Installation de commande hydraulique. La. présente invention a pour objet une installation de commande hydraulique. Sous cette dénomination, on désigne en général un ensemble d'appareils permettant de trans mettre un mouvement d'un point à un autre an moyen d'un fluide. Bien qu'étymologique ment le fluide employé devrait être de l'eau, les installations de commande hydraulique actuellement en usage utilisent. de préférence les hy dro-earbures tels que les huiles de grais sage, les alcools supérieurs, les alcools gras, ete. par suite de leurs propriétés lubrifiantes et de leur passivité à. l'égard des métaux.
Le choix du liquide de travail dépend de plusieurs facteurs tels que compressibilité, viscosité, nature des joints et métaux em ployés, ete. Pour la simplicité de l'exposé qui va suivre, nous désignerons le fluide employé par le mot huile , mais il va de soi que tout autre liquide peut être utilisé.
Dans une installation de commande hydrau lique, l'huile reçoit l'énergie d'une source exté rieure telle qu'un moteur électrique action nant une pompe, par exemple, et transmet cette énergie à un organe de travail quelcon que, par exemple un piston de travail se déplaçant dans un cylindre, un soufflet, un moteur à palettes, une turbine, etc.
Pour plus de clarté de l'exposé, on utilise tout au long de la description, comme organe de travail, l'exemple du piston de travail se déplaçant dans un cylindre. Cependant, il est bien entendu que la portée de l'invention n'est pas limitée à cet exemple, le piston de travail pouvant tout aussi bien être remplacé par un organe quelconque déplaçable par un fluide en mouvement.
Plusieurs facteurs interviennent lors du déplacement de l'organe de travail parmi les quels nous retiendrons le débit et la pression de l'huile. Dans le cas où l'organe de travail est, par exemple, un piston, le débit condi tionne la vitesse de déplacement dudit piston de travail dans son cylindre par la relation:
EMI0001.0018
où T = vitesse en cmls., Q = débit en cm3/s., D = alésage en cm du cylindre.
La. pression est conditionnée par l'effort. que le piston doit vaincre pour se déplacer. Cette pression est déterminée par la relation:
EMI0001.0022
P = pression en kg/cm2, I' = force à vaincre en kg, D = alésage du cylindre en cm.
On conçoit d'emblée que dans une installa tion de commande hydraulique la pression varie chaque fois que la charge varie sur le piston de travail.
Dans de nombreuses applications des ins tallations de commande hydraulique, la vi- tesse de déplacement. du piston de travail doit. demeurer aussi constante que possible, quelle que soit la charge sur ce dernier. Cela est notamment le cas lorsqu'une telle installation est destinée à commander les outils de ma chines-outils. Dans certaines installations connues, on uti lise une pompe volumétrique à débit réglable pour commander le piston de travail. En effet., le débit des pompes volumétriques est théoriquement indépendant de la pression, pour autant que le fluide employé soit incom- pressible. Or, tous les liquides employés dans les installations de commande hydraulique sont légèrement compressibles.
Il s'ensuit alors une diminution du débit en fonction de l'aug mentation de pression qui peut aller jusqu'à l'arrêt du piston, pendant quelques instants, lors d'une très forte augmentation de charge sur ce dernier. En introduisant l'erreur due à la compres sibilité du liquide dans la relation entre la vi tesse du piston de travail et le débit de la pompe volumétrique nous trouvons
EMI0002.0007
où W = vitesse du piston, Q = débit de la pompe à la pression normale, R = coefficient de compressibilité de l'huile, V = volume d'huile sous pression, P = pression de l'huile.
L'erreur est donc d'autant plais grande que le volume d'huile utilisé est plus grand. Dans d'autres cas, on a préféré utiliser une pompe normale, par exemple à engre nages, dont le débit est en tous cas légèrement supérieur à celui exigé par le déplacement du piston de travail.
L'excédent d'huile fourni par la pompe est alors soutiré de la canalisation reliant la pompe au piston de travail au moyen d'une soupape de décharge. La fig. 1 représente une telle installation. Une pompe 1 fournit l'huile contenue dans un réservoir 2 à un piston de travail 4 coulis sant dans un cylindre 5. Une soupape de siireté 6 limite la. pression de l'huile dans l'installation. Un robinet 3 permet de régler le débit de l'huile qui s'écoule dans le cylin dre 5.
Toutefois, ce dispositif ne permet pas de maintenir constante la. vitesse du piston de travail 4, quelle que soit la, charge agissant sur celui-ci. En effet, le débit de l'huile pas sant à travers le robinet 3 dépend de la diffé rence des pressions existant à. l'entrée et à la sortie dü robinet. Or, dans la partie de la canalisation s'étendant. entre la. pompe 1 et le robinet 3 règne une pression Pi déterminée par la soupape 6. Cette pression Pl est à peu près constante. Par contre, dans la partie de la canalisation s'étendant entre le robinet 3 et le cylindre 5 règne une pression P2 qui n'est fonction que de la charge qui s'exerce sur le piston 4.
La. différence de pression P qui dé termine le débit du robinet 3 est donnée par: IV)<I>P = Pl</I> -P2 Comme P2 est variable, P varie aussi.
La relation I) énoncée ci-dessus montre alors que la vitesse de déplacement du piston de travail est influencée par la charge sur ledit piston, pour une pression donnée de la pompe.
La vitesse sera d'autant. plus grande que la charge sur le piston de travail sera petite. La fig. 2 représente une installation dans laquelle le piston de travail 4 est du type à double effet. De plus, dans cette installa tion, le mouvement du piston 4 dans le sens de sa course active, c'est-à-dire de droite à gauche sur le dessin, est régularisé par l'échappement à travers un orifice de lami nage, en l'occurrence une vanne 3 placée sur une conduite de décharge, d'un certain volume de liquide régulateur, proportionnel au dépla cement du piston de travail 4.
La pression P. qui règne dans la partie de la canalisation comprise entre le cylindre 5 et la vanne 3 est égale à:
EMI0003.0001
où P1 est la pression déterminée par la sou pape 6, F est la charge qui s'exerce sur la tige du piston 4, S est la section droite du cylindre ou surface du piston 4.
On voit que dans ce cas une variation de la charge F entraîne de nouveau une variation de la pression P2 s'exerçant en amont de la vanne 3. La pression P3 s'exerçant en aval de la vanne 3, dans la portion de la canalisation comprise entre la vanne 3 et le réservoir 2, est nulle. Le débit de la vanne 3 dépend donc bien de la pression P2.
Dans l'installation représentée à la fig. 3, l'huile contenue dans un réservoir 2 est re foulée sous pression au moyen d'une pompe 1 dans un cylindre 5 dans lequel se déplace un piston de travail 4 à double effet. A chaque course active du piston 4, c'est-à-dire dans le sens de droite à gauche sur le dessin, un cer tain volume de liquide régulateur est refoulé par la face du piston 4 opposée à celle sur laquelle agit le liquide mis sous pression par la pompe 1.
Entre l'orifice de laminage, dans le cas particulier la vanne 3 et le cylindre 5, la pression P2 du liquide régulateur s'exerce dans une chambre 7 dont au moins une partie de paroi est susceptible d'être déplacée sous l'action de ladite pression P2.
Il est à remarquer que cette pression P. tend à atteindre une valeur donnée par la relation IV. Cette chambre 7 fait partie d'un dispositif régulateur 8. La. partie de paroi déplacable est constituée par une membrane déformable 9 pouvant être constituée par une feuille de matière plastique élastique, synthé tique ou naturelle. Cette membrane pourrait aussi être constituée en métal.
Sous l'effet de la pression du liquide régulateur, la mem brane 9 a tendance à se déplacer vers la gauche, par rapport au dessin, contre l'action d'une force antagoniste produite par un res sort 10 exerçant son effet sur la membrane 9 par l'intermédiaire d'un piston 11 muni d'un prolongement 12 en forme de champignon. Ce dispositif régulateur comprend une soupape de décharge de la conduite d'amenée du liquide sous pression au piston de travail 4. Le clapet de cette soupape de décharge est formé par la partie 13 du piston 11 qui est maintenue appuyée sur le siège 14 par le res sort 10. Une conduite 15 permet au liquide de travail de remplir un espace annulaire 16 au tour de la partie 13 du piston 11. Une con duite 18 met en communication la chambre 17 avec le réservoir 2.
Une conduite 19 est prévue pour permettre aux fuites de liquide possibles entre le piston 11 et son cylindre de s'écouler aussi dans le réservoir 2.
Dans sa position de repos et sous l'effet du ressort 10, le piston 11 appuie sur le siège 14, de sorte que l'espace annulaire 16 est obturé sur toutes ses faces et l'huile provenant de la pompe 1 ne peut, en aucune manière, s'écou ler. Si l'effet de la pression s'exerçant sur la membrane 9 déplace le piston 11 en l'écartant de son siège 14, une partie de l'huile prove nant de la pompe 1 s'écoule par la chambre 17 et la conduite 18 vers le réservoir 2. Une position d'équilibre des pressions s'établit alors sur la face active du piston 4 telle que la pression exercée sur sa face opposée per mette l'ouverture de la soupape de décharge en éloignant la partie 13 du piston 11 de son siège 14.
Il s'établit un équilibre entre les poussées du ressort 10 et de l'huile sur la membrane 9. La poussée du ressort étant pra tiquement constante, la pression de l'huile sur la membrane et, par là, sur la face du piston 4 sur laquelle agit le liquide régulateur, c'est- à-dire P2, est de même pratiquement cons tante. Le débit s'écoulant par la vanne 3 sera donc pratiquement constant et, par là, la vi tesse de déplacement du piston 4 également.
En d'autres termes, chaque fois que lors de la course active du piston 4 le mouvement de celui-ci a tendance à s'accélérer, l'augmen tation de pression qui en résulte pour le liquide régulateur entre le piston 4 et la vanne de laminage 3 provoque le soulèvement de la soupape de décharge 13 de son siège 14, ce qui laisse s'échapper un certain volume de liquide de travail vers le réservoir 2 par la conduite 15, l'espace annulaire 16, la cham bre 17 et la conduite 1.8.
Cette fuite de liquide de travail provoque donc une baisse de la pression du liquide amené au piston de travail 4 et rétablit auto matiquement la vitesse normale de déplace ment de celui-ci. Comme toutes ces opérations de correction se font dans un temps minimum, la vitesse de déplacement. du piston de travail 4 se maintient pratiquement à une valeur cons tante.
Le dispositif régulateur 8 décrit ci-dessus travaille donc de fagon à maintenir constante la pression .P#, régnant dans la chambre 7. Il ressort en effet des relations I et IV que si la condition: P2 = constante est. remplie, bien que la force F varie et alors que P3 est nulle (pression dans la conduite en aval de la. vanne 3), le débit de la vanne 3 demeure constant et de même la vitesse de déplacement du piston 4 dans le cylindre 5.
L'installation de commande hydraulique selon l'invention comprend au moins un organe de travail destiné à être mû -par un liquide sous pression, le mouvement de cet organe dans le sens de sa course active étant régu larisé par l'échappement à travers un orifice de laminage d'un certain volume de liquide régulateur proportionnel au déplacement de l'organe de travail, le liquide régulateur agis sant, en amont de l'orifice de laminage,
dans une chambre dont au moins une partie de paroi est susceptible d'être déplacée sous l'ac tion de- la pression du liquide régulateur et contre l'action d'une force antagoniste mainte- -iant sur son siège une soupape de décharge branchée sur la conduite d'amenée du liquide sous pression à l'organe de travail, de façon que chaque fois que, lors de la course active dudit organe, le mouvement de celui-ci a.
ten dance à s'accélérer, l'augmentation de pression qui en résulte pour le liquide régulateur pro voque le soulèvement de la soupape de dé- charge de son siège, ce qui diminue la pres sion du liquide amené à l'organe de travail et rétablit automatiquement. la vitesse normale de déplacement de celui-ci, ladite force anta goniste étant produite par un liquide sous pression et agissant sur un piston dont la soupape de décharge est solidaire.
Cette installation de commande hydrau lique se distingue des installations connues par le fait qu'elle comprend deux pompes à fonctionnement continu, la première fournis sant le liquide actionnant le piston de travail et la seconde fournissant le liquide produisant ladite force antagoniste, un orifice de lami nage prévu sur la conduite de refoulement de la seconde pompe déterminant. la. pression agissant sur ladite soupape de décharge, le liquide régulateur, le liquide agissant sur la soupape de décharge, de même que le liquide de travail étant constitués par un liquide en provenance d'un même réservoir, de manière qu'à toute variation de la viscosité due à. un changement.
de température du liquide cor responde une variation de pression égale de part et d'autre de la paroi déplaca.ble, de sorte que la soupape de décharge reste insen sible aux écarts de température du liquide.
Les fig. 4 et 5 du dessin annexé montrent, schématiquement et à. titre d'exemple, deux formes d'exécution différentes de l'installation selon l'invention.
La fig. 4 représente schématiquement, une première forme d'exécution de l'installation selon l'invention différant de l'installation dé crite en regard de la fig. 3 par le fait. que le ressort 10 de la fig. 3 a été supprimé et remplacé par l'action sur le piston 11 de la pression de l'huile fournie par une seconde pompe 20 par l'intermédiaire d'une conduite 21. Un orifice de laminage, en ].'occurrence une vanne \'\?, permet. de régler à volonté la pression de l'huile sur le piston<B>1.1.</B> Cette dis position a. l'avantage sur la précédente de permettre une poussée contre la membrane 9, indépendante de la position du piston 11.
De plis, cette disposition permet tune com pensation automatique des variations de la viscosité de l'huile. En effet, la viscosité de l'huile varie avec la température. Comme la viscosité intervient dans la vitesse d'écoule ment à travers la vanne du laminage 3, le dé bit n'est constant que tant que la viscosité reste constante. Par exemple, si par suite de l'augmentation de la température de l'huile, provenant du travail fourni par les pompes, la viscosité diminue, le débit de la vanne 3 augmente pour une pression et une section d'ouverture données.
Mais, dans ce cas et pour la même raison, le débit de la vanne 22 dont l'huile provient du même réservoir 2 aug mente dans la même proportion et la contre- pression exercée sur le piston 11 par l'huile venant de la pompe 20 diminue. Il s'ensuit une diminution proportionnelle de la pression sur la membrane 9 pour obtenir l'équilibre avec la. contre-pression s'exerçant sur le piston 11. Il s'ensuit donc une diminution propor tionnelle de débit de la vanne 3, rétablissant ainsi les conditions initiales.
La fig. 5 représente, schématiquement, une deuxième forme d'exécution de l'invention dont le fonctionnement est en tous points semblable à celui décrit à propos de la fig. 4, mais dont le dispositif régulateur comprend un cylindre 24 renfermant un second piston 23 solidaire du piston 11. Ce cylindre 24 a pour but de corriger les effets retardateurs dus au laminage de l'huile entre le piston 11 et le siège 14.
La pompe 1 alimente, d'une part, le pis ton 4 et, d'autre part, le piston 23. La pres sion de refoulement de la pompe 1, lorsque la soupape de décharge 13 est fermée, est dé terminée par deux étranglements 26 et 27 dis posés à la suite l'un de l'autre sur une con duite de décharge 28. Une conduite 25, pre nant en un point situé entre les deux étran glements 26 et 27 qui sont constitués chacun par une vanne de laminage, alimente le cylin dre 24. Ainsi, lorsque l'effort sur le piston 4 augmente, la pression de l'huile sur la face active du piston 4 doit augmenter; cela en traîne une augmentation de la pression dans l'espace annulaire 16.
La. partie 13 du piston 11 doit alors, sous l'effet de la membrane 9 et de la contre-pression d'huile, se rapprocher de son siège 14, ce qui a pour effet d'accélérer la vitesse de l'huile entre le siège 14 et le piston 11. Cette accélération tend à repousser le piston 11 loin du siège 14. Mais le piston 23 entre alors en action en recevant, par la con duite 25, du liquide soumis à une pression proportionnelle à celle agissant sur la face active du piston 4. Le piston 23 tend alors à rapprocher le piston 11 du siège 14. La valeur de cette correction peut être réglée par le jeu des vannes 26 et 27.
Dans cette\ dernière forme d'exécution, le piston de travail 4 est alimenté en liquide de travail par l'intermédiaire d'un dispositif distributeur 29, permettant. de faire arriver le liquide sur l'une ou sur l'autre des faces du piston 4. Dans le cas particulier, ce dispo sitif distributeur 29 est du type à tiroir de distribution 30 commandé soit de façon auto matique par la machine sur laquelle est mon tée l'installation, soit à la main. Dans la posi tion représentée à la fig. 5, le tiroir 30 per met au liquide de travail arrivant par la, con duite 31 d'exercer sa pression sur la face 32 du piston 4.
Celui-ci se déplace donc dans le sens de la flèche 33 et le liquide refoulé par la face 34 du piston 4 s'échappe par la con duite de décharge 35.
Si par contre le tiroir 30 est poussé vers la gauche par rapport à la, fig. 5, le liquide de travail agira sur la face 34 du piston 4 et celui-ci se déplacera dans la direction opposée à celle indiquée par la flèche 33.
Un dispositif 36 est prévu pour provo quer l'arrêt du piston 4. Ce dispositif com prend une vanne à pointeau 37 disposée sur la conduite de décharge 35. Le pointeau 38 de cette vanne est maintenu écarté de son siège 39 par un ressort 40. Une came 41, com mandée par la machine sur laquelle est mon tée l'installation, détermine les périodes d'ou verture et de fermeture de cette vanne 37. Ainsi, chaque fois que la. vanne 37 est fermée, la conduite de décharge 35 étant obturée, le piston 4 reste immobile. L'augmentation de pression du liquide dans la conduite 35 résul tant de la fermeture de la vanne 37, provoque l'éloignement du clapet 13 de son siège 14 et ainsi le liquide de travail fourni par 1a pompe 1 peut s'échapper vers le réservoir 2 par la conduite 18.
Un manomètre 42, placé sur la conduite 21, permet de contrôler la pression de refoule ment de la pompe 20.
Dans les deux formes d'exécution de l'ins tallation de commande hydraulique décrites en regard des fig. 4 et 5, la, partie de paroi déplaçable était constituée par une membrane 9. Cependant, il est bien entendu que cette membrane 9 pourrait être remplacée par un piston dont une face limiterait. sur un côté la chambre 7 alors que sa face opposée forme rait l'une des parois de la chambre 17.
Une fuite de liquide entre ce piston et son cylindre pourrait. être corrigée par le choix d'une sec tion déterminée de l'orifice de laminage 3, à condition toutefois que le débit total de liquide à travers la conduite de décharge 35, débit déterminant une vitesse minimum et constante de déplacement du piston de travail 4 ne soit pas inférieur à celui de ladite fuite.
En variante, au lieu de ne comprendre qu'un seul piston 4 à double effet, l'installa tion pourrait en comprendre plusieurs; de plus, ce ou ces pistons à double effet pour raient être remplacés par des pistons à simple efft dont la. tige commanderait le déplacement d'un piston à simple effet coulissant dans un cylindre distinct du cylindre 5.
La remarque faite ci-dessus est valable non seulement. pour les cas où l'organe de tra vail est un piston, mais aussi pour les cas où l'organe de travail est constitué par un organe quelconque déplaçable par un fluide en mou vement.
Il -est à remarquer en outre que dans ces différentes formes d'exécution, qui sont des tinées à être appliquées notamment à des machines-outils, un dispositif pourrait être prévu pour provoquer une ouverture maxi mum de la vanne 3 lors de la course de retour du piston 4 à sa position initiale, de façon que cette course s'effectue dans le minimum de temps.
Pour faciliter la compréhension du dessin, les dispositifs nécessaires pour provoquer la course de retour du piston 4 de la forme d'exécution représentée à la fig. 4, n'ont pas été représentés. Ces dispositifs peuvent être du même genre que celui représenté à la fig. 5, ou encore comprendre toutes disposi tions de conduites, soupapes, vannes et autres, déjà utilisées dans les installations connues, étant donné qu'il n'est pas nécessaire dans ce cas que la. vitesse de déplacement. du piston 4 dans le sens négatif soit constante.