Brevet FR2759122A1 — publié le 19980807

La présente invention concerne un vérin à puissance et vitesse variables. L'équipement agricole ou de travaux publics tel que des chargeurs, etc., utilise des vérins hydrauliques alimentés à partir du circuit hydraulique du tracteur. Toutefois, du fait de leur montage souvent déséquilibré ou des porte-à-faux importants, ces types d'outils ou de porteoutils ont la caractéristique de nécessiter une puissance importante au début de leur course. Cette demande de puissance sollicite fortement le moteur de l'engin qui peine à ce moment. En revanche, contre, lorsque la course de l'outil ou du porte-outil a démarré, l'élément fonctionnel important est en général la vitesse du mouvement. Suivant la nature de l'outil, son montage et le travail qu'il doit effectuer, ce besoin de puissance existe au déploiement ou à la rétraction du vérin. Or, les vérins équipant actuellement de tels outils, porte-outils ou engins sont des vérins à vitesse et puissance constantes pour une alimentation constante en fluide hydraulique. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et se propose de créer un vérin, offrant une forte puissance au début de sa course et une vitesse non uniforme. A cet effet, l'invention concerne un vérin du type défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comprend - deux pistons logés dans des cylindres, un piston de vitesse long et un piston de puissance court, - soumis simultanément à l'action du même fluide hydraulique, à la même pression, - le piston de vitesse ayant une tige munie d'une tête à son extrémité à l'extérieur du cylindre et une butée à son ex trémité dans le cylindre, - le piston de puissance coulissant sur la tige du piston de vitesse, ce piston de puissance ayant une forme de manchon de longueur correspondant à la phase initiale de travail en puissance du vérin, avec une butée à l'arrière pour sa fin de course dans son cylindre et une butée à l'avant pour s'appuyer en phase initiale contre la tête de la tige du piston de vitesse et la pousser. Le vérin selon l'invention fournit au démarrage, pendant une première phase et pour une course choisie en fonction de la longueur utile du piston de puissance, une puissance importante à vitesse faible puis, après cette première phase, au cours d'une phase suivante, le vérin travaille à puissance moindre mais à vitesse plus importante. Cela permet aux outils et porte-outils d'une course de déploiement ou de rétraction, notamment par exemple au début du soulèvement d'une charge ou de l'exécution d'une opération, de disposer de plus de puissance que pendant le restant de la course utile du vérin. Un tel vérin peut également s'utiliser comme vé- rin de puissance, lorsqu'il ne travaille que sur la course correspondant à la forte puissance et à la vitesse de fonctionnement réduite. Cela peut être très utile pour certains travaux, par exemple lorsqu'il s'agit simplement de décoller du sol une charge sans la lever de manière importante puisque cette charge doit seulement être déplacée. La commande du déploiement du vérin se fait par action du fluide hydraulique sur les faces homologues des pistons ; le mouvement de retrait peut se faire naturellement sous l'effet d'une charge ou d'un effort extérieur agissant sur l'outil actionné par le vérin, le circuit du liquide hydraulique de déploiement étant ouvert. Le retrait peut également se faire en commandant les autres faces homologues des vérins. De nombreux exemples d'applications existent. Suivant une caractéristique particulièrement intéressante dans le cas d'un vérin à simple effet, le piston de vitesse et le piston de puissance sont logés dans un même cylindre avec une alimentation commune en fluide hydraulique de la chambre commune aux deux pistons. La réunion des deux pistons dans un seul cylindre simplifie considérablement la réalisation et la rend particu lièrement simple et robuste pour une utilisation dans des conditions de travail brutales. Suivant d'autres caractéristiques intéressantes - une butée à l'arrière de la tige du piston forme en même temps un guide du piston dans le cylindre - au moins un autre manchon est interposé entre le manchon (premier manchon) et la tige, ce manchon ayant une section utile comprise entre celle du premier manchon et celle de la tige, une longueur supérieure à celle du premier man chon, une butée à l'arrière pour coopérer avec la butée du cylindre par l'intermédiaire de la butée du premier man chon, une butée à l'avant pour pousser contre la tête de la tige en relève du premier manchon - le manchon comporte un congé à la jonction de son alésage et de sa butée. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans lesquels - la figure 1 montre un premier mode de réalisation d'un vérin selon l'invention en position rétractée, en coupe partielle, - la figure 2 montre schématiquement en coupe le vérin de la figure 1 à la fin de la phase de puissance, - les figures 3A, 3B, 3C montrent le vérin dans différents états, - la figure 4 montre une vue en coupe schématique d'un vérin à double effet. Pour simplifier l'exposé de l'invention, la description concernera d'abord le mode de réalisation du vérin à simple effet. La description du second mode de réalisation, le vérin à double effet, en découlera de manière très simple. Selon la figure 1, un vérin à simple effet fonctionnant suivant une phase de puissance et une phase de vitesse se compose d'un cylindre 1 muni d'une alimentation 2 en fluide hydraulique. Ce cylindre est terminé à une extrémité par un bloc de montage 3 avec par exemple un perçage 31 pour un montage articulé sur une partie de machine non représentée. Ce vérin reçoit dans sa chambre 11 deux pistons, un piston à course longue ou piston de vitesse et un piston à faible course ou piston de puissance. Le piston long comprend une tige 4 cylindrique, terminée à l'extérieur du cylindre par une tête de montage 41 munie d'un oeillet 411, et à l'intérieur du cylindre par une pièce 42, servant au guidage de l'extrémité de la tige dans le cylindre 1 ainsi que de butée de fin de course du vérin. Le piston de puissance est un manchon 5 entourant la tige 4 et recevant celle-ci en coulissement dans son alésage 51. Ce manchon a une section utile supérieure à celle de la tige 4. Cela signifie que la surface de la section du manchon 5 en forme de couronne circulaire guidée dans le passage 12 du cylindre 1, a une surface supérieure à la section de la tige 4. Le manchon 5 est monté coulissant sur la tige 4 par son alésage 51 ; il se termine à son extrémité avant par une butée 52 destinée à venir s'appuyer contre la tête 41 du piston et à l'arrière par une butée de fin de course 53 destinée à venir contre une butée 13 délimitant vers l'avant, la chambre 11 du cylindre 1. Le manchon 5 a une longueur utile (A = t1 + 2) comprise entre sa butée 53 et la butée 13 du cylindre 1 lorsque le manchon 5 est dans sa position rétractée, sa butée avant 52 étant appliquée contre la tête 41 et la tige 4 étant elle-même en position complètement rétractée cette cette longueur de course A correspond à la course de puissance voulue pour le vérin, pour sa première phase de mouvement. La course utile de la tige 4 est égale à la distance B sensiblement comprise entre la pièce 42 et la butée 53 du manchon 5 lorsque celui-ci est en appui contre la tête 41. La pièce 42 formant guide de la tige 4 de même que la butée 53 du manchon 5 ne réalisent pas de séparation étanche de la chambre 11 du cylindre 1. Cela est schématisé par la présence de perçages 421 dans la pièce 42 ; des perçages analogues pourraient être prévus dans la butée du manchon 53 mais seraient moins justifiés ou moins nécessaires à cause des quantités de fluide beaucoup moindre qui traversent ou contournent la butée 53. Ainsi, le fluide hydraulique peut contourner librement ces deux organes et il règne la même pression à tout endroit de la chambre 11. Selon la figure 2 montrant l'extrémité supérieure du manchon 5 et sa butée 52, on remarque le congé 521 à la jonction de la butée 52 et de l'alésage 51 pour éviter que le matage de la surface de butée contre la surface d'appui 412 de la tête 4 ne grippe le manchon 5 sur la tige 4. Le vérin selon l'invention comporte différents moyens d'étanchéité tels que des joints prévus, d'une part entre le manchon et la portée du cylindre et, d'autre part, entre le manchon et la tige 4. Le vérin à simple effet décrit ci-dessus fonctionne de la manière suivante selon les figures 3A, 3B, 3C Initialement on suppose que le vérin est dans la position représentée à la figure 3A La tige 4 du piston de vitesse est en position de fin de course, la pièce 42 étant appuyée contre le fond de la chambre 11 du cylindre 1. Le manchon 5 du piston de puissance a également été rappelé dans sa position enfoncée (cette course est limitée pour le manchon 5 par un moyen non repré- senté). La première phase de mouvement du vérin peut commencer à partir de cette position. Du fluide sous pression est fourni par l'ajutage 2 à partir d'un circuit hydraulique non représenté à la chambre 11 ; il agit sur la surface utile du piston 4 et sur celle du manchon 5 qui fonctionnent tous deux comme des pistons plongeurs : ils ne divisent pas le cylindre 1 en une chambre active et une chambre passive mais ils agissent par leur volume ou plus précisément par la partie de leur volume en saillie dans la chambre 11 et que le liquide hydraulique cherche à expulser de cette chambre. Comme la surface utile du manchon 5 est plus grande que celle de la tige 4, le manchon 5 est poussé de manière prioritaire. Il pousse par sa butée 52 contre la portée 412 de la tête 41 solidaire de la tige 4 et déplace la tête 41. En fait, au cours de ce mouvement, le manchon 5 et la tige 4 se déplacent simultanément et la force exercée par la tête 41 sur l'organe de machine auquel elle est rattachée est le produit de la pression du fluide hydraulique par la surface utile totale c'est-à-dire la somme de la surface utile du manchon 5 et celle de la tige 4. Comme le volume de la tige 4 du piston et du manchon 5 est plus grand que celui de la tige 4 seule, le débit du fluide hydraulique sous pression est sensiblement constant, la tête 41 se déplace à une vitesse relativement lente. Cette première phase de mouvement se termine lorsque la butée 53 à l'arrière du manchon 5 vient contre la butée 13 du cylindre 1. La fin de la première phase correspond à la position représentée à la figure 3B. A partir de ce moment, l'alimentation en fluide hydraulique se poursuivant, la pression ne peut plus agir que sur la surface utile de la tige 4. La force transmise à la tête 41 est alors le produit de la pression multipliée par la surface utile de la seule tige 4. Mais comme cette surface utile est plus faible que la surface utile totale, pour un débit constant de fluide hydraulique, la tige 4 et par suite la tête 41 se déplacent au cours de cette seconde phase à une vitesse supérieure à celle de la première phase. Cette phase est représentée à la figure 3C. Le mouvement de rétraction du vérin à simple effet se produit par exemple sous l'effet de la charge de l'outil équipé de ce vérin ou par la commande d'un vérin auxiliaire, l'ajutage d'alimentation 2 de la chambre 11 du vérin étant relié au retour de liquide hydraulique, sans pression. Le vérin n'offre alors qu'une résistance très faible correspondant à la perte de charge du liquide hydraulique à sa sortie de la chambre 11 ainsi qu'aux différents frottements entre le manchon et le cylindre ainsi que la tige 4 et le manchon. Le mouvement de rétraction du vérin à simple effet se fait dans l'ordre inverse de celui du déploiement décrit à l'aide des figures 3A-3C. Le principe de construction d'un vérin décrit cidessus peut se développer et se réaliser avec plusieurs manchons engagés télescopiquement les uns dans les autres et l'ensemble étant porté par la tige 4. Dans ce cas, les manchons intermédiaires entre le manchon 5 dit premier manchon et la tige 4 auront des sections utiles intermédiaires décroissantes entre celle du manchon 5 et celle de la tige 4 ; leurs longueurs seront croissantes et elles se termineront toutes par une butée pour leur permettre de s'appuyer en fin de course contre la butée 13 du cylindre 1 par interposition de la butée des manchons précédents. A la figure 4, le second mode de réalisation d'un vérin selon l'invention est un vérin à double effet fonctionnant suivant une phase de puissance et une phase de vitesse pour le mouvement de déploiement. Ce vérin se compose d'un cylindre 101 logeant un premier piston ou piston de vitesse 104 muni d'une tige 142 et d'un second cylindre 161 logeant un second piston ou piston de puissance 105 muni d'un manchon 153. La chambre 111 du cylindre 101 est subdivisée en deux parties par le piston 104 ; la chambre 113 du cylindre 161 est subdivisée en deux parties par le piston 105. La tige 142 du piston 104 porte à son extrémité extérieure une tête 141 munie d'un oeillet 1411. Le cylindre 101 est muni, à son extrémité opposée à celle de la tête 141 de la tige 142, d'un bloc de montage 3 muni d'un perçage 131 pour son montage articulé comme pour le premier vérin déjà décrit. Le piston 104 et le cylindre 101 constituent la partie de vitesse ou piston à course longue et le piston 105 avec son manchon 153 et le cylindre 161 constituent le piston court ou piston de puissance. La paroi 106 délimitant le cylindre 101 constitue une butée de fin de course pour le piston 104. Cette paroi 106 délimite le cylindre 161 du piston de puissance 105 et constitue également une butée de fin de course. L'autre butée de fin de course du piston 105 est constituée par l'extrémité supérieure 114 du cylindre 161. Le piston 104 est guidé de manière étanche dans le cylindre 101 ; le piston 105 est guidé de manière étanche dans le cylindre 161. L'extrémité 152 du manchon 153 du piston de puissance 105 s'appuie contre la tête 141 pour la pousser au début de la course de déploiement du vérin lorsque le vérin fonctionne dans sa phase de puissance. L'alimentation hydraulique du vérin est assurée pour le déploiement, à partir de la conduite 102 qui se subdivise en deux conduite 102A, 102B, à perte de charge négligeable, de manière à alimenter la base du cylindre 101 ou chambre inférieure et la base du cylindre 161 ou chambre inférieure, avec le fluide hydraulique. Ces chambres se trouveront alors à la même pression hydraulique. Cette alimentation par la conduite 102 produit le déploiement du vérin. Ce déploiement commence par la phase de puissance au cours de laquelle le piston 105 se déplace en même temps que le piston 104. A la fin de la course du piston 105, le piston 104 continue à se déplacer seul. Si l'on suppose une alimentation régulière en fluide hydraulique sous pression, le mouvement du piston 104 seul sera plus rapide dans la seconde phase de commande que dans la première phase lorsque le piston 104 se déplace en même temps que le piston 105. Le rapport des forces exercées par le vérin sur la tête 141 et l'outil porté par cette tête est dans la proportion des surfaces actives des pistons 104, 105. Au cours de la première phase de mouvement du vérin, cette force est égale à la surface de la section de la tige 142 et de la surface du piston 105 (sous la forme d'une couronne). Lorsque le piston 105 est en butée de fin de course de déploiement, la force est celle correspondant à la surface du piston 104. Le mouvement de retrait du vérin se commande à partir de la conduite d'alimentation 162 qui se subdivise en une conduite 162A alimentant la chambre supérieure au-dessus du piston 104 dans le cylindre 101 et la chambre supérieure du cylindre 161 au-dessus du piston 105. Si l'on suppose que le vérin était suffisamment déployé pour que même le piston 105 en fin de course, la première partie du mouvement de retrait est un mouvement de puissance puisque la force de retrait appliquée par le vérin sur la tête 161 est égale à la force de la surface du piston 105 dans la chambre 161 et de la surface de la section de la tige 142. Lorsque le piston 105 est en position de fin de course en butée contre la cloison 106, seul le piston 104 continue son mouvement. A ce moment, la force de retrait exercée par ce piston sur la tête 141 est égale à la surface du piston 104 à l'intérieur de la chambre 111, du côté de la tige 142 (c'est-à-dire que cette surface est diminuée de celle de la tige 142). Le mouvement de puissance au début de la phase de retrait est très intéressant. En effet, quelle que fût l'importance du mouvement de déploiement du vérin, le vérin de puissance 105 se sera soulevé. Cela signifie que pour le retrait, le vérin 105 n'est initialement jamais en position de fin de course contre la cloison 106. Le mouvement de retrait du vérin commence toujours par un mouvement de puissance, c'est-à-dire un mouvement lent et ne se poursuivra par un mouvement rapide que lorsque le piston 105 sera venu en butée, puisqu'alors seul le piston 104 se rétractera. REVENDICATIONS 1") Vérin à puissance et vitesse variables, caractérisé en ce qu'il comprend - deux pistons (4, 5 ; 104, 105) logés dans des cylindres (1, 101, 161), un piston de vitesse long et un piston de puis sance court, - soumis simultanément à l'action du même fluide hydraulique, à la même pression (102, 162), - le piston de vitesse ayant une tige (4, 104) munie d'une tête (41, 141) à son extrémité à l'extérieur du cylindre et une butée (42, 142) à son extrémité dans le cylindre, - le piston de puissance (5, 105) coulissant sur la tige (4, 104) du piston de vitesse, ce piston de puissance ayant une forme de manchon de longueur correspondant à la phase ini tiale de travail en puissance du vérin, avec une butée à l'arrière pour sa fin de course dans son cylindre et une butée à l'avant pour s'appuyer en phase initiale contre la tête (41, 141) de la tige du piston de vitesse et la pous ser. 20) Vérin selon la revendication 1, fonctionnant comme vérin à simple effet, caractérisé en ce que le piston de vitesse et le piston de puissance sont logés dans un même cylindre avec une alimentation commune en fluide hydraulique de la chambre commune aux deux pistons. 30) Vérin selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu' une butée (42) à l'arrière de la tige (4) du piston forme en même temps un guide du piston dans le cylindre (1). 40) Vérin selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce qu' au moins un autre manchon est interposé entre le manchon (5) (premier manchon) et la tige (4), ce manchon ayant - une section utile comprise entre celle du premier manchon (5) et celle de la tige (4), - une longueur supérieur à celle du premier manchon (5), - une butée à l'arrière pour coopérer avec la butée (13) du cylindre par l'intermédiaire de la butée (53) du premier manchon (5), - une butée à l'avant pour pousser contre la tête (41) de la tige (4) en relève du premier manchon (5). 5 ) Vérin selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le manchon (4) comporte un congé (521) à la jonction de son alésage (53) et de sa butée (52).