EP1888851A1 - Circuit hydraulique pour engin de travaux publics et engin equipe d'un tel circuit - Google Patents

Circuit hydraulique pour engin de travaux publics et engin equipe d'un tel circuit

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Publication number
EP1888851A1
EP1888851A1 EP05762707A EP05762707A EP1888851A1 EP 1888851 A1 EP1888851 A1 EP 1888851A1 EP 05762707 A EP05762707 A EP 05762707A EP 05762707 A EP05762707 A EP 05762707A EP 1888851 A1 EP1888851 A1 EP 1888851A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
hydraulic
circuit
pump
pressure
machine
Prior art date
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Granted
Application number
EP05762707A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP1888851B1 (fr
Inventor
Jean-Marc Chirpaz
Philippe Charvieux
Christophe Gostomski
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volvo Compact Equipment SAS
Original Assignee
Volvo Compact Equipment SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Volvo Compact Equipment SAS filed Critical Volvo Compact Equipment SAS
Publication of EP1888851A1 publication Critical patent/EP1888851A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP1888851B1 publication Critical patent/EP1888851B1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20—Drives; Control devices
    • E02F9/22—Hydraulic or pneumatic drives
    • E02F9/226—Safety arrangements, e.g. hydraulic driven fans, preventing cavitation, leakage, overheating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66F—HOISTING, LIFTING, HAULING OR PUSHING, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, e.g. DEVICES WHICH APPLY A LIFTING OR PUSHING FORCE DIRECTLY TO THE SURFACE OF A LOAD
    • B66F9/00—Devices for lifting or lowering bulky or heavy goods for loading or unloading purposes
    • B66F9/06—Devices for lifting or lowering bulky or heavy goods for loading or unloading purposes movable, with their loads, on wheels or the like, e.g. fork-lift trucks
    • B66F9/075—Constructional features or details
    • B66F9/20—Means for actuating or controlling masts, platforms, or forks
    • B66F9/22—Hydraulic devices or systems

Definitions

  • the invention relates to the field of public works machinery, including excavators and other similar machines, equipped with a hydraulic circuit for moving the various parts that compose it.
  • the invention relates to the type of gear equipped with a heat engine driving a pump whose flow rate is regulated according to the principle of "load sensing", that is to say in which the flow delivered by the pump is adjusted to a set point or demand, as opposed to the so-called
  • the invention relates more particularly to a design of the hydraulic circuit of this type of machine which is particularly advantageous because it allows to provide various functions essential to the proper functioning of a machine, while allowing to reduce the number hydraulic pumps required.
  • the supply is made by means of two valves, one located on the pump, the other at the entrance of the main distributor. These valves are activated alternately according to the working situation of the machine: the first one is activated when the machine is operating in "stand-by", that is to say when it has just started or when no movement of work equipment or turret is not performed. This first valve is also activated when the machine operates with a low flow demand. The second valve is activated when the work rate is higher. It is understood that this type of system is relatively complex, and leads to a very difficult management of failures or disturbances of the system.
  • An alternative architecture is to use two separate pumps, both driven by the engine.
  • a main pump "load sensing" is dedicated to the power circuit, while an auxiliary pump is used to supply circuits providing auxiliary functions, requiring less power.
  • auxiliary functions include in particular the supply under an intermediate pressure, of the order of a few tens of bars, for feeding the control circuit of the machine. It is this intermediate pressure which feeds the various hydraulic manipulators in charge of the control of the various organs of the machine.
  • the auxiliary circuit provides a fixed scan of the order of a few tens of liters per minute. Indeed, in this case, the flow is almost zero on the power circuit, but it is necessary to ensure a minimum flow rate of the auxiliary control circuit to prevent excessive rise in the oil temperature.
  • Another important function provided by the pump and the auxiliary circuit concerns the prevention of cavitation phenomena that can occur at the different hydraulic actuators. Indeed, when a motion control is interrupted at an actuator, the fluid supply of the latter is almost immediately cut, while the mechanical inertia causes the moving parts of the actuator to stop not immediately. It follows suction phenomena that cause pressure drops. The pressure may fall below a threshold at which cavitation phenomena occur. These cavitation phenomena are particularly detrimental to the service life of the actuators. Thus, a hydraulic motor whose flow supply is cut off has a pump behavior in the stopping phase of the moving part. To avoid cavitation phenomena, the actuators, and in particular the hydraulic motors are equipped with a feeding port through which a fluid supply occurs when the pressure within the actuator drops too strongly.
  • the document EP 1 126 088 illustrates an example of mounting a hydraulic circuit for providing a feed rate likely to compensate for the pressure drop following a sudden stop of the supply of the cylinders.
  • the hydraulic circuit described in this document comprises a pressure reducer connected to the output of the supply pump of the actuator may cavitate.
  • This reducer is connected upstream of a nonreturn valve located itself on the fluid return line.
  • This reducer delivers a pressure at a level lower than the calibration pressure of the non-return valve, so that when the pressure falls sharply at the actuator, this reducer makes it possible to deliver a feed rate sufficient to prevent the appearance of cavitation phenomena.
  • This device is not suitable for treating any fluid heating that would occur when the machine is in standby mode or "stand by". It also requires an additional special pump specific to the auxiliary circuit in order to perform the scanning function and to provide pilot pressure.
  • One of the objectives of the invention is to make it possible to simultaneously perform the functions of feeding and sweeping as well as piloting, and whatever the mode of operation of the machine, that is to say that it either in idle mode, or in normal operation, or even during sudden interruptions of control of the actuators capable of generating cavitation phenomena.
  • One of the objectives of the invention is to ensure this versatility with a reduced number of hydraulic components.
  • the invention aims notably at feeding the entire hydraulic circuit of the machine by means of a single hydraulic pump.
  • the invention therefore relates to a hydraulic circuit for public works machinery, which comprises a hydraulic pump driven by a heat engine, according to a logic of "load sensing".
  • This hydraulic circuit also comprises a hydraulic motor, ensuring the displacement of a part of the machine, as well as a set of hydraulic actuators.
  • the hydraulic circuit also comprises a device for cooling the fluid circulating therein.
  • this circuit is characterized in that it comprises: a pressure reducing device, connected to the output of said pump, and delivering a first pressure level, this reducing device being connected to the booster port of said engine hydraulic; • a set connecting in parallel a non-return valve and a calibrated restriction, which can thus be described as "mono-directional restrictor".
  • This assembly is connected downstream of the booster port of the hydraulic motor and the return line of the distributor, and upstream of the cooling device.
  • the combination of the pressure reducer, the non-return valve and calibrated origin characteristics advantageously allows to simultaneously perform the functions of feeding and sweeping, regardless of the mode of operation of the machine.
  • the invention makes it possible to reduce the torque absorbed by the cold pump because the sweep rate to be supplied is low. This results in faster temperature setting of the system. In fact, a lower sweeping flow makes the oil in the drainage circuit of the pump heats up more quickly.
  • a feeding rate makes it possible to avoid cavitation phenomena.
  • This feed rate is delivered by the pressure reducer, which saturates at the same time the calibrated restriction. This flow rate can be particularly high for a short period.
  • the sweeping flow is essentially ensured thanks to the line feedback from actuator control valves.
  • the characteristic reducer thus remains closed, thus limiting the consumption at the main pump.
  • the combination of the three characteristic hydraulic components, namely: the pressure reducer, the non-return valve and the calibrated restriction allow to obtain a hydraulic operation of the machine by means of a single pump, in comparison with the prior art systems, including a main pump and an auxiliary pump responsible for scanning, feeding and steering functions.
  • the calibrated restriction and the check valve can be in a single hydraulic component, when the calibrated restriction is made in the movable body of the non-return valve. This configuration reduces the size of the hardware needed to perform this dual function, as well as connectivity problems.
  • said hydraulic circuit advantageously comprises a second pressure reducer, capable of delivering a second pressure level, intended for the control members of the machine.
  • FIG. 1 is a side view of a machine of public works on which can be mounted the hydraulic circuit according to the invention.
  • Figure 2 is a schematic diagram illustrating the main elements of the hydraulic circuit of the invention.
  • FIGS 3 to 5 are diagrams identical to that of Figure 2, shown in three modes of operation separate from the machine and in which the fluid-traversed conduits are shown in bold lines.
  • the invention relates to public works machinery in the broad sense, using a hydraulic circuit for maneuvering the various elements that compose it.
  • An example of such a machine is shown in Figure 1.
  • Such a machine 1 comprises a work equipment 2, the various elements 3-5 are articulated with respect to each other and relative to the frame 7 of the machine.
  • the cabin 8 and the work equipment 2 are advantageously mounted on a turret, with an orientation capacity according to the arrow F to allow rotation and setting optimal position of the work equipment.
  • the rotation of the cabin 8 is work equipment 2 is obtained through a hydraulic motor 10 controlled by means of a manipulator present in the cabin.
  • the deformation of the work equipment 2 by the articulation of the various elements that make it 3-5 is done through the various hydraulic cylinders 12-14 controlled according to the desired movement.
  • the hydraulic circuit 20 is illustrated in Figure 1 and comprises a single hydraulic pump 21, driven by a heat engine 22, and whose flow rate is regulated by a load sensing device that it is not necessary to describe in detail further.
  • This hydraulic pump 21 supplies a power circuit 24 at high pressure, typically greater than a hundred bars.
  • This power circuit 24 supplies the distributor 29 controlling the various cylinders 12-14 responsible for the movements of the work equipment, as well as the hydraulic motor 10 via the pipe 31 to provide the orientation movement.
  • the hydraulic pump 21 also feeds a control circuit 26, located downstream of a pressure reducer 27, delivering a pressure of the order of a few tens of bars, compatible with the hydraulic manipulators used to control the cylinders 12. 14 via the distributor 29.
  • the hydraulic circuit comprises an auxiliary circuit 32, making it possible to perform the feeding and characteristic scanning functions. More precisely, this auxiliary circuit comprises a pressure reducer 33 connected to the output of the pump 21. This gearbox 33 delivers a first pressure level. The outlet of the pressure reducer 33 supplies the booster port 34 of the hydraulic motor 10. Similarly, on the pipe 35 connected at the outlet of the gearbox 33 is connected the return line 36 of the distributor 29.
  • the gearbox 33 used is a slide gearbox, which makes it possible to avoid acoustic nuisances.
  • the characteristic assembly composed of a nonreturn valve 40 connected in parallel with a restriction or calibrated orifice 41.
  • these two components are shown separately since they fulfill different hydraulic functions. However, in practice, these two functions are provided by the same hardware component, by drilling the calibrated orifice directly inside the movable body of the non-return valve.
  • the assembly consisting of the non-return valve 40 and the calibrated orifice 41 is connected upstream of the cooling devices 45 itself discharging into the oil reservoir 46.
  • the calibrated orifice 41 is sized to pass a sweeping flow rate sufficient to limit circuit heating, typically of the order of a few tens of liters per minute.
  • the hydraulic circuit according to the invention has the operation described below, and this depending on the operating mode of the machine.
  • the pump 21 delivers a minimum flow.
  • the reducer 33 is then passing.
  • the calibrated orifice 41 is sized to provide a flow in line with the cooling requirements. We can thus distinguish the two cases of figures according to the temperature of the fluid. When the fluid is at a working temperature, of the order of 50 to 60 ° C, the flow rate authorized by the calibrated orifice 41 is greater than a defined minimum necessary for proper cooling of the circuit via the cooler 45.
  • the fluid When, on the other hand, the fluid is still cold, its viscosity is higher, and the pressure losses generated are greater.
  • the flow rate authorized by the calibrated orifice is therefore lower, typically of the order of a few liters per minute.
  • the flow rate in the cooler 45 is therefore lower, but the need for cooling is lower because the fluid is still cold.
  • the invention makes it possible to reduce the torque absorbed by the cold pump because the sweep rate to be supplied is low. This results in faster temperature setting of the system. As the flow rate is lower, the oil in the pump drain circuit heats up faster. There is therefore an improvement over existing systems in terms of energy consumption and life of the components used.
  • the hydraulic diagram When the machine is in a normal operating mode, that is to say when the various actuators and in particular the cylinders are fed with a continuity of flow, the hydraulic diagram operates as shown in Figure 4.
  • the return line 36 of the distributor 29 supplying the actuator 12 is at a pressure level such that, given the pressure drop existing in the orifice 41, the outlet pressure of the gearbox 33 is greater than its triggering threshold. .
  • the pressure reducer 33 remains closed. If the pressure at the return line in the distributor is sufficiently high, and typically greater than the opening pressure of the nonreturn valve 40, the latter opens, and the return flow passes through the cooler 45. On the other hand, if the pressure at the return line of the distributor 29 is too low, the flow again passes through the calibrated restriction 41, because then it returns to "stand-by" mode.
  • the hydraulic diagram according to the invention also has a major advantage for managing the potential phenomena of cavitation. Indeed, in the case where the control of the hydraulic motor 10 is interrupted, shown schematically by the non-circulation of fluid in the power circuit (FIG. 5), the inertia mechanics causes the engine to operate like a pump. In this case, the pressure at the booster port 34 of the engine would tend to fall sharply. However, the presence of the characteristic reducer 33 makes it open by allowing a large flow, delivered very quickly by the main pump 21.
  • This feed-through flow rate makes it possible to avoid the occurrence of cavitation phenomena, because the gearbox 33 delivers in this case the flow rate necessary to avoid the cavitation phenomenon, as well as the flow rate necessary for the saturation of the calibrated restriction 41, linked to pressure level generated by the cavitation conditions.
  • the circuit according to the invention has the main advantage of being able to provide feeding functions, control and scanning by means of a single hydraulic pump.

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Description

CIRCUIT HYDRAULIQUE POUR ENGIN DE TRAVAUX PUBLICS ET
ENGIN EQUIPE D'UN TEL CIRCUIT
Domaine technique L'invention se rattache au domaine des engins de travaux publics, et notamment les excavateurs et autres engins similaires, équipés d'un circuit hydraulique permettant le déplacement des différentes parties qui le composent.
Plus précisément, l'invention se rattache au type d'engins équipés d'un moteur thermique entraînant une pompe dont le débit est régulé selon le principe du "load sensing", c'est-à-dire dans lequel le débit délivré par la pompe est ajusté par rapport à une consigne ou une demande, par opposition aux systèmes dits à
« centre ouvert ».
L'invention vise plus particulièrement une conception du circuit hydraulique de ce type d'engin qui se révèle particulièrement avantageuse grâce au fait qu'elle permet d'assurer différentes fonctions essentielles au bon fonctionnement d'un engin, tout en permettant de réduire le nombre de pompes hydrauliques nécessaires.
Techniques antérieures
Sur les systèmes hydrauliques fonctionnant sur le principe du "load sensing", il existe à ce jour deux architectures permettant d'alimenter les différents circuits consommateurs.
Dans une première architecture, l'alimentation se fait au moyen de deux valves, l'une située sur la pompe, l'autre à l'entrée du distributeur principal. Ces valves sont activées alternativement en fonction de la situation de travail de la machine : la première est activée lorsque l'engin fonctionne en "stand-by", c'est- à- dire lorsqu'il vient de démarrer ou lorsque aucun mouvement de l'équipement de travail ou de la tourelle n'est effectué. Cette première valve est également activée lorsque l'engin fonctionne avec une faible demande de débit. La seconde valve est activée lorsque le débit de travail est plus important. On conçoit que ce type de système est relativement complexe, et conduit à une gestion très difficile des pannes ou perturbations du système.
Une architecture alternative consiste à utiliser deux pompes distinctes, entraînées toutes deux par le moteur thermique. Une pompe principale "load sensing" est dédiée au circuit de puissance, tandis qu'une pompe auxiliaire sert à alimenter des circuits assurant des fonctions auxiliaires, requérant une puissance moindre. Parmi ces différentes fonctions figurent notamment l'alimentation sous une pression intermédiaire, de l'ordre de quelques dizaines de bars, destinée à l'alimentation du circuit de pilotage de la machine. C'est cette pression intermédiaire qui alimente les différents manipulateurs hydrauliques en charge de la commande des différents organes de l'engin.
II est également nécessaire que le fluide du circuit complet soit refroidi, lorsque l'engin est en position de repos ou "stand by". Sur les systèmes existants, le circuit auxiliaire assure un balayage fixe de l'ordre de quelques dizaines de litres par minute. En effet, dans ce cas, le débit est quasi nul sur le circuit de puissance, mais il convient d'assurer un débit minimum au niveau du circuit auxiliaire de commande pour éviter toute élévation excessive de la température d'huile.
Une autre fonction importante assurée par la pompe et le circuit auxiliaires concerne la prévention des phénomènes de cavitation qui peuvent intervenir au niveau des différents actionneurs hydrauliques. En effet, lorsqu'une commande de mouvement est interrompue au niveau d'un actionneur, l'alimentation en fluide de ce dernier est quasi immédiatement coupée, alors que l'inertie mécanique fait que les parties mobiles de l'actionneur ne s'immobilisent pas immédiatement. Il s'ensuit des phénomènes d'aspiration qui engendrent des chutes de pression. La pression peut descendre en dessous d'un seuil auquel apparaissent des phénomènes de cavitation. Ces phénomènes de cavitation sont particulièrement préjudiciables pour la durée de vie des actionneurs. Ainsi, un moteur hydraulique dont l'alimentation en flux est coupée présente un comportement de pompe dans la phase d'arrêt de la partie mobile. Pour éviter des phénomènes de cavitation, les actionneurs, et notamment les moteurs hydrauliques sont équipés d'un port de gavage par lequel une alimentation en fluide intervient lorsque la pression au sein de l'actionneur chute trop fortement.
Le document EP 1 126 088 illustre un exemple de montage d'un circuit hydraulique permettant de fournir un débit de gavage susceptible de compenser la chute de pression consécutive à un brusque arrêt de l'alimentation des vérins.
Plus précisément, le circuit hydraulique décrit dans ce document comporte un réducteur de pression relié à la sortie de la pompe d'alimentation de l'actionneur susceptible de caviter. Ce réducteur est relié en amont d'un clapet anti-retour situé lui-même sur la conduite de retour de fluide. Ce réducteur délivre une pression à un niveau inférieur à la pression de tarage du clapet anti-retour, de sorte que lorsque la pression chute fortement au niveau de l'actionneur, ce réducteur permet de délivrer un débit de gavage suffisant pour éviter l'apparition de phénomènes de cavitation.
Ce dispositif n'est pas approprié pour traiter des éventuels échauffements du fluide qui interviendraient lorsque l'engin est en mode de repos ou en "stand by". Il nécessite également une pompe particulière additionnelle, spécifique au circuit auxiliaire afin de réaliser la fonction de balayage et fournir de la pression de pilotage.
Exposé de l'invention
Un des objectifs de l'invention est de permettre d'assurer simultanément les fonctions de gavage et de balayage ainsi que de pilotage, et ce quel que soit le mode de fonctionnement de l'engin, c'est-à-dire qu'il soit en mode de repos, ou en fonctionnement normal, ou bien encore lors des interruptions brusques de commande des actionneurs susceptibles de générer des phénomènes de cavitation. -A- Un des objectifs de l'invention est d'assurer cette polyvalence avec un nombre réduit de composants hydrauliques. L'invention vise notablement à l'alimentation de l'ensemble du circuit hydraulique de l'engin au moyen d'une seule et unique pompe hydraulique.
L'invention concerne donc un circuit hydraulique pour engin de travaux publics, qui comporte une pompe hydraulique entraînée par un moteur thermique, selon une logique de "load sensing". Ce circuit hydraulique comprend également un moteur hydraulique, assurant le déplacement d'une partie de l'engin, ainsi qu'un ensemble d'actionneurs hydrauliques.
Ces actionneurs sont alimentés de façon commandée par un distributeur. Le circuit hydraulique comprend également un dispositif de refroidissement du fluide qui y circule.
Conformément à l'invention, ce circuit se caractérise en ce qu'il comporte : • un dispositif réducteur de pression, connecté à la sortie de ladite pompe, et délivrant un premier niveau pression, ce dispositif réducteur étant connecté au port de gavage dudit moteur hydraulique ; • un ensemble reliant en parallèle un clapet anti-retour et une restriction calibrée, que l'on peut ainsi qualifier de "restricteur mono-directionnel". Cet ensemble est connecté en aval du port de gavage du moteur hydraulique et de la ligne de retour du distributeur, et en amont du dispositif de refroidissement.
Ainsi, la combinaison du réducteur de pression, du clapet anti-retour et de l'origine calibré caractéristiques, permet avantageusement d'assurer simultanément les fonctions de gavage et de balayage, quel que soit le mode de fonctionnement de l'engin.
En effet, en mode de repos ou "stand by", un débit minimum est assuré dans le dispositif de refroidissement, grâce à la présence de la restriction calibrée à cet effet. Tout le débit de balayage transite alors par cette restriction. Ainsi, l'invention permet de diminuer le couple absorbé par la pompe à froid, car le débit de balayage à fournir est faible. Il en résulte une mise en température plus rapide du système. En effet, un moindre débit de balayage fait que l'huile dans le circuit de drainage de la pompe s'échauffe plus vite.
Lorsque l'engin fonctionne en mode normal, avec des mouvements continus des différents actionneurs, la ligne de retour du distributeur de commande de ces actionneurs débite alors dans le dispositif de refroidissement. Ce débit passe par l'intermédiaire du clapet anti-retour et de la restriction calibrée. La perte de charge aux bornes de cet ensemble formant le restricteur mono-directionnel s'équilibre alors d'elle-même. Autrement dit, le niveau de perte de pression aux bornes du restricteur mono-directionnel dépend de la phase de travail du système.
Enfin, dans le cas d'une coupure brusque de la commande de rotation du moteur hydraulique, un débit de gavage permet d'éviter les phénomènes de cavitation. Ce débit de gavage est délivré par le réducteur de pression, qui sature dans le même temps la restriction calibrée. Ce débit peut être particulièrement élevé, pendant une période courte.
En cas de fonctionnement normal, c'est-à-dire lorsque la pompe "load sensing" est en charge et délivre un débit supérieur au débit délivré en mode "stand-by", le débit de balayage est essentiellement assuré grâce à la ligne de retour des distributeurs de commande des actionneurs. Le réducteur caractéristique reste ainsi fermé, limitant donc la consommation au niveau de la pompe principale. La combinaison des trois composants hydrauliques caractéristiques, à savoir : le réducteur de pression, le clapet anti-retour et la restriction calibrée permet d'obtenir un fonctionnement hydraulique de l'engin au moyen d'une seule et unique pompe, en comparaison avec les systèmes de l'Art antérieur, incluant une pompe principale et une pompe auxiliaire responsable des fonctions de balayage, de gavage et de pilotage. En pratique, la restriction calibrée et le clapet anti-retour peuvent être dans un seul et même composant hydraulique, lorsque la restriction calibrée est réalisé dans le corps mobile du clapet anti-retour. Cette configuration permet de diminuer l'encombrement du matériel nécessaire pour réaliser cette double fonction, ainsi que les problèmes de connectique.
De façon complémentaire, ledit circuit hydraulique comporte avantageusement un second réducteur de pression, apte à délivrer un second niveau de pression, destiné aux organes de pilotage de l'engin.
Description sommaire des figures
La manière de réaliser l'invention, ainsi que les avantages qui en découlent ressortiront bien de la description du modèle de réalisation qui suit, à l'appui des figures annexées dans lesquelles : La figure 1 est une vue de côté d'un engin de travaux publics sur lequel peut être monté le circuit hydraulique conforme à l'invention.
La figure 2 est un schéma simplifié illustrant les éléments principaux du circuit hydraulique de l'invention.
Les figures 3 à 5 sont des schémas identiques à celui de la figure 2, montrées dans trois modes de fonctionnement distinct de l'engin et dans lesquels les conduites traversées par un fluide sont montrées en trait gras.
Manière de réaliser l'invention
Comme déjà exposé, l'invention concerne les engins de travaux publics au sens large, utilisant un circuit hydraulique pour la manœuvre des différents éléments qui le composent. Un exemple d'un tel engin est illustré à la figure 1. Un tel engin 1 comporte un équipement de travail 2 dont les différents éléments 3-5 sont articulés les uns par rapport aux autres et par rapport au châssis 7 de l'engin.
La cabine 8 et l'équipement de travail 2 sont avantageusement montés sur une tourelle, avec une capacité d'orientation selon la flèche F pour permettre la rotation et la mise en position optimale de l'équipement de travail. La rotation de la cabine 8 est de l'équipement de travail 2 est obtenue grâce à un moteur hydraulique 10 commandé au moyen d'un manipulateur présent en cabine.
La déformation de l'équipement de travail 2 par l'articulation des différents éléments qui la composent 3-5 se fait grâce à l'intermédiaire des différents vérins hydrauliques 12-14 commandés en fonction du mouvement souhaité.
De façon très schématisée, le circuit hydraulique 20 conforme à l'invention est illustré à la figure 1 et comporte une pompe hydraulique unique 21, entraînée par un moteur thermique 22, et dont le débit est régulé par un dispositif de "load sensing" qu'il n'est pas nécessaire de décrire en détail plus avant. Cette pompe hydraulique 21 alimente un circuit de puissance 24 à haute pression, typiquement supérieure à une centaine de bars. Ce circuit de puissance 24 alimente le distributeur 29 commandant les différents vérins 12-14 responsables des mouvements de l'équipement de travail, ainsi que le moteur hydraulique 10 via la conduite 31 pour assurer le mouvement d'orientation.
La pompe hydraulique 21 alimente également un circuit de pilotage 26, situé en aval d'un réducteur de pression 27, délivrant une pression de l'ordre de quelques dizaines de bars, compatible avec les manipulateurs hydrauliques utilisés pour assurer la commande des vérins 12-14 via le distributeur 29.
De façon complémentaire, le circuit hydraulique comprend un circuit auxiliaire 32, permettant d'assurer les fonctions de gavage et de balayage caractéristique. Plus précisément, ce circuit auxiliaire comporte un réducteur de pression 33 relié à la sortie de la pompe 21. Ce réducteur 33 délivre un premier niveau de pression. La sortie du réducteur de pression 33 alimente le port de gavage 34 du moteur hydraulique 10. De même, sur la conduite 35 reliée en sortie du réducteur 33 est connectée la ligne de retour 36 du distributeur 29.
Avantageusement, le réducteur 33 utilisé est un réducteur à tiroir, qui permet d'éviter les nuisances acoustiques. En aval de la connexion de la ligne de retour 36 sur la conduite 35, sont disposées l'ensemble caractéristique composé d'un clapet anti-retour 40 relié en parallèle d'une restriction ou orifice calibré 41. Dans la forme illustrée au schéma de la figure 2, ces deux composants sont représentés de manière distincte puisqu'ils remplissent des fonctions hydrauliques différentes. Toutefois, en pratique, ces deux fonctions sont assurées par un même composant matériel, grâce au perçage de l'orifice calibré directement à l'intérieur du corps mobile du clapet anti-retour.
L'ensemble constitué du clapet anti-retour 40 et de l'orifice calibré 41 est relié en amont des dispositifs de refroidissement 45 lui-même débitant dans le réservoir d'huile 46.
L'orifice calibré 41 est dimensionné pour laisser passer un débit de balayage suffisant pour limiter réchauffement du circuit, typiquement de l'ordre de quelques dizaines de litres par minute.
Le circuit hydraulique conforme à l'invention présente le fonctionnement décrit ci-après, et ce en fonction du mode de fonctionnement de l'engin.
Ainsi, comme illustré à la figure 3, lorsque l'engin est en mode dit de
"stand by", c'est-à-dire lorsqu'il vient de démarrer ou lorsqu'aucun mouvement de l'équipement de travail ou de la tourelle n'est effectué, la pompe 21 délivre un débit minimum. Le réducteur 33 est alors passant. L'orifice calibré 41 est donc dimensionné pour assurer un débit en adéquation avec les besoins en refroidissement. On peut ainsi distinguer les deux cas de figures selon la température du fluide. Lorsque le fluide est à une température de travail, de l'ordre de 50 à 60° C, le débit autorisé par l'orifice calibré 41 est supérieur à un minimum défini nécessaire au bon refroidissement du circuit via le refroidisseur 45.
Lorsqu'en revanche le fluide est encore froid, sa viscosité est plus élevée, et les pertes de charge générées sont plus importantes. Le débit autorisé par l'orifice calibré est donc plus faible, typiquement de l'ordre de quelques litres par minute. Le débit dans le refroidisseur 45 est donc moindre, mais le besoin en refroidissement est plus faible, car le fluide est encore froid.
De plus, l'invention permet de diminuer le couple absorbé par la pompe à froid, car le débit de balayage à fournir est faible. Il en résulte une mise en température plus rapide du système. Comme le débit de balayage est moindre, l'huile dans le circuit de drainage de la pompe s'échauffe plus vite. Il existe donc une amélioration par rapport aux systèmes existants en termes de consommation d'énergie et de durée de vie des composants utilisés.
Lorsque l'engin se trouve dans un mode de fonctionnement normal, c'est-à- dire lorsque les différents actionneurs et notamment les vérins sont alimentés avec une continuité de débit, le schéma hydraulique fonctionne comme illustré à la figure 4. Dans ce cas, la ligne de retour 36 du distributeur 29 alimentant l'actionneur 12 se trouve à un niveau de pression tel que compte tenu des pertes de charge existant dans l'orifice 41, la pression en sortie du réducteur 33 est supérieure à son seuil de déclenchement. Autrement dit, le réducteur de pression 33 reste fermé. Si la pression au niveau de la ligne de retour dans le distributeur est suffisamment élevée, et typiquement supérieure à la pression d'ouverture du clapet anti-retour 40, ce dernier s'ouvre, et le débit de retour transite par le refroidisseur 45. En revanche, si la pression au niveau de la ligne de retour du distributeur 29 est trop faible, le débit transite de nouveau par la restriction calibrée 41, car on repasse alors en mode "stand-by".
On constate donc que dans ce mode de fonctionnement normal, la pompe principale et unique 21 ne débite pas par le réducteur 33, d'où un comportement optimisé en terme de bilan énergétique.
Le schéma hydraulique conforme à l'invention présente également un avantage majeur pour gérer les phénomènes potentiels de cavitation. En effet, dans le cas où la commande du moteur hydraulique 10 est interrompue, schématisée par la non circulation de fluide dans le circuit de puissance (figure 5), l'inertie mécanique fait que le moteur thermique fonctionne à l'instar d'une pompe. Dans ce cas, la pression au niveau du port de gavage 34 du moteur aurait tendance à chuter fortement. Toutefois, la présence du réducteur caractéristique 33 fait que ce dernier s'ouvre en autorisant un débit important, délivré très rapidement par la pompe principale 21.
Ce débit de gavage permet d'éviter l'apparition de phénomènes de cavitation, car le réducteur 33 délivre dans ce cas le débit nécessaire pour éviter le phénomène de cavitation, ainsi que le débit nécessaire à la saturation de la restriction calibrée 41, lié au niveau de pression généré par les conditions de cavitation.
Il ressort de ce qui précède que le circuit conforme à l'invention présente l'avantage principal de pouvoir assurer des fonctions de gavage, de pilotage et de balayage au moyen d'une seule et unique pompe hydraulique.
D'autres avantages sont :
- un gain de place dans la machine par la suppression de la pompe à engrenages, utilisée comme pompe auxiliaire dans les solutions antérieures;
- un balayage optimisé en fonction de la température du circuit d'huile, un démarrage à froid du circuit facilité et mise en température du circuit plus rapide;
- un diagnostic simple en cas d'incident;
- un coût de système réduit, en rassemblant différents composants dans une même valve.

Claims

REVENDICATIONS
1/ Circuit hydraulique (20) pour engins de travaux publics, comportant :
" une pompe hydraulique (21) entraînée par un moteur thermique (22), selon une logique de "load sensing" ;
" un moteur hydraulique (10) assurant le déplacement d'une partie (8) de l'engin, ainsi qu'un ensemble d'actionneurs hydrauliques (12-14) ; " un distributeur (29) assurant l'alimentation commandée desdits actionneurs hydrauliques (12-14) ; " un dispositif de refroidissement (45) du fluide circulant dans ledit circuit, caractérisé en ce qu'il comporte :
• un dispositif réducteur de pression (33), connecté à la sortie de ladite pompe (21), et délivrant un premier niveau pression, ledit dispositif réducteur (33) étant connecté au port de gavage (34) dudit moteur hydraulique (10) ;
• un ensemble reliant en parallèle un clapet anti-retour (40) et une restriction calibrée (41), ledit ensemble étant connecté en aval dudit port de gavage (34) du moteur hydraulique et de la ligne de retour (36) dudit distributeur (29), et en amont dudit dispositif de refroidissement (45).
2/ Circuit hydraulique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la restriction calibrée (41) est réalisé dans le corps mobile du clapet anti-retour (40).
3/ Circuit hydraulique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un second réducteur de pression (27) apte à délivrer un second niveau de pression aux organes de pilotage (26) de l'engin.
Al Engin de travaux publics (1) équipé d'un circuit hydraulique selon l'une des revendications 1 à 3.
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