Brevet FR3149939A1 — publié le 20241220

TITRE : Installation hydraulique avec régénération Installation hydraulique (100), reliée à un vérin (V) à deux chambres (C1, C2) séparées par un piston (VP), comprenant : * deux modules électrohydrauliques (M1, M2) indépendants reliés à une chambre (C1, C2) respective et comprenant chacun : - un distributeur à tiroir, commandé, avec * un tiroir principal (1, 1’) commandé par * un tiroir de commande (2). Une ligne de régénération (LR) relie les lignes de chambre (L1, L2) à travers le distributeur à tiroir (1’D) de l’un (M2) des modules (M1, M2). Figure 1 Installation hydraulique avec régénération DOMAINE DE L’INVENTION La présente invention se rapporte à une installation hydraulique à distributeurs découplés avec régénération ETAT DE LA TECHNIQUE On connait déjà une installation hydraulique dans laquelle la section réglant le débit d’entrée et la section réglant le débit de sortie du vérin alimenté par cette installation hydraulique sont commandées l’une en fonction de l’autre comme le décrit le document US 2010/0180761. Mais, l’installation pour abaisser le débit sortant est difficile à commander, ce qui se traduit par un fonctionnement irrégulier. Dans le cas de l’installation du document DE 1020 08064064, deux tiroirs réglant le débit sortant reçoivent le signal pilote de pression venant du tiroir principal de l’autre partie de l’installation. Cela se traduit par une complexité de la conception du distributeur et ne permet pas de séparer ces deux parties de l’installation dont l’une est associée à une chambre du vérin et l’autre partie est associée à l’autre chambre du vérin puisqu’il faut deux lignes pilotes hydrauliques supplémentaires reliant les deux distributeurs principaux. En d’autres termes, actuellement, l’installation hydraulique qui alimente un vérin, c’est-à-dire la chambre du vérin côté fond et la chambre du vérin côté tige, comprend un même distributeur à tiroir de sorte que la section de sortie du vérin dépend de la course du tiroir au même titre que la section d’entrée. Comme le débit sortant du vérin ne dépend pas seulement que du débit entrant, cela signifie que la section de sortie peut être surdimensionnée ou sous-dimensionnée pour l’utilisation normale de l’installation. Comme le débit de sortie dépend également de la charge appliquée au vérin est lié au débit disponible fourni par la pompe, la contre-pression créée n’est pas constante de sorte que la vitesse du mouvement en charge n’est pas constante pour le même signal d’entrée (déplacement de la manette de commande) du conducteur avec différentes charges. Limiter la section augmente la stabilité du fonctionnement mais aussi, la perte d’énergie. La section de sortie est principalement dimensionnée pour garantir le contrôle de la charge dans le cas le plus défavorable du mouvement. Cela se traduit par une limitation dans plusieurs applications et augmente ainsi les pertes d’énergie et le débit de retour arrive directement dans la conduite de réservoir ce qui représente une perte d’énergie. BUT DE L’INVENTION La présente invention a pour but de développer une installation hydraulique associée à un vérin et permettant de décentraliser les sections d’entrée et de sortie sur chacune des deux chambres du vérin de façon indépendante et de maximiser l’efficacité de la régénération. EXPOSE ET AVANTAGES DE L’INVENTION A cet effet, l’invention a pour objet une installation hydraulique, reliée à un vérin à deux chambres séparées par un piston, dont la tige traversant l’une des chambres est reliée à un équipement, cette installation étant caractérisée en ce qu’elle comprend : une unité de commande reliée à une manette actionnée par l’opérateur pour manœuvrer l’équipement avec le vérin, une pompe alimentant les chambres du vérin par une ligne de pompe et un réservoir recevant le liquide hydraulique de retour du vérin par une ligne de réservoir, installation caractérisée en ce qu’elle comprend : deux modules électrohydrauliques indépendants reliés à une chambre respective par une ligne de chambre à la ligne de pompe et à la ligne de réservoir et comprenant chacun : un distributeur à tiroir commandé, respectif, avec un tiroir principal hydraulique, proportionnel reliant la conduite de chambre à la ligne de pompe et à la ligne de retour, une chambre pilote actionnant le tiroir principal par une liaison hydraulique et, un tiroir de commande électrohydraulique, proportionnel, reliant la ligne de pompe à la chambre pilote et recevant le signal de commande de l’unité de commande, une ligne de régénération reliant les lignes de chambre à travers le distributeur à tiroir de l’un des modules. Cette installation hydraulique permet de rendre plus efficace la régénération puisque la régénération est totale lorsque la régénération se fait à partir de la chambre du vérin traversée par la tige ; elle se fait de manière partielle lorsque la régénération se fait à partir de la chambre de tête du vérin. Suivant une caractéristique, le tiroir du distributeur à tiroir proportionnel le tiroir du distributeur à tiroir, proportionnel, susceptible de relier les lignes de chambre a un segment reliant les ports de lignes et fermant le port de la ligne la pompe et laissant accessible le port de réservoir. Suivant une autre caractéristique avantageuse, le tiroir du distributeur à tiroir a un segment fermant les quatre ports de ligne de chambre, de ligne de régénération, de pompe et de réservoir. Dans cette installation hydraulique, l’unité de commande est reliée à une manette pour générer les signaux électriques de commande de : * la section d’entrée de l’unité recevant le débit entrant du vérin, * la section de sortie de l’unité recevant le débit sortant du vérin. En particulier, la section de consigne de l’étranglement traversé par le débit sortant est donnée par la formule de Bernoulli, simplifiée : Ses=k ΔP= Pcp-PT formule dans laquelle, K est un coefficient dépendant du coefficient de section Cd et de la masse volumique du liquide (ρ). La pression de consigne est choisie parmi : - une valeur fixe prédéfinie, - une valeur variable en fonction de la manœuvre de la manette, - une valeur obtenue à partir d’une mesure d’un capteur de pression. La présente invention a pour objet une installation hydraulique pour la gestion du fonctionnement d’une machine hydraulique représentée dans les dessins annexés dans lesquels : schéma hydraulique de l’installation pour équiper une machine hydraulique telle qu’un vérin, schéma hydraulique de détail d’un des deux modules de l’installation hydraulique, schéma hydraulique de l’installation selon l’invention fonctionnant en mode de régénération totale, schéma hydraulique de l’installation selon l’invention fonctionnant en mode de régénération partielle. DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION DE L’INVENTION Par convention les expressions « ligne » et « conduite » utilisées dans la description des revendications sont synonymes et représentent des liaisons fluidiques. Selon la , l’invention a pour objet une installation électrohydraulique 100, associée à un vérin V relié à un équipement manœuvrant une charge. Le vérin V a deux chambres C1, C2 séparées par un piston VP solidaire d’une tige de vérin VP reliée à l’équipement. Le volume des deux chambres C1, C2 varie en fonction du mouvement du piston selon le rapport des sections libres S1, S2 des deux chambres ; la section de la chambre C1 du fond du vérin est la section de son alésage ; la section S2 de la chambre C2 traversée par la tige VT est la section de l’alésage diminuée de la section de la tige VT. Selon la manœuvre commandée au vérin V, l’une des chambres C1, C2 reçoit le débit entrant Qin et l’autre chambre C2, C1 fournit le débit sortant Qout. Les débits, comme les variations de volume des chambres sont dans le rapport des surfaces des sections des chambres : Q1/Q2= S1/S2. L’installation électrohydraulique 100 associée au vérin V se compose de deux modules électrohydrauliques M1, M2 séparés, commandés indépendamment par une unité de commande UC ; ces modules sont associés et relient respectivement l’une et l’autre chambres à une conduite de pompe LP venant de la pompe P et une conduite de réservoir LT pour le retour du liquide hydraulique au réservoir T. Chaque module M1, M2 a un distributeur à tiroir 1, 1’ à section d’étranglement réglable indépendamment ; cette section est commandée séparément dans chaque module par un signal électrique Σ(Ses) généré par l’unité de commande UC recevant le signal Sm de la manette Mm manœuvrée par le conducteur ainsi que les paramètres suivants : - contrepression de consigne PCP fixe ou variable attribuée à la chambre de sortie - pression de réservoir PT - débit entrant Qin dans la chambre d’entrée (C1 ou C2). Les paramètres permettent à l’unité de commande UC de calculer la section de sortie Ses de l’étranglement pour le débit sortant Qout donc imposé par le débit entrant théorique lié à la position de la manette Mn. L’unité centrale UC applique une équation de Bernoulli simplifiée pour obtenir la section de sortie Ses pour le débit sortant Qout. Ses=k ΔP=PCP-PT k : coefficient constant Le coefficient dépend du coefficient de section Cd et de la masse volumique du liquide (ρ). Dans cette installation, la pression de consigne est choisie parmi : - une valeur fixe prédéfinie, - une valeur variable en fonction de la manœuvre de la manette, - une valeur obtenue à partir d’une mesure d’un capteur de pression. La section de sortie du débit imposé est la section de sortie de consigne Sec du module recevant le débit sortant Qout ; cette section est émise par l’unité centrale UC sous la forme d’un signal électrique de commande Σ(Sec). Le débit entrant Qin est le débit fixé entre autres par la position de la manette. Ce débit entrant de consigne donne le débit sortant Qout utilisé pour le calcul de la section de sortie de consigne Sec L’installation 100 est alimentée en liquide hydraulique sous pression par la pompe P régulée sur une certaine pression d’alimentation ; ce liquide est celui du réservoir T alimenté par le retour de liquide hydraulique. La ligne LP de sortie de la pompe est reliée aux entrées des deux modules M1, M2 dont les sorties sont reliées à la ligne de réservoir LT. Selon la , le module M1, comporte un distributeur avec un tiroir principal de distribution, proportionnel, commandé par une chambre pilote 11 déplaçant le tiroir 1 à partir de sa position de repos représentée à la ; le module M1 est relié à une ligne L1 de la chambre C1, à la ligne de pompe LP et à la ligne de réservoir LT à laquelle il est relié dans sa position de repos, rappelé par le ressort 12. La chambre pilote 11 commandée par le liquide hydraulique fourni par le tiroir de commande 2 déplace le tiroir principal 1 pour mettre son segment d’alimentation 113 entre les conduites LP et L1 et fournir le liquide hydraulique à la chambre C1 (débit entrant Qin). Pour le fonctionnement opposé, le segment 111 relie la ligne L1 à la ligne de réservoir LT pour le débit sortant Qout de la chambre C1. Les deux segments 111 et 113 sont séparées par le segment intermédiaire 112 qui coupe la communication à travers le tiroir 1. La chambre pilote 11 combinée au tiroir principal 1 est commandée par le tiroir de commande 2. Celui-ci est un tiroir proportionnel, actionné par une commande électrique 21 recevant le signal de commande Σ(Se) de l’unité de commande UC. Le tiroir de commande 2 est rappelé par le ressort 22 dans sa position de repos dans laquelle la ligne de chambre pilote 11 est reliée à la ligne de réservoir LT. Pour régler le débit entrant Qin, le tiroir de commande 2 reçoit le signal Σ(Se) de l’unité de commande UC et relie la ligne LP de la pompe à sa sortie vers la chambre pilote 11 qui actionne de manière proportionnelle le tiroir principal 1 en réglant la section Se de son étranglement en fonction du signal Σ(Se). Le module M1 décrit ci-dessus comme unité d’entrée dans sa fonction de réglage de la section d’entrée du vérin, fonctionne de façon analogue en module de sortie mais en inversant le calcul de sa section de sortie. Les signaux de commande Σ(Se) Σ(Sec) sont inversés. Le module M2 comporte un distributeur avec un tiroir principal 1’, proportionnel, commandé par une chambre pilote 11 déplaçant le tiroir 1’ à partir de sa position de repos représentée à la ; le module M2 est relié à une ligne L2 de la chambre C2, à la ligne de pompe LP et à la ligne de réservoir LT. Le tiroir 1’ est mis dans sa position de segment 111 relié à la ligne de réservoir LT par le ressort 12. Dans cette position, la ligne L2 est coupée. La chambre pilote 11 commandée par le liquide hydraulique du tiroir de commande 2 déplace le tiroir principal 1 pour relier les conduites LP et L2 par son segment d’alimentation 113 et fournir le liquide hydraulique à la chambre C2 (débit entrant Qin). Pour le fonctionnement opposé, le segment 111 relie la ligne L2 à la ligne de réservoir LT pour le débit sortant Qout de la chambre C2. De façon plus détaillée, selon la combinée à la , le module M2 est relié à la ligne L1 du module M1 par une conduite de régénération LR permettant de relier à travers le segment 114 du tiroir 1’, la conduite L2 à la conduite L1 et renvoyer ainsi une partie ou la totalité du débit sortant Qout de la chambre C2 à la chambre C1 ; ce débit est combiné au débit arrivant de la ligne de pompe LP. Le segment 114 est représenté avec un branchement entre les ports PL2, PLR des lignes L2 et LR du tiroir 1’ ; la liaison avec les ports PLP, PLT des lignes LP et LT est représentée comme coupée. Ce schéma permet néanmoins, par le mouvement proportionnel du tiroir 1’ de répartir le débit sortant Qout de la ligne L2 entre la ligne de régénération LR et la ligne LT pour une régénération partielle par le port PLT alors que le port PLP reste coupé quelle que soit la répartition totale ou partielle du débit sortant Qout de la ligne L2 vers la ligne LR. Les deux segments 111 et 113 sont séparés par le segment intermédiaire 112’ qui coupe la communication à travers le tiroir 1’ entre les ports PL2, PLR des lignes L2, LR et les ports PLP, PLT des lignes LP, LT. De façon analogue au module M1, la chambre pilote 11 combinée au tiroir principal 1 est commandée par le tiroir de commande 2 proportionnel, actionné par une commande électrique 21 recevant le signal de commande ΣSec de l’unité de commande UC. Le tiroir de commande 2 est rappelé par le ressort 22 dans sa position de repos dans laquelle la ligne reliée à la chambre pilote 11 est reliée à la ligne de réservoir LT. Les deux modules M1, M2 indépendants de l’installation 100 sont chacun reliés aux lignes LP, LT par une interface A1, A2 ; ces interfaces sont branchées en série sur les deux lignes LP, LT. Les interfaces A1, A2 sont directement combinées à l’un et l’autre module M1, M2. Les modules M1, M2 sont complétés par un clapet de sécurité 3 qui s’ouvre en cas de suppression de la ligne L1, L2 et par un clapet ouvert / fermé 4 entre le tiroir principal 1 combinant la fonction antiretour (segment 41) et celle de passage (segment 42). Le clapet 4 est commandé par un signal électrique de l’unité UC indépendamment de la commande des tiroirs 1, 1’. Le module M2 est différent du module M1 par son tiroir de distribution 1’. Cette dissymétrie des deux modules est imposée par la structure dissymétrique des chambres C1, C2 du vérin dont les variations de volume par le déplacement du piston sont dans le rapport de leurs sections libres (celles sans tige du piston et celles traversées par la tige de piston. La est le schéma hydraulique des modules M1, M2 en mode de régénération totale entre la chambre C2 du vérin et sa chambre C1 par les lignes L2, LR, L1 passant par le segment 114 du tiroir 1’ du module M2. Comme le débit sortant Qout de la chambre C2 est inférieur au débit entrant dans la chambre C1, le débit de régénération passant par la ligne LR est complété par le débit de la ligne de pompe LP à travers le module M1. Le segment 111 du tiroir 1 du module M1 relie alors la ligne de pompe LP à la ligne de chambre L1 pour compléter le débit de régénération entrant dans la chambre C1. La montre une installation hydraulique fonctionnant en mode de régénération partielle. Cette régénération partielle est une régénération à partir de la chambre C1 vers la chambre C2 du vérin. Le débit sortant de la chambre C1 étant supérieur au débit entrant dans la chambre C2, la fraction en excédant du débit sortant qui n’est pas régénérée par la ligne LR vers la chambre C2 est évacuée par la ligne de réservoir LT. Dans les deux modes de fonctionnement des figures 3 et 4, le module M2 constitue le module de régénération qui assure la régénération totale ou partielle suivant la chambre du vérin qui fournit le débit sortant. Ainsi, l’installation hydraulique permettant la régénération entre la chambre de débit sortant et la chambre de débit entrant ne nécessite qu’un module de régénération avec un tiroir 1’ comportant un segment de régénération 114. En conclusion et en résumé, l’invention a pour objet une installation hydraulique 100, reliée à un vérin V à deux chambres C1, C2 séparées par un piston VP, dont la tige VT traversant l’une V2 des chambres C1, C2 est reliée à un équipement, installation comprenant : - une unité de commande UC reliée à une manette Mn actionnée par l’opérateur pour manœuvrer l’équipement avec le vérin V - une pompe P alimentant les chambres C1, C2 du vérin par une ligne de pompe LP et un réservoir T recevant le liquide hydraulique de retour du vérin V par une ligne de réservoir LT, installation caractérisée en ce qu’elle comprend : * deux modules électrohydrauliques M1, M2 indépendants reliés à une chambre C1, C2 respective par une ligne de chambre L1, L2 à la ligne de pompe LP et à la ligne de réservoir LT et comprenant chacun : - un distributeur à tiroir 1D, 1’D, commandé, respectif, avec * un tiroir principal 1, 1’ hydraulique, proportionnel reliant la conduite de chambre L1, L2 à la ligne de pompe LP et à la ligne de retour LT * une chambre pilote 11 actionnant le tiroir principal 1 par une liaison hydraulique et, * un tiroir de commande 2 électrohydraulique, proportionnel, reliant la ligne de pompe LP à la chambre pilote 11 et recevant le signal de commande ΣSec de l’unité de commande UC, - une ligne de régénération LR reliant les lignes de chambre L1, L2 à travers le distributeur à tiroir 1’ de l’un M2 des modules M1, M2. Suivant une caractéristique, le tiroir du distributeur à tiroir 1’, proportionnel, susceptible de relier les lignes de chambre L1, L2 a un segment 114 reliant les ports de lignes L1, L2 et fermant le port PLP de la ligne la pompe et laissant accessible le port PLT de réservoir LT. Suivant une autre caractéristique, le tiroir 1’ du distributeur à tiroir 1, 1’D a un segment 112’ fermant les quatre ports PL2, PLR, PLP, PLT de ligne de chambre L2, de ligne de régénération LR, de pompe LP et de réservoir LT. Suivant une autre caractéristique, l’unité de commande UC est reliée à une manette Mn pour générer les signaux électriques de commande ΣE et ΣS de : * la section d’entrée Se de l’unité M1, M2 recevant le débit entrant Qin du vérin V, * la section de sortie Sec de l’unité M1, M2 recevant le débit sortant Qout du vérin V en fonction des paramètres : - contrepression de consigne Pcp de la sortie du vérin V, - pression de consigne du réservoir PT, - débit entrant Qin dans le vérin V. Suivant une autre caractéristique, la section de consigne (Sec) de l’étranglement traversé par le débit sortant (Qout) est donnée par la formule de Bernoulli, simplifiée : Sec=k ΔP= Pcp-PT formule dans laquelle, K est un coefficient dépendant du coefficient de section Cd et de la masse volumique du liquide (ρ) K=CT √ρ. Suivant une autre caractéristique, la pression de consigne Pcp est choisie parmi : - une valeur fixe prédéfinie, - une valeur variable en fonction de la manœuvre de la manette Mn, - une valeur obtenue à partir d’une mesure d’un capteur de pression. NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 1, 1’ Tiroir principal 11 Chambre pilote 111 Segment de retour 112 Segment d’arrêt 112’ Segment intermédiaire 113 Segment d’alimentation 114 Segment de régénération 12 Ressort 2 Tiroir de commande 21 Pilote électromécanique 22 Ressort de rappel 3 Clapet de surpression 4 Clapet ouvert / fermé 41 Segment de la fonction antiretour 42 Segment de la fonction de passage 5 Amortisseur 51 Cellule d’expansion 52 Tiroir d’activation 6 Capteur de pression 7 Clapet antiretour C1, C2 Chambres du vérin VP Piston VT Tige du piston O Equipement dans ses charges UC Unité de commande Mn Manette Sm Signal de la manette P Pompe LP Ligne de pompe T Réservoir LT Ligne de réservoir LR Ligne de régénération UA Unité électrohydraulique M1, M2 Modules électrohydrauliques L1, L2 Lignes de chambre S1, S2 Section des chambres Se Section d’entrée Sec Section de sortie de consigne Ses Section de sortie Σ(Se) Signal électrique de commande de la section d’entrée Σ(Ses) Signal électrique de commande de la section de sortie Σ(Sec) Signal électrique de commande de la section de consigne Qin débit entrant Qout débit sortant A1 Interface module M1 A2 Interface module M2 LR Ligne de régénération Installation hydraulique (100), reliée à un vérin (V) à deux chambres (C1, C2) séparées par un piston (VP), dont la tige (VT) traversant l’une (V2) des chambres (C1, C2) est reliée à un équipement, installation comprenant : - une unité de commande (UC) reliée à une manette (Mn) actionnée par l’opérateur pour manœuvrer l’équipement avec le vérin (V) - une pompe (P) alimentant les chambres (C1, C2) du vérin par une ligne de pompe (LP) et un réservoir (T) recevant le liquide hydraulique de retour du vérin (V) par une ligne de réservoir (LT), installation caractérisée en ce qu’elle comprend : * deux modules électrohydrauliques (M1, M2) indépendants reliés à une chambre (C1, C2) respective par une ligne de chambre (L1, L2) à la ligne de pompe (LP) et à la ligne de réservoir (LT) et comprenant chacun : - un distributeur à tiroir (1D, 1’D), commandé, respectif, avec * un tiroir principal (1, 1’) hydraulique, proportionnel reliant la conduite de chambre (L1, L2) à la ligne de pompe (LP) et à la ligne de retour (LT) * une chambre pilote (11) actionnant le tiroir principal (1) par une liaison hydraulique et, * un tiroir de commande (2) électrohydraulique, proportionnel, reliant la ligne de pompe (LP) à la chambre pilote (11) et recevant le signal de commande (ΣSec) de l’unité de commande (UC), - une ligne de régénération (LR) reliant les lignes de chambre (L1, L2) à travers le distributeur à tiroir (1’) de l’un (M2) des modules (M1, M2). Installation hydraulique (100) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le tiroir du distributeur à tiroir (1’), proportionnel, susceptible de relier les lignes de chambre (L1, L2) a un segment (114) reliant les ports de lignes (L1, L2) et fermant le port (PLP) de la ligne la pompe et laissant accessible le port (PLT) de réservoir (LT). Installation hydraulique (100) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le tiroir (1’) du distributeur à tiroir (1, 1’D) a un segment (112’) fermant les quatre ports (PL2, PLR, PLP, PLT) de ligne de chambre (L2), de ligne de régénération (LR), de pompe (LP) et de réservoir (LT). Installation hydraulique (100) selon la revendication 1, caractérisée en ce que - l’unité de commande (UC) est reliée à une manette (Mn) pour générer les signaux électriques de commande (ΣE) et (ΣS) de : * la section d’entrée (Se) de l’unité (M1, M2) recevant le débit entrant (Qin) du vérin (V), * la section de sortie (Sec) de l’unité (M1, M2) recevant le débit sortant (Qout) du vérin (V) en fonction des paramètres : - contrepression de consigne (Pcp) de la sortie du vérin (V), - pression de consigne du réservoir (PT), - débit entrant (Qin) dans le vérin (V). Installation hydraulique (100) selon la revendication 4, caractérisée en ce que la section de consigne (Sec) de l’étranglement traversé par le débit sortant (Qout) est donnée par la formule de Bernoulli, simplifiée : Sec=k ΔP= Pcp-PT formule dans laquelle, K est un coefficient dépendant du coefficient de section Cd et de la masse volumique du liquide (ρ) K=CT √ρ. Installation hydraulique (100) selon les revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la pression de consigne (Pcp) est choisie parmi : - une valeur fixe prédéfinie, - une valeur variable en fonction de la manœuvre de la manette (Mn), - une valeur obtenue à partir d’une mesure d’un capteur de pression.