FR2501299A1 - Dispositif de distribution de fluide pour moteur a mouvement alternatif et dispositif a soupape a mouvement alternatif - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UNE SOUPAPE DE DISTRIBUTION A MOUVEMENT ALTERNATIF DESTINEE A UN MOTEUR HYDRAULIQUE A MOUVEMENT ALTERNATIF. LE MOTEUR COMPORTE UN CYLINDRE45 QUI COMMUNIQUE, A TRAVERS UN BLOC DE DISTRIBUTION, AVEC DES CANAUX32, 34 D'ADMISSION ET D'ECHAPPEMENT. UN MANCHON COULISSANT24 EST MONTE SUR UN COLLET20 DU BLOC DE DISTRIBUTION POUR OUVRIR ET FERMER SELECTIVEMENT LES CANAUX32, 34 ET UN CHARIOT LEGER26 EST RELIE AU MANCHON24 ET EST ACTIONNE PAR UNE TIGE30 DE DECLENCHEMENT QUI, ELLE-MEME, EST RELIEE A UN PISTON35 MONTE A L'INTERIEUR DU CYLINDRE45. DOMAINE D'APPLICATION: MOTEURS HYDRAULIQUES A MOUVEMENT ALTERNATIF.

Description

L'invention concerne les moteurs à mouvement alternatif linéaire, et plus

particulièrement des moteurs de ce type dans lesquels un piston exécute un mouvement alternatif à l'intérieur d'un cylindre sous la commande d'huile sous pression. L'invention concerne plus parti-

culièrement une soupape perfectionnée à mouvement alter-

natif destinée à la commande du mouvement de ce piston.

La construction et le fonctionnement de moteurs à mouvement alternatif sont connus depuis longtemps dans l'art antérieur, de tels moteurs étant conçus pour admettre

d'abord de l'huile sous pression dans une première extré-

mité d'un cylindre afin d'obliger un piston à se déplacer linéairement à l'intérieur du cylindre, puis dans l'autre extrémité du cylindre pour provoquer un mouvement du piston en sen* opposé. La commande de l'écoulement de l'huile dans un tel moteur est assurée par une soupape à mouvement alternatif et une barre ou un levier de déclenchement

monté entre la soupape et le piston. Le levier de déclen-

chement est conçu de manière à être contacté par le piston aux deux extrémités du mouvement alternatif de ce dernier et à être ainsi déplacé pour faire basculer la soupape à mouvement alternatif dans l'une de deux positions de

distribution. Le basculement sélectif de la soupape à mou-

vement alternatif provoque une modification de l'arrivée , de l'huile dans le cylindre et redistribue les forces dues à la pression de l'huile afin d'inverser le mouvement

axial du piston à l'intérieur du cylindre.

Un problème important posé lors de la conception

de tels moteurs à mouvement alternatif porte sur la sou-

pape à mouvement alternatif. La soupape doit occuper nette-

ment l'une de deux positions de distribution et elle doit

se déplacer vers chacune de oes deux positions dès l'action-

nement de l'élément de basculement. Il faut prendre soin, lorsqu'on examine les conditions de fonctionnement les plus défavorables, d'éviter l'apparition de "point mort" pour la soupape, ce qui permettrait à cette soupape de

se placer d'elle-même entre les deux positions de travail.

Divers mécanismes d'encliquetage ont été utilisés pour assurer un positionnement ferme de la soupape, et des butées fixes ont été prévues pour empêcher la soupape

de se déplacer au-delà de ses positions nominales d'arrêt.

Etant donné que la soupape commande l'écoulement de l'huile sous pression, un joint de bonne qualité doit être placé dans la soupape pour empêcher toute fuite d'huile, même

après des millions de cycles de travail.

Pour satisfaire les critères demandés pour une telle soupape à mouvement alternatif, on a utilisé, dans l'art antérieur, une forme de réalisation de soupape à

tiroir, habituellement combinée à un mécanisme d'encli-

quetage rappelé par ressort pour arrêter fermement le mou-

vement de la soupape à tiroir dans chacune de deux posi-

tions. Par exemple, le brevet suédois No 63 691 décrit une soupape à tiroir typique rencontrée communément dans les moteurs à mouvement alternatif de ce type. Le brevet ides Etats-Unis d'Amérique N0 4 079 660 décrit une variante de soupape à tiroir. Dans ces formes de réalisation de

l'art antérieur, un tiroir de forme sensiblement cylindri-

que peut coulisser dans un cylindre communiquant avec divers orifices. Le tiroir présente lui-même des canaux

destinés à établir un trajet de communication pour l'écou-

lement de l'huile, et il est en général actionné par une tige qui vient en contact avec le piston lorsque ce dernier

se trouve dans les positions extrêmesou à proximité des posi-

tions extrêmes de sa course. Des butées fixes de soupape sont habituellement prévues pour empêcher la soupape à tiroir de se déplacer au-delà de l'une ou l'autre de ses positions d'arrêt. Dans de telles soupapes, le tiroir est réalisé dans une masse relativement importante, suffisante pour supporter la canalisation de l'huile sous pression et les contacts mécaniques répétés avec les butées. Ces contacts produisent un bruit perceptible à chaque fois que la soupape exécute son mouvement alternatif et ce bruit s'ajoute au niveau de bruit d'ensemble accompagnant le

fonctionnement de tels moteurs. Etant donné la masse rela-

tivement élevée de la soupape à tiroir, le mécanisme de basculement doit également être de construction robuste, tous ces paramètres ajoutant au coût de conception et de

fabrication de telles soupapes.

L'invention apporte donc un perfectionnement à la conception des soupapes à mouvement alternatif. A cet effet, l'invention concerne une soupape de faible masse entrainée à force entre deux positions, et elle permet une

réduction notable du bruit perceptible lors de l'actionne-

ment de la soupape. Cette dernière comporte un bloc fixe de distribution dans lequel sont ménagés des canaux de distribution, et un manchon coulissant ajusté sur le bloc de distribution afin d'ouvrir et fermer sélectivement les canaux. Le manchon est relié à un ensemble à chariot de

faible poids pour la commande du coulissement, et cet en-

semble à chariot est relié à une tige de déclenchement

1 5 qui peut être actionnée par le piston à mouvement alter-

natif. Un petit mécanisme d'encliquetage à rappel par res-

isort est utilisé pour positionner fermement l'ensemble à

chariot dans l'une ou l'autre de deux positions.

L'invention a donc pour objet principal une sou-

pape à mouvement alternatif de faible masse, présentant

des caractéristiques améliorées de positionnement et d'émis-

sion de bruit. La soupape à mouvement alternatif perfection-

néeselon l'invention peut être fabriquée à bon marché, sans que sa fiabilité en soit diminuée. Elle comporte des butées amorties destinées à réduire les problèmes

posés par les chocs mécaniques et le bruit.

L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels:

- la figure 1 est une vue en perspective du dis-

positif selon l'invention;

- la figure 2 est une élévation, avec coupe lon-

gitudinale partielle, du dispositif selon l'invention monté dans un cylindre; e

- la figure 3 est une coupe longitudinale par-

tielle du dispositif selon l'invention dans une seconde position d'actionnement; - la figure 4 est une coupe schématique simplifiée d'un dispositif de l'art antérieur; et - la figure 5 est une coupe schématique simplifiée

du dispositif selon l'invention.

La figure 1 représente en perspective un dispo-

sitif 10 à soupape à mouvement alternatif. Un bloc 12 de distribution présente des canaux et un raccord 14

d'admission est vissé à ce bloc. Un raccord 18 d'échappe-

ment est également vissé au bloc 12 de distribution. Une source d'huile sous pression est reliée au raccord 14 d'admission et un raccord de retour est relié au raccord 18 d'échappement pour renvoyer l'huile à la source. Le bloc 12 de distribution comporte un collet cylindrique 20 qui présente également des canaux dont l'un, à savoir le zanal 22, débouche à travers la paroi latérale du collet et communique avec le raccord 18. Un canal 33 débouche également à travers la paroi latérale du collet 20 et communique avec une entrée 32 (figure 2). Le raccord 16 est relié à une entrée 37 par un tube ou tuyau extérieur

(non représenté).

Un manchon coulissant 24-est ajusté sur le collet 20 sur lequel il peut coulisser, mais de manière étanche - aux fluides. Le manchon 24 présente une gorge annulaire 27 dans laquelle est emboîtée l'extrémité correspondante d'un chariot 26 de forme en C portant des bagues 28 et 29 qui le maintiennent concentriquement au cylindre. Une tige 30 de déclenchement est reliée fixement au chariot 26 par un organe 31 de fixation. L'extrémité inférieure du collet 20 comporte un épaulement élargi 36 à travers lequel est percé un trou dans lequel est monté un mécanisme à

encliquetage à rappel par ressort.

La figure 2 représente en coupe- le mécanisme à encliquetage, mécanisme dans lequel un 'ressort hélicoïdal 38 est comprimé entre deux billes 40 et 42. Ces dernières sont poussées vers l'extérieur contre le chariot 26 et se logent partiellement dans des trous du chariot 26, ces

trous étant d'une dimension inférieure aux diamètres res-

pectifs des billes. Par exemple, des trous 44 et 46 sont dimensionnés pour loger partiellement la bille 40 et former ainsi un mécanisme d'encliquetage. De même, des trous 48 et 50 sont dimensionnés pour loger partiellement la bille

42 et former ainsi un mécanisme d'encliquetage.

La tige 30 de déclenchement fait saillie vers le

bas en passant dans une ouverture 52 d'un piston 35. L'ex-

trémité inférieure de la tige 30 présente une partie de diamètre réduit 54, et deux chapeaux coulissants 55 et 56 sont montés sur le tronçon de diamètre réduit afin de maintenir entre eux un ressort hélicoïdal 60. Un organe 62 de fixation est vissé dans l'extrémité de la tige 30 pour maintenir l'ensemble constitué par les chapeaux 55

et 56 et le ressort hélicoïdal 60 en position sur l'ex-

trémité de la tige 30. La figure 2 représente le piston

à proximité du point bas de son mouvement alternatif.

Comme représenté, la surface inférieure du piston 35 est entrée en contact avec le chapeau 55 et a déplacé le

chariot 26 jusqu'à sa position inférieure d'enclenchement.

Lorsque le piston 35 exécute son mouvement ascendant, une surface 58 vient en contact avec le chapeau 56 pour

inverser le processus.

La figure 3 représente le chariot 26 dans sa position haute, la bille 40 étant logée dans le trou 46

etla bille 42 étant logée dans le trou 50. Dans cette posi-

tion, le manchon 24 a coulissé de manière à obturer le canal 22 et à ouvrir le canal 33. Ce dernier est alors en communication, permettant l'écoulement du fluide, avec le canal 32 d'admission et, par conséquent, l'huile sous pression peut pénétrer dans le cylindre 45 en s'écoulant par l'entrée 32. Le canal 34 d'échappement est isolé de

l'intérieur du cylindre 45 de manière à empêcher tout écou-

lement entre eux.

Un évidement annulaire 23 est ménagé dans le bloc 12 de distribution, à proximité du collet 20. Cet évidement annulaire 23 est dimensionné pour loger le bord supérieur du manchon 24. De même, un évidement annulaire 25 est ménagé dans l'épaulement 36, à proximité du collet 20. L'évidement annulaire 25 est dimensionné pour loger le bord inférieur du manchon 24. Les évidements annulaires 23 et 25 coopèrent avec le manchon 24 pour produire un

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effet de matelas ou d'amnrtisseur hydraulique lorsque le chariot 26 est basculé d'une position d'enclenchement à l'autre. En cours de fonctionnement, une certaine accumulation d'huile reste toujours dans les évidements annulaires et le jeu entre le manchon 24 et chacun de ces évidements est suffi-

samment faible pour que l'huile retenue amortisse hydrau-

liquement le manchon 24 pour le protéger de tout contact

mécanique brusque dans ses positions extrêmes respectives.

Le fonctionnement sera à présent décrit en regard des schémas simplifiés des figures 4 et 5. La

figure 4 représente en coupe simplifiée une soupape classi-

que à tiroir du type utilisé dans l'art antérieur. Un tiroir 60 exécute un mouvement alternatif dans un corps de soupape sous l'action d'une tige de déclenchement ou autre élément analogue relié au tiroir-et actionné d'une manière telle que décrite globalement dans le présent mémoire. De l'huile sous pression arrive dans la soupape

par une entrée 62 et s'en échappe vers le circuit exté-

rieur par une sortie 64. Le tiroir 60 est généralement réalisé en acier ou autre matière solide, et il est arrêté à chaque extrémité de sa course par contact avec la masse de métal constituée par le corps de la soupape. La figure 4 représente le tiroir 60 pendant son mouvement de sa position extrêime gauche vers sa position extrêre droite sous l'application

d'une force mécanique orientée suivant la direction indi-

quée par la flèche 65, et le canal 64 de sortie est par-

tiellement ouvert. La figure 4 montre symboliquement les vecteurs force développés par le fluide hydraulique dans

l'espace annulaire entourant la soupape à tiroir partielle-

ment ouverte, le vecteur de la force résultante étant

indiqué en FJ et ayant la direction de la flèche représentée.

Ce vecteur force agit sous un angle e ayant théoriquement une valeur d'environ 690, cette valeur ayant été démontrée

empiriquement. Pour une explication complète de ce phéno-

mène, on peut se reporter au texte intitulé "Hydraulic Control Systems", de Herbert E. Merritt, page 101, publié par John Wiley & Sons, Inc.. Il apparaît une force

de réaction FR qui est égale et opposée à la force Fj.

La force FR peut être divisée en une composante axiale F1et une composante radiale F2; étant donné que le tiroir 60 est circulaire et que la force F agit sur la totalité de l'espace annulaire, la force F2 tend à s'annuler, laissant la composante axiale F1. La force F1 agit axiale- ment vers la gauche, contre la force mécanique tendant à ouvrir la soupape. Il existe donc une composante de force

axiale propre F1 qui s'oppose à la force mécanique d'ou-

verture de la soupape et tend à fermer cette dernière, ce qui conduit à un risque d'instabilité de fonctionnement

de la soupape classique à tiroir.

La figure 5 est une coupe schématique simplifiée

du dispositif selon l'invention, montrant les mêmes compo-

santes de force que celles citées précédemment. Cependant, dans ce cas, la force axiale F1 agit contre le corps de la soupape lui-même et non contre tout élément mobile à l'intérieur de la soupape. La force F1 n'a donc aucun effet sur le manchon coulissant 24 de la soupape et, par conséquent, les forces hydrauliques propres, tendant à créer une instabilité, sont éliminées du dispositif selon l'invention. En outre, la figure 5 montre les évidements

annulaires 23 et 25 et il apparait que l'arrivée, par cou-

lissement, du manchon 24 dans l'un ou l'autre de ces évidements produit un effet d'amortissement qui tend à atténuer les chocs du manchon 24 dans ses positions extrêmes, contre le corps de la soupape. Cet effet d'amortissement réduit le choc mécanique et, par conséquent, le bruit mécanique, ce qui favorise une durée de vie plus longue

et une plus grande efficacité de la soupape.

Pendant le fonctionnement, lorsque le chariot 26 est dans sa position haute comme montré sur la figure 3, l'huile sous pression présente dans l'entrée 32 est admise dans la partie supérieure du cylindre 45. L'huile sous pression est également admise dans l'entrée 37 qui

est reliée au raccord 16 du cylindre par une liaison exté-

rieure (non représentée). Etant donné que l'aire du piston 35.exposée à la partie-supérieure du cylindre 45 est plus grande que l'aire du même piston 35 exposée à la partie inférieure du cylindre 45 par l'intermédiaire de l'entrée 37, une force résultante orientée vers le bas est développée par la pression sur l'aire de la surface du piston 35. Cette force résultante descendante fait descendre le piston 35 jusqu'à ce qu'il entre en contact avec le chapeau 55. Lorsque le piston 35 entre en contact avec le chapeau 55, il commence à comprimer le ressort 60. Etant donné que la poursuite du mouvement de descente du piston 35 augmente la compression du ressort 60, cette force résultante descendante exercée sur la tige dépasse bientôt la force d'enclenchement maintenant le chariot 26 dans sa position la plus haute. A ce moment, la force du ressort 60 fait descendre brusquement la tige 30 et le chariot 26 jusqu'à ce que le manchon 24 entre en contact avec l'évidement annulaire 25. L'huile accumulée dans cet évidement 25 amortit hydrauliquement le choc brusque du manchon 24 avec l'évidement 25, mais les forces d'enclenchement exercées par le ressort 38 et les billes 40 et 42 logées dans les trous respectifs 46 et 50 du chariot positionnent ce dernier dans une seconde position stable. Dans cette seconde position, l'huile sous pression présente à l'admission ne peut pénétrer à l'intérieur du cylindre 45, sauf par l'entrée 37 située au-dessous du piston 35. Simultanément, le canal 22 est mis à découvert, ce qui permet à l'huile se trouvant dans la partie supérieure du cylindre 45 de s'échapper par l'orifice 34 de sortie. La décharge de pression réalisée par le canal 22 et coopérant avec l'huile

sous pression présente à l'entrée 37 provoque l'applica-

tion d'une force résultante ascendante au-piston 35 et un mouvement de montée de ce dernier jusqu'à ce que la surface 58 entre en contact avec le chapeau 56. Les forces * de compression du ressort 60 entrent de nouveau en jeu

et le chariot 26 est finalement amené brusquement en posi-

tion haute dans laquelle les billes 40 et 42 sont de

nouveau logées dans les trous 44 et 48 du chariot, corres-

pondant à la seconde position d'enclenchement. L'évidement annulaire.23 amortit le choc mécanique qui se produirait autrement lors de l'entrée en contact du manchon 24 avec le bloc 12 de distribution au cours du mouvement brusque

du chariot 26.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté

sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (18)

REVENDICATIONS

1. Dispositif de distribution de fluide destiné à un moteur à mouvement alternatif du type comportant un piston 135) qui peut exécuter un mouvement alternatif dans un cylindre (45) sous l'effet de fluide sous pression in- troduit sélectivement dans ledit cylindre pour provoquer le mouvement alternatif du piston, le dispositif étant

caractérisé en ce qu'il présente un orifice (33) d'admis-

sion de fluide débouchant dans le cylindre (45), à travers

un collet (20) fixé à proximité d'une extrémité du cylin-

dre, un orifice (22> d'échappement de fluide débouchant dans le cylindre, à travers le collet, un manchon (24) monté de manière à pouvoir coulisser sur le collet et dimensionné pour recouvrir l'orifice d'admission de fluide

ou l'orifice d'échappement du fluide, et des moyens des-

tinés à faire coulisser le manchon et reliés au piston, afin que ledit manchon prenne des positions relatives de recoevzrement des

orifices d'admission et d'échappement du fluide.

2. Dispositif selon la revendication 1, caracté-

risé en ce qu'il comporte des moyens d'encliquetage qui tendent à déplacer le manchon vers l'une ou l'autre de

deux positions prédéterminées sur le collet.

3. Dispositif selon la revendication 2, caracté-

risé en ce que les moyens destinés à faire coulisser le manchon comprennent une tige (30) reliée au piston et

au manchon.

4. Dispositif selon la revendication 3, caracté-

risé en ce que les moyens destinés à faire coulisser le manchon comprennent en outre un chariot (26) qui est relié

à la tige et au manchon.

5. Dispositif selon la revendication 4, caracté-

risé en ce que le chariot comporte des bagues (28, 29)

qui le maintiennent concentriquement au cylindre.

- 6. Dispositif selon la revendication 5, caracté-

risé en ce que le manchon comporte un élément entourant

le collet.

7. Dispositif selon la revendication 6, caracté-

risé en ce que l'élément du manchon présente une gorge

annulaire (27) destinée à recevoir le chariot.

8. Dispositif selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que le collet comporte un épaulement (36) qui

présente une gorge (25) dimensionnée pour recevoir par-

tiellement le manchon.

9. Dispositif selon la revendication 8, caracté-

risé en ce qu'il comporte un chapeau qui ferme l'extrémité du cylindre et qui présente une gorge (23) dimensionnée

pour recevoir partiellement le manchon.

10. Dispositif selon la revendication 4, caracté-

risé en ce que les moyens d'encliquetage comprennent un canal qui traverse le collet et qui renferme deux billes (40, 42) entre lesquelles un ressort (38) de compression

est disposé, les billes étant repoussées contre le chariot.

11. Dispositif selon la revendication 10, carac-

térisé en ce que le chariot présente quatre trous (44, 46,

48, 50) dimensionnés pour loger partiellement les billes.

12. Dispositif à soupape à mouvement alternatif monté dans un cylindre (45) et pouvant être commandé par un piston (35) qui peut coulisser axialement dans le cylindre, le dispositif étant caractérisé en ce qu'il présente un canal (32) d'admission et un canal <34) d'échappement débouchant dans le cylindre et situés à - proximité d'une extrémité de ce cylindre, un bloc (12) de

distribution fixé au cylindre et faisant saillie axiale-

ment dans ce dernier, ce bloc de distribution comportant

une paroi latérale qui est intérieure au cylindre et pré-

sentant un premier canal (33) qui communique avec ledit canal d'admission, à travers ladite paroi latérale, et

un second canal (22) qui communique avec le canal d'échap-

pement, à travers ladite paroi latérale, un manchon cou-

lissant (24) entourant ledit bloc de distribution et

pouvant coulisser vers des positions d'interruption d'écou-

lement dans lesquelles il recouvre les premier et second canaux, un chariot (26) étant relié au manchon et pouvant coulisser à l'intérieur du cylindre, ce chariot portant des moyens d'encliquetage destinés à arrêter son mouvement axial dans l'une ou l'autre de deux positions axiales, une tige (30) de déclenchement étant reliée au chariot et s'étendant axialement vers le piston, des organes étant destinés à agir sur cette tige par l'intermédiaire

du piston dans deux positions axiales de ce dernier.

13. Dispositif selon la revendication 12, carac- térisé en ce qu'il comporte des organes (28, 29) au moyen

desquels le chariot est maintenu et peut coulisser axia-

lement dans le cylindre.

14. Dispositif selon la revendication 13, carac-

térisé en ce que les moyens d'encliquetage du chariot comprennent un ressort <38) de compression maintenu à l'intérieur du chariot, une bille (40 ou 42) située à chaque extrémité du ressort et repoussée contre le chariot

par ledit ressort, et deux sièges <44, 46; 48, 50) d'en-

cliquetage ménagés dans le chariot et avec lesquels les-

dites billes peuvent s'enclencher.

15. Dispositif selon la revendication.14, caractérisé en ce que le chariot comporte une bride de

forme en U pouvant s'enclencher avec le manchon.

-20

16. Dispositif selon la revendication 15, carac-

térisé en ce que le manchon présente une gorge périphéri-

que (27) avec laquelle la bride en.U -s'enclenche.

17. Dispositif selon la revendication 16, carac-

térisé en ce que le bloc de distribution est entouré d'un premier évidement annulaire (23) qui est dimensionné pour recevoir partiellement le manchon lorsque le chariot est

dans l'une de ses deux positions axiales.

18. Dispositif selon la revendication 17, carac-

térisé en ce que le bloc de distribution est entouré d'un second évidement annulaire (25) dimensionné pour recevoir partiellement le manchon lorsque le chariot est

dans la seconde de ses deux positions axiales.