Brevet FR3071284A1 — publié le 20190322

-1- La présente invention concerne un dispositif de démultiplicateur de force hydromécanique disposant d'un rendement élevé. On emploie depuis de nombreuses années et dans une multitude d'application des démultiplicateurs de force hydraulique du type vérin, très utile dans, par exemple, la manutention de charges lourdes. Dans leur conception, on utilise traditionnellement un piston émetteur de petite section qui, dans son mouvement, vient mettre sous pression un fluide s'appliquant sur la section plus grande d'un piston récepteur. Il en résulte un effort démultiplié dans le mouvement du grand piston dont l'intensité varie en fonction de la valeur des sections. Le rapport entre les sections des pistons détermine le coefficient de démultiplication. Le problème inhérent de ces systèmes est que de par les sections des pistons, le gain obtenu en force sur le piston récepteur est forcément compensé par une réduction de son déplacement. Cela s'explique par le fait que le volume de travail déplacé par le piston émetteur est plus petit et qu'il faut effectuer un pompage pour intégrer plusieurs fois ce volume dans l'espace de la chambre du piston récepteur. L'un des buts de la présente invention est de résoudre ce problème inhérent c'est-à-dire d'obtenir un effort démultiplié et de même distance entre un piston émetteur et récepteur. Pour parvenir à ce but, la force initiale motrice s'exerce simultanément sur deux pistons émetteurs qui sont reliés à un système de poulies. Une poulie mobile est fixée à l'extrémité de la tige du second piston émetteur. Ce système de poulies a pour rôle de servir de moyen pour exercer l'effet multiplicateur mécanique recherché. L'effet multiplicateur hydraulique intervient dans le choix des ajustements des sections des pistons qui sont déterminés à partir des contraintes de déplacement connues : on sait que le déplacement du premier piston doit être identique au déplacement du piston récepteur et que le déplacement du second piston dépend du choix du rapport de démultiplication mécanique. Fondamentalement les deux pistons émetteurs disposent d'une force pressante différente mais s'entraînent mutuellement en constituant tous deux un seul piston. Les deux volumes que chaque piston émetteur refoule doivent s'intégrer dans le volume de la chambre réceptrice. En configurant un système avec un rapport de démultiplication mécanique de 2, comme dans le mode préférentielle de la présente invention, il est facile d'en déduire la section du piston récepteur. Afin de mieux comprendre le fonctionnement, la figure 1 annexés illustre un dispositif expérimental de démonstration qui permet de vérifier le principe de la présente invention. La force motrice qui est dans cet exemple une masse initiale (11) de 3 kilogrammes s'applique sur un premier piston émetteur (2) 010mm d'une course de 50mm. Cette masse (11) est placée sur un support fixé en queue de tige du piston (2). Le premier piston émetteur (2) est relié à un second piston émetteur (5) 010mm par l'intermédiaire du système de moufflage à deux poulies (3) (4). Chaque piston émetteur coulisse dans les alésages de leurs cylindres respectifs (1) (17) et sont dotés de clapet antiretour aspirant le fluide par les flexibles (10) provenant du réservoir (15). Ce fluide est -2- acheminé vers le cylindre récepteur (8) dans lequel coulisse le piston récepteur (14) qui dispose de la vis de purge (16) et sur lequel sont raccordés les flexibles (6) (7). De par le système de poulie (3) (4), le piston émetteur (5) parcourt une course de 25mm mais produit une force pressante plus importante que le premier piston (2). Le fluide hydraulique, mis sous pression par chaque piston émetteur (2) (5), est acheminé à travers les flexibles (6) et (7) vers dans la chambre du piston récepteur (14) 012.2mm (parcourant d'office une course de 50mm). Comme décrit précédemment dans le principe de fonctionnement, une fois que la masse (11) est libérée manuellement (la masse constitue la force motrice), le fluide hydraulique mis sous pression par les pistons émetteurs (2) (5) soulève le piston récepteur (14) en parfaite synchronisation avec le piston émetteur (2). C'est d'ailleurs le temps illustré sur la figure 1. La vis de purge (16) fixé sur le cylindre récepteur (8) est prévue pour effectuer la purge du circuit et pour faire redescendre le piston récepteur (14) afin de répéter l'opération. Avec un état de surface et un ajustement précis entre les cylindres et les pistons et en dotant ces dernier de joint à lèvre et en utilisant un fluide à faible viscosité, une masse d'apport de 3Kg en entrée (11) permet de soulever en sortie une masse de 5.5Kg (9) sur la même distance que la masse d'apport (11). Pour démonter par calcul cette réaction mécanique, il faut tenir compte que le présent dispositif utilise deux forces en entrée et que chacune de ces forces déplacent un volume qu'il faut intégrer en pourcentage dans le calcul. Ce calcul est démontré dans une application illustrée sur la figure 7. Les signes (2) et (5) sur cette vue désignent les caractéristiques des pistons émetteurs (2) (5), le signe (14) désigne les caractéristiques du piston récepteur (14). Il est important de préciser que l'on obtient le meilleur rendement de puissance avec un moyen de démultiplication de force mécanique au coefficient de 2 et en attribuant un diamètre identique aux deux pistons émetteurs (2) (5) comme base de départ dans le calcul de la section du piston récepteur (14). En effet, de par les courses imposées entre le premier piston émetteur (2) et le piston récepteur (14), le fait d'augmenter le coefficient multiplicateur de force hydraulique (en attribuant dès le départ une plus petite section sur le piston émetteur (2) et une plus grande section sur le piston récepteur (14)) donnera forcément une très grande section au second piston émetteur (5) ce qui altérera le fonctionnement de démultiplication. Le fait d'augmenter le coefficient multiplicateur de force mécanique (en ajoutant une troisième poulie) amènera également à des dysfonctionnements. Il est sous-entendu par le terme rendement, le rapport entre la force de sortie et d'entrée. Ainsi la présente invention permet d'obtenir, à partir d'une force initiale d'entrée, un accroissement de la force en sortie avec une course identique au déplacement de la force d'entrée. Il devient alors évident pour l'homme de métier de remplacer le système de poulie par un engrenage ou tout autre moyen de démultiplication de force mécanique moins encombrant, pour l'adapter à un actionneur afin d'en augmenter le rendement énergétique. Il devient également évident et possible pour l'homme de métier de -3- concevoir un dispositif qui exploite le surplus de force en l'utilisant comme source motrice dans la production d'électricité. Pour mettre oeuvre un tel système suivant le principe de l'invention, le but est de synchronisé les phases d'aspirations/refoulements en doublant le nombre de cylindre émetteur et récepteur et en dotant ces cylindres récepteurs d'une soupape qui commande les cycles alternatifs de montées et de descentes des masses (11). L'agencement des divers composants doit être le plus compact possible et c'est pourquoi il est préférable d'utiliser un levier pour exercer l'effet multiplicateur de force mécanique à la place d'un système de poulie comme précédemment. Afin de mieux comprendre les caractéristiques d'un tel dispositif suivant le principe de la présente invention, un mode de réalisation donnée à titre d'exemple indicatif et non limitatif, est décrit ci-après en se référant aux dessins annexés suivants : - La figure 2 illustre une vue isométrique de l'ensemble du dispositif dépourvu de réservoir. La circulation du fluide est indiquée par les différents repères : « ASP », « Fpi »ou « FP2 » et « REFOUL». On constate sur cette vue que chacun des ensembles cylindres (A) ou (B) est formé des principaux composants issue du dispositif expérimentale figure 1 et c'est pourquoi les anciens repères sont repris dans cette configuration. - La figure 3 illustre une coupe traversant le plan longitudinale du dispositif figure 2. - La figure 4 illustre une vue de détail repéré sur la figure 3 isolant le mécanisme de soupape (27) en butée et en position haute (soupape ouverte). - La figure 5 illustre une vue de détail repéré sur la figure 3 isolant le mécanisme de soupape en butée et en position basse (soupape fermée). La figure 6 illustre une vue isométrique du cylindre récepteur (8a) dans une coupe détaillant le flux de refoulement lors de l'ouverture de la soupape (27). Sur les figures 2 à 6, l'ensemble cylindre (A) est représenté en position haute, l'ensemble cylindre (B) est en position basse. On comprendra que ces deux positions peuvent être renommées ci-après par les termes « point haut » ou « point bas ». Pour des raisons de commodité et pour ne pas surchargé les dessins avec l'entrecroisement des flexibles, seuls les raccords (40) des flexibles sont représentés sur ces figures. La circulation du fluide apparaît sur ces vues par les différents repères : « ASP» qui indique le sens d'aspiration du fluide dans les chambres des pistons (provenant d'un réservoir fictif). « FP1a », « FP2a », «FP1b» et «FP2b» indique le sens de refoulement des pistons émetteurs (2a), (5a), (2b) et (5b) ou plus précisément le sens de compression. - «REFOUL» qui indique le sens de refoulement des pistons récepteurs (14a) (14b) vers le réservoir fictif. -4- A noter que, comme dans le dispositif précédent, seul les cylindres émetteurs sont dotés de clapet anti retour. Comme le montre la figure 2 et 3, le système est constitué de deux principaux ensemble cylindre (A) et (B) dans lesquels on retrouve les deux pistons émetteurs (2a)/(5a) ou (2b)/(5b) reliés par le levier (20a) ou (20b) communiquant leurs forces pressantes aux pistons récepteurs (14b) ou (14a). Les pistons émetteurs (2a) ou (2b) et les pistons récepteurs (14a) ou (14b) ont la même course et ils sont rendus solidaire par les supports (22) et (23) fixés par vissage sur les colonnes (21). Lorsque un ensemble cylindre (B) est en phase de refoulement, le second ensemble cylindre (A) est en phase d'aspiration. L'instant représenté sur les figures 2 à 6 représente l'instant où les pistons émetteurs (2b) et (5b) ont transmis leurs forces pressantes au piston récepteur (14a). Dans son mouvement de levage, le piston (14a) a entraîné les pistons émetteurs (2a) et (5a) leurs permettant d'effectuer le remplissage de leur chambre (la) et (17a). Le changement alternatif des phases aspiration/refoulement se fait lors des arrivées en butée en position haute ou basse. Le fonctionnement de ce dispositif repose exactement sur le même principe que le dispositif expérimental précédant (figure 1). La masse (11b) actionne simultanément lors de sa descente le piston (2b) et le piston (5b) par l'intermédiaire du levier (20b). Pendant cette descente, chaque piston émetteur (2b) (5b) exerce sa force pressante dans la chambre (8a) et sur la section du piston récepteur (14a) en le poussant vers le haut. Le refoulement du fluide dans la chambre (14b) est rendu possible par la soupape (27) qui est ouverte. Cette soupape s'est ouverte lors de l'arrivée en butée au point haut et elle se refermera lors de l'arrivée en butée au point bas. Si on se réfère aux figures 4, 5 et 6, on comprend d'avantage le fonctionnement de la soupape (27) et la circulation du fluide dans les cylindres (8a) (8b) y est plus visible. La soupape (27) est commandée par le bras (25) lorsque le support (22) vient en contact avec les portées (55) ou (56) du bras (25). Dès le contact au point bas, la soupape (27) commence sa phase de fermeture. Des pistons (26) sont ménagés sur les soupapes (27), l'ensemble monté sur ressort (31) coulisse dans le corps de soupape (29). Pour assurer un contact étanche lors de la transmission de la force pressante au piston récepteur, la soupape (27) est maintenue contre son siège (49) par le ressort (31). Le verrouillage de la soupape (27) en ouverture est assuré par la gorge (42) du piston de soupape (26) prévu pour capturer les tenons (30). Sur la figure 6, on remarque que le refoulement des pistons récepteurs (14a) ou (14b) est rendu possible par une canalisation formé dans le corps de soupape (29). Ce dernier (29) dispose d'une gorge (41) pourvu de trous (43) débouchant dans la cavité (50). La coupelle (45) est dotée de saignées qui forment en combinaison avec la cavité (50), les trous (43) et la gorge (41) une canalisation vers le réservoir indiqué en pointillé sur la figure 4 et avec le repère « REFOUL » sur la figure 6. Avant l'arrivée en butée en position basse, le support (22) arrive en contact avec la face (56) du bras (25) ce qui provoque progressivement le déverrouillage de la soupape (27). -5- Les tenons (30) se déportent alors de la gorge (42) et prennent appui sur le diamètre extérieur du piston (26). La soupape (27) est maintenue fermée en étant plaquée contre son siège (49) par le ressort (31) et obturant de manière étanche la canalisation repérée en pointillé sur la figure 4 et par « REFOUL » sur la figure 6. Ce sont maintenant aux pistons émetteurs (2a) (5a) de s'exercer sur le piston (14b) et puis ainsi de suite, les opérations entre chaque ensemble cylindre se répètent jusqu'à l'arrêt manuel. Il est bien entendu possible d'adapter un système d'arrêt intervenant de façon mécanique en verrouillant l'une des masses (11a) ou (11 b) en position haute. Cet arrêt peut également intervenir de façon hydraulique par l'ouverture d'un robinet débouchant dans le réservoir dans un des cylindres récepteurs de sorte à annuler l'effet d'un groupe de pistons émetteurs. Ces systèmes d'arrêts ne sont pas détaillés dans la mesure où ils sont bien connus et ne font pas partie de l'objet de l'invention. Outre son application aux systèmes décrits dans la présente description, le démultiplicateur de force selon la présente invention peut être exploité dans de nombreux domaines industriels ou domestiques et il va de soi que l'on peut apporter dans les exemples de réalisation non limitatifs qui viennent d'être décrit, divers changements, perfectionnement ou additions, ou remplacer certains éléments par des éléments équivalent sans pour autant dévié du cadre de l'invention. Enfin, je tiens à préciser que pour l'heure, le principe de la présente n'a pas encore été vérifié et que compte tenu de l'aspect de l'invention, REVENDICATIONS1- Démultiplicateur de force hydromécanique caractérisé en ce qu'il comprenant : au moins deux pistons émetteurs (2) (5); au moins un piston récepteur (14) ; et un réservoir alimentant et recueillant le fluide hydraulique issue du fonctionnement de pompage desdits pistons (2) (5). 2- Démultiplicateur de force hydromécanique selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdits pistons émetteurs (2) (5) sont prédisposés à être reliés entre eux par un moyen de liaison visant à exercer un effet multiplicateur de force mécanique qui est synchronisé avec l'effet multiplicateur de force hydraulique provenant de l'ajustement entre les sections des pistons émetteurs (2) (5) et récepteur (14). 3- Démultiplicateur de force hydromécanique selon la revendication 2 caractérisé en ce que les volumes déplacés par les pistons émetteurs (2) (5) correspondent au volume reçu dans la chambre du piston récepteur (14).