Brevet FR2758163A1 — publié le 19980710

La présente invention concerne un vérin à simple effet à puissance et vitesse variables, comprenant un cylindre recevant le fluide moteur, logeant un piston plongeur. 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, ces types d'outils ou de porte-outils ont la caractéristique, du fait de leur montage souvent déséquilibré ou des porte-à-faux importants, 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. Par contre, lorsque la course de l'outil ou du porte-outil a démarré, l'élément fonctionnel important est en général la vitesse du mouvement. 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 à simple effet, 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 que le piston plongeur comprend - une tête à l'extérieur du cylindre, - une tige constituant la partie principale du piston, - au moins un manchon entourant, par son alésage, la tige et * de section utile supérieure à celle de la tige, * coulissant sur la tige, * de longueur correspondant à la phase initiale de puis sance du vérin, * ayant une butée à l'arrière pour retenir le manchon en fin de course dans le cylindre, * une butée à l'avant pour s'appuyer en phase initiale con tre la tête de la tige et la pousser. Le vérin selon l'invention fournit au démarrage, pendant une première phase et pour une course choisie en fonc tion de la longueur utile du manchon, 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, 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 vérin 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 lorsquil s'agit simplement de décoller du sol une charge sans la lever de manière importante puisque cette charge doit être déposée à un autre emplacement. De nombreux exemples d'applications existent ainsi. Suivant d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention - la 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 manchon, - une butée à l'arrière pour coopérer avec la butée du cylin dre par l'intermédiaire de la butée du premier manchon, - 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 le vérin selon l'invention en position rétractée, en coupe partielle, - la figure 2 montre schématiquement en coupe le vérin à la fin de la phase de puissance, - - la figure 3 montre le vérin à la fin de la phase de vitesse. Selon la figure 1, l'invention concerne un vérin à simple effet fonctionnant suivant une phase de puissance et une phase de vitesse. Ce vérin se compose d'un cylindre 1 muni d'une alimentation 2 en fluide hydraulique. Ce cylindre est terminé à une extrémité 3 par un bloc de montage muni par exemple d'un perçage 31 pour un montage articulé sur une partie de machine non représentée. Ce vérin reçoit dans sa chambre 11 un piston plongeur comprenant 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 un fond 42, servant au guidage de l'extrémité de la tige dans le cylindre ainsi que de butée de fin de course pour la rétraction du vérin. Le piston plongeur comprend également 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 qui est guidée dans le passage 12 du cylindre 1, a une surface supérieure à la section de la tige 4. Ce 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 = (el + e2) 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 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 sa butée 42 et la butée 53 du manchon 5 lorsque celui-ci est en appui contre la tête 41. La butée 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. Au contraire, 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 Selon la figure 3A, initialement on suppose que le vérin est dans la position représentée La tige 4 est en position de fin de course, la butée 42 étant appuyée contre le fond de la chambre 11 du cylindre 1. Le manchon 5 a également été rappelé dans sa position enfoncée (cette course est limitée pour le manchon 5 par un moyen non représenté). 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 man chon 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. REVENDICATIONS 1") Vérin à simple effet à puissance et vitesse variables, comprenant - un cylindre recevant le fluide moteur, logeant un piston plongeur, caractérisé en ce que le piston plongeur comprend - une tête à l'extérieur du cylindre, - une tige constituant la partie principale du piston, - au moins un manchon entourant, par son alésage (53), la tige (4) et * de section utile supérieure à celle de la tige (4), * coulissant sur la tige (4), * de longueur correspondant à la phase initiale de puis sance du vérin, * ayant une butée (53) à l'arrière pour retenir le manchon (5) en fin de course dans le cylindre (1), * une butée (52) à l'avant pour s'appuyer en phase initiale contre la tête (412, 41) de la tige (4) et la pousser. 20) Vérin selon la revendication 1, caractérisé en ce que la butée (42) à l'arrière de la tige (4) du piston forme en même temps un guide du piston dans le cylindre (1). 30) Vérin selon la revendication 1, caractérisé en ce que 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 supérieure 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). 40) Vérin selon la revendication 1, caractérisé en ce que le manchon (4) comporte un congé (521) à) la jonction de son alésage (53) et de sa butée (52).