Brevet FR3052826A1 — publié le 20171222

DISPOSITIF POUR RECUPERER DE L'ENERGIE HYDRAULIQUE DANS UNE MACHINE DE TRAVAIL [0001] L'invention concerne un dispositif pour récupérer de l'énergie hydraulique dans une machine de travail, avec au moins un premier dispositif à piston de vérin différentiel avec un vérin différentiel et des côtés tige de piston et tête de piston séparés, avec au moins un accumulateur hydraulique qui est adapté pour être relié de façon hydraulique au dispositif à piston de vérin différentiel, l'énergie potentielle du dispositif à piston de vérin différentiel en rétraction sous charge de poussée pouvant être emmagasinée au moins partiellement dans l'accumulateur hydraulique et les côtés tige de piston et tête de piston étant adaptés pour pouvoir être reliés l'un à l'autre par une valve de freinage pour le retour de liquide hydraulique du côté tête de piston vers le côté tige de piston. [0002] Dans des mises en circuit connues de vérins notamment dans des machines de travail mobiles, la rétraction des vérins sous charge de pousÉée, par exemple lorsque le bras ou un vérin de levage est abaissé sans pression, est mise en oeuvre par une commande d'étranglement. Dans ce cas, l'énergie potentielle qui est définie par la charge agissant sur le vérin, est transformée en chaleur par l'étranglement du flux volumique qui est sous pression. Par cette action, l'énergie potentielle existante est -anéantie. En raison ejeiengomiationen.gialguriji néceseeregie,'pgy.rvair,. de,_maniere supplémentaire. de la puissance de refroidissement à l'intérieur de la machine. [0003] Une réalisation courante des vérins dans des machines de travail mobiles est le vérin différentiel. Lorsque celui-ci est rétracté à l'aide d'une commande d'étranglement et d'une charge de poussée, il faut être sûr qu'un remplissage de la chambre de cylindre du côté de la tige de piston soit garanti. Ceci est possible en injectant un flux volumique d'alimentation correspondant par les pompes de travail ; d'un autre côté, un complément de remplissage des chambres de cylindre du côté de la tige de piston peut être effectué par un retour du flux volumique étranglé. Par le retour du flux volumique étranglé, ce flux volumique est divisé selon le rapport des surfaces entre le côté tige de piston et le côté tête de piston du vérin ou des vérins. Ici, une partie du flux volumique passe dans les chambres du côté tige de piston des vérins et l'autre partie est conduite dans le réservoir. [0004] Si l'énergie potentielle inhérente à l'action d'abaissement des vérins doit être emmagasinée, l'intérêt d'une telle action réside dans l'essai d'emmagasiner la plus grande partie possible de l'énergie présente. Dans la technique d'hydraulique, cela correspond à une quantité d'huile aussi grande que possible sous une pression aussi grande que 3052826 2 possible. Les mises en circuit hydrauliques connues de l'état de la technique, qui mettent en oeuvre le retour d'une partie du flux volumique du côté tête de piston dans les chambres du côté tige de piston des vérins, réduisent le flux volumique qui peut être disponible pour être emmagasiné. 5 [0005] Actuellement, différentes solutions pour emmagasiner de l'énergie potentielle lors d'un abaissement de la flèche de machines de travail hydrauliques mobiles sont connues. Sont connus, par exemple, des dispositifs dans lesquels un de deux cylindres est utilisé pour emmagasiner de l'énergie. Ici, une machine de refoulement est utilisée en circuit fermé, afin de remplir, de manière complémentaire, les chambres du côté tige de piston 10 des deux cylindres avec la quantité de retour du deuxième cylindre. Un désavantage de ce type de dispositifs est l'absence d'un remplacement d'huile du côté tête de piston du vérin qui est relié à l'élément d'emmagasinage. Le volume d'huile est déplacé uniquement entre l'accumulateur hydraulique et le côté tête de piston du cylindre. [0006] Sont également connus des dispositifs dans lesquels une pompe hydraulique est 15 utilisée lors de la rétraction des cylindres, afin d'assurer le complément de remplissage des chambres du côté tige de piston. Le complément de remplissage par apport de puissance hydraulique ne correspond pas à une commande efficiente en énergie des consommateurs hydrauliques. [0007] De même, est également connue la réception de l'énergie potentielle de la flèche 20 par un cylindre rempli de gaz. Dans le cadre de tels dispositifs, l'intégration supplémentaire d'un cylindre de gaz dans la machine est nécessaire, ce qui constitue un effort d'intégration désavantageusement élevé. De plus, le volume de stockage du cylindre de gaz doit être prévu pour le levage complet de l'entraînement, même si, lors d'une mission de travail normale, le levage complet n'est pas utilisé. 25 [0008] Pour l'injection de l'énergie hydraulique emmagasinée, des dispositifs sont connus dans lesquels une injection directe de l'énergie dans le circuit de ventilateur de la machine est effectué. En fonction du point de travail du circuit de ventilateur, il est nécessaire de freiner le flux volumique acheminé de l'accumulateur hydraulique au circuit de ventilateur. Dans ce cas, des pertes d'étranglement sont causées et ainsi, la quantité 30 d'énergie hydraulique réutilisable est réduite. [0009] En outre, il est connu de réutiliser directement l'énergie hydraulique emmagasinée pour l'alimentation des pompes de travail. Ici, un circuit est nécessaire qui 3052826 3 relie le côté aspiration de la pompe de travail soit au réservoir hydraulique soit à l'accumulateur hydraulique. Si la pompe n'est pas alimentée via l'accumulateur hydraulique, des pertes apparaissent par la valve qui influencent la dépression d'aspiration de la pompe et qui peuvent ainsi causer des conditions désavantageuses de 5 fonctionnement. De plus, un refroidissement et un filtrage doivent être prévus entre l'accumulateur hydraulique et l'aspiration de la pompe de travail. [0010] De manière correspondante, les mises en circuit connues présentent trois désavantages : 1. L'énergie potentielle de l'action de levage/abaissement est anéantie par l'action 10 d'étranglement et ne peut pas être utilisée pour d'autres procédés. 2. L'énergie potentielle de l'action de levage/abaissement est introduite dans le système hydraulique sous la forme d'énergie thermique et doit être dissipée de nouveau ensuite par des dispositifs de refroidissement correspondants. Ces procédés consomment aussi de l'énergie. 15 3. La répartition du flux volumique du côté de la tête de piston lors de l'abaissement iles_cylindres de_ley_age entraîne à une réduction du potentiel éventuel d'éneraie_ pouvant être emmagasinée. [0011] Pour cela, le but de l'invention est d'emmagasiner l'énergie potentielle qui est définie par la charge appuyant sur le ou les vérins et d'assurer en même temps un 20 complément de remplissage efficient en énergie des chambres du côté tige de piston des vérins. [0012] Le but est atteint selon l'invention par un dispositif pour récupérer de l'énergie hydraulique dans une machine de travail, qui a les caractéristiques suivantes. Il est prévu un dispositif avec au moins un premier dispositif à piston de vérin différentiel avec un vérin 25 différentiel et des côtés tige de piston et tête de piston séparés, qui comprend en plus au moins un accumulateur hydraulique qui est adapté pour être relié de façon hydraulique au dispositif à piston de vérin différentiel. Le dispositif est configuré de façon que l'énergie potentielle du dispositif à piston de vérin différentiel en rétraction sous charge de poussée puisse être emmagasinée au moins partiellement dans l'accumulateur hydraulique et que 30 les côtés tige de piston et tête de piston puissent être adaptés pour pouvoir être reliés l'un 3052826 4 à l'autre par une valve de freinage pour le retour de liquide hydraulique du côté tête de piston vers le côté tige de piston. [0013] De manière avantageuse, l'énergie potentielle prélevée du dispositif à piston de vérin différentiel peut être emmagasinée d'abord et peut être utilisée ensuite, dans un 5 autre état de fonctionnement du dispositif, pour faire fonctionner la machine de travail. Par cela, est rendue maximale la quantité d'énergie potentielle pouvant être emmagasinée qui peut être utilisée pour d'autres tâches à l'intérieur de la machine de travail. En outre, la capacité de refroidissement de grande envergure peut être réduite puisque moins de pertes thermiques doivent être dissipées à l'intérieur de la machine par le système de 10 refroidissement. Sur cette base, le fonctionnement entier de la machine de travail hydraulique peut être rendu plus efficient en énergie. [0014] Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, il et pensable que l'accumulateur hydraulique soit relié hydrauliquement à plus que ledit un dispositif à piston de vérin différentiel. Il peut ainsi être prévu que d'autres dispositifs à 15 piston de vérin différentiel de la machine de travail transmettent l'énergie potentielle qu'ils contiennent, audit au moins un accumulateur hydraulique. Ainsi, il est pensable que, pour une meilleure récupération d'énergie, différents dispositifs à piston de vérin différentiel d'une machine de travail sont reliés à l'accumulateur hydraulique ou aux éléments de stockage d'hydraulique. De manière correspondante, un pourcentage plus élevé de 20 récupération d'énergie peut être obtenu. [0015] Selon un autre mode de réalisation préféré, il est pensable qu'un moteur de soutien soit prévu qui est configuré pour injecter l'énergie hydraulique emmagasinée dans l'accumulateur hydraulique dans une ligne d'entraînement de la machine de travail et de la récupérer ainsi, le moteur de soutien étant susceptible d'être relié à l'accumulateur 25 hydraulique notamment via une valve de moteur de soutien. De manière avantageuse, l'énergie emmagasinée dans l'accumulateur hydraulique peut être utilisée pour le soutien (l'assistance) d'une source primaire d'entraînement telle un moteur diesel ou un moteur électrique de la machine de travail, en injectant de l'énergie via le moteur de soutien dans la ligne d'entraînement de la machine. 30 [0016] Selon un autre mode de réalisation préféré, il est pensable que les dispositifs à piston de vérin différentiel soient disposés pour un fonctionnement en parallèle les uns aux autres. En outre, il peut être prévu dans un autre mode de réalisation préféré, qu'au moine une pompe de travail pour l'entraînement du dispositif à piston de vérin différentiel soit 3052826 5 prévue et/ou qu'au moins une vanne de commande pour asservir le dispositif à piston de Vérin différentiel soit prévue et/ou qu'au moins un réservoir soit prévu et/ou qu'il soit prévu une valve d'accumulateur hydraulique pour fermer l'accumulateur hydraulique par rapport au dispositif à piston de vérin différentiel. Les avantages des modes de réalisation 5 énoncés résultent de la description de figure ci-après. [0017] Selon un mode de réalisation particulièrement préféré, il est pensable qu'une valve de liaison pour fermer le côté tête de piston par rapport au côté tige de piston du dispositif à piston de vérin différentiel soit prévue. Il est également pensable que, par la fermeture du côté tête de piston par rapport au côté tige de piston, une multiplication de 10 pression soit opérée. [0018] L'invention concerne par ailleurs une machine de travail, notamment chargeuse sur roues, pelle hydraulique ou grue, avec un dispositif pour récupérer de l'énergie hydraulique tel que décrit ci-avant. De manière plus particulièrement préférée, il peut être prévu que la machine de travail soit configurée pour pouvoir être fait fonctionner sans 15 entrave sur d'autres fonctions lorsque le dispositif de récupération directe d'énergie hydraulique est défaillant. 10011 Ainsiile-disitifpourrécupérêr derénegier.petit. êtregitévLr.ùniquehèïïttdrmffun--dispositifHsupplêmentaire---sur -la machine de travail, la machine-----de:lravall--,--disposant aussi sans le dispositif de l'invention de tous les actionneurs nécessaires au 20 fonctionnement de la machine de travail. Ainsi, le dispositif de l'invention peut être installé sur des machines de travail connues en soi, la fonctionnalité de la machine de travail ne dépendant pas du dispositif. [0020] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront décrits en référence à la figure 1. 25 [0021] La figure 1 représente le circuit hydraulique schématique de l'invention décrite ici. [0022] Lors de la mise en fonctionnement d'une machine de travail comportant un dispositif selon l'invention, il se peut que l'accumulateur hydraulique 16 soit sous une pression de précontrainte correspondante. Si l'action d'emmagasinage doit être démarrée, un effort extérieur doit agir sur le vérin différentiel 1 ou le piston correspondant pour 30 déclencher une rétraction. Par cela, des pressions sont engendrées sur le côté tête de piston 3 du vérin différentiel 1, qui définissent l'énergie potentielle existante. Cette énergie 3052826 6 potentielle doit être prise par l'accumulateur 16. Pour débuter l'action d'abaissement, la Valve d'accumulateur hydraulique 17 est ouverte et ainsi, une liaison entre l'accumulateur hydraulique 16 et le côté tige de piston 2 du vérin différentiel 1 est établie. La valve d'accumulateur hydraulique 17 peut être une valve à deux voies. Pour entamer le mouvement de rétraction du vérin différentiel 1, la valve de liaison 18 est asservie. Cette valve de liaison 18 établit une liaison entre le côté tête de piston 3 et le côté tige de piston 2 du vérin différentiel 1. Par cette valve de liaison 18, le flux volumique passe du côté tête de piston 3 au côté tige de piston 2 du vérin différentiel. En raison du rapport des surfaces entre le côté tête de piston 3 et le côté tige de piston 2, il est impossible que le côté tige de 10 piston 2 reçoive le volume entier. Le volume différentiel qui est passé par la valve d'accumulateur hydraulique, est reçu par l'accumulateur hydraulique 16. Sur la base de la surface d'ouverture de la valve de liaison 18 et de l'étranglement qui en résulte pour le flux volumique d'huile provenant du côté tête de piston 3 du vérin différentiel 1, la vitesse de rétraction du vérin différentiel 1 sous charge peut être influencée. Lorsque le mouvement 15 de rétraction du vérin différentiel 1 doit être arrêté, la valve de liaison 18 et la valve d'accumulateur hydraulique 17 sont fermées. Par la fermeture de la valve d'accumulateur 17, l'accumulateur hydraulique 16 est fermé et l'énergie hydraulique reçue reste emmagasinée dans l'accumulateur 16. [0023] Après l'action d'emmagasinage, l'énergie du volume d'huile sous pression dans 20 l'accumulateur 16 peut être réinjectée dans la ligne d'entraînement de la machine. Pour cela, le moteur de soutien 11 est relié à l'accumulateur 16 via la valve de moteur de soutien 14. Le moteur de soutien 11 peut être installé directement sur l'engrenage de distribution 13 de la machine et peut être entraîné avec un nombre de tours défini par le moteur d'entraînement 12. En fonction du volume d'avalement du moteur de soutien 11, 25 de l'énergie est ensuite injectée dans la ligne d'entraînement de la machine selon les états de fonctionnement de l'accumulateur. Lors de la fin de l'action d'injection, la valve de moteur de soutien 14 est fermée et ainsi, la liaison entre l'accumulateur hydraulique 16 et le moteur de soutien 11 est interrompue. [0024] L'accumulateur hydraulique 16 peut être conçu pour le parcours de levage entier 30 du vérin différentiel 1 ou seulement pour une partie de celui-ci. Lorsque l'accumulateur hydraulique 16 est conçu seulement pour une partie du parcours de levage du vérin différentiel 1 et lorsqu'un mouvement de rétraction doit être effectué au-delà de la limite conçue du vérin différentiel 16, la valve de liaison 18 et la valve d'accumulateur hydraulique 17 sont fermées et la valve de freinage 6 est asservie. Une partie du flux 3052826 7 volumique passe du côté tête de piston 3 du vérin 1 par la valve de freinage 6, sous une pression de précontrainte prédéterminée par la valve de précontrainte 8, par la valve antiretour 7 sur le côté tige de piston 2 du vérin différentiel 1. Par cela, un manque de remplissage est empêché du côté tige de piston 2 du vérin différentiel 1 pendant le 5 mouvement de rétraction. Le flux volumique provenant du côté tête de piston 3 du vérin différentiel 1, non reçu par le côté tige de piston 2 du vérin différentiel 1, passe par la valve de précontrainte 8 dans le réservoir 9. [0025] Lorsque, dans le cycle de travail de la machine, il suit un mouvement de sortie ou de rétraction du vérin différentiel 1 par un asservissement correspondant de la pompe de 10 travail 10 et de la vanne de commande 15, la valve de liaison 18 et la valve d'accumulateur hydrauliquel7 sont maintenues fermées. L'arrivée et le départ des flux volumiques du vérin différentiel 1 s'effectuent alors selon l'état de raccordement de la vanne de commande 15. [0026] L'invention comporte au moins un vérin différentiel 1. D'autres vérins différentiels 15 peuvent être intégrés dans le système au raccord 4 du côté tige de piston et au raccord 5 du côté tête de piston du vérin différentiel 1. perti il 'y. a au-rn oins- une. pompedèleaVàiM'è tine..vanne-dercommendé45, [0028] Comme accumulateur hydraulique 16, tous types d'accumulateur hydraulique 20 comportant des moyens d'emmagasinage d'énergie différents, par exemple de l'azote, peuvent être utilisés. Sont pensables des réalisations sous la forme d'accumulateurs à vessie, accumulateurs à piston, accumulateurs à membrane ou accumulateurs à ressort ainsi que différentes combinaisons de réalisation d'accumulateurs. [0029] Les valves représentées sont utilisables comme valves individuelles à deux voies 25 ou comme une combinaison sur une tige de valve. Ici, un asservissement proportionnel ou un asservissement de commutation sont également possible. [0030] L'invention se distingue par le fait qu'un ou plusieurs dispositifs à piston de vérin différentiel 100 peuvent être mis en rétraction sous charge de poussée et que l'énergie potentielle existante peut être emmagasinée à une grande partie par un ou plusieurs 30 accumulateurs hydrauliques 16. Les dispositifs à piston de vérin différentiel 100 peuvent être désignés dans ce cas comme des moyens d'entraînement linéaires. Le terme cylindre 3052826 8 ou vérin différentiel peut concerner indifféremment, selon le contexte et de manière évidente pour l'homme du métier, le dispositif à piston de vérin différentiel de l'invention. [0031] L'invention se distingue en outre par le fait qu'un ou plusieurs vérins différentiels peuvent être mis en rétraction sous charge de poussée et que le remplissement des côtés 5 tige de piston des vérins peut être effectué à un niveau de pression élevé. Pendant le mouvement de rétraction, une liaison entre le côté tête de piston et le côté tige de piston du vérin différentiel ou des vérins différentiels est établie. Par cela, la pression du côté tête de piston existe du côté tige de piston. En fonction du rapport des surfaces, une multiplication de pression est engendrée qui conduit à une augmentation de la pression du 10 côté tête de piston. En même temps, un ou plusieurs accumulateurs hydrauliques sont reliés aux côtés tige de piston pendant l'action de rétraction. Par l'étranglement partiel de la liaison entre le côté tête de piston et le côté tige de piston des vérins différentiels, une commande de la vitesse peut être exercée. La différence de volume entre la chambre du côté tête de piston et la chambre du côté tige de piston des vérins différentiels est reçue 15 par le ou les accumulateurs hydrauliques. Par la faible différence de pression entre le côté tête de piston et le côté tige de piston des vérins différentiels, une partie seulement de l'énergie potentielle est transformée en chaleur, et ainsi, d'avantage d'énergie est d isponible,pour.,4tre=emmagasinée [0032] L'invention se distingue en outre par le fait que l'entraînement linéaire hydraulique 20 peut être sorti ou rétracté sans que le ou les accumulateurs hydrauliques et valves hydrauliques doivent être actionnés pour emmagasiner l'énergie potentielle. Ceci est obtenu à l'intérieur du circuit hydraulique par une connexion parallèle correspondante de l'entraînement linéaire hydraulique. [0033] L'invention se distingue en outre par le fait qu'il est possible d'emmagasiner de 25 l'énergie sur le parcours entier ou seulement sur une partie de parcours du parcours possible du vérin différentiel. [0034] L'invention se distingue par le fait que l'énergie emmagasinée du mouvement d'abaissement du vérin différentiel unique ou des vérins différentiels multiples peut être réutilisée. Ceci peut être obtenu par le fait qu'un moteur hydraulique est relié à 30 l'accumulateur hydraulique correspondant et que l'énergie contenue dans l'accumulateur hydraulique est injectée dans la ligne d'entraînement des machines pour soutenir la source primaire d'entraînement comme par exemple un moteur diesel ou un moteur électrique de la machine de travail. 3052826 9 [0035] L'invention se distingue en outre par le fait qu'elle peut être intégrée dans la ligne d'entraînement d'une machine sans influencer les fonctions de la ligne d'entraînement d'une manière telle que la capacité complète de fonctionnement dépendrait de l'invention. Ceci signifie que la machine peut aussi fonctionner sans problème sans la capacité de fonctionnement de l'invention. REVENDICATIONS1. Dispositif pour récupérer de l'énergie hydraulique dans une machine de travail, avec au moins un premier dispositif à piston de vérin différentiel (100) avec un vérin différentiel (1) et des côtés tige de piston (2) et tête de piston (3) séparés, et avec au moins un accumulateur hydraulique (16) qui est adapté pour être relié de façon hydraulique au dispositif à piston de vérin différentiel (100), l'énergie potentielle du dispositif à piston de vérin différentiel (100) en rétraction sous charge de poussée pouvant être emmagasinée au moins partiellement dans l'accumulateur hydraulique (16) et les côtés tige de piston (2) et tête de piston (3) étant adaptés pour pouvoir être reliés l'un à l'autre par une valve de freinage (6) pour le retour de liquide hydraulique du côté tête de piston (3) vers le côté tige de piston (2). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'accumulateur hydraulique (16) peut être relié hydrauliquement à plus que ledit un dispositif à piston de vérin fiffereitellfeY 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il est prévu un moteur de soutien (11) qui est configuré pour injecter l'énergie hydraulique emmagasinée dans l'accumulateur hydraulique (16) dans une ligne d'entraînement de la machine de travail et de la récupérer ainsi, le moteur de soutien (11) étant susceptible d'être relié 20 à l'accumulateur hydraulique (16) notamment via une valve de moteur de soutien (14). 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les dispositifs à piston de vérin différentiel (100) sont disposés pour un fonctionnement en parallèle les uns aux autres. 5. Dispositif selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est prévu 25 au moine une pompe de travail (10) pour l'entraînement du dispositif à piston de vérin différentiel (100) et/ou en ce qu'il est prévu au moins une vanne de commande (15) pour asservir le dispositif à piston de vérin différentiel (100) et/ou en ce qu'il est prévu au moins un réservoir (9) et/ou en ce qu'il est prévu une valve d'accumulateur 3052826 11 hydraulique (17) pour fermer l'accumulateur hydraulique (16) par rapport au dispositif à piston de vérin différentiel (100). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il est prévu une valve de liaison (18) pour fermer le côté tête de piston (3) par rapport au côté tige de piston (2) 5 du dispositif à piston de vérin différentiel (100). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que, par la fermeture du côté tête de piston (3) par rapport au côté tige de piston (2), une multiplication de pression est opérée. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que 10 l'accumulateur hydraulique (16) est susceptible d'être relié au côté tige de piston (2) du vérin différentiel (1). 9. Machine de travail, notamment chargeuse sur roues, pelle hydraulique ou grue, avec un dispositif pour récupérer de l'énergie hydraulique selon l'une des revendications 1 à 8. 10. Machine de travail selon la revendication 9, caractérisée en ce que la machine de travail est configurée pour pouvoir 6fre fait loncfronner sans entrave sur d'autres fonctions 1ôrsque le dispositif de récupération directe d'énergie "hydraulique est défaillant20