CH704021A2 - Dispositif pneumo-hydraulique régénératif. - Google Patents

Abstract

L’invention concerne un dispositif pneumo-hydraulique régénératif permettant de diminuer le volume d’huile du système en comparaison avec les systèmes hydrauliques couramment utilisés. Le dispositif est actionné par de l’air comprimé, qui commande et alimente à la fois un Générateur de Pression Hydraulique (06), ce générateur étant constitué d’un cylindre pneumatique pourvu d’un piston à tige traversante constituant une pompe hydraulique à double effet mise automatiquement en mouvement de va-et-vient par la commutation d’une Vanne Directionnelle Pneumatique autopilotée (07) par les variations de pression dans les chambres pneumatiques (06C, 06D) du Générateur (06). L’huile sous pression obtenue est acheminée vers un Vérin Hydraulique (01) qui actionne une charge utile. La conduite de retour de ce Vérin (01) comporte en outre une Vanne Ajustable Régulatrice de débit (11) pour modérer et régler la vitesse de déplacement de la tige du Vérin (01) lorsque celle-ci est entraînée par la charge utile, pour éviter le phénomène de cavitation dans le circuit hydraulique. Le Générateur (06) assure par son principe régénératif la recirculation immédiate de l’huile d’une chambre hydraulique (06A, 06B) à l’autre, ce qui permet de réduire le volume du réservoir d’huile (04) au strict minimum nécessaire. Ce dispositif pneumo-hydraulique, grâce à son encombrement réduit, peut être utilisée avantageusement pour toutes sortes d’applications dans des véhicules.

Description

[0001] L’invention concerne une pompe pneumo-hydraulique régénérative permettant de diminuer le volume d’huile du système en comparaison avec les systèmes hydrauliques couramment utilisés.

[0002] Les systèmes hydrauliques actuels utilisent un grand réservoir d’huile, un moteur électrique ou à combustion, une pompe hydraulique, des vannes de commande et de sécurité, le grand volume d’huile du réservoir assurant l’alimentation de la pompe qui engendre une pression hydraulique acheminée vers un actionneur hydraulique destiné à réaliser le mouvement souhaité.

[0003] Quand ils sont linéaires, ces actionneurs, suite à une commande d’avance ou de recul, arrivant en fin de course, continuent à être alimentés par la pompe qui n’arrête pas de pomper de l’huile sous pression. Cet excès d’huile est dévié en retour vers le réservoir par l’ouverture automatique d’une vanne de sécurité.

[0004] Ce mode de fonctionnement cause généralement un échauffement inutile de l’huile et une usure des parties mobiles de la pompe, du fait que celle-ci ne s’arrête en aucun moment pendant l’opération du système.

[0005] Le but de la présente invention est d’élaborer un dispositif alimenté et commandé par de l’air comprimé, utilisé avantageusement de manière à recycler l’huile sortant d’une chambre de l’actionneur hydraulique, et qui normalement retournerait au réservoir, pour l’envoyer sous pression vers l’autre chambre de l’actionneur, pression qui réalisera le mouvement désiré.

[0006] La solution proposée par la présente invention pour résoudre le problème posé est contenue dans les caractéristiques de la revendication indépendante no. 1, et les revendications dépendantes revendiquent des applications où l’invention se montre particulièrement avantageuse.

[0007] L’invention permet essentiellement d’assurer un arrêt automatique du fonctionnement de la pompe pneumo-hydraulique, au moment exact où l’actionneur arrive en fin de course. Ensuite, au moindre signal de perte de pression dans le système, la pompe se remet automatiquement à fonctionner jusqu’à obtention de la pression hydraulique préréglée.

[0008] Ce dispositif recyclant directement l’huile d’une chambre pour remplir l’autre, permet d’opérer avec un volume d’huile bien moindre que celui habituellement utilisé dans les systèmes actuels.

[0009] Il convient ici d’exposer la différence entre les pompes hydropneumatiques usuelles et la pompe pneumo-hydraulique.

[0010] Il existe sur le marché des pompes hydropneumatiques, qui sont alimentées en air comprimé, et qui pressurisent un certain volume d’huile qui est envoyé vers un actionneur. Or, dans les systèmes où il se produit un déplacement du centre de gravité des charges en mouvement, comme par exemple, lors du relevage des cabines de camion (fig. 03), les actionneurs sont affectés par le phénomène de cavitation, causé par la suction, forcée par la gravité, du volume d’huile présent dans le cylindre, au travers d’un orifice trop petit au débit insuffisant pour laisser passer complètement le volume d’huile nécesaire.

[0011] Cette suction, provoquant la cavitation, est forcée par le poids de la charge dont le centre de gravité a franchi la position d’équilibre de la charge, qui doit se déplacer à une vitesse uniforme jusqu’à la fin de sa course.

[0012] Pour illustrer le phénomène de cavitation, nous pouvons prendre comme exemple une seringue pour injections. Lorsque nous désirons aspirer un liquide à l’intérieur de la seringue et que nous déplaçons trop rapidement le piston, nous créons un vide à l’intérieur de la seringue, car la vitesse de déplacement du piston a été si rapide que le fluide n’a pas eu le temps de passer par l’orifice de l’aiguille. Si l’on pouvait maintenir ce vide pour un temps suffisant, l’on verrait apparaître des bulles dans le fluide, ce qui cause précisément la cavitation.

[0013] Ce même phénomène se passe dans un dispositif de levage lorsque la charge actionne la tige du piston du cylindre hydraulique à une vitesse supérieure à celle que le débit maximum d’huile pourrait assumer.

[0014] En se référant à la Fig. 01, la présente invention permet une commande de vitesse uniforme qui empêche la cavitation, grâce à une Vanne Ajustable Régulatrice de débit 11 placée entre la Vanne Directionnelle Hydraulique 02 et le réservoir d’huile 04. Cette vanne régulatrice évite qu’un débit supérieur au débit réglé puisse passer par l’orifice de la vanne. Cette régulation permet de maintenir le déplacement uniforme pendant toute la trajectoire de la charge.

[0015] La pompe pneumo-hydraulique régénérative de l’invention est totalement automatique, mais possède également un système de pompage manuel en cas de manque d’air d’alimentation.

[0016] La pompe de l’invention possède aussi une vanne directionnelle incorporée 02, qui permet de diriger l’huile vers l’actionneur pour lui conférer un mouvement d’avance ou de recul à l’aide d’une commande manuelle (Fig. 01).

[0017] La pompe possède en outre un système de pompage à double effet, tant pour l’avance que pour le recul, ce qui permet de diminuer de moitié le temps de pompage en comparaison avec les pompes hydropneumatiques existantes. (Fig. 01).

[0018] La pompe de l’invention et son mode de fonctionnement seront maintenant décrits en détail en faisant appel aux figures pour une meilleure compréhension. <tb>La fig. 01<sep>représente un schéma de principe de la pompe pneumo-hydraulique régénérative selon un mode préférentiel de réalisation de l’invention. <tb>La fig. 02<sep>représente un dessin plus détaillé d’un mode de réalisation de la partie hydraulique de la pompe de l’invention. <tb>La fig. 03<sep>représente une application typique de la pompe selon l’invention comme système de commande de basculement d’une cabine de camion. <tb>La fig. 04<sep>illustre l’application de la pompe de la présente invention, objet de la revendication 4, au relevage de trains de roues de camions. <tb>Les fig. 05 et fig. 06<sep>détaillent l’incorporation d’une pompe selon l’invention sur un véhicule, pour la même application représentée en Fig. 04 objet de la revendication 4. <tb>La fig. 07<sep>illustre l’application d’une pompe selon l’invention, objet de la revendication 5, au nivellement d’une remorque de camion.

[0019] L’on se réfère à la fig. 1. Pour débuter le cycle de pompage automatique, le premier pas consiste à changer la position de la Vanne Directionnelle Pneumatique 08 de la position fermée vers la position ouverte. L’air passera alors librement par la Vanne Directionnelle Pneumatique auto-pilotée 07 à deux positions et quatre voies, se dirigeant vers la chambre arrière pneumatique 06C du cylindre Générateur de Pression Hydraulique 06, faisant se déplacer le piston 10 de celui-ci vers l’avant. Ce piston 10 du Générateur de Pression Hydraulique 06 est solidaire d’une tige traversante dont chaque extrémité est positionnée et guidée dans une chemise hydraulique dont l’alésage est de même diamètre que la tige. Ces chemises sont localisées aux deux extrémités opposées du cylindre Générateur de Pression Hydraulique 06.

[0020] La pression d’air, typiquement de 6 bars, multipliée par l’aire du piston pneumatique du cylindre 06 engendre une force qui, appliquée par la tige de ce cylindre sur l’aire de la chemise hydraulique, engendre une pression hydraulique dans l’huile qui est refoulée sous l’effet de cette pression dynamique dans le Vérin Hydraulique 01 dont le piston commence à se mouvoir.

[0021] Quand le piston 10 du Générateur de Pression Hydraulique 06 arrive en fin de course, la pression pneumatique va augmenter par le fait de la diminution des pertes de pression (pertes de charge) dans le circuit d’air, et cette augmentation de pression va changer la position de la Vanne Directionnelle Pneumatique auto-pilotée à quatre voies et deux positions 07, qui va commander automatiquement le retour du cylindre pneumatique dans l’autre sens, en envoyant l’air vers la chambre opposée 6D.

[0022] Au début de ce mouvement de retrait du piston de la chambre hydraulique 6B il va se produire une suction à cet endroit, avec pour résultat trois actions simultanées: la première, suction de la Sphère de la Vanne de Rétention à deux sièges 03, bloquant cet accès de la chambre 06B vers le Vérin Hydraulique 01; la seconde, suction de la Sphère de la Vanne de Rétention 05B et suction simultanée de l’huile du Réservoir 04; la troisième, le remplissage d’huile de la chambre 6B.

[0023] Lorsque le pompage s’effectue par déplacement vers l’arrière du piston du Générateur de Pression Hydraulique 06, le Vérin Hydraulique 01 va avancer. Pendant cette avance, l’huile de la chambre avant de ce cylindre sera refoulée vers le réservoir d’huile. Ce même volume d’huile est immédiatement acheminé sous pression vers le cylindre hydraulique de manière régénérative en formant un circuit hydraulique fermé qui utilise un faible volume d’huile.

[0024] Chaque fois que le piston 10 du Générateur de Pression Hydraulique 06 arrive en fin de course dans un sens ou dans le sens opposé, la vanne 07 commute la pression vers l’autre chambre, et le piston 10 continue par son mouvement de va-et-vient à pomper de l’huile jusqu’à ce que la fin de course du Vérin Hydraulique 01 soit atteinte.

[0025] Lorsque ce Vérin Hydraulique 01 a atteint sa fin de course, il va se produire une accumulation de pression hydraulique dans le système jusqu’à ce que la pression maximum découlant du dimensionnement des divers cylindres soit atteinte. A ce moment, un équilibre de pressions sera atteint dans les deux chambres hydrauliques 06A et 06B, et le piston 10 cessera son mouvement de pompage.

[0026] Si une petite fuite d’huile avec pour conséquence une chute de pression devait se produire n’importe où dans le circuit, la pression pneumatique dans le Générateur de Pression Hydraulique 06 va remettre le piston 10 en mouvement, ceci étant rendu possible par le fait qu’un petit espace s’est créé quelque part lors de la fuite; ce mouvement de pompage va permettre de restaurer la pression hydraulique maximum. Ce processus de restauration de la pression hydraulique va se répéter chaque fois qu’une chute de pression surgit dans le système.

[0027] A tout instant, l’opérateur peut interrompre l’action de pompage en ramenant la position de la vanne de commande 08 en position de repos (blocage de l’air d’alimentation).

[0028] Comme il a déjà été évoqué plus haut, l’invention apporte aussi une solution avantageuse au problème de cavitation. Lorsque le centre de gravité de la charge mise en mouvement par le vérin 01, une cabine de camion par exemple, passe par son point d’équilibre à la verticale de l’axe de rotation, et que le piston se mouvant dans ce cylindre est maintenant entraîné de force dans son mouvement, la pression dans la chambre hydraulique active, qui auparavant devait acheminer de l’huile sous pression vers le Vérin Hydraulique 01 pour mouvoir la charge contre la gravité, diminue maintenant au point de créer un vide qui pourrait causer le phénomène de cavitation; mais ce vide est immédiatement comblé par l’ouverture de l’une au moins des Vannes de Rétention 05 ou 05B, ce qui permet à l’huile de s’écouler librement du réservoir 04, évitant ainsi la cavitation. De plus, une Vanne Ajustable Régulatrice de débit 11 limite la vitesse de déplacement du piston du Vérin Hydraulique 01 à une valeur modérée permettant à l’huile de retourner vers le vérin sans créer de dépression exagérée qui causerait la cavitation. Pendant cette phase d’entraînement par la charge, le Générateur de Pression Hydraulique 06 continue à pomper de l’huile car les pressions ne sont pas en équilibre dans le circuit, mais c’est l’effet de la charge qui engendre la pression la plus élevée dans le circuit.

[0029] L’invention peut être utilisée avantageusement dans un grand nombre d’applications. La liste suivante non exhaustive en donne quelques exemples: - pour basculer la cabine de tous types de véhicules automoteurs, camions par exemple; - pour basculer la benne des camions; - comme système de relevage des essieux de camions, où l’emploi de la pompe de l’invention est particulièrement avantageux, du fait qu’elle nécessite peu de place et que le réservoir d’huile est très réduit. Ce système de relevage est utilisé sur les camions à essieux multiples pour économiser les pneus quand les camions ne roulent pas à pleine charge dans les systèmes d’ancrage de remorques, de bennes et de camions. - dans les systèmes d’actionnement de rampes d’accès de véhicules; - pour les tracteurs et autres véhicules et équipements agricoles; - dans l’industrie chimique, pétrochimique et pharmaceutique; dans l’industrie en général; - dans les équipements des magasins de stockage; - dans les plateformes pétrolières et les raffineries de pétrole. - dans l’actionnement de grandes vannes en général. - dans les machines et équipements industriels.

LÉGENDE DES FIGURES

[0030] Fig. 01 <tb>01-<sep>Vérin Hydraulique (sans fin de course) <tb>02-<sep>Vanne Directionnelle Hydraulique <tb>03-<sep>Vanne de Rétention à double siège <tb>04-<sep>Réservoir d’huile <tb>05-<sep>Vanne de Rétention à simple siège <tb>06-<sep>Générateur de Pression Hydraulique <tb>07-<sep>Vanne Directionnelle Pneumatique auto-pilotée <tb>08-<sep>Vanne Directionnelle Pneumatique <tb>09-<sep>Alimentation em Air Comprimé <tb>10-<sep>Piston du Générateur de Pression Hydraulique <tb>11-<sep>Vanne Ajustable Régulatrice de débit.

[0031] Fig. 02 <tb>01-<sep>Vérin Hydraulique (sans fin de course) <tb>02-<sep>Vanne Directionnelle Hydraulique <tb>03-<sep>Vanne de Rétention à simple siège <tb>04-<sep>Réservoir d’huile <tb>05-<sep>Vanne de Rétention à simple siège <tb>06-<sep>Générateur de Pression Hydraulique <tb>06A-<sep>Chambre Hydraulique arrière <tb>06B-<sep>Chambre Hydraulique avant <tb>06C-<sep>Chambre pneumatique arrière <tb>06E-<sep>Chambre Pneumatique avant <tb>07-<sep>Connexion de sortie de pression hydraulique <tb>08-<sep>Bloc de Contrôle Directionnel Hydraulique <tb>09-<sep>Orifice d’utilisation hydraulique B. <tb>10-<sep>Piston du Générateur de Pression Hydraulique <tb>11-<sep>Orifice d’utilisation hydraulique A <tb>12-<sep>Connexion d’entrée de la Chambre Pneumatique avant <tb>13-<sep>Connexion d’entrée de la Chambre Pneumatique arrière

[0032] Fig. 03 <tb>A-<sep>Inclinaison 0°. Le vérin hydraulique est en position de repos. <tb>B-<sep>Inclinaison selon un angle où le Centre de Gravité n’a pas encore atteint le sommet de sa trajectoire. Le vérin doit exercer une force pour basculer la cabine. <tb>C-<sep>Inclinaison selon un angle où le Centre de Gravité a dépassé le sommet de sa trajectoire. La tige du vérin avance et en même temps la Vanne Ajustable Régulatrice de débit freine le mouvement de rotation de la cabine en contrôlant son mouvement de basculement. <tb>D-<sep>Inclinaison maximum. Le vérin a atteint sa fin de course.

[0033] Fig. 04 <tb>A-<sep>Camion chargé. Les roues sont en contact avec le sol. <tb>B-<sep>Camion peu chargé. Un train de roues est relevé pour économiser les pneus.

[0034] Fig. 05 <tb>A-<sep>Pompe pneumo-hydraulique <tb>B-<sep>Vérin hydraulique <tb>C-<sep>Roue pouvant être relevée <tb>D-<sep>Ressorts de suspension.

[0035] Fig. 06 <tb>A-<sep>Vérin hydraulique <tb>B-<sep>Dispositif mécanique de relevage des roues <tb>C-<sep>Roue en position relevée, sans contact avec le sol.

[0036] Fig. 07 <tb>A-<sep>Vérin hydraulique piloté par une pompe selon l’invention <tb>B-<sep>Nivellement d’une remorque par une seule pompe selon l’invention, commandant deux vérins.

Claims (6)

1. Pompe pneumo-hydraulique régénérative actionnée par de l’air comprimé, caractérisée en ce que l’air commande et alimente à la fois un Générateur de Pression Hydraulique (06), ce générateur étant constitué d’un cylindre pneumatique pourvu d’un piston à tige traversante, chaque extrémité de cette tige constituant un piston coulissant dans une chemise hydraulique, ces chemises ayant une section moindre que celle du piston pneumatique, ce qui leur permet de constituer un générateur de pression hydraulique à amplification de pression, caractérisée en outre en ce que les pistons hydrauliques constitués par les deux extrémités de ladite tige délivrent alternativement suivant le sens du déplacement de la tige de l’huile sous pression vers un Vérin Hydraulique (01) qui met en mouvement une charge utile, caractérisée en outre en ce que le piston à tige traversante du Générateur de Pression Hydraulique (06) est mis automatiquement en mouvement de va-et-vient par la commutation d’une Vanne Directionnelle Pneumatique auto-pilotée (07) par les variations de pression dans les chambres pneumatiques (06C, 06D) du Générateur de Pression Hydraulique (06), caractérisée en outre en ce que les sorties d’huile des deux chambres hydrauliques(06A, 06B) se rejoignent en une conduite unique en traversant une Vanne de Rétention (03) à double siège, cette conduite unique alimentant le Vérin Hydraulique (01) au travers d’une Vanne Directionnelle Hydraulique (02) à commande manuelle permettant d’inverser le sens du mouvement du Vérin Hydraulique (01), la conduite de retour de ce Vérin Hydraulique (01) entre la Vanne Directionnelle Hydraulique (02) et le réservoir (04) comportant en outre une Vanne Ajustable Régulatrice de débit (11) ayant pour fonction de modérer et de régler la vitesse de déplacement de la tige du Vérin Hydraulique (01) lorsque celle-ci reçoit une force de sens opposé c’est-à-dire est entraînée par la charge utile, dans le but d’éviter le phénomène de cavitation dans le circuit hydraulique, la pompe étant caractérisée en outre en ce que les entrées d’huile des deux chambres hydrauliques (06A, 06B) reçoivent l’huile d’un réservoir (04) par l’intermédiaire de Vannes de Rétention (05), ces vannes pouvant également contribuer par leur action, à éviter le phénomène de cavitation, et caractérisée en outre en ce que le Générateur de Pression Hydraulique (06) assure par son principe régénératif la recirculation immédiate de l’huile d’une chambre hydraulique (06A, 06B) à l’autre, ce qui permet de réduire le volume du réservoir d’huile (04) au strict minimum nécessaire.

2. Utilisation de la pompe pneumo-hydraulique régénérative de la revendication 1 pour le levage et le basculement de cabines de véhicules automoteurs, en particulier de camions.

3. Utilisation de la pompe pneumo-hydraulique régénérative de la revendication 1 pour le levage ou le basculement de bennes, en particulier de bennes de camion.

4. Utilisation de la pompe pneumo-hydraulique régénérative de la revendication 1 pour le relevage et le maintien en position surélevée d’essieux de camions non utilisés, quand le camion roule à charge partielle, dans le but d’économiser les pneus.

5. Utilisation de la pompe pneumo-hydraulique régénérative de la revendication 1 dans les systèmes d’ancrage ou de nivellement de remorques, de bennes et de camions, en particulier pour actionner des vérins de positionnement pour mettre les remorques à niveau en employant une ou plusieurs pompes selon la revendication 1.

6. Utilisation de la pompe pneumo-hydraulique régénérative de la revendication 1 dans les systèmes d’actionnement de rampes d’accès de véhicules de transport public et de rampes d’accès de camions, en particulier de camions de transport de voitures.