EP0051014B1 - Dispositif de réglage en continu de la course du piston d'un vérin - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F15B9/16—Systems essentially having two or more interacting servomotors, e.g. multi-stage
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- F15B9/08—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member with servomotors of the reciprocatable or oscillatable type controlled by valves affecting the fluid feed or the fluid outlet of the servomotor
- F15B9/10—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member with servomotors of the reciprocatable or oscillatable type controlled by valves affecting the fluid feed or the fluid outlet of the servomotor in which the controlling element and the servomotor each controls a separate member, these members influencing different fluid passages or the same passage
Definitions
- the present invention relates to a device allowing a continuous adjustment of the stroke of the piston of a jack, applicable in particular in the case of a differential piston.
- Figure 4 of this document illustrates a variant in which the piston has the shape of a cam integral with its rod and making an angle other than 90 ° with the latter. The cam thus separates the cylinder containing the piston into two compartments while a pressurized fluid inlet opens into this cylinder.
- the shape of the cam is such that during the rotation of the shaft, the fluid inlet opens either in one compartment or in the other. A continuous back and forth movement of the piston is thus obtained, but the amplitude of this movement is determined once and for all by the shape of the cam.
- compressed air is sent to each of the ends of the cylinder containing the piston.
- Several discharge orifices closed by valves themselves controlled by solenoids, are distributed along this cylinder. The opening of one of these valves causes the evacuation of the compressed gas and therefore a vacuum on one side of the cylinder. The piston then moves back to the level of the selected orifice.
- a step-by-step adjustment of the piston stroke is thus obtained by the choice of one of the discharge orifices, but, in all possible levels, the amplitude of the stroke remains the same since it is determined by the shape of the cam constituting the piston. It is not possible to adjust this amplitude continuously and, moreover, such a device is quite complex, and therefore costly to produce, because the discharge orifices can be quite numerous and each valve is controlled by a solenoid.
- the object of the present invention is precisely to eliminate these drawbacks by proposing a simple device which makes it possible to continuously vary the stroke of the piston.
- this piston forming part of a cylinder comprising a control member movable relative to the piston, at least part of this control member being in the form of a rod movable in rotation and in translation
- this rod comprises an extension having the form of a differential piston movable in rotation and in translation inside a cylinder and defining inside thereof a chamber with a large section and a chamber with a small section, the latter being permanently in communication with a source of fluid under high pressure by means of an orifice provided in the wall of said cylinder, the piston differential having an internal cavity inside which is disposed a second rod immobilized in translation and being able to be angularly oriented, said second rod being provided with a cam having two edges o positioned, this cam being able to uncover and seal cyclically, during the rotation of the differential piston, on the one hand at least a first orifice formed in the wall of the piston and putting the large
- the second rod has a cavity which allows, thanks to one of said orifices, to put the large-section chamber in communication with a fluid discharge.
- said differential piston comprises an outer wall on which are hollowed out at least two grooves, the ends of one of these grooves opening into one of said orifices and into the chamber with a large section respectively , the ends of the other groove opening respectively into the other orifice and into the small section chamber.
- the jack shown in FIGS. 2 to 4 comprises a tubular cylindrical body 1 in the axial bore of which a piston 2 is slidably mounted which thus defines two opposite chambers respectively referenced 3 and 4.
- This piston 2 is itself provided in the form tubular, the axial housing 5 thus determined extending partially inside the motor member 6 operated by said piston.
- the drive member 6 having a diameter greater than that of the shaft 7, the piston 2 can be described as 'differential'.
- chamber 3 will hereinafter be called “with small section” while chamber 4 will be “with large section”.
- the small-section chamber 3 is permanently connected to a source of fluid under high pressure by means of two opposite radial slots 11. Moreover, the shaft 7 extends beyond the discharge slots 10 to exit axially of the cylinder 1 of the jack and receive the drive of a motor 12 associated with an appropriate transmission 13.
- this shaft 7 which is engaged in the housing 5 is solilitary, by machining or by fixing a cam 14 whose figure 5 shows the profile clearly; in the example considered, it is a double sinusoidal profile which extends symmetrically in two parts around the cylinder formed by said shaft.
- This 1z cam. opposes the communication of the large section chamber 4 with the discharge channel 8, and its two opposite edges are intended to form shutters for two pairs of radial orifices 15 and 16, drilled in the thickness of the piston 2; each of the orifices 15 is connected by a peripheral groove 17 to the chamber with large section 4, while similar grooves 18 ensure the communication of the orifices 16 with the chamber with small section 3, it being understood that these two pairs of grooves 17 and 18 are profiled so as not to intersect.
- the motor 12 is started and drives the shaft 7 and the cam 14 in the dextrorotatory direction, the edge or lower part of said cam will discover the two orifices 16; the hydraulic fluid can thus pass from the chamber 3 to the chamber 4 through the aforementioned orifices and the grooves 18.
- the chamber 4 having a larger useful section, the piston 2 moves upwards.
- this axial displacement of the piston tends to bring the orifices 16 below the lower edge of the cam 14, but as the latter is rotated, said orifices remain uncovered as long as this cam has not - made a 90 ° rotation.
- the orifices 16 are closed by the lower edge of the cam 14, while the upper edge of the latter uncovers the two orifices 15.
- the chamber 4 is thus placed in communication with the bass pressure through the grooves 17, the orifices 15, the channel 8 and the ports 10, while the high pressure is exerted on the upper face of the piston which, consequently, moves downwards.
- This downward movement of the piston 2 and of the member 6 will continue for a time corresponding to a 90 ° rotation of the shaft 7, so that things will end up in the position of FIG. 2, and that a new operating cycle may then occur.
- Figure 1 shows how such an actuator can be associated with an adjustment device according to 1, invention.
- the piston 22 is similar to the piston 2; it is slidably mounted in a cylinder 21 provided with lights 31 and 30 respectively connected to the high and to the low pressures of the general installation.
- the piston 22 is a differential piston which delimits in the cylinder 21 a chamber 23 with a small section and a chamber 24 with a large section.
- a cam 34 carried by a second rod 27 which is not driven in a rotational movement: this shaft 27 protrudes beyond the free transverse face of the cylinder 21 to be equipped a member allowing the adjustment of its orientation, which member has been shown diagrammatically in the form of a lever 19.
- There are also on the piston 22 orifices 35, 36 and grooves 37, 38 which play the same role as the holes 15, 16 and the grooves 17, 18 of the piston 2.
- the extension 40 of the rod 7 must be rotated by the motor 12 without this drive being able to oppose its axial displacement under the effect of the piston 22.
- the transmission interposed between the motor 12 and the part 40 is therefore formed by two pinions or toothed wheels 41 with straight teeth.
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Description
- La présente invention à pour objet un dispositif permettant un réglage continu de la course du piston d'un vérin, applicable notamment dans le cas d'un piston'différentiel.
- Il existe à l'heure actuelle de nombreux dispositifs permettant de faire varier la longueur de la course d'un piston comme, par exemple, celui décrit dans le document US-A-2 898 890. La figure 4 de ce document illustre une variante dans laquelle le piston a la forme d'une came solidaire de sa tige et faisant avec cette derniere un angle different de 90°. La came sépare ainsi en deux compartiments le cylindre contenant le piston tandis qu'une arrivée de fluide sous pression débouche dans ce cylindre.
- La forme de la came est telle qu'au cours de la rotation de l'arbre, l'arrivée de fluide débouche soit dans un compartiment, soit dans l'autre. On obtient ainsi un mouvement aller et retour continu du piston, mais l'amplitude de ce mouvement est déterminée une fois pour toutes par la forme de la came.
- Dans le mode de réalisation illustre à la figure 10 de ce même document, on envoie de l'air comprime à chacune des extrémités du cylindre contenant le piston. Plusieurs orifices d'évacuation, fermés par des soupapes elles-mémes commandées par des solénoides, sont répartis le long de ce cylindre. L'ouverture d'une de ces soupapes provoque l'évacuation du gaz comprimé et donc une dépression d'un côté du cylindre. Le piston recule alors jusqu,au niveau de l'orifice sélectionné. On obtient ainsi un réglage pas à pas de la course du piston par le choix de l'un des orifices d'évacuation, mais, dans tous les niveaux possibles, l'amplitude de la course reste la même puisqu'elle est déterminée par la forme de la came constituant le piston. 11 n'est pas possible de régler cette amplitude de maniere continue et, de plus, un tel dispositif est assez complexe, et donc coùteux à réaliser, car les orifices d'évacuation peuvent être assez nombreux et chaque soupape est commandée par un solénîde.
- La présente invention a justement pour objet d'éliminer ces inconvenients en proposant un dispositif simple et permettant de faire varier d'une manière continue la course du piston.
- Selon la principale caractéristique du dispositif de réglage en continu de l'amplitude de la course d'un piston objet de l'invention, ce piston faisant partie d'un vérin comportant un organe de commande mobile par rapport au piston, au moins une partie de cet organe de commande se présentant sous la forme d'une tige mobile en rotation et en translation, cette tige comporte un prolongement ayant la forme d'un piston différentiel mobile en rotation et en translation à l'intérieur d'un cylindre et définissant à l'intérieur de celui-ci une chambre à grande section et une chambre à petite section, cette dernière étant en permanence en communication avec une source de fluide sous haute pression au moyen d'un orifice prévu dans la paroi dudit cylindre, le piston différentiel présentant une cavité interne à l'intérieur de laquelle est disposée une deuxième tige immobilisée en translation et pouvant être orientée angulairement, ladite deuxième tige étant munie d'une came comportant deux bords opposés, cette came pouvant découvrir et obturer cycliquement, au cours de la rotation du piston différentiel, d'une part au moins un premier orifice ménagé dans la paroi du piston et mettant en communication la chambre à grande section avec la chambre à petite section et, d'autre part, au moins un deuxième orifice ménagé dans la paroi du piston et mettant la chambre à grande section en communication avec un systeme d'evacuation de fluide.
- Selon une autre caractéristique de ce dispositif, la deuxieme tige comporte une cavité qui permet, gràce à l'un desdits orifices, de mettre en communication la chambre à grande section avec une évacuation de fluide.
- Enfin, suivant une dernière caractéristique de ce dispositif, ledit piston différentiel comprend une paroi extérieure sur laquelle sont creusées au moins deux rainures, les extrémités de l'une de ces rainures débouchant dans l'un desdits orifices et dans la chambre à grande section respectivement, les extrémités de l'autre rainure debouchant respectivement dans l'autre orifice et dans la chambre à petite section.
- L'invention apparaitra mieux à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre purement illustratif et nullement limitatif, d'un exemple de réalisation dans lequel le dispositif objet de l'invention est appliqué à un vérin d'actionnement à commande programmée comportant lui-méme un piston différentiel commandé par une tige équipée d'une came.
- Le principe de fonctionnement d'un tel vérin étant le même que celui du dispositif de réglage objet de l'invention, on décrira d'abord en détail le fonctionnement de ce vérin, puis on montrera comment la course du piston peut être modifiée gràce au dispositif selon l'invention.
- Cette description sera faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- - la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un vérin hydraulique d'actionnement à commande programmée équipé d'un dispositif de réglage conforme à l'invention,
- - la figure 2 est une vue schématique en coupe d'un vérin hydraulique d'actionnement à commande programmée semblable à celui de la figure 1, mais sans le dispositif de réglage d'amplitude,
- - les figures 3 et 4 reproduisent partiellement la figure 2 à deux positions différentes du piston mobile, et
- - la figure 5 est une vue en perspective de la came portée par la tige de commande du vérin illustré aux figures 2 à 4.
- Le vérin représenté sur les figures 2 à 4 comprend un corps cylindrique tubulaire 1 dans l'alésage axial duquel est monté à coulissement un piston 2 qui definit ainsi deux chambres opposées respectivement référencées 3 et 4. Ce piston 2 est lui-même prévu sous forme tubulaire, le logement axial 5 ainsi determiné se prolongeant partiellement à l'intérieur de l'organe moteur 6 manoeuvré par ledit piston. A l'intérieur du logement borgne 5 précité est engagé un arbre ou tige 7 à plus petit diametre, creusé d'un canal axial 8 dont une extrémité débouche dans la partie borgne du logement 5 tandis que l'extrémité opposée est reliée par des perçages radiaux à deux lumières d'évacuation 10 qui communiquent elles-mêmes avec la basse pression de l'installation hydraulique.
- L'organe moteur 6 présentant un diamètre supérieur à celui de l'arbre 7, le piston 2 peut être qualifié de 'différentiel'. Bien que les deux chambres soient établies au même diamètre la chambre 3 sera ci-après dite 'à petite section' tandis que la chambre 4 sera 'à grande section'. On notera que la chambre à petite section 3 est en permanence reliée à une source de fluide sous haute pression grâce à deux lumières radiales opposées 11. par ailleurs, l'arbre 7 se prolonge au-delà des lumières d'évacuation 10 pour sortir axialement du cylindre 1 du vérin et recevoir l'entraînement d'un moteur 12 associé à une transmission appropriée 13.
- La partie de cet arbre 7 qui se trouve engagée dans le logement 5 est solilaire, par usinage ou par fixation d'une came 14 dont la figure 5 fait bien voir le profil; dans l'exemple considéré, il s'agit d'un profil sinusoïdal double qui s'étend symétriquement en deux parties autour du cylindre formé par ledit arbre. Cette came 1z. s'oppose à la communication de la chambre à grande section 4 avec le canal d'évacuation 8, et ses deux bords opposés sont destinés à former des obturateurs pour deux paires d'orifices radiaux 15 et 16, perces dans l'épaisseur du piston 2; chacun des orifices 15 est relié par une rainure peripherique 17 à la chambre à grande section 4, tandis que des rainures semblables 18 assurent la communication des orifices 16 avec la chambre à petite section 3, étant entendu que ces Zeux paires de rainures 17 et 18 sont profilées pour ne pas s'intersecter.
- Le fonctionnement de ce vérin découle des explications qui précèdent et se comprend aisément.
- En figure 2, on a supposé que le moteur 12 associé à l'arbre 7 était à l'arrêt et que la came 14 se trouvait à une orientation telle que les quatre orifices 15 et 16 étaient recouverts par les bords de ladite came et étaient de ce fait obturés. Le fluide sous haute pression qui, dans cet exemple, est un liquide hydraulique, pénètre bien dans la chambre à petite section 3 et tend à repousser le piston 2 vers le bas, mais comme la chambre opposée 4 est séparée par la came 14 des lumières d'évacuation 10, ledit piston reste immobile.
- Si au contraire, comme montré en figure 3, le moteur 12 est mis en marche et entraîne l'arbre 7 et la came 14 dans le sens dextrogyre, le bord ou làvre inférieure de ladite came va découvrir les deux orifices 16 ; le liquide hydraulique peut ainsi passer de la chambre 3 à la chambre 4 à travers les orifices précités et les rainures 18. La chambre 4 présentant une section utile plus grande, le piston 2 se déplace vers le haut. Bien entendu, ce déplacement axial du piston tend à ramener les orifices 16 en deçà du bord inferieur de la came 14, mais comme celle-ci est entraînée en rotation, lesdits orifices restent découverts aussi longtemps que cette came n'aura pas - effectué une rotation de 90°.
- A ce moment et comme illustré en figure 4, les orifices 16 se trouvent obtures par le bord inférieur de la came 14, tandis que le bord superieur de cette derniere découvre les deux orifices 15. La chambre 4 est ainsi mise en communication avec la basse pression à travers les rainures 17, les orifices 15, le canal 8 et les lumières 10, alors que la haute pression s,exerce sur la face supérieure du piston qui, en conséquence, se déplace vers le bas. Ce déplacement du piston 2 et de l'organe 6 vers le bas va se poursuivre pendant un temps correspondant à une rotation de 90° de l'arbre 7, si bien que les choses vont se retrouver à la position de la figure 2, et qu'un nouveau cycle de fonctionnement pourra alors survenir.
- Il y a bien entendu lieu de prévoir des organes d'étanchéité propres à éviter toute communication parasite entre les chambres du cylindre et les orifices du piston 2 lors du coulissement de celui-ci. De la même manière, il est indispensable d'associer à ce piston des moyens d'immobilisation angulaire au cours de son déplacement alternatif. Moyennant ces precautions, on obtient un fonctionnement parfait du vérin dont l'organe 6 est asservi à suivre une loi de mouvement bien déterminée, laquelle est fonction du profil de la came tournante 14.
- La figure 1, montre comment un tel vérin peut être associé à un dispositif de réglage selon 1,invention.
- Sur cette figure, on retrouve le cylindre 1 avec ses lumières radiales 10 et 11 pour sa liaison avec l'installation hydraulique, le piston différentiel 2 percé d'orifices radiaux 15-16 et creusé de rainures de communication 17-18, et la came tournante 14 qui est portée par l'arbre 7 monté à rotation dans l'alésage axial borgne 5 dudit piston. Toutefois, l'arbre 7 qui porte la came 14 est ici solidaire d'une piece 40 qui se prolonge axialement vers le bas pour former le piston 22 d'un second verin hydraulique à commande programmee.
- Le piston 22 est semblable au piston 2; il est monte à coulissement dans un cylindre 21 pourvu de lumières 31 et 30 respectivement raccordees à la haute et à la basse pressions de l'installation générale. Le piston 22 est un piston différentiel qui délimite dans le cylindre 21 une chambre 23 à petite section et une chambre 24 à grande section. Dans le logement borgne 25 du piston 22 est engagée une came 34 portee par une deuxieme tige 27 qui n'est pas animée d'un mouvement de rotation: cet arbre 27 dépasse au-delà de la face transversale libre du cylindre 21 pour être équipé d'un organe permettant le réglage de son orientation, lequel organe a été schématisé sous la forme d'un levier 19. On retrouve également sur le piston 22 des orifices 35, 36 et des rainures 37, 38 qui jouent le même rôle que les orifices 15, 16 et les rainures 17, 18 du piston 2.
- Bien entendu, le prolongement 40 de la tige 7 doit être entraîné en rotation par le moteur 12 sans que cet entraînement puisse s'opposer à son déplacement axial sous l'effet du piston 22. La transmission interposée entre le moteur 12 et la pièce 40 est donc formée par deux pignons ou roues dentées 41 à denture droite.
- Le fonctionnement de l'ensemble représente en figure 1 se conçoit sans peine. Le vérin supérieur travaille idedtiquement et dans les memes conditions qu'en figures 2 à 4, de telle sorte que l'organe 6 se déplace alternativement vers le haut et vers le bas en fonction du programme imparti par la came tournante 14. Pour le verin inférieur, la rotation du piston 22 se substitue en quelque sorte à celle de la came et de ce fait ledit piston 22 coulisse axialement ; le levier 19 permet, par modification de la position angulaire de la came 34 dans le piston 22, de régler, non pas l'amplitude de la course de ce dernier, mais le moment précis où cette course intervient, On conçoit dans ces conditions que, suivant le dephasage des deux vérins de l'ensemble représente en figure 1, on peut obtenir que la course de l'un s'ajoute a la course de l'autre ou s'en retranche, si bien que l'utilisateur est finalement en mesure de regler de façon exacte l'amplitude du déplacement de l'organe 6 porté par le piston 2.
- Comme on l'a indiqué plus haut, l'agencement du dispositif suivant la figure 1 a été représenté de manière très schématique et l'on doit notamment prévoir des joints, garnitures ou autres moyens propres à assurer l,étanchéité du coulissement des pistons 2 et 22.
- Il est bien entendu que l'invention ne se li- mite pas au seul exemple qui vient d'être décrit, mais qu'on peut envisager des variantes sans sortir pour autant du cadre de l'invention, notamment remplacer certains détails d'exécution par tous autres équivalents. Enfin, si on a décrit une application particulière dans laquelle le dispositif objet de l'invention est associé à un piston différentiel, celui-ci peut s'appliquer à n'importe quel type de vérin dont le piston est muni d'un organe de commande.
Claims (3)
petite section (23) et, d'autre part, au moins un orifice (36) ménagé dans la paroi du piston (22) et mettant la chambre à grande section (24) en communication avec un système d'évacuation de fluide.
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