CA1215290A

CA1215290A - Valve hydraulique de coulissement pour verin de mine

Info

Publication number: CA1215290A
Application number: CA000408455A
Authority: CA
Inventors: Roger Chanal; Daniel Cotte
Original assignee: Bennes Marrel SA
Current assignee: Bennes Marrel SA
Priority date: 1981-04-30
Filing date: 1982-07-30
Publication date: 1986-12-16
Also published as: FR2504974A1; FR2504974B1; US4516601A; AU8703082A; AU558555B2

Abstract

Abrege Descriptif L'invention concerne une valve de coulissement, notamment pour le vérin d'un étançon de mine. Le canal d'arrivée et de pression est séparé du canal de fuite par une membrane qu'un ressort repousse sur son siège. La rondelle d'appui permet à la membrane de conserver une forme plane, même lorsque la poussée du ressort est très prépondérante.

Description

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La présente invention est relative à une valve hydrau-lique de coulissement, du genre de celles qu'on utilise, par exemple sur les étançons de soutènement, dans les mines. On sait que les piles de soutènement hydrauliques utilisées dans les mines comportent des vérins de poussée qu'on serre entre le toit et le mur des tailles ou des galeries. Ces vérins exercent des poussées considérables (couramment de l'ordre de 90 à 100 tonnes chacun) et ils ont à contenir la pression exercée par les épontes.
Cette dernière étant toutefois susceptible de cro~tre pour attein-dre des valeurs pratiquement illimitées, il est nécessaire deprevoir sur le circuit hydraulique des vérins de soutènement une soupape de limitation de pression, dite "valve de coulissement".
Pour fournir un fonctionnement satisfaisant, une telle valve de coulissement doit assurer une double fonction soit;
- d'une part, elle doit s'ouvrir pour laisser s'écou-ler une fuite de liquide dès que la pression de ce dernier dépasse un seuil prédéterminé; cette ouverture doit etre instantanée et perme~tre l'écoulement d'un débit de liquide parfois important, afin d'éviter toute détérioration irréversible de la pile (notam-ment par le gonflement des vérins) par exemple lorsque les épontess'assèchent brutalement par ce qu'on appelle "un coup de toit";
- d'autre part, dès que la pression du liquide est retombée au-dessous du seuil prédéterminé, la valve de coulisse-ment doit se refermer sans retard, sinon l'étan~con cesserait d'exercer sa fonction de soutènement. On constate que les valves de coulissement de type connu ne donnent pas entièrement satis-faction car:
- Certaines ont une tenue insuffisante en endurance.
- D'autres contiennent des pièces d'usure qui, lorsqu'-elles se détériorent, ne font apparaltre aucun signe décelablede llextérieur: I'étan~con est alors dépourvu de tout système de sécurité et il risque d'être irrémédiablement détérioré lors du I
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prochain mouvement des épc~ntes.
- D'autres enfin se re-ferment lorsque la pression est retombée à un niveau beaucoup trop bas par rapport à la pression qui déclenche leur ouverture.
La présente invention a pour but d'éviter tous ces in-convénients en réalisant une valve cle coulissement qui assure en cas d'usage intensif ou continu, même à haut niveau de fluctua-tion un fonctionnement performant, sans perte d'efficacité, et sans créer d'usure sensible. Par ailleurs, ce fonctionnement satisfaisant est obtenu quelles que soient la nature du circuit hydraulique et celle du fluide utilisé. L'emploi d'une telle valve de coulissement est donc particulièrement indiqué dans les installations de soutènement des mines, étant entendu que ce type d'application n'est nullement limitatif.
Une valve de coulissement, selon l'invention est des-tinée 3 être montée en parallèle sur un circuit hydraulique, elle comprend un corps dans lequel débouchent l'un à côté de l'autre un canal d'arrivée de pression et un canal de fuite, tandis qu'un organe d'obturation amovible à rappel élastique est prévu pour interrompre la communication entre eux en fonctionnement normal, alors qu'au contraire il établit cette communication à l'encontre des moyens élastiques, quand la pression dépasse un seuil pré-determiné dans le canal d'arrivée, et elle est caractérisée en ce que le canal d'arrivée de pression débouche sur une face plane en avant de laquelle dépasse un bossage en relief constituant un siège en centre duquel s'ouvre le canal de fuite, tandis que l'organe d'obturation est constitué par une membrane souple sus-ceptible de prendre appui sur le sommet du bossage qui constitue un siège d'étanchéité contre lequel elle est rappelée élastique-ment, alors qu'autour de ce bossage, une rondelle d'appui définitune face d'appui plane affleurant le sommet du bossage pour main-tenir à la membrane une face d'appui sensiblement plane lorsqu'-i2~

elle est en position d'obturation, sous l'effet prépondérant des moyens de rappel élastiques.
Grace à cette disposition, des que les moyens de rappel élastiques deviennent prépondérants, et quelle que soit la pro-portion dans laquelle ils le sont, la membrane prend appui prati-quement par toute sa surface, sur une surface rigide plane; cela lui interdit tout déformation et garantit son bon fonctionnement en endurance.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, des moyens de poussée sont prévus pour prendre appui sur la face arrière de la membrane, entre celle-ci et les moyens de rappel élastiques.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, les moyens de poussée en question sont constitués par un piston coulissant dont la face de poussée est plane et prend appui contre la membrane et interdit à celle-ci toute déformation locale exagérée lorsque la pression dans le canal d'arrivée devient prépondérante par rapport aux moyens élastiques.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, les moyens de poussée sont constitués par une capsule souple, en caoutchouc ou analogue, qui forme par ailleurs un joint d'étanch-éité dans une cavité prévue à l'intérieur de l'enveloppe rigide de la valve pour recevoir un gaz comprimé qui constitue les moyens élastlques de rappel. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la périphérie de la membrane est serrée entre le corps rigide et l'enveloppe rigide de la valve, autour de la rondelle d'appui qui reste libre dans sa cavité annulaire. Sui-vant une autre caractéristique de l'invention, la face de la rondelle d'appui qui porte sur le fond rigide du corps, est pour-vue d'au moins un relief lui permettant de prendre appui sur cecorps, sans que cet appui soit étanche.

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Suivant une autre caractéristique de l'invention, le serrage de la membrane, entre le corps et l'enveloppe rigide de la valve s'effectue avec interposition d'une rondelle composite formée de deux anneaux concentriques solidaires l'un de l'autre, à savoir un anneau ext~rieur en métal et un anneau intérieur en une matière souple telle que du caoutchouc, définissant des lèvres d'étanchéité.
Suivant une caractéristique aupplémentaire de l'inven-tion, les moyens de rappel élastiques agissant derrière le piston de la membrane sont constitués par un ressort hélicoidal, ou par un empilage de rondelles métalliques tronconiques.
Suivant une caractéristique supplémentaire de l'inven-tion, lorsque les moyens de rappel élastiques sont constitués par un coussin gazeux sous pression, la partie arrière de la cavité
dans laquelle se trouve ce coussin gazeux comporte un joint d'-étanchéité souple en forme prenant appui sur un piston de réglage situé en butée sur une vis poussoir dont l'extrémité de commande dépasse à l'extérieur de l'enveloppe rigide.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, on coiffe la vis poussoir d'une capsule d'inviolabilité qu'on plombe sur l'arrière de l'enveloppe après réglage.
L'ensemble de la valve de coulissement, selon l'inven-tion, se présente sous la forme d'un organe monobloc qui peut être facilement fixé sur le corps d'un étan,con de mine, ou qui peut facilement être retiré pour être remonté au jour dans un atelier de réglage ou de r~paratron.
La vis poussoir permet d'effectuer le réglage de la valve en atelter, après quoi la valve plombée est redescendue au fond de la mine: aucun autre réglage n'est nécessaire sur le chantier de la mine où la vlave reste plombée. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, permettra de mieux compren-dre les caract~ristiques de l'invention.

~Z~i2~9V

Figure 1 est une vue d'ensemble représentant schématique-ment une pile de soutènement équipée de valves de coulissement selon l'invention;
Figure 2 est un schéme hydraulique simplifié montrant 3o - 4a ~

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le mode de branchement de la valve;
Figure 3 est une vue éclatée montrant en perspective les principaux éléments constitutifs d~une variante de valve selon l'invention;
Figure 4 est une vue en coupe d'une première variante assemblée, avec rappel par ressort, Figure 5 est une vue en coupe analogue pour une seconde variante avec rappel par empilage de rondelles élastiques;
Figure 6 est une vue en coupe d'une troisième variante 5 avec rappel par coussin gazeux sous pression;
Figure 7 est une vue en coupe d'une quatrième variante comportant des moyens pour régler la pression du coussin gazeux de rappel;
Figure 8 illustre la valve des Figures 4 ou 5 en posi-tion d'ouverture.
On a représenté sur la figure 1 une pile de soutènement hydraulique du genre de celles qu'on utilise dans les mines. Cette pile comporte deux étançons de poussée 1, constitués chacun par un vérin de forte puissance. Ces deux vérins sont montés entre une semelle 2 qui prend appui au mur et un chapeau 3 qui prend appui au toit.
Chacun des vérins ou étançons 1 est équipé d'une valve de coulissement selon l'invention, désignée par la référence globale 4.
On voit sur la Figure 2 que, dans certains cas, la valve de coulissement ou valve de sécurité 4 est montée sous la forme d'un piquage 5 en parallèle sur la conduite S qui amène le fluide sous pression dans la chambre du vérin 1. Le rôle de sécurité
de la valve de coulissement 4 est bien connu:
- cette valve reste fermée tant que la pression dans la canalisation 6 et dans le vérin 1 ne dépasse pas un seuil limite prédéterminé;

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- par contre, lorsque cette pression d~passe le seuil choisi, la valve 4 s'ouvre temporairement et laisse s'échapper une fuite de liquide, jusqu'3 ce que la pression dans le vérin 1 retombe ~ un niveau acceptable.
Dès que cette condition est réalisée, ia valve ~ se referme et le vérin 1 continue à soutenir le chapeau 3 de la pile.
B Les Figures 3 ~ ~ représentent le détail de différentes variantes d'une valve de coulisseoent 4 selon l'invention. Dans la variante illustrée aux Figures 3, 4, 5 et 8, la valve 4 com-prend un corps rigide 7 dans lequel sont percés un canal central 8 pour l'évacuation des fuites, et un canal 5 pour l'arrivée de ~ /.,ide ~
la~pression hydraulique. Le canal 8 débouche au centre d'un bossage 9 qui fait saillie sur le fond plein d'une cavité annu-laire 10. Le canal d'arrivée de pression 5 s'ouvre dans le fond plein de cette cavité 10.
Dans cette cavité, on loge deux rondelles concentriques, à savoir:
- une rondelle d'appui 11 dont la face supérieure 12 est plane, lisse, tandis que sa face inférieure comporte un ou plusieurs reliefs 13 susceptibles de prendre appui sur le fond plat de la cavité 10.
- une rondelle composite 14 du type connu sous le nom commercial de "RONDELLE BS", c'est-à-dire constituée par un anneau extérieur 15 en métal, et un anneau intérieur 16 qui dé-finit des lèvres d'étanchéité en un matériau souple tel que du caoutchouc ou analogue, les deux anneaux (15 et 16) étant d~fin-itivement solidaires l'un de l'autre.
Lorsque les rondelles (11 et 14) sont en place à l'inté-rieur de la cavité annulaire 10, leurs faces supérieure 5 telles que 12 affleurent dans le même plan que la face supérieure annu-laire 17 du bossage 9. Sur ces faces d'appui coplanaires, on pose une membrane d'étanchéit~ 18, en une matiere souple telle ~J~ ~5~l~

qu'un caoutchouc. La face arrière de cette rnembrane 18 est serrée sur toute sa périphérie par une enveloppe rigide 19 vissée sur le corps 7 de la valve. A l'intérieur de cette enveloppe se trouve un piston coulissant 20 dont la Face avant plane 21 prend appui sur la face arrière de la membrane 18. Ce piston 20 est solidaire d'une tige centrale 22 autour de laquelle sont montés des moyens de rappel élastiques prenant appui sur le fond 23 de l'enveloppe 19.
Dans la variante de la Figure 4, les moyens de rappel élastiques en question sont constitués par un ressort hélicoidal 24, comprimé entre le piston mobile 20 et le fond fixe 23.
Sur la variant.e de la Figure 5, ces moyens de rappel élastiques sont constitués par un empilage de rondelles élas-tiques métalliques 25, de forme tronconique connue, serr~es entre le piston mobile 20 et le fond fixe 23 de l'enveloppe 19. Le fond fixe 23 est préférablement vissé dans la partie arrière de l'enveloppe 19, et il comporte des empreintes de commande telles que 26. A l'aide d'une clef à ergots engagée dans les empreintes 26, on peut visser ou dévisser 3 volonté le fond 23, pour choisir le tarage des moyens de rappel élastiques 24 ou 25. Le fonction-nement est le suivant r Pour le tarage choisi, les moyens de rappel élastiques 249 25 définissent un seuil de pression en dessous duquel le piston 20 repousse la membrane élastique 18 contre son siège 17, à l'encontre de la pression dans le canal d'arrivée 5. Tant que cette pression dans le canal 5 reste en dessous du seuil choisi, les moyens de rappel élastiques 24 et 25 sont prépondérants et la membrane 18 interdit toute communication entre le canal d'arrivée 5 et le canal de fuite 8.
11 est important de remarquer que pendant cette phase de fermeture, la membrane 18 reste en appui 3 la fois sur le siège plan 17 et sur la face plane 12 de la rondelle 11, c'est à dire qu'elle conser~e une forme rigoureusement plane~ quel quesoit l'excédent de la poussée résultant des moyens ~lastiques 24, 25 par rapport 3 la poussée antagoniste de la pression dans le canal 5 et la chambre 10.
Par contre, lorsque la pression dans le canal 5 dépasse le seuil prédéterminé par réglage du fond vissé 23, cette pres-sion provoque le soulèvement de la membrane 18, lequel s'accom-pagne d'un recul du piston 20 3 l'encontre des moyens élastiques 24 ou 2~.
Pendant ce recul, la face arrière de la membrane 18 reste presque dans la totalité de sa surface, en appui sur la face avant plane 21 du piston 20.
On évite ainsi tout gonflement local de la membrane 18, tout en laissant librement communiquer le canal ~ avec le canal de fuite 8. Du ~ s'écoulant par le canal 8, la pression baisse dans le canal 5 et dans son étançcon 1; dès que cette pression est retombée au-dessous du seuil prédéterminé, les moyens élast;ques 24 et 25 redeviennent prépondérants et le piston 20 referme la membrane 18 sur son siège 17.
~ans la variante illustrée sur la figure 6, les moyens de rappel élastiques sont constitués par un coussin gazeux sous pression 27. ~ dernier est confiné 3 l'intérieur de l'enveloppe 19 qui comporte un fond étanche monobloc 28. Sur la face arriére de la membrane 18, on prévoit cette fois un joint d'étanchéité
23 réalisé d'une pièce en une matière souple. Ce joint 29 comporte un fond plat 30 qui prend appui sur la face arrière de la mem-brane 18, et une lèvre périphérique cylindrique 31 qui prend appui sur la paroi interne de l'alésage, où il est logé dansl'enveloppe 28. La paroi de cette enveloppe 28 est traversée par un percage radial 32 qui débouche derrière la lèvre périphérique 31 du joint 29. Le fonctionnement est analogue à celui décrit précédemment à savoir qu'en position de repos, la membrane 18 prend appui 9~

sur une surface plane pratiquement continue définie par le siège du bossage 9 et par la face plane de la rondelle d'appui 11. Par contre, quand la pression dans le canal d'arrivée 5 devient pré-pondérante, la membrane 18 se soulève légérement tout en prenant appui sur le fond 30 du joint souple 29.
Ainsi, même si la membrane 18 venait à claquer, se dé-chirer ou se perforer, le liquide sous pression du canal 5 n'au-rait nullement tendance à fuir et à remplir l'espace du coU55 i n gazeux 27.
~ette particularité est importante car, si le coussin gazeux 27 venait à etre rempli de liquide, la membrane telle que 18 se trouverait hydrauliquernent bloquée sur son siège 9 et la valve de coulissement 4 cesserait de fonctionner.
Rien ne s'opposerait alors à un gonflement irrémédiable de l'étancon 1 sous la poussée d'un coup de toit exercé sur le chapeau 3.
En~e~clie~, on peut procéder au~rcgon lag~ du coussin gazeux 27, en envoyant des gaz sous pression dans le per~cagP
32: ces gaz sous forte pression décollent alors la lèvre d'étan-chéité 31 permettant alors l'introduction du gaz dans la cavitë27. Lorsqu'on arrête l'introduction du gaz par le tour 32 13 lèvre d'étanchéité du joint 31 vient obturer le~tou~r 32.
La variante de la Figure 7 est analogue à celle de la Figure ~, à cette différence près que dans le fond 28 de l'eveloppe 18 on a prévu des organes de réglage qui permettent de tarer en atelier le seuil de pression choisi pour le déclenchement de la membrane 18.
Pour cela, on visse à travers le fond 28 une vis pous-soir 33 qui, à l'intérieur de la cavité du coussin gazeux 27, repousse un piston de réglage 34. La Face avant de ce dernier est gainée par un joint d'étanchéité en forme 35 constitué par une mati~re souple, caoutchouc ou analogue.

g _ q~, Après réglage, on peut coiffer l'extrémité arri~re de la vis poussoir 33, au moyen d'une capsule d'inviolabilité 36, fixée sur l'enveloppe 19 au moyen d'un système de plombage quel-conque de type connu.
On comprend que l'ensemble de la valve de coulissernent selon l'invention constitue un organe monobloc susceptible d'être facilement retir~ de l'étan,con 1 ou d'y être fixé par une opération tr~s simple. La valve de coulissement 4 étant remontée en atelier (Fig. 7), on peut à loisir la tarer à volonté en agissant sur la vis poussoir 33, après quoi on là plombe de façon inviolable par mise en place de la capsule 36.
Lorsqu'on remonte sur l'étanc,on 1 la capsule 4 ainsi réglée, aucun réglage n'est nécessaire, ce qui convient particu-lièrement bien à une utilisation au fond de la mine. L'orifice d'évacuation du liquide est situé au centre du bossage 9 lequel est au centre de la chambre 10 et la surface recevant la pression en provenance de l'étanc~on 1 est très grande par rapport à celle formantle si~ge d'étanchéité, ce qui autorise une grande sensibi-lité et une grande précision pour le travail de la valve.

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Claims

LES REALISATIONS DE L'INVENTION, AU SUJET DESQUELLES UN
DROIT EXCLUSIF DE PROPRIETE OU DE PRIVILEGE EST REVENDIQUE, SONT
DEFINES COMME IL SUIT:

1. Valve hydraulique de coulissement pour vérin d'un étançon de mine, destinée à etre montée en parallèle sur un circuit hydraulique, comportant un corps dans lequel débouchent l'un à cote de l'autre un canal d'arrivée de pression et un canal de fuite, et une membrane d'obturation amovible à rappel élastique pour interrompre la circulation entre eux lesdits canaux en fonctionnement normal, alors qu'au contraire il établit cette communication à l'encontre des moyens élastiques quand la pression dépasse un seuil prédéterminé dans le canal d'arrivée, le serrage de la membrane entre le corps et l'enve-loppe rigide de la valve s'effectuant avec interposition d'une rondelle composite formée de deux anneaux concentriques soli-daires l'un de l'autre à savoir un anneau extérieur en métal et un anneau intérieur en matière souple caoutchouc ou analogue, définissant des lèvres d'étanchéité, l'orifice d'évacuation du liquide étant siuté au centre du bossage lequel est au centre de la chambre et la surface recevant la pression en provenance de l'étançon étant très grande par rapport à celle formant le siège d'étanchéité, ce qui autorise une grande sensibilité et une grande précision dans la valeur de consigne de la décharge de la valve.

2. Valve hydraulique de coulissement pour vérin d'un étançon de mine, suivant la revendication 1, caractérisée en ce que des moyens de pousée sont prévus pour prendre appui sur la face arrière de la membrane entre celle-ci et les moyens de rappel élastiques.

3. Valve hydraulique de coulissement pour vérin d'un étançon de mine suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de poussée en question sont constitués par un piston coulissant dont la face de poussée est plane et prend appui contre la membrane et interdit à celle-ci toute déforma-tion locale exagérée, lorsque la pression dans le canal d'arrivée devient prépondérante par rapport aux moyens élastiques.

4. Valve hydraulique de coulissement pour vérin d'un étançon de mine suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de poussée sont constitués par une capsule en caoutchouc ou analogue qui forme par ailleurs un joint d'étan-chéité dans un cavité prévue à l'intérieur de l'enveloppe rigide de la valve pour recevoir un gaz comprimé qui constitute les moyens élastiques de rappel.

5. Valve hydraulique de coulissement pour le vérin d'un étançon de mine suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la face de la rondelle d'appui qui porte sur le fond rigide du corps est pourvue d'au moins un relief lui permettant de prendre appui sur ce corps, sans que cet appui soit étanche.

6. Valve hydraulique de coulissement pour le vérin d'un étançon de mine suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de rappel élastiques agissant derrière le piston de la membrane sont constitués par un ressort hélicoidal ou par un empilage de rondelles métalliques tronconiques.

7. Valve hydraulique de coulissement pour le vérin d'un étançon de mine suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de rappel élastiques sont constitués par un coussin gazeuz sous pression, la partie arrière de la cavité
dans laquelle se trouve ce coussin comportant un joint d'étanchéité souple en forme qui prend appui sur le piston de réglage situé en butée sur une vis poussoir dont l'extrémité de commande dépasse à l'intérieur de l'enveloppe rigide.

8. Valve hydraulique de coulissement pour le vérin d'un étançon de mine suivant la revendication 7, caractérisée en ce que la vis poussoir peut être coiffée d'une capsule d' inviolabilité qu'on plombe sur l'arrière de l'enveloppe.

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