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Perfectionnements aux pompes hydrauliques
La présente invention concerne des pompes hydrau- liques du typeà disque oblique, dans lequel les pistons sont en contact direct avec la face du disque. Celui-ci est géné- ralement constitué par une plaque dont le plan est incliné sur le plan perpendiculaire à l'axe, des pistons.
Un des objets de l'invention est l'établissement d'une pompe perfectionnée du type ci-dessus dans laquelle on supprime le glissement qui se produit aux points de contact entre les pistons et le disque actionnant ces derniers.
Un autre but est l'établissement d'une pompe perfec- tionnée du même type dans laquelle, grâce à des moyens simples, on parvient à l'équilibre dynamique.
En outre, l'invention apporte des perfectionnements à l'admission et au refoulement dans les cylindres, permettant
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d'assurer d'une manière simple,, un amorçage efficace de la pompe.
Enfin, la présente invention a. pour objetune pompe d'une construction compacte et robuste assurant une stabilité accrue des organes en rotation.
Les autres objets et avantages de l'invention apparai- tront clairement au cours de la description ci-acres.
L'invention consiste;, dans ses grandes lignes, .en une pompe hydraulique comprenant un disque d'actionnement, incliné sur le plan perpendiculaire à l'axe des pistons qu'il commande, ce disque étant monté sur un maneton conique de manière à pouvoir tourner librement par rapport à celui-ci;
des pistons dont les axes sont parallèles à l'axe de rotation de la manivelle conique qui sont poussés axialement de manière que leur extrémité s'appuie directement contra. la face du disque, afin que le frottement em- pêche celui-ci de tourner avec le maneton conique,, et. qu'en même temps le disque imprime aux pistons un mouvement alternatif, la disposition étant belle que l'on obtient un mouvement de rou- lement sensiblement parfait entrela dite face du disque et les extrémités précitées des pistons.
Pour faciliter la compréhension de l'invention, certa.ins exemples de pompes conformes à l'invention vont être décrits ci- après, avec référence au dessin annexé sur lequel :
La figure 1 est une vue en coupe longitudinale, quelque peu schématique, d'une pompe conforme à l'invention.
La figure 2 est un diagramme montrant la disposition de chacun des pistons de la pompe par rapport au disque d'ac- tionnement.
La figure 5 est une vue en coupe longitudinale mon- tra.nt en détail la réalisation d'une pompe conforme à l'inven- tion.
La figure 4 est une coupe transversale suivant IV-IV figure S.
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La figure 5 est également une coupe transversale sui- vant V-V figure 3.
La figure 6 est une coupe partielle suivant la ligne
VI-VI de la figure 4.
La figure 7 est une coupe partielle suivant VII-VII figure 4.
La figure 8 est une coupe longitudinale montrant un type de pompe quelque peu différent, conforme à l'invention.
Enfin, les figures 9 et 10 sont des vues de détail, à plus grande échelle, montrant deux autres types différents d'extrémités de pistons au contact avec le disque d'actionnement.
Si l'on pé réfère d'abord à la figure 1, on voit en 1 l'arbre d'entraînement de la pompe, qui comporte un ma- neton conique 2 formé dans l'arbre 1 et un disque d'actionne- ment 3 coaxial avec le maneton conique. Les pistons 4 de la pompe sont disposés de la manière habituelle, leurs axes étant parallèles à celui de l'arbre d'entraînement 1 et répartis au- tour de celui-ci. Chaque piston est actionné par un ressort 5 de manière qu'une extrémité 6 du piston soit maintenue au con- tact de la face du disque d'actionnement 3. Le ressort 5 est un ressort raide ne subissant qu'une faible compression à la fin du temps d'aspiration.
Suivant le procédé habituel,' l'arbre d'entraînement 1 tourne dans un palier fixe tandis que les pistons 4 coulissent dans des cylindres formés dans une culas- se fixe, mais cependant la figure 1 n'indique ni les cylindres ni les soupapes.
On observera que le plan de la face du disque d'ac- tionnement 3 passe par le point d'intersection de l'axe de l'ar- bre d'entraînement 1 et de l'axe du maneton conique 2. Les ex- trémités 6 des pistons 4 qui coopèrent avec la face de la plaque
3 sont sphériques, le centre de la calotte sphérique de la tête
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des pistons se trouvant sur l'axe de chaoue piston sensiblement au milieu de sa surface de contact avec le cylindre.
Le disque 3 tourne librement sur le caneton conique 2 et chaque piston peut également tourner librement dans son cylindre
Pour expliquer le mouvement relatif du disque d'actionne- [lent 3 par rapport aux pistons 4, la manière la plus simple con- sisteà supposer que l'arbre d'entraînement 1 et que le maneton conique 2 sont fixes et que l'on fait tourner le coros des cy- lindres ainsi que les pistons 4 autour oe l'axe de l'arbre d'en- traînement précité.
Il est évident que le mouvement relatif obtenu de cette façon est le même que si 1$on faisait tourner l'arbre d'entraînement, le corps des cylindres restant fixe.
La figure 2 a été établie en tenant compte de la supposition ci- dessus et elle indique suivant une vue en bout, 3. une plus grande échelle que celle de la figure 1, une seule extrémité de piston 6 :fans 8 positions différentes autour de l'axe x de l'arbre d'en- traînement. La position du haut, sur cette figure, correspond au point mort extérieur du piston (c'est-à-dire la position la plus à gauche du piston 4, tel que représenté sur cette figure 1) et le point o représente le point d'intersection avec la surface du disque d'actionnement de l'axe du piston lorsque ce dernier se trouve dans cette position.
Le point de contact entre l'ex- trémité 6 du piston et la surface du disque d'actionnement est indique' par le petit cercle hachuré 12 et se trouve verticale- ment au-dessous de l'axe du piston à. une distance qui est fonction du rayon de la tête du piston. Quand le piston tourne autour de l'axe x (par exemple dans le sens des aiguilles d'une montre) et passe successivement par les 8 postions représentées, l'axe du piston se déplace le long du cercle en trait mixte.
Le frottement entre les pistons et le disque d'actionnement en- traîne ce dernier autour de l'axe du maneton conique à la même vitesse angulaire que le corps des cylindres, et le point o.
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( qui peut être considéré comme un repère sur la face du disque) se déplace sur un parcours représenté par 1'ellipse.en trait pointillé. 'La distance relative de l'axe du piston au point o pour n'importe quelle position du piston est toujours la dis- tance horizontale d entre le cercle et l'ellipse.
Or, dans les conditions'supposées, l'inclinaison du disque d'actionnement reste constante et le point de contact p reste eh dessous du piston et sur la verticale de son axe.
Ainsi le segment d joignant l'axe du piston au point o est toujours perpendiculaire au rayon qui joint l'axe du piston au point de contact. Par conséquent, ce mouvement relatif, au lieu de déterminer un glissement fait simplement tourner le piston dans son cylindre suivant l'angle [alpha] . Il s'ensuit que le mouvement relatif-de la face de travail du disque d'ac- tionnement par rapport à la surface de l'extrémité du piston, mouvement qui résulte de la différence entre la trajectoire circulaire de l'axe du piston et la tra.jectoire elliptique .suivie par le point o, a une faible oscillation angulaire autour du point de contact p, l'angle d'oscillation étant compté à partir de la position indiquée en haut de la figure et désigné par [alpha] . Le piston oscille légèrement dans son cylindre.
Ce mouvement oscillqnt est le seul mouvement relatif qui se produit entre la face de travail du disque d'actionne-, ment et la surface''de l'extrémité du piston. Tandis que cette oscillation relative se produit, le point de contact p. se déplace continuellement autour de la surface sphérique de l'extrémité du piston grâce à une action de roulement entre les 2 surfaces en contact. L'angle suivant lequel ce point s'écarte de la position indiquée au sommet de la figure est désigné par y et il est approximativement égal à l'angle #, dont le piston lui-même a tourné autour de 1*axe x.
Le mouve- -
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ment oscillant relatif [alpha] est tellement réduit en comparaison du mouvement de roulement y qu'il est absorbe par les défor-- mations élastiques de la matière, comme dans le cas d'un roulement à, billes ayant des chemins de roulement incurvées, et en définitive on peut admettre que le contact entre la face du disque d'actionnement et l'extrémité du piston est un con- tact par roulement sensiblementparfait sans frottement., et par suite pratiquement sans usure.
En plus du mouvement d'oscillation et de rotation du piston dans son cylindre il se produit une légèrerotation con- tinue pour compenser la légère différence de longueur entre la circonférence de contact de la tête sphérique du piston et la ligne de contact correspondante sur la surface plane du disque d'actionnement. Ceci est réalisé par une faible rotation relative entre piston et ressort qui se produit à la fin de chaque course;, au moment où la tension du ressortestla plus faible.
Si l'on se réfèrede nouveau à la figure1 etque l'on prenne l'hypothèse conforme à la réalité suivant laquelle l'arbre d'entraînement 1 tourne tandisque le corps du cylindre est fixe, on comprendra que le disque d'actionnement 3 est mis en mouvement par le maneton conique 2 mais ne peut tourner avec celui-ci en raison de son contact avec les pistons. Le mouvement d'un point particulier quelconque zpeut être divisé en deux composantes. l'une étant un mouvement de rotation dans un plan perpendiculaire à l'axe de l'arbre 1, l'autre un mouvement alter- natif'parallèle à cet arbre.
Or, la somme des forces centrifuges dues à la rotation de tous les points individuels dui composent le disque d'actionnement s'additionne pour former une force cen- trifuge résultante Ci* Les forces d'inertie dues au mouvement alternatif appliqué aux mêmes points, ajoutées aux charges d'iner- bie dues aux ressorts 5 et aux mouvements alternatifs des pistons
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s'ajoutent également pour former un couple Tl. La force centri- fuge résultante C1 et le couple résultant Tl se trouvent tous deux dans le plan des axes de l'arbre 1 et du maneton conique 2 par conséquent tous deux peuvent être équilibrés par la force centrifuge C2 causée par un contrepoids unique 7 relié rigi- dement au disque d'actionnement.
La force centrifuge C2 est égale et diamétralement opposée à la force centrifuge Cl mais elle est décalée par rapport à celle-ci le long de l'axe de l'arbre 1 d'une distance telle'que les deux forces centrifuges créent un couple égal et opposé au couple Tl.
Si l'on se réfère maintenant aux figures 3 à 7, on. voit que la pompe représentée sur ces figures est la même que celle représentée shcémati.quement sur la figure 1, les organes équivalents étant désignés par les mêmes chiffres ou lettres de références. Toutefois, en ce, qui concerne l'équili- brage dynamique, il existe une différence entre la figure 3 et la figure 1. Cela est dû au fait que dans le dessin de la figure 3 il est impossible de déplacer le contrepoids à une distance suffisante pour neutraliser complètement le couple Tl.
Par conséquent on utilise ici deux contre-poids 7a et 7b. La force centrifuge C3 due au contrepoids 7a a une direction op- posée à la force centrifuge Cl due au disque d'actionnement 3 et à ses organes associés, tandis que la force centrifuge C4 due au contrepoids 7b a la même direction que la force centrifuge Cl.
La force C3 est égale.à la somme des forces Cl et C4, et les trois forces C3, C4 et Cl réunies produisent un couple égal et opposé au couple Tl. On comprend facilement que la distance entre la force C3 et la force Cl n'est pas aussi grande que la distance entre la force Cl, et une force C2 qui serait égale à la force Cl et qui produirait avec la forcé Cl un couple égal à celui produit par les trois forces C3, C4 et Cl.
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On observera que 1 posrpo reDr6s,:;ntE,e sur 1 fi- gures 3 a 7 CO>1)r'n.1(J six pj :=;t)11,S, ;'1 s a =T;> 1 =. X ? OiSt0518 1-l de (iarrètr8 relativenent petit et 3 pistons 4¯b cîP rii.i#;41=..re rels- ti vexent grand. Ces pistons sont représentes comjie étant 3- la même distance de l'axe Je l'arbre 1 et C!1¯SS?OS::û alterna- tivercent ïiitDi2r de cet aa.c CJ!:1::1e on le voi sur la fleure 5p '!lais il est évident outils pourraient être disposés différen- ment et à des distances différentes. Les pi stons 4a se dé-
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placent dans des cylindres 3ô et les Distons 4¯b dans les cy- lindres U};;, tous ces cylindres st8.nt constftués par des zié- sages pratiques dans le bloc cylindre 9.
Les cylindres assirent tous du liquide par une ou-
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vertare d'admission conniune 10, mais les cylindres 8¯a refou- lent le liquide vers un echappement 11 à haute pression, tandis que les cylindres 8b refoulent vers un échappement 12 3. basse
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pression. Plus particulièrement, l 'ouvert'-1re d-'admission 10 débouche dans la chambre à liquide 13 à l'extrémi té arrière du bloc-cylindre 9 la plus éloignée du disque d'actionnement 3.
Tous les cylindres sont alimentés par cet espace 13 sous le contrôle de soupapes 14a, 14b à tête conique- Les pistons 4a et 4b. lorsqu'ils parviennent à l'extrémité inférieure de leur course approchent de très près la tête de leurs soupapes et les lumières de refoulement 15a et 15b s'étendent radialement à partir des cylindres près des têtes de soupapes. Pour empêcher que les pistons 4a et 4b ferment les lumières de refoulement 15a et 15b, les cylindres comportent à leur extrémité proche des têtes de soupapes;, un embrèvement excentré que l'on voit en 16a, 16b (figures 3 et 4), de sorte qu'il existe toujours un léger dégagement sur le côté du piston à partir duquel s'étend l'ouverture de refoulement 15a ou 15b.
Ainsi qu'on le voit sur la figure 4 ces embrèvements sont tangent aux alésages principaux du côté opposé aux lumières radiales de refoulement
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15a, 15b. Les soupapes 14a et 14b peuvent être coaxiales avec les parties excentrées 16a et 16b des cylindres. Les lumières de refoulement 15a conduisent à des soupapes ou clapets anti- retour 17 à billes qui donnent accès à des chambrages 18a à l'intérieur du bloc cylindre 9. Dans le cas d'un des cham- brages 18a (le plus haut sur la figure 4) il communique direc- tement avec l'ouverture de retournement 11 à haute pression par l'intermédiaire de passages 19 (figure 6). De même, ces trois espaces 18a communiquent entre eux au moyen de canaux 20 prévus dans le bloc cylindre 9, ces canaux se rencontrant au centre.
En d'autres termes, les trois chambres 18a communiquent toutes avec l'ouverture de haute pression 11.
Les lumières de refoulement 15b conduisent d'une ma-. nière analogue par des valves ou clapets anti-retour 17 à billes, à des espaces 18b du bloc cylindre. Ces espaces ou chambres 18b communiquent, par l'intermédiaire de canaux 21, avec un passage central 22 du bloc cylindre qui communique directement avec le raccord de refoulement sous pression 12.
On constate facilement que s'il fallait que tous les cylindres refoulent vers une sortie unique on ferait communiquer toutes les chambres 18a, 18b avec l'espace central précité 22.
On remarque également que l'orsqu'un piston quelconque se trouve à son point mort intérieur le volume de travail du cylindre consiste dans le très faible dégagement qui subsiste au delà de l'extrémité du piston plus le faible dégagement à section en croisant entourant partiellement,le piston et résul- tant de l'embrèvement plus le faible espace à l'intérieur du canal de sortie aboutissant au clapet à bille 17. Ce volume est relativement très réduit et permet de soulever d'une manière satisfaisante la soupape d'admission 14a et 14b lorsque le piston commence sa course d'aspiration.
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Si l'on entre plus en avant dans le détail de la construction dp la pompe on constate que le disque d'actionne- ment et ses organes associés sont renfermes dans un boîtier constitué par une pièce de fonderie 25 en forme de cloche boulonnéesur l'arrière du bloc cylindre 9, le dessin incli- cuant que ces pièces sont assemblées à l'aide rie boulons ordinaires 25.
L'arbre de commande 1 est porté par l'intermédiaire d'un roulement à. billes 26, par la paroi antérieure de la pièce moulée 23. Le contre/poids combiné 7a, 7b est poussé et claveté sur l'arbre d'entraînement et bute à l'arrière contre un épau- le;lent 27 de cet arbre.
La face antérieure du contrepoids combiné est en conta.ct avec la bague intérieure 28 du roulement à billes 26, dont la bague extérieure 29 bute contre l'avant d'un épau- lement 30 de la paroi avant de la pièce moulée 23. Ainsi, le roulement à billes 26 agit comme butée axiale et comme palier de roulement en même temps, et il absorbe la poussée de l'arbre 1. four accroître la. stabilité, le maneton conicue 2 comporte un prolongement arrière 31 coaxial1-'arbre d'entraînement 1, cette extension étant supportée par un roulement à rouleaux 32 logé dans une cavité prévue dans la face antérieure du bloc cylindre 9.
Pour permettre le montage du disque d'actionnement 3 sur le maneton conique 2 de manière qu'il puisse tourner le disque comporte une collerette 3a en saillie vers l'avant orès de sa périphérie ainsi qu'un moyeu s'étendant vers l'arrière, 3b, entourant avec le minimum de jeu le maneton conique. Un roulement billes 32 est prévu entre la collerette 3a et le maneton 2 bandas s qu'un roulement à rouleaux 34 est également prévu entre le moyeu et le maneton.
La bague Intérieure 35 du roulement 3 billes 33 porte par sa face antérieure contre
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un épaulement 36 du maneton conique, tandis qu'un épaulement 37 du disque d'actionnement bute contre la bague extérieure 38 du même roulement, de sorte que celui-ci absorbe la poussée en bout qui s'applique au disque d'actionnement.
Les alésages pratiqués dans le bloc cylindre 9 et qui constituent les cylindres 8a et 8b sont embrevés du côté anté- rieur du bloc cylindre, des douilles ou canons 39a et 39b étant vissés dans les embrèvements, ces douilles ayant un alésage qui constitue le prolongement de celui pratiqué dans le bloc de sorte que le piston puisse coulisser librement dans les alésages continue, de la douille et du bloc cylindre, ceci s'appliquant à chaque cylindre. Les douilles 39a et 39b se prolongent vers l'avant à partir de la face antérieure du bloc cylindre de sorte que les pistons sont supportés sur une longueur considérable.
Les ressorts précités 5 entourent les douilles 39a, et 39b et sont comprimés entre la face antérieure du bloc cy- lindre et les disques 40 montés sur les pistons, ce qui appa- raît clairement sur le dessin.
Les sièges 41 et les supports ou guides 42 des sou- 'papes 14a et 14b sont exécutés séparément. Pour loger ces siè- ges et guides de soupapes, le bloc cylindre 8 est contrepercé et taraudé coaxialement aux embrèvements 16a et, 16b de chaque cylindre jusqu'à ces embrèvements ce que l'on voit clairement sur le dessin. Les sièges 41 sont introduits en premier et ensuite on visse les guides 42, ce' qui maintient les sièges en pla.ce comme le révèle le dessin.
Les espaces 18a et 18b ménagés dans le bloc cylindre et auxquels aboutissent les lumières de refoulement 15a et 15b en provenance des cylindres, sont constitués par des perçages pratiqués dans la périphérie du bloc cylindre et par des bou- chons filetés 43 qui obturent ces perçages. Les ressorts 44 qui maintiennent les billes 17 des clapets contre leurs sièges
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sont logés d.ans des cavités .rn.tic.J(cs da11.S ces bouchons (j''ig.4).
En ce qui concerne le bouchon 47. représente sur 10 figure ii, on voit oue le conduit, de refoulement i s'étend s ;: #> é: >. i ;=.i . ep: e :n t sur une 1-erL.2,-Ire 1-nn;,u.ei-ir r a l'11-,,.',,Uri.i.-,,i- ne e 1 ' e ;: t i" 1: m d. t 1. r; J: t..l: r l > ± (x = x. (1 ce bouchon et t. c. ".i ' 1 est relie à j ' j' s Î, > c, 13 par 1- ' 1 ii - 1,E'rGéEi,Ëi re des oassages 19 qui partent du cond.u.it 11 flt. cassent ii travers le i,,T.ii,J=an...1>1:<Jiir du ressort fifi rot dp l :i 1-1.Il r. 1 7.
Comme on le voit, 1''orifice de sortie sous pression 1 est constitué par un tube 4b ;: ,J à ;: 1- z.l au bloc cylindre et. uasssnt sans jeu il travers la paroi du couvercle .roui ;1. à±P; ce tuyau est. vissé dans un tarsudage pratic-ié dans la. fsce arrière du bloc cylindre, ce perçage comr,,un-1-ouant avec l'espace central 22a 1:insi, ce dernier conmunique avec la sortie 12 comme il a été indiqué plus haut.
Pour diminuer les forces d'inertie, les pistons 4b de plus grand diamètre peuvent être creux.
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Si l'on Se rsfëre n1a.l,l1 te'nant lo figure e B ; on voit ici un uo<.ie (le réalisa hion (le l'invention dont la construction diffère sous plusieurs aspects de celui qui .t(:;:1.t d'êbre décret.
Sur cette figure;, les nr.a:1es correc,;po11dant ce;,iJ# représentas sur les figures précédentes ont été dcisignés par les :..;é:ies c}1if- fres et lettres de référence* Les différences qui existent antre la disposition de la figure 8 et celles des figures 3 à 7 sont les suivantes :
Les pistons 4 et les cylindres 8, ainsi que leurs parties excentrées 16, ont tous la même dimension et refoulent tous vers une sortie commune. Celle-ci est analogue à la sortie 11. de la figure 4 et n'est pas visible sur la Fig. 8. Par suite, les douilles 39 sont identiques les unes aux autres.
Le disque d'actionnement 3, au lieu d'être porté par un roulement à billes et par un roulement à rouleaux ou à ai-
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guilles, tourne sur deux roulements à billes. Ainsi, la collerette 3a se prolonge dans le sens de l'axe depuis le disque d'actionnement proprement dit. Le roulement à billes 33 qui est analogue à celui désigné de la même façon sur la figure 3, et qui absorbe la poussée en bout d'une manière comparable, comporte entre le maneton 2 et la partie anté- rieure de la collerette, et entre le maneton et la partie arrière de la collerette, un roulement à billes 46 de dimen- sions plus faibles. Les deux roulements à billes sont disposés avec un écartement axial suffisant pour laisser un support stable au disque d'actionnement.
Au lieu de la saillie 31 de la figure 3, qui pé- nètre dans le roulement à rouleaux 32, un roulement à billes supplémentaire 47 est prévu pour l'arbre d'entraînement 1, à une certaine distance en avant du roulement à billes 26. A cette fin, on a muni la pièce 23 d'une autre pièce coulée 48 boulonnée sur la précédente à l'aide de boulons 49 et les deux roulements à billes 26 et 47 sont logés entre l'arbre 'd'entraînement 1 et cette pièce moulue 48. On voit que le roulement à billes 26 absorbe la poussée axiale de la même façon que le roulement à billes 26 de la figure 3.
Un autre détail qui différencie la figure 8 de la figure.3, est' que, alors que cette dernière figure montrait le contrepoids double 7a, 7b comme étant logé entre l'épau- lement 27 et la bague intérieure 28 du roulement 26, et que la bague intérieure 35 du roulement 33 porte directe- ment contre l'épaulement 36, dans la disposition de la fi- gure 8, le contrepoids unique 7 est logé entre la bague intérieure 35 et l'épaulement 36 tandis que l'épaulement 27 porte directement contre la bague intérieure 28.
Dans toutes les figures précédentes, au lieu que les pistons soient munis chacun d'une extrémité sphérique
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6 pour assurer le contact avec la face du disque d'actionnement, on peut munir chacun d'eux d'une extrémité 6a dont la surface, comme on le voit sur la figure 9, est sphéro-conique, ou bien une extrémité 6b dont 3.a surface est tronconique. Dans le pre- mier cas, la zone de contact , de la figure 2 est légèrement al- longée dans le sens radial du piston, et dans le deuxième cas cette zone de contact s'allonge davantage dans la même direction.
Il est évident pour toute personne du métier que cela n'affecte aucunement les explications données avec référence à la. figure 2.
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Improvements to hydraulic pumps
The present invention relates to hydraulic pumps of the oblique disc type, in which the pistons are in direct contact with the face of the disc. This is generally formed by a plate, the plane of which is inclined on the plane perpendicular to the axis, of the pistons.
One of the objects of the invention is the establishment of an improved pump of the above type in which the sliding which occurs at the points of contact between the pistons and the disc actuating the latter is suppressed.
Another object is the establishment of an improved pump of the same type in which, by simple means, dynamic equilibrium is achieved.
In addition, the invention provides improvements to the admission and delivery in the cylinders, allowing
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to ensure in a simple way, an efficient priming of the pump.
Finally, the present invention a. a pump with a compact and robust construction ensuring increased stability of the rotating parts.
The other objects and advantages of the invention will become apparent from the above description.
The invention consists;, in broad outline, .a hydraulic pump comprising an actuating disc, inclined on the plane perpendicular to the axis of the pistons that it controls, this disc being mounted on a conical crank pin so as to be able to turn freely in relation to it;
pistons whose axes are parallel to the axis of rotation of the conical crank which are pushed axially so that their end rests directly against. the face of the disc, so that the friction prevents it from turning with the conical crank pin ,, and. that at the same time the disc gives the pistons a reciprocating movement, the arrangement being good that a substantially perfect rolling movement is obtained between the said face of the disc and the aforementioned ends of the pistons.
To facilitate understanding of the invention, certain examples of pumps in accordance with the invention will be described below, with reference to the appended drawing in which:
Figure 1 is a somewhat schematic longitudinal sectional view of a pump according to the invention.
FIG. 2 is a diagram showing the arrangement of each of the pistons of the pump relative to the actuator disc.
FIG. 5 is a view in longitudinal section showing in detail the embodiment of a pump according to the invention.
Figure 4 is a cross section along IV-IV figure S.
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Figure 5 is also a cross section along V-V Figure 3.
Figure 6 is a partial section along the line
VI-VI of figure 4.
Figure 7 is a partial section along VII-VII Figure 4.
Figure 8 is a longitudinal section showing a somewhat different type of pump according to the invention.
Finally, Figures 9 and 10 are detail views, on a larger scale, showing two other different types of piston ends in contact with the actuating disc.
If we first refer to Figure 1, we see at 1 the drive shaft of the pump, which comprises a conical handle 2 formed in the shaft 1 and an actuating disc 3 coaxial with the conical crankpin. The pistons 4 of the pump are arranged in the usual way, their axes being parallel to that of the drive shaft 1 and distributed around the latter. Each piston is actuated by a spring 5 so that one end 6 of the piston is kept in contact with the face of the actuating disc 3. The spring 5 is a stiff spring which undergoes only slight compression at the end. suction time.
According to the usual method, the drive shaft 1 rotates in a fixed bearing while the pistons 4 slide in cylinders formed in a fixed cylinder head, but however Figure 1 shows neither the cylinders nor the valves.
It will be observed that the plane of the face of the actuating disc 3 passes through the point of intersection of the axis of the drive shaft 1 and the axis of the conical crankpin 2. The ex- hoppers 6 of the pistons 4 which cooperate with the face of the plate
3 are spherical, the center of the spherical cap of the head
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pistons located on the axis of each piston substantially in the middle of its contact surface with the cylinder.
The disc 3 spins freely on the conical duckling 2 and each piston can also spin freely in its cylinder
To explain the relative movement of the actuating disc 3 with respect to the pistons 4, the simplest way is to assume that the drive shaft 1 and the tapered crankpin 2 are fixed and that one turns the coros of the cylinders as well as the pistons 4 around the axis of the aforementioned drive shaft.
Obviously, the relative motion obtained in this way is the same as if the drive shaft were rotated with the cylinder body remaining stationary.
Figure 2 has been established taking into account the above assumption and it indicates from an end view, 3.a larger scale than that of figure 1, only one end of piston 6: fans 8 different positions around the x axis of the drive shaft. The top position, in this figure, corresponds to the outside dead center of the piston (that is to say the leftmost position of the piston 4, as shown in this figure 1) and the point o represents the point d 'intersection with the surface of the actuating disc of the piston pin when the latter is in this position.
The point of contact between the end 6 of the piston and the surface of the actuating disc is indicated by the small hatched circle 12 and is located vertically below the axis of the piston. a distance which is a function of the radius of the piston head. When the piston rotates around the x axis (for example clockwise) and passes successively through the 8 positions shown, the piston axis moves along the circle in phantom.
The friction between the pistons and the actuating disc causes the latter around the axis of the conical crankpin at the same angular speed as the body of the cylinders, and the point o.
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(which can be thought of as a mark on the face of the disc) moves along a path represented by the ellipse in dotted line. 'The relative distance from the axis of the piston to the point o for any position of the piston is always the horizontal distance d between the circle and the ellipse.
However, under the supposed conditions, the inclination of the actuating disc remains constant and the point of contact p remains below the piston and on the vertical of its axis.
Thus the segment d joining the axis of the piston at the point o is always perpendicular to the radius which joins the axis of the piston at the point of contact. Therefore, this relative movement, instead of determining a slip simply turns the piston in its cylinder at the angle [alpha]. It follows that the relative movement of the working face of the actuating disc with respect to the surface of the end of the piston, which movement results from the difference between the circular path of the axis of the piston and the elliptical path followed by the point o has a weak angular oscillation around the point of contact p, the oscillation angle being counted from the position indicated at the top of the figure and designated by [alpha]. The piston oscillates slightly in its cylinder.
This oscillating movement is the only relative movement which occurs between the working face of the actuating disc and the surface of the end of the piston. As this relative oscillation occurs, the contact point p. continuously moves around the spherical surface of the end of the piston through a rolling action between the 2 contacting surfaces. The angle at which this point deviates from the position shown at the top of the figure is denoted by y and is approximately equal to the angle #, the piston of which itself has rotated around the x axis.
The movement- -
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The relative oscillating movement [alpha] is so small compared to the rolling motion y that it is absorbed by elastic deformations of the material, as in the case of a ball bearing with curved raceways, and ultimately it can be assumed that the contact between the face of the actuating disc and the end of the piston is a substantially perfect rolling contact without friction, and therefore practically without wear.
In addition to the oscillating and rotating movement of the piston in its cylinder there is a continuous slight rotation to compensate for the slight difference in length between the contact circumference of the spherical head of the piston and the corresponding contact line on the surface. plane of the actuating disc. This is achieved by a low relative rotation between piston and spring which occurs at the end of each stroke, when the spring tension is weakest.
If we refer again to Figure 1 and take the hypothesis consistent with reality that the drive shaft 1 rotates while the cylinder body is fixed, it will be understood that the actuating disc 3 is set in motion by the conical crankpin 2 but cannot rotate with it because of its contact with the pistons. The motion of any particular point z can be divided into two components. one being a rotational movement in a plane perpendicular to the axis of the shaft 1, the other an alternating movement parallel to this shaft.
Now, the sum of the centrifugal forces due to the rotation of all the individual points dui making up the actuating disc add up to form a resulting centrifugal force Ci * The inertia forces due to the reciprocating motion applied to the same points, added to the inertia loads due to the springs 5 and the reciprocating movements of the pistons
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also add to form a torque Tl. The resulting centrifugal force C1 and the resulting torque Tl both lie in the plane of the axes of the shaft 1 and the tapered crankpin 2 therefore both can be balanced by the centrifugal force C2 caused by a single counterweight 7 rigidly connected to the actuating disc.
The centrifugal force C2 is equal and diametrically opposed to the centrifugal force Cl but it is offset with respect to the latter along the axis of the shaft 1 by a distance such that the two centrifugal forces create an equal torque and opposed to the Tl couple.
If we now refer to Figures 3 to 7, we. sees that the pump shown in these figures is the same as that shown shcémati.quement in Figure 1, the equivalent members being designated by the same numbers or letters of reference. However, as far as dynamic balancing is concerned, there is a difference between figure 3 and figure 1. This is due to the fact that in the drawing of figure 3 it is impossible to move the counterweight at a distance. sufficient to completely neutralize the Tl torque.
Consequently, two counterweights 7a and 7b are used here. The centrifugal force C3 due to the counterweight 7a has an opposite direction to the centrifugal force C1 due to the actuating disc 3 and its associated members, while the centrifugal force C4 due to the counterweight 7b has the same direction as the centrifugal force Cl.
The force C3 is equal. To the sum of the forces Cl and C4, and the three forces C3, C4 and Cl together produce a torque equal and opposite to the torque Tl. It is easily understood that the distance between the force C3 and the force Cl n 'is not as great as the distance between the force Cl, and a force C2 which would be equal to the force Cl and which would produce with the force Cl a torque equal to that produced by the three forces C3, C4 and Cl.
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We will observe that 1 posrpo reDr6s,:; ntE, e on 1 figures 3 to 7 CO> 1) r'n.1 (J six pj: =; t) 11, S,; '1 sa = T;> 1 =. X? OiSt0518 1-l de (iarrètr8 relativenent small and 3 pistons 4¯b cîP rii.i #; 41 = .. re real- ti upset large. These pistons are represented comjie being 3- the same distance from the axis I the tree 1 and C! 1¯SS? OS :: û alternately ïiitDi2r of this aa.c CJ!: 1 :: 1e we see it on the flower 5p '! But it is obvious the tools could be arranged differently and at different distances. The pillars 4a are
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place in cylinders 3ô and the Distons 4¯b in cylinders U} ;;, all these cylinders are constituted by practical zions in the cylinder block 9.
The cylinders all draw liquid through an or-
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inlet vertare conniune 10, but the cylinders 8¯a deliver the liquid to an exhaust 11 at high pressure, while the cylinders 8b deliver to an exhaust 12 3.low
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pressure. More particularly, the intake opening 10 opens into the liquid chamber 13 at the rear end of the cylinder block 9 furthest from the actuating disc 3.
All the cylinders are supplied by this space 13 under the control of valves 14a, 14b with conical head. The pistons 4a and 4b. when they reach the lower end of their stroke very closely approach their valve heads and the discharge ports 15a and 15b extend radially from the cylinders near the valve heads. To prevent the pistons 4a and 4b from closing the discharge ports 15a and 15b, the cylinders have at their end close to the valve heads ;, an eccentric recess that can be seen at 16a, 16b (Figures 3 and 4), from so that there is always a slight clearance on the side of the piston from which the discharge opening 15a or 15b extends.
As seen in Figure 4 these recesses are tangent to the main bores on the side opposite to the radial discharge openings
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15a, 15b. The valves 14a and 14b can be coaxial with the eccentric parts 16a and 16b of the cylinders. The discharge ports 15a lead to ball valves or non-return valves 17 which give access to the recesses 18a inside the cylinder block 9. In the case of one of the chambers 18a (the highest on the FIG. 4) it communicates directly with the turning opening 11 at high pressure through passages 19 (FIG. 6). Likewise, these three spaces 18a communicate with each other by means of channels 20 provided in the cylinder block 9, these channels meeting at the center.
In other words, the three chambers 18a all communicate with the high pressure opening 11.
The discharge ports 15b lead from a ma-. nière analogous by valves or non-return ball valves 17, to spaces 18b of the cylinder block. These spaces or chambers 18b communicate, by means of channels 21, with a central passage 22 of the cylinder block which communicates directly with the pressure discharge connection 12.
It can easily be seen that if all the cylinders had to be delivered to a single outlet, all the chambers 18a, 18b would be communicated with the aforementioned central space 22.
We also notice that when any piston is at its internal dead center, the working volume of the cylinder consists of the very small clearance which remains beyond the end of the piston plus the small clearance at cross-sectional area partially surrounding , the piston and resulting from the recess plus the small space inside the outlet channel leading to the ball valve 17. This volume is relatively very small and makes it possible to lift the inlet valve satisfactorily. 14a and 14b when the piston begins its suction stroke.
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If one goes further into the detail of the construction of the pump, it will be seen that the actuating disc and its associated members are enclosed in a housing consisting of a bell-shaped casting 25 bolted to the casing. rear of cylinder block 9, the drawing showing that these parts are assembled using ordinary bolts 25.
The control shaft 1 is carried by means of a bearing. balls 26, through the front wall of the molded part 23. The combined counter / weight 7a, 7b is pushed and keyed on the drive shaft and abuts at the rear against a shoulder 27 of this shaft.
The front face of the combined counterweight is in contact with the inner ring 28 of the ball bearing 26, the outer ring 29 of which abuts against the front of a shoulder 30 of the front wall of the molded part 23. Thus , the ball bearing 26 acts as an axial stop and as a rolling bearing at the same time, and it absorbs the thrust of the shaft 1. stability, the tapered crankpin 2 comprises a rear extension 31 coaxial1-drive shaft 1, this extension being supported by a roller bearing 32 housed in a cavity provided in the front face of the cylinder block 9.
To allow mounting of the actuating disc 3 on the conical crank pin 2 so that it can rotate the disc has a flange 3a projecting forward orès from its periphery and a hub extending rearward , 3b, surrounding the conical crankpin with the minimum of play. A ball bearing 32 is provided between the collar 3a and the crankpin 2 bandas s that a roller bearing 34 is also provided between the hub and the crankpin.
The inner ring 35 of the 3-ball bearing 33 bears by its front face against
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a shoulder 36 of the conical crank pin, while a shoulder 37 of the actuating disc abuts against the outer ring 38 of the same bearing, so that the latter absorbs the end thrust which applies to the actuating disc.
The bores made in the cylinder block 9 and which constitute the cylinders 8a and 8b are cut off on the front side of the cylinder block, bushings or barrels 39a and 39b being screwed into the recesses, these bushings having a bore which constitutes the extension of the one made in the block so that the piston can slide freely in the continuous bores, of the sleeve and of the cylinder block, this being applied to each cylinder. Bushings 39a and 39b extend forward from the front face of the cylinder block so that the pistons are supported a considerable length.
The aforementioned springs 5 surround the bushings 39a, and 39b and are compressed between the front face of the cylinder block and the discs 40 mounted on the pistons, which is clearly shown in the drawing.
The seats 41 and the supports or guides 42 of the valves 14a and 14b are made separately. To accommodate these valve seats and guides, the cylinder block 8 is counter-drilled and threaded coaxially with the recesses 16a and 16b of each cylinder up to these recesses, which can be clearly seen in the drawing. The seats 41 are introduced first and then the guides 42 are screwed in, which keeps the seats in pla.ce as shown in the drawing.
The spaces 18a and 18b formed in the cylinder block and to which the discharge openings 15a and 15b coming from the cylinders terminate, consist of holes made in the periphery of the cylinder block and of threaded plugs 43 which close these holes. The springs 44 which hold the balls 17 of the valves against their seats
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are housed in cavities .rn.tic.J (cs da11.S these plugs (i'ig.4).
With regard to the plug 47, shown in Figure ii, we see where the discharge conduit i extends s;: #> é:>. i; =. i. ep: e: nt on a 1-erL.2, -Ire 1-nn;, u.ei-ir ra l'11 - ,,. ',, Uri.i .- ,, i- ne e 1' e ;: ti "1: m d. t 1. r; J: t..l: rl> ± (x = x. (1 this plug and tc" .i '1 is linked to j' j 's Î, > c, 13 by 1- '1 ii - 1, E'rGéEi, Ëi re oassages 19 which start from cond.u.it 11 flt. break ii through i ,, T.ii, J = an ... 1> 1: <Jiir fifi rot spring dp l: i 1-1.Il r. 1 7.
As can be seen, the pressure outlet 1 is formed by a tube 4b;:, J to;: 1- z.l to the cylinder block and. uasssnt without clearance it through the wall of the cover .roui; 1. at ± P; this pipe is. screwed in a practical tarsudage in the. rear fsce of the cylinder block, this bore comr ,, un-1-ouant with the central space 22a 1: insi, the latter conmunique with the outlet 12 as indicated above.
To reduce the inertia forces, the pistons 4b of larger diameter can be hollow.
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If we refer to n1a.l, l1 t'nant lo figure e B; we see here a uo <.ie (the realization (the invention whose construction differs in several aspects from that which .t (:;: 1.t of ebre decree.
In this figure ;, the nr.a: 1es correc,; po11dant ce;, iJ # represented in the preceding figures have been decided by: ..; é: ies c} 1if- fres and letters of reference * The differences which exist antre the arrangement of figure 8 and those of figures 3 to 7 are as follows:
The pistons 4 and the cylinders 8, as well as their eccentric parts 16, all have the same dimension and all discharge towards a common outlet. This is similar to the outlet 11 of FIG. 4 and is not visible in FIG. 8. As a result, the sockets 39 are identical to each other.
The actuating disc 3, instead of being carried by a ball bearing and by a roller or needle bearing
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guilles, rotates on two ball bearings. Thus, the collar 3a is extended in the direction of the axis from the actuating disc proper. The ball bearing 33 which is analogous to that designated in the same way in FIG. 3, and which absorbs the end thrust in a comparable manner, comprises between the crankpin 2 and the front part of the collar, and between the crank pin and the rear part of the collar, a ball bearing 46 of smaller dimensions. The two ball bearings are arranged with sufficient axial spacing to provide stable support for the actuator disc.
Instead of the projection 31 in figure 3, which penetrates into the roller bearing 32, an additional ball bearing 47 is provided for the drive shaft 1, at a certain distance in front of the ball bearing 26. To this end, part 23 was provided with another casting 48 bolted to the previous one using bolts 49 and the two ball bearings 26 and 47 are housed between the drive shaft 1 and this ground part 48. It can be seen that the ball bearing 26 absorbs the axial thrust in the same way as the ball bearing 26 of FIG. 3.
Another detail which differentiates Figure 8 from Figure 3, is that, while the latter figure showed the double counterweight 7a, 7b as being housed between the shoulder 27 and the inner ring 28 of the bearing 26, and that the inner ring 35 of the bearing 33 bears directly against the shoulder 36, in the arrangement of figure 8, the single counterweight 7 is housed between the inner ring 35 and the shoulder 36 while the shoulder 27 door directly against the inner ring 28.
In all the previous figures, instead of the pistons each being provided with a spherical end
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6 to ensure contact with the face of the actuating disc, each of them can be provided with an end 6a whose surface, as seen in FIG. 9, is sphero-conical, or else one end 6b of which 3.a surface is tapered. In the first case, the contact zone, of FIG. 2 is slightly lengthened in the radial direction of the piston, and in the second case this contact zone lengthens more in the same direction.
It is obvious to anyone skilled in the art that this in no way affects the explanations given with reference to the. figure 2.