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BREVET D'INVENTION
EMI1.1
Firme dite : Oe7.h,ydraulik Altenerd. D11.-I. Carl Decham-ve MECANISME DE COMMANDE DU FLUIDE MOTEUR DES DISPOSITIFS HYDRAULIQUES.
La présente invention a pour objet un mécanisme de commande du fluide moteur des dispositifs hydrauliques compor- tant des cylindres de travail ou de puissance à simple ou à double effet asservis l'un à l'autre.
Dans les dispositifs hydrauliques comportant plu- sieurs cylindres de puissance ou de travail dans lesquels règnent des pressions élévées et où il est nécessaire d'assurer souvent le passage de la pression à l'absence de pression et inverse- ment, on rencontre les plus grandes difficultés brsqu'on veut produire la pression hydraulique nécessaire à l'obtention des conditions de travail ou de puissance désirées et au maintien de cette pression pendant une durée déterminée.
Même avec une construction soignée des garnitures entre les éléments des cylindres de puissance ou de travail se déplaçant l'un par rapport à l'autre et ceux de l'organe de commande, il est difficile d'empêcher les fuites ou la formation de matelat d'air à la longue. On en tient compte dans les mécanismes connus grâce à ce que l'on utilise un réservoir dans lequel une pompe nuise à chaque moment la quantité nécessaire d'un
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fluide moteur tel que de l'huile pour l'amener suivant les besoins aux cylindres de travail ou de puissance. Le processus de remplissage complémentaire nécessite cependant une manoeuvre particulière qui est assurée généralement par celui-ci agit sur l'organe de commande.
Pour des raisons de simplification constructive, d'un montage avantageux et d'une manoeuvre facile, on a déjà proposé de réunir dans des mécanismes hydrauliques de certains types, l'organe de commande, le réservoir oontenant une réserve du milieu hydraulique et la pompe. Les mécanismes établis de cette manière présentent cependant certains inconvénients.
Ils ne tiennent pas compte d'une manière suffisante des né- cessités pratiques. Il est par exemple possible d'augmenter par un pompage commandé à la main, la pression du milieu hydraulique de toute manière désirée. Dans les mécanismes où le milieu hydraulique est soumis en permanence à en alter- nance de pression et d'absence de pression, on peut lorsqu'il se produit de très grandes pressions se trouver on présence d'un desserrage du vissage entre l'enveloppe de l'organe de commande et l'enveloppe de la pompe, ce qui a pour résultat une chute de pession intempestive.
Le mécanisme amélioré et développé conformément à la présente invention se distingue du mécanisme connu que l'on vient de décrire, principalement par le fait que l'organe mobile de l'ensemble habituel comportant le réservoir de milieu hydraulique et la pompe à piston est couplé d'une manière asservie au piston de pompe, le cylindre de pompe étant de plus relié d'une part au réservoir par l'intermé- diaire d'une soupape d'aspiration et, d'autre part, par une ou plusieurs soupapes de refoulement à la conduite aboutis- sant aux cylindres de puissance ou de travail et enfin par l'intermédiaire d'une soupape d'arrêt avec ce réservoir.
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On arrive ainsi à ce que le pompage soit assuré en même temps que la commande du mécanisme, grâce à quoi le cy- lindre de puissance ou de travail est d'abord rempli ou subit un remplissage complémentaire lorsqu'on agit sur une soupape d'arrêt. L'accouplement asservi entre l'organe de commande et la pompe rend facile la production par la pompe d'une pression bien déterminée. Il est avantageux de partir d'un tiroir. coulissant formant organe de commande et dont le piston cy- linddque proprement dit forme à son extrémité libre le piston de la pompe tandis que l'alésage recevant ce piston de tiroir forme par son extrémité fermée le cylindre de la pompe.
Il faut ensuite agir sur la soupape d'arrêt dès que le piston du tiroir de commande doit jouer uniquement son rôle de commande, c'est-à-dire lorsque le fluide hydraulique doit être amené à une pression bien déterminée pour le système hy- draulique. La commande de la soupape d'arrêt est nécessaire- ment assurée par un processus qui peut d'ailleurs être supprimé lorsqu'on utilise comme soupape d'arrêt, une soupape de sé- curité automatique réglée pour la valeur maxima admissible de la pression préliminaire du milieu hydraulique. La soupape de sécurité rend automatiquement inopérant le processus de pompage asservi à chaque déplacement de l'organe de commande, aussitOt que l'on a dépassé la pression déterminée du fluide hydraulique.
On a représenté aux dessins ci-joints le mécanisme conforme à l'invention appliqué à un tel dispositif hydrau- lique destiné à porter les essieux oscillants de véhicules avançant sur tous terrains tels que les excavateurs auto- mobiles, les grues automobiles, etc.
Sur ces dessins : la fig. 1 est une coupe verticale suivant la lignes I - I de la fig. 2 de ce mécanisme ;
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la fig. 2 est une vue par-dessus de ce même disposi- fig avec.coupe partielle suivant la ligne II - II de cette tige 1 ; la tige 3 est un schéma du dispositif hydraulique comportant le mécanisme conforme à l'invention ; les fige. 4 et 5 représentent en coupe partielle suivant la ligne I - I de la :tige 2, deux formes d'exécution de la soupape d'arrêt fonctionnant automatiquement.
Dans la description ci-après des dessins, on va décrire l'invention avec d'autres caractéristiques et avec les avantages qui en découlent.
Le dispositif conforme à l'invention forme, comme on le voit sur la fig. 3, l'organe de commande central 7 disposé avantageusement au centre du dispositif hydraulique destiné à porter l'essieu oscillant non représenté, par exemple celui d'un excavateur automobile destiné à avancer en tous terrains. Ces essieux oscillants ont, comme on le sait, pour rôle de faciliter l'adaptation de l'excavateur aux iné- galités du sol qu'il doit traverser. Ils doivent cependant former un bloc rigide avec le châssis du véhicule pendant l'excavation.
A cet effet, on dispose sur le châssis de l'ex- cavateur, c'est-à-dire le châssis inférieur, deux vérins hy- drauliques 2 et 3 pour chaque essLeu oscillant, les extrémités libres arrondies des tiges de piston 4 et 5 de ces vérins venant s'appliquer sur des surfaces d'appui correspondantes 6 et 7 de l'essieu oscillant. Les canalisations 8 et 9 relient les cylindres 2 et 3 des vérins à l'organe de commande 1 dont la partie servant à la commande assure une connexion hydrau- lique entre les chambres de compression des cylindres 2 et 3 ou encore peut servir à supprimer à nouveau cette connexion.
On agit sur l'organe de commande par voie pneumatique en faisant fonctionner une soupape de ventilation 10 par laquelle
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le compresseur 11 de l'excavateur reçoit par la canalisation 12, l'air comprimé provenant du cylindre à air 13 de l'organe de commande 1.
L'organe de commande 1. conforme à l'invention, est constitué, comme on le voit en tige. 1 et 2, par un bloc 14 à peu près rectangulaire formant enveloppe et dont la paroi supérieure 15 se continue par une saillie cylindrique 16 tandis que sa paroi avant 17 comporte un prolongement vissé 18. Sur la saillie cylindrique 16 est enfilé d'une manière étanche un élément tubulaire 19 dont l'extrémité supérieure est fermée d'une manière étanche par un couvercle 20 qui est assujetti par deux vis 21 sur le bloc enveloppe 14, ce couvercle présen- tant une ouverture centrale de remplissage fermée par un bou- chon de remplissage vissé 22.
L'élément tubulare 19 enfilé sur la saillie 16 et fermé par le couvercle 20 forme un réservoir résistant à la pression dans lequel on peut introduire le complément du milieu hydraulique constitué dans le cas considéré, par de l'huile sous pression. Ce réservoir communique par l'alésage borgne central 23 ménagé dans le bloc enveloppe 14 avec un alésage horizontal 24 ménagé dans le bloc enveloppe 14 et débouchant axialement dans le prolongement vissé 18. A l'entrée d , l'alé- sage borgne 23, on introduit une soupape d'aspiration 25 qui peut s'ouvrir dans la direction de 1'extrémité formée de l'adage borgne 23.
L'alésage horizontal 24 porte le piston de commande 26 dont l'extrémité avant 27 forme un piéton de pompe, dont la partie centrale présente un alésage trans- versa 28 et dont l'extrémité arrière avantageusement décalée 29 forme un piston pour air comprimé formant un6ylindre à air comprimé avec le capuchon 13 cylindrique vissé sur le prolon- gement vissé 18. L'alésage 24 est relié à deux alésages taraudés 30 et 31 dont l'un 30 débouche dans la surface supérieure 15 et
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l'autre 31 dans la surface inférieure du bloc enveloppe 14.
Ces deux alésages taraudés 30 et 31 qui servent au raccorde- ment des canalisations 8 et 9 aboutissant aux cylindres des vérins 2 et 3 sont reliées à leur tour par les alésages transversaux 34,33 respectivement à l'un des alésages ta- raudés 36 et 37 débouchant dans la face latérale 35 du bloc enveloppe 14. Ces alésages taraudés 36 et 37 sont fermés par une vis telle que 38 et contiennent une soupape, soumise à pression et se déplaçant dans une seule direction 39 de manière à pouvoir libérer le passage dans la direction allant vers les alésages 33 ou 34. Les deux alésages taraudés 36 et 37 sont reliés l'un à l'autre par un alésage qui leur est perpendiculaire et qui débouche dans la surface inférieure 32 où cet alésage 40 est fermé, cet alésage 40 étant relié à son tour à un alésage longitudinal 41 parallèle à la face latérale 35.
Cet alésage longitudinal est relié d'une part par un alésage 42 débouchant dans la face latérale 35 et fermé à cet endroit avec 1'alésage borgne 33 et, d'autre part, cet alésage longitudinal 41 se prolonge par un alésage taraudé 43 débouchant dans la face avant 44 et dans lequel est vissée une soupape conique 45. L'alésage taraudé 43 est relié au réservoir 19,20 par un alésage vertical 46.
On va maintenant décrire le fonctionnement du dis- positif conforme à l'invention comportant une soupape d'arrêt commandée à la main en partant de la position représentée aux dessins.
Le cylindre à air 13 se trouve sous pression de telle sorte que la partie 29 du piston à air, et par suite l'en- semble du piston tiroir 26 se trouve dans la position terminale de'droite, ce qui apour résultat une coupure de la connexion hydraulique entre les deux vérins 2 et 3. Si ces vérins se trouvent sous pression, dans ce cas, la connexion rigide entre
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les essieux oscillants et le châssis de l'excavateur est assurée. Si l'on veut supprimer cet assujettissement des essieux oscillants pour que le conducteur de l'excavateur puisse faire avancer son véhicule, il suffit d'agir sur la soupape à air 10 qui se trouve dans sa position de service et cela dans une direction telle qu'il obtienne la vidange de l'air dans la conduite 12 en fermant l'amenée d'air comprimé vers le cylindre 13.
Le ressorte de rappel 47 déplace alors l'élément 29 du piston à air et par suite l'ensemble du piston de commande 26 vers sa position de gauche pour laquelle l'alésage transversal 28 traversant le piston de commande, se trouve au droit des alésages taraudés 30 et 31. Par suite, on obtient par l'intermédiaire des canalisations 8 et 9, une liaison hydraulique entre les cylindres des vérins 2 et 3 grâce à quoi les essieux oscillants reposant sur les pistons 4 et 5 de ces cylindres, peuvent osciller autour de leur support.
Par un dimensionnement approprié de l'alésage transversal 28 que l'on peut d'ailleurs remplacer par une rainure périphérique, on peut étrangler l'écoulement d'huile sous pression entre les deux cylindres grâce à quoi on obtient facilement un amortissement des oscillations.
Le retour du piston de commande 26 dans sa position terminale de gauche, a cependant pour résultat un écoulement de l'huile provenant du réservoir 19,20 en passant par la soupape d'aspiration 25 qui s'ouvre automatiquement et cela parce que l'on a obtenu un accoissement du volume creux formé par l'alésage borgne 23 et par l'alésage 24 débouchant dans ce dernier, volume délimité par l'extrémité avant 27 du piston de commande formant le piston de pompe. Cette huile est donc refoulée à nouveau lorsque le piston de commande est amené dans sa position terminale de droite.
Elle s'écoule aussi longtemps que la soupape d'arrêt 45 est fermée, comme cela
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est représenta, en passant par les alésages 42, 41 et 40 vers les alésages 36 et 37 en passant ensuite par les soupapes soumises à compression 39 dans les conduites 8 et 9, à condi- tion que la pression soit inférieure dans ces canalisations et par suite dans les vérins 2 et 3 correspondants à la pression régnant dans le système de pompage formé par les alésages mentionnés.
Ainsi l'huile sous pression vient reqlir à nouveau le système hydraulique grâce à quoi on compense les pertes par fuites ou bien an désaére l'installation ou encore on peut accroître de toute manière désirée la pression préliminaire du milieu hydraulique dans le système moteur afin d'améliorer ou de maintenir la rigidité de l'appui formé pour les essieux.
Suivant un dispositif connu établi d'après un procédé rappelé ci-dessus, la pompe de remplissage doit être actionnée à la main. En utilisant un rapport de longueur déter- miné entre les bras soumis à la puissance et à la charge, on pensait qu'en pompant avec une force musculaire normale, la valeur maxima admissible pour le dispositif, en ce qui concerne la pression préliminaire du milieu hydraulque, ne devait pas être dépassée.
Cependant, dans le cas où le conducteur de l'excavateur considérait que le support donné aux essieux oscillants n'était pas suffisamment rigide et qu'il ne pouvait plus accroître par actionnement normal de la pompe à main la valeur de cette pression préliminaire et par suite la rigidité de l'appui, dans ce cas il prolon- geait simplement le bras soumis à la force agissante en y appliquant un tube ou analogue pour pouvoir continuer le pompage ceci amenait entre autres des dommages importants pour le dispositif hydraulique ainsi que des déformations des essieux oscillants.
Dans le cas du mécanisme conforme à l'invention, il est impossible d'augmenter dune manière inadmissible la pression
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préliminaire du milieu hydraulique. En partant d'une pression d'air produite à la manière habituelle par le compreuseur de l'excavateur dont la valeur est de 4 à 6 atmosphères, la surface soumise à pression dans l'élément 29 du piston à air est dimensionnée de telle manière par rapport à la partie 27 formant piston de pompe du piston de commande 26, qu'un accroissement de la pression préliminaire du milieu hydraulique ne peut être obtenu par pompage complémentaire et ne peut produire une pression dépassant 40 atmosphères environ.
Lorsque le piston de commande 26 a pour rôle unique la commande, il est possible en ouvrant la soupape d'arrêt 45 de neutraliser dans une certaine mesure le pompage asservi à la commande. La partie 27 formant piston de pompe refoule alors l'huile se trouvant dans le circuit de pompage et dans le réservoir uniquement suivant un circuit fermé, étant donné que l'ouverture de la soupape d'arrêt 45 assure par l'alésage 43 et l'alésage 46 une liaison entre le réservoir et l'alésage 41 formant une partie du circuit de pompage.
Suivant un mécanisme amélioré formant un développe- ment de l'invention, on obtient un progrès notable par rapport à ce qui est connu. La réunion conforme à l'invention de l'organe de commande et de la pompe a pour avantage qu'il suffit d'un seul bloc enveloppe où les principaux alésages servant de supports et de conduits forment un ensemble unitaire organique. Les problèmes d'étanchéité peuvent être résolue facilement parce qu'il s'agit simplement d'étanchéité entre des surfaces cylindriques bien usinées. Le piston de pompe et de commande combiné forme un simple organe tournant.
Il est évident que l'invention n'est nullement limitée à l'exemple représenté aux dessins. Au lieu d'actionner le piston de commande et de pompage par l'air comprimé, on peut actionner ce piston par une tringlerie mécanique ou bien par
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des moyens électriques, par exemple par un éleotroaimant. La oonstruction de tels dispositifs d'actionnement est du domaine du technicien. Cependant la commande de l'air comprimé est particulièrement intéressante dans le cas des excavateurs automobiles ou d'autres véhicules tous terrains, parce que ces véhicules comportent de toute manière un comrpesseur d'air pour la commande des freins. L'amenée d'air comprimé au dispositif de commande monté en général au voisinage des vérins peut être assurée par le pivot central généralement creux utilisé pour cette amenée.
Ce pivot central peut cepen- dant comporter élément les conducteurs électriques pour un électroaimant de commande ou bien la tringlerie ou les câbles de liaison aboutissant à un dispositif mécanique d'actionnement.
Dans l'exemple d'exécution, on a,pour plus de simplicité, représenté la soupape d'arrêt 45 comme une soupape vissée commandée à la main. On comprendra cependant immédiate- ment qu'à la place de cette soupape commandée à la main, on pourrait utiliser une soupape commandée à partir du poste de commande de l'excavateur où se.trouve également la soupape à air 10.
A la place de la soupape conique 45 actionnée direc- tement ou indirectement à la main et représentée en fies* 1 et 2, on peut utiliser, comme on le voit sur la tige 4., une ' soupape de sécurité automatique 47' vissée dans l'alésage ta- raudé 43 débouchant dans la surface avant 44 du bloc enveloppe
14.
Cette soupape de sécurité 47 est constituée par un capuchon enveloppe 48 comportant un bouchon six pans 49, l'alésage borgne 60 de ce capuchon recevant avec le ressort de soupape
52 le corps de soupape,50 destiné à fermer par sa pointe conique
51 l'alésage longitudinal 41 du bloc enveloppe 14. En position vissée de la soupape de sécurité 47, le ressort de soupape
52 convenablement dimensionné présente une tension préliminaire
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correspondant à la pression déterminée à l'avance du fluidohydraulique.
Pour pouvoir modifier le cas échéant, la pression du fluide hydraulique dans une zone déterminée ou bien encore pour pouvoir compenser la fatigue du ressort de soupape 52 à la suite d'un service prolongé, il est avantageux d'utiliser une soupape de sécurité 53 réglable comme on le voit sur la fig. 5.Cette soupape sedistingue de la soupape de sécurité 47 représentée en fige 4 uniquement par le fait que son carter 54 présente un prolongement tubulaire 55 présentant un taraudage dans lequel est vissée une tige filetée 56 dont l'extrémité avant réduite et alésée 57 forme une portée ou un appui pour le ressort de soupape 52 tandis que l'extrémité arrière 58 forme un pivot pour la poignée 59. Par vissage et dévissage de cette tige filetée 56, on peut modifier la longueur du ressort 52 et par suite sa tension préliminaire.
Les deux soupapes de sécurité 47 et 53 s'ouvrant automatiquement aussitôt que la pression produite par la partie 27 formant piston de pompe a dépassé la valeur maxima déter- minée à l'avance pour le fluide hydraulique. Comme dans le cas du mécanisme suivant les fige. 1 à 3, il s'établit alors par l'intermédiaire de l'alésage 46 une liaison entre le réservoir et le système hydraulique proprement dit et seule la commande se produit lorsque l'on agit sur le piston 26, 27.
Le domaine d'application du mécanisme conforme à l'invention n'est nullement limité à un dispositif d'appui, comme représenté sur le dessin, pour des excavateurs ou autres véhicules tous terrains; au contraire, l'invention s'étend à tous les dispositifs hydrauliques comportant des cylindres de puissance ou de travail qui ont pour objet de commander plu- sieurs cylindres de puissance ou de travail reliés l'un à l'autre et gventuellement à double effet en maintenant dans ces
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cylindres la pression désirée pour le fluide hydraulique ou pour assurer cette pression.