ménagée dans la surface d'appui (11) dudit premier élément (10), l'ensemble étant tel que le fluide ainsi introduit maintienne les deux surfaces écartées l'une de l'autre en s'échappant de la poche par le jeu ainsi établi entre lesdites deux surfaces, et dans lequel ledit premier élément (10) est repoussé vers ledit second élément (2) par l'intermédiaire d'une face (8) soumise à une pression d'utilisation du liquide hydraulique, dont une partie est adressée à ladite poche par l'intermédiaire de moyens de communication (14- 19) permettant une transmission de la pression entre la face (8) soumise à ladite pression d'utilisation et ladite poche (12), caractérisé en ce que ladite poche (12) présente une surface active supérieure à celle de la surface de ladite face (8) soumise à la pression d'utilisation du liquide hydraulique. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite poche est sensiblement constituée d'un évidement (12) dont la surface est supérieure à celle de ladite face active. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite poche est constituée d'évidements (12a, 12b, 13) dont la surface ouverte sur ladite surface conjuguée (3) est inférieure à la surface de ladite face sensible à la pression d'utilisation (8), mais desservant des parties adjacentes de surfaces d'appui (11) soumises à une infiltration d'huile en provenance desdits évidements, telle que la résultante de forces développées sur le patin par l'huile située dans la poche, soit supérieure à la force développée par le liquide à la pression d'utilisation sur ladite face (8). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits évidements comportent des gorges concentriques (12a, 12b). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit premier élément est un patin articulé sur une rotule (9) d'un piston (7) de machine se déplaçant dans une chambre (5) et dont une face (8) est soumise à la pression d'utilisation du liquide hydraulique. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens de communication (14-19) comportent deux gorges (17, 18) disposées sur la surface cylindrique du piston, à une certaine distance de ladite face (8) soumise à la pression d'utilisation et situées en communication respectivement avec ladite poche et ladite face (8) de façon que le jeu, au niveau desdites gorges, entre le cylindre et le piston, forme un étranglement dans la communication. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ladite poche incorpore une ou des poches auxiliaires agencées, par rapport à une partie principale de poche, de façon à s'opposer à un basculement du premier élément par rapport au second élément. 8. Machines à patins et glissières, telle que moteurs ou pompes hydrauliques, caractérisée en ce qu'elles comportent un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.