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le Commanda'.pour'appareil hydraulique "'#¯ '* t '"
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La présente invention est relative il. "une façcm générale à des circuits hydrauliques et, plus :paTti'c1Jllièment. :&1. -des -cî3>-
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cuits du type à centre ouvert,
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La présente invention concerne toi e3:r. hyi!l:rau1.iCJ:1.'18
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dans lequel une source à débit constant de fluide sous pression est connectée à un ou plusieurs dispositifs actifs exigeant diver- ses cadences d'écoulement du fluide.Un exemple d'un tel circuit se trouve dans l'utilisation d'une pompe à engrenage à volume constant pour fournir du fluide sous pression destiné à l'entraî- nement des divers dispositifs actifs d'une machine de chargement frontal,avec un accessoire de soc arrière.
Une telle machine exige des dispositifs pour relever, abaisser et basculer le godet ou. la benne de chargement et pour soulever, abaisser, étendre, retirer basculer et faire pivoter la. flèchel'enfonceur et la pelle de l'assemblage de soc ou d'arrachement arrière. Pendant; le cycle de travail, ces dispo- sitifs peuvent être mis en oeuvre un à la fois ou en diverses com- bineisosn. lorsqu'ils travaillent un à la fois, il est désirable de limiter le volume de fluide fourni , afin d'empêcher un mouve- ment erratique et d'offrir une commande précise des divers éléments de l'excavatriee. Lorsque divers constituants de celle-ci sont mis' en action simultanément, il est désirable d'offrir un volume de fluide accru afin que la. fonction soit exécutée à la vitesse appropriée.
Tout en offrant une commande positive et précise de la charge, il est également désirable d'éviter des impulsions tran- sitoires à haute pression du fluide, qui imposent des charges de choc à l'équipement et d'éviter de faire travailler l'équipement n' à pleine puissance lorsqu'aucun travail utile\est réalisé.
Le circuit hydraulique suivant la présente invention compr.end une soupape de dérivation à actionnement pilote qui sert de soupape de détente' basse pression pour envoyer l'alimentation en fluide au réservoir lorsqu'aucun travail utile n'est effectué et* qui est automatiquement conditionnée pour commander la propor- tion. de fluide fournie à la charge sous haute pression lorsqu'un travail, est effectué dans le circuit.
D'autres détails et particularités de l'invention
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ressortiront de la description ci-après, donnée à titre d'exemple non limitatif et en se référant aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est un schéma de circuit illustant la présente invention avec lés divers éléments sous forme schématique, - la figure 2 est une vue en coupe partielle, d'une partie d'un corps et d'un noyau de soupape de commande, sous une forme plus détaillée.
- la figure 3 est une vue en coupe représentant une partie d'un assemblage de soupape à actionnement par pilote.
En se référant plus en détail à la figure 1 des dessins, ; une pompe à engrenage 10 prélève du fluide d'un réservoir 11, par l'intermédiaire d'une conduite de succion 12. La pompe 10 peut être du type volumétrique fixe qui fournit un débit uniforme lors- qu'elle est entraînée à une vitesse constante.
Du fluide est four- ni à partir de la pompe 10 à une soupape de dérivation 13 à ac- tionnement par pilote, par l'intermédiaire d'un conduit d'alimen tation 14. Un conduit de travail 15 est indiqué sous la forme d'un passage connecté au conduit d'alimentation 14 et s'étendant à tra- vers le corps de soupape 13 à actionnement par pilote et une sé- rie de soupapes de commande 16 à 23, disposées dans une paire de bancs de soupapes 24 et 25. -Les soupapes de commande dans le banc 24 sont représentées comme étant connectées à des cylindres cor- à double action respondants/26 à 31,représentant divers dispositifs de charge.
Par exemple, une soupape de commande 21 et un cylindre 31 sont indiqués comme commandant un mouvement de pivotement d'un côté à l'autre, tel qu'il serait requis pour déplacer un assemblage d'ar- rachement arrière entre une tranchée et un camion.
Des soupapes de commande 22,23 dans le banc 25 sont représentées comme étant connectées à des cylindres 32,33,indiquant les charges rencontrées pour soulever et basculer la pelle ou le godet du chargeur frontal.Bien que le présent circuit soit décrit en fonction de son application à une machine excavatrice comportant
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un dispositif pour creuser des tranchées par un soc arrière ou. 8- une extrémité et un chargeur à godet ou pelle à l'autre extrémité, il peut également être appliqué à d'autres appareillages exigeant plusieurs fonctions hydrauliques qui peuvent être mises en oeuvre une à la fois ou en diverses combinaisons.
En se référant à présent au corps de soupape 13, Un con- duit pilote 34 est connecté à la sortie dela pompe 10 par l'inter- médiaire d'un dispositif étrangleur d'écoulement 35. Le conduit pilote 34 est également représenté sous la forme d'un passade in- terne traversant la soupape 13 et les bancs de soupapes de commande 24 et 25. Tandis que le conduit de travail 15 est terminé en bout dans le banc de soupape 25, en formant par conséquent un raccord multiple destiné à fournir du fluide aux diverses soupapes en a- gencement parallèle, le conduit pilote 34 s'étend à travers les soupapes de commande avec un agencement en série et il reveint du réservoir 11 par une conduite de drainage 36.
Comme expliqué plus en détail ci-après, chacune des soupapes de commande 16 à 23 est agencée de telle sorte que, lors- qu'elle se trouve en position neutre, aucun écoulement n'est Déifia depuis le conduit de travail 15 vers le cylindre de charge, mais un écoulement est permis à travers le conduit pilote 34.Ainsi, lorsque toutes les soupapes de commande sont en position neutre, un fluide circule depuis la pompe 10 à travers l'étrangleur d'écou- lement 35, le conduit pilote 34 et la conduite de drainage 36 vers le réservoir 11,Aussi longtemps que du fluide circule dans l'étran- gleur d'écoulemmt 35, une différence de pression existe entre la sortie de la pompe 10 et le conduit pilote 34.
Ce dernier se trou- ve ainsi à une pression inférieure à celle du conduit de travail
15, lorsqu'aucun travail n'est effectué.
Un diviseur d'écoulement 37 connecté entre le conduit de travail 15 et le conduit pilote 34 est indiqué comme comportant un
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clapet 38, un piston mobile librement 39 et une paire de ressorts 40,41 établissant une pièce d'espacement formant coussin élastique ' entre le clapet 38 et le piston 39.Le ressort 40 est un ressort relativement raide ayant une plus courte longueur libre, tandis que le ressort 41 est un ressort relativement plus faible ayant , une plus glande longueur libre. Le clapet 38 se trouve en commu- nication avec la sortie de la pompe 10 et le piston 39 est en com- munication avec le conduit pilote 34.
Lorsqu'aucun travail n'est effectué dans le circuit , une pression plus élevée existe dans le conduit de travail 15 que dans le conduit pilote 34 , avec pour résultat que le clapet 38 est écarté de son.siège à l'encontre de la force de rappel exercée par le ressort plus faible 41. Ceci permet à du fluide provenant de de la pompe 10 de contourner les bancs/ soupapes 24,25 en revenant au réservoir 11 par l'intermédiaire du conduit de retour 42,43,44, Etant donné que le ressort 41 a un faible taux de ressort, la près- ! sion requise pour déloger le clapet 38 de son siège est très faible.
Ceci exige à son tour un très faible couple pour l'entraînement de la pompe 10, de telle sorte qu'une puissance réduite est requi- se pour faire fonctionner le système lorsqu'aucun travail n'est effectué.
Lorsque l'une des soupapes de travail 16 à 23 est action- née,le conduit de travail 15 est connecté à une lumière d'un cy- lindre approprié ,tandis que l'autre lumière est connectée à l'un des passages d'échappement 45 ,46.En même temps, l'écoulement à travers le passage pilote de la soupape de commande est bloqué, de telle sorte qu'aucun écoulement ne circule dans l'étrangleur 35.Lorsqu'il n'y a aucun écoulement dans ce dernier, la pression dans le conduit pilote 34 augmente jusqu'à l'égalité avec la pres- sion dans le conduit de travail.Lorsque la pression s'établit dans le conduit pilote 34,le piston 39 est repoussé dans le sens voulu
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pour comprimer les ressorts 40,41 et déplacer .. clapet 38 dans le sens d'une fermeture.
Etant donné que le clame '.Le trouve en position d'ouverture lorsque le piston 39 commec se déplacer, un retard de l'ordre d'une fraction de seconde et requis pour surmonter l'inertie du clapet dt la force du fil s'écoulant au- tour de celui-ci. Ainsi, même si la soupape dedansde est brus- quement mise en action, le système est protégé tre un choc hydraulique à cause de ce retard de temps cour ': mise hors d' action du système de dérivation à basse pressior . ..craque le clapet 38 est fermé, l'écoulement à partir de la pompe 1) est envoyé dans le conduit de travail 15 puis vers l'un des cyl: aires de charge.
Avec l'entièreté de l'écoulement passant dans le conduit de tra- vail 15, une pression s'établit à la fois dans le conduit de tra- vail 15 et le conduit pilote 34.Alors que la pression s'établit dans ces conduits, la charge est graduellement accélérée et le piston 39 est rapproché du clapet 38,ce qui comprime encore plus fortement le ressort 40. La pression continue à s'établir dans les deux conduits jusqu'à ce qu'un équilibre soit atteint entre le cla- pet 38 et le piston 39 pour un certain état de compression du res- sort 40 qui dépend de la vitesse à laquelle le cylindre de charge est capable d'accepter le fluide provenant du conduit de travail
15.
Si la charge est incapable d'accepter les capacités de débit total de la pompe 10, la pression dans la chambre de travail 15 augmente légèrement, ce qui ouvre le clapet 38 et dérive l'excé- dent de fluide vers le conduit de retour 42.Lorsque plus d'une charge est connectée simultanément, la capacité du système d'accep- ter du fluide est augmentée, avec pour résultat que moins de flui- de est dérivé vers le conduit de retour 42.Lorsque l'on désire dé- placer la charge à une vitesse un peu inférieure à la capacité de vitesse maximum du circuit, le noyau de la soupape de commande peut être déplacé légèrement pour permettre de mesurer le fluide traver-
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sant le conduit pilote 34.
Ceci réduit la pression dans le conduit pilote/agissant sur le piston 39, avec pour résultat un délogement de son siège du clapet 38 à une pression de conduite inférieure pour dériver une plus forte proportion du fluide vers le conduit de retour 42.Lorsqu'une plus grande partie du fluide est dérivée vers le conduit de retour, moins de fluide est envoyé au conduit de travail, avec pour résultat que la charge est déplaoéejà une vi- tesse inférieure.
Lorsque l'on désire faire avancer la charge "as-à-pas", la soupape de commande est déplacée légèrement depuis la position neutre, en restreignant ainsi légèrement l'écoulement à travers le conduit pilote 34. Ceci a pour résultat un léger rétablissement de pression dans le système pilote, en conditionnant par conséquent le diviseur d'écoulement pour dériver la partie majeure du fluide vers le conduit de retour 42, tout en ne conservant qu'une partie mineure dans le conduit de travail !5, pour l'application à la char- ge.
Lorsque la charge doit être accélérée à une cadence in- férieure aux capacités maximum du système, le temps requis pour déplacer le piston 39 peut être prolongé par un actionnement gra- duel des soupapes de commande. En bloquant graduellement le conduit pilote 34, la pression derrière le piston 39 s'établit sur une plus longue période de temps. Ainsi, la proportion de fluide fournie au conduit de travail 15 et à la charge est établie sur une plus lon- gue période de temps.
Une vue en coupe d'une soupape correspondant à la sou- pape à actionnement par pilote 13 est représentée de façon plus détaillée à la figure 3.Un corps de soupape 113 comprend un passa- ge de travail 115 servant à amener du fluide à partir d'une pompe, telle que la pompe 10, à un banc de soupapes de commande tel que 24.Un passage réducteur d'écoulement 135 sert à amener le fluide provenant du passage de travail 115 à un passage pilote 134.Un
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assemblage diviseur d'écoulement 137 s'étend également entre le passage de travail 115 et le passage pilote 134, parrallèlement avec l'étrangleur d'écoulement 135.Si on le désire, le diviseur d'écoulement 137 peut être doté d'un orifice 148 pour amortir les transitoirs de pression,
en établissant ainsi les conditions pour le fonctionnement en réponse à des variations de pression d'état continu dans le passage pilote 134.
Le corps de soupape 113 comprend également un passage de retour 142 possédant un siège de soupape 149 pénétrant dans le passage de travail 115.Le clapet 138 est maintenu contre le siège 149 par des ressorts 140 et 141 pour bloquer l'écoulement depuis le passage de travail 115 vers le passage de retour 142. Le diviseur d'écoulement 137 comprend un piston mobile 139 dont une extrémité est prévue pour venir appliquer contre les ressorts 140,141 et dont l'autre extrémité communique avec le passage pilote 134.Ain- si, lorsque la pression dans le passage pilote 134 est faible,au déplacement du clapet 138.s'oppose le ressort plus Ions et plus faible 141.
La pression dans le passage de travail 115 est alors efficace pour écarter le clapet 138 de son siège 149, afin de dé- river du fluide provenant du passade de travail 115 vers le passa- ge de retour 142 , à basse pression. Lorsque la pression dans le passage pilote 134 estaugmentée, le piston 139 est déplacé vers le clapet 138, en comprimant à la fois le ressort faible 141 et le ressort raide 140. Le clapet 138 est alors conditionné pour fonc- tionner sous haute pression, en libérant ou en retenant du fluide dans le passage de travail 115 suivant les conditions existantes dans le passage pilote 134.
Une soupape de commande analogue à la soupape 21 est représentée de façon plus détaillée à la figure 2. Un corps de soupape 55 comprend un alésage longitudinal 56 dans lequel peut se déplacer longitudinalement un noyau 57.Tel que représenté, le noyau 57 se trouve en position neutre.Un passage de travail 58
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communique avec le conduit de travail 15 et en fait partie.La passage 58 est doté de raccords indiqués en 19 , de telle aorte qu'un groupe de soupapes analogues peut être assemble en un banc de soupapes tel que 24 ou 25. Des moyens de connexion analogues sont prévus pour connecter les passages d'échappement et pilote.
Le passage 58 communique avec le passade d'admission 60 et un plat de travail central 61, par l'intermédiaire d'une soupape anticavi- tation 90.
Lorsqu'une charge est accélérée dans un sens par l'ac- tionnement du noyau 57 et est ensuite arrêtée en déplaçant le noyau 57, en passant par la position neutre, jusqu'à la position d'actionnement opposée, l'inertie de la charge peut provoquer une pointe de haute pression momentanée dans les passades d'échappe- ment 69,70. Cette pointe de pression agit sur un manchon 91 pour comprimer un ressort 92,en isolant par conséquent le passage 58 du passage 60, mais en permettant à du fluide de s'écouler depuis le passage d'échappement 70 à travers une lumière 93 dans le pas'- i sage d'adnission 60, pour empêcher la cavitation.
Des lumières de travail 62,63 sont pratiquées dans le corps de soupape 55 et s'étendent en communication avec l'alésage i
56 sur les côtés opposés du passage 60.Des lumières de mesure 64 sont formées dans l'alésage 56 entre le passage 60 et les lumières 62.63.Si on le préfère, ces fentes peuvent être formées sur le plat central 61. Le but de ces fentes est d'offrir des moyens pour en- voyer du fluide en quantité mesurée à une charge connectée aux lumières 62,63.
Par exemple, après un court mouvement initial du noyau 57, le plat 61 commence à chevaucher les fentes 64, de telle sorte qu'une très faible quantité de fluide puisse passer du pas- sage 60 vers l'une des lumières.Ceci permet une commande précise pour la mise en place de la charge.Un autre but de la fente de mesure 64 est d'éviter un choc hydraulique lorsque le noyau 57
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est subitement déplacé à partir de la position neutre.
L'étage de travail du noyau 57 comprend une paire de plats 65,66 séparés des extrémités du plat central 61 par des gorges 67, 68. En position neutre, les plats 65,66 isolent les lumières 62,63 des passages d'échappemnt 69,70. Les passages d'échappement 69,70 du corps de soupape correspondent aux passages d'échappement 45,46 du schéma de circuit. L'alésage 56 peut également être doté de fen- tes de mesure 71 adjacentes aux passages d'échappement 69,70, peur faciliter le passage de fluide depuis les lumières vers l'échappe- ment.
Le corps de soupape 55 peut être doté de soupapes de détente et de dérivation 72, 73 pour remplir une fonction de cir- cuit telle qu'indiquée par la soupape de commande 21. Lorsqu'une charge est mise en mouvement par l'actionnement de la soupape de commande et qu'ensuite le noyau de soupape est ramené en position neutre, l'inertie de la cliare tend à réagir sur le cassis de la machine,en le renversant quelquefois.
En prévoyant lea soupapes de détente et de détournement 72 et 73 entre les lumières 62 et 63, la charge mobile est ralentie en toute sécurité en faisant circuler du fluide entre les lumières d'une extrémité du cylindre de charge vers l'autre.Par exemple, lorsque l'inertie de la charge mobile tend à mettre sous pression le fluide dans la lumière 62, la pression agit sur l'épaulement annulaire 96 de la soupape 73 et sur la face de piston 97 du siège à ressort.mobile. 98 pour ouvrir la soupape 73.la pression agit alors sur la face frontale 99 de la soupape 72, l'écartant de son siège, de telle sorte que du fluide circule de la lumière 62 vers la lumière 63.
Le passa-le 101 agit en tant qu'orifice imposant un retard de temps à l'égalisation de la pression sur la face de pis- ton 97 et l'épaulement 96.Ceci amène la soupape à répondre à des impulsions de pression mais non pas à des variations de pression
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à l'état continu.
Comme représenté à la figure 2, les deux soupapes 72 et 73 sont de construction symétrique , permettant un fonctionne- ment analogue sous l'effet des impulsions de pression dans l'une n' ou l'autre lumière.Lorsque l'impulsion de pression\est attendue que dans une seule lumière, comme c'est le cas pour la soupape de commande 23, l'une des soupapes de détournement peut être remplacée par une garniture tubulaire, ce qui transforme l'assemblage en une soupage de détente faisant comminiquer l'uen des lumières avec le réservoir, par l'intermédiaire du passage d'échappement.
L'alésage 56 et le noyau 57 comportent une paire d'é- tages , un étage de travail représenté par des plats 61 ,65 et 66 et un étage pilote représenté par des plats 74,75 et 76, Si on le désire, un étage de travail et un étage pilote peuvent être ajustée longitudinalement l'un par rapport à l'autre au moyen d'une partie filetée 77. Ceci permet une corrélation précise du circuit pilote avec le circuit de travail.
L'étage pilote de l'alésage 56 comporte une paire de passages 78,79 agencés de telle sorte que du fluide puisse circu- ler de l'un vers l'autre au moyen d'une gorge pilote 80,lorsque le noyau 57 se trouve en position neutre.Ainsi, lorsque ce noyau 57 se trouve en position neutre ,il n'y a aucun écoulement de fluide vers la charge par l'intermédiaire de l'étage de travail, mais un écoulement de fluide existe par l'intermédiaire de l'étage pilote.
Inversement, lorsque le noyau 57 est actionné dans l'un ou l'autre sens, cet état de chose est inversé ,de telle sorte que l'écoulement est bloqué par le passage pilote tandis que du fluide est fourni à la charge à partir du passage de travail 60,
Les plats pilotée 74 ,75 comportent des fentes de mesure
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81 destinées à modifierpprogressivement les conditions d'écoulement dans le circuit pilote lorsque le noyau 57 est déplacé à partir de la position neutre.
Lorsque le noyau 57 est écarté de la position neutre, un plat pilote réduit progressivement la zone d'écoulement
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annulaire entre le plat et le passage pilote, ce qui diminue par conséquent la vitesse d'écoulement dans le circuit pilote.Lorsque le plat ou cordon a complètement .tenue la zone d'écoulement annu- laire, un écoulement persiste à travers les gorges do mesure 80,81 mais sous une vitesse réduite. Tout déplacement supplémentaire du noyau 57 réduit progressivement l'écoulement à travers la gorge 81, jusqu'à ce que finalement, 1'entièreté de cette gorge soit fermée.
Ainsi, un déplacement initial du noyan 57 a pour résultat de larges augmentations progressives du débit dans le circuit pi- lote, suivi par de faibles augmentations progressives dans le dé.. bit jusqu'à ce que pratiquement tout l'écoulement soit 'arrêté dans le circuit pilote.
Le déplacement initial du noyau 57 a pour résultat les variations décrites précédemment dans l'écoulement pilote avant que les plats ou cordons de travail centraux 61 ne viennent che- vaucher les gorges de mesure 64. Ainsi, les variations dans l'écou- , lement du système pilote sont efficaces pour conditionner la sou- pape 13 afin d'assurer un foie ionnement à haute pression avant que la charge ne soit connectée aux conduits d3 travail 58,15.
Un déplacement supplémentaire du noyau 57 a pour résultat un écou- lement mesuré à la fois dans l'étage do travail et dans l'étage pilote de la soupape.Ainsi, la charge peut être située avec soin en mesurant l'écoulement depuis le conduit de travail vers la char.. ge par l'intermédiaire des fentes 64 ,tout en commandant la quan- uité de fluide fournie aux conduits de travail en mesurant l'écou- lement dans le système pilote grâce aux fentes de mesure 81.
Il doit être entendu que la présente invention n'est en aucune façon limitée aux formes de réalisation ci-avant et qu-e 'bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du .cadre du présent brevet.
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