FR2755481A1 - Dispositif de maintien en position et sous charge d'un verin hydraulique - Google Patents

Abstract

Le dispositif de maintien se compose d'un ensemble d'isolement (2) monté entre les branches d'alimentation du vérin. Cet ensemble d'isolement (2) comprend un sas (9) présentant à chacune de ses deux entrées-sorties un clapet anti-retour dont un clapet primaire (11) en liaison hydraulique avec la chambre de sortie (6) de la tige du vérin placé le plus proche de celle-ci et monté passant dans le sens vers cette chambre et un clapet de sécurité (13) monté dans le même sens passant, ce dernier étant retardé en fermeture par rapport au clapet primaire (11). Le sas (9) communique avec un capteur de pression (44) utilisé en détecteur de dépassement de pression régnant dans le sas (9) en vue d'une signalisation ou d'une alarme en cas de fuite du clapet primaire (11). Cette invention s'applique au maintien de tous les vérins sous charge et intéresse les fabricants d'organes hydrauliques, notamment de vérins de levage, ainsi que les utilisateurs.

Description

La présente invention se rapporte à un dispositif de maintien en position et sous charge d'un vérin hydraulique. Elle se rapporte accessoirement à la détection des fuites dans le circuit de retour de la chambre motrice.

On utilise fréquemment des vérins hydrauliques comme organes moteurs dans les ensembles d'élévation et d'abaissement d'une structure porteuse.

Ces ensembles sont bien connus et utilisés dans le domaine des transports, mais aussi dans le bâtiment et autres lieux sur lesquels les mouvements d'élévation et d'abaissement d'une charge sont quotidiens et nécessitent des efforts répétés et supérieurs à la force humaine.

On maintient classiquement un vérin sous charge par un clapet anti-retour inséré dans le circuit d'alimentation du vérin dans le sens passant vers la chambre de sortie de la tige. Cette fonction de maintien sous charge assure son rôle tant que l'étanchéité du clapet peut être préservée. Celle-ci existe au départ en raison des contrôles de qualité effectués dans les ateliers de fabrication. Mais le clapet peut présenter progressivement ou soudainement un défaut d'étanchéité après une certaine période et ceci pour diverses raisons liées au fonctionnement ou au vieillissement, voire à un défaut mineur d'origine passé inaperçu. On peut mentionner, en tant que cause, un défaut géométrique par exemple de sphéricité de la bille, une impureté solide présente dans le circuit d'huile et venant s'immobiliser sur le siège du clapet ou toute autre cause d'un mauvais contact mécanique ou de surépaisseur locale entre le corps du clapet et son siège.

Ce défaut engendre une fuite qui, même insignifiante peut provoquer après plusieurs heures de retenue un abaissement lent de la charge, dangereux pour les biens et les personnes situés en dessous.

Cette fonction de maintien s'avère obligatoire dans tous les cas d'utilisation dans lesquels la sécurité du maintien en position de soutien représente une condition importante sinon primordiale.

Dans le cas de dispositifs hydrauliques, la garantie de retenue d'une charge par un vérin hydraulique à l'aide d'un clapet anti-retour n'est apportée que par l'étanchéité de ce clapet.

Pour assurer sans défaillance une fonction aussi importante que la sécurité du maintien, le clapet doit présenter une garantie totale d'étanchéité.

Cette garantie totale ne peut exister et, pour cette raison, lorsque la sécurité l'exige, les vérins de levage sont associés à des dispositifs mécaniques de blocage-verrouillage par exemple des broches de verrouillage ou à des butées de sécurité.

Ces dispositifs mécaniques de blocageverrouillage ou de butée ont pour but d'assurer la sécurité du maintien en position des structures porteuses sous charge lors d'un arrêt de fonctionnement prolongé. Ce maintien en position représente une mesure de sécurité pour les biens et les personnes que le vérin et son circuit de commande ne peuvent assurer seuls de façon infaillible en raison des fuites toujours possibles au niveau du clapet anti-retour.

L'invention a pour but de se dispenser de l'utilisation de ces moyens mécaniques additionnels de retenue, nécessaires pour assurer la sécurité du maintien dans le cas d'un vérin hydraulique bloqué en position de retenue de la charge.

A cet effet, l'invention se rapporte à un dispositif de maintien en position et sous charge d'un vérin hydraulique au moins à simple effet comportant une chambre, par exemple de sortie de sa tige et au moins un clapet anti-retour monté dans le circuit d'alimentation de la chambre, passant vers cette chambre, le dispositif de maintien étant constitué d'un bloc hydraulique d'isolement à travers lequel est alimenté cette chambre caractérisé en ce que le clapet anti-retour dit clapet primaire est doublé
par un clapet anti-retour de sécurité séparé du
clapet primaire et monté en amont dans le circuit
d'alimentation de cette chambre, passant dans le même
sens vers cette chambre, un sas présentant à chacune de ses deux entrées
sorties un clapet anti-retour dont d'une part le
clapet primaire placé le plus proche de cette
chambre, et le clapet de sécurité, un moyen de retard à la fermeture qui provoque la
fermeture du clapet de sécurité après celle du clapet
primaire, un moyen de commande en ouverture des deux clapets.

L'invention trouve de multiples applications dans de nombreux domaines dès qu'il s'agit de levageabaissement d'une charge avec maintien en position de retenue et plus particulièrement en position d'extension de la tige du vérin.

A titre d'exemple, on peut citer l'élévation de charges en vue du chargement d'un véhicule de transport, l'élévation et le maintien de plate-formes ou de plateaux porteurs sur des véhicules de transport de voitures ou équivalents.

Divers avantages découlent de l'utilisation du dispositif selon l'invention elle permet le verrouillage dans n'importe quelle
position de la tige du vérin le verrouillage est automatique . pour une fonction de verrouillage automatique, le
dispositif hydraulique selon l'invention est peu
onéreux le dispositif hydraulique apporte une grande sécurité
dans le maintien de la charge.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui suit, donnée à titre d'exemple et accompagnée des dessins dans lesquels la figure 1 est une vue générale schématique en coupe
montrant le dispositif de maintien monté sur les
branches d'alimentation du vérin ; . la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'une
réalisation du dispositif de maintien . les figures 3 et 4 sont respectivement des vues
agrandies en coupe longitudinale de la partie
centrale du dispositif de maintien dans le cas des
deux variantes l'une à clapet conique et l'autre à
clapet à étanchéité totale, avec clapets représentés
à l'état fermé.

Le dispositif de maintien en position et sous charge d'un vérin hydraulique 1 se présente sous la forme d'un ensemble d'isolement 2 monté entre une branche 3 et une autre branche 4 d'alimentation en fluide moteur respectivement d'une chambre de rentrée 5 et d'une chambre de sortie 6 d'une tige 7 du vérin hydraulique 1.

Cet ensemble d'isolement 2 forme un bloc hydraulique 8 renfermant une chambre-sas 9 appelée pour des raisons de commodité simplement sas. Ce sas présente un orifice inférieur 10 pourvu d'un clapet anti-retour primaire 11 en liaison hydraulique avec la chambre de sortie 6 de la tige 7 du vérin et en regard, un orifice supérieur 12 pourvu d'un clapet anti-retour de sécurité 13 en communication hydraulique avec une entrée hydraulique 14 prolongée par un canal latéral 15 d'alimentation en fluide moteur de la chambre de sortie 6 à partir de l'entrée hydraulique 14.

Les clapets anti-retour primaire 11 et de sécurité 13 sont montés passants dans le sens du haut vers le bas des figures, c'est-à-dire dans le sens d'alimentation de la chambre de sortie 6 de la tige 7 à partir de l'arrivée hydraulique 14.

De façon avantageuse, le clapet primaire 11 est réalisé sous la forme d'un clapet anti-retour à bille 16 forcée en rappel de fermeture contre un siège conique 17 traversé en son centre par l'orifice inférieur 10. La force de rappel est engendrée par un ressort de rappel 18 emprisonné dans un logement 19 au niveau de l'extrémité inférieure du bloc d'isolement 2.

Le clapet anti-retour de sécurité 13 est réalisé selon une première variante sous la forme d'un corps tronconique 20 à surface conique active en contact en position de fermeture avec un rebord circulaire 21 d'un épaulement annulaire 22 traversé en son centre par l'orifice supérieur 12.

Le clapet de sécurité 13 s'ouvre classiquement et automatiquement par la pression incidente.

L'ouverture du clapet de sécurité 13 peut être commandée par un moyen extérieur au bloc d'isolement 2 par exemple par la force motrice du fluide hydraulique sous pression alimentant la chambre de rentrée de la tige ou tout autre moyen. Elle provoque en plus en cascade l'ouverture commandée du clapet primaire 11.

Pour ce faire, le clapet de sécurité 13 se prolonge vers le bas par une tige inférieure de commande 23 qui porte, enfilé sur sa surface latérale, un ressort de rappel 24 en position de fermeture. Cette tige de commande 23 se termine par une extrémité libre à front droit de poussée qui traverse l'orifice inférieur 10 du sas 9 pour déplacer par poussée le corps du clapet primaire 11 en ouverture, c1 est-à-dire en éloignement de son siège 17 à l'encontre de la force élastique de rappel fournie par le ressort 18.

S'agissant de deux pièces séparées, il existe un jeu 25 entre l'extrémité de la tige 23 et la bille 16 du clapet primaire 11 et donc une indépendance de mouvement entre les deux clapets.

Le clapet de sécurité 13 est solidaire d'un moyen de ralentissement de sa course en rappel de fermeture afin de différer sa fermeture par rapport à celle du clapet primaire 11. On peut ainsi garantir l'absence de pression dynamique importante dans le sas 9 pendant la phase de fermeture du clapet de sécurité 13.

Cette caractéristique permet notamment d'envisager l'utilisation d'un joint pour parfaire l'étanchéité et accroître ainsi l'efficacité du clapet de sécurité. Ce type de clapet avec joint sera appelé clapet à étanchéité totale 26. Il constitue le moyen idéal de fermeture du sas et de garantie renforcée du maintien en position sous charge de la tige du vérin.

Cette variante est représentée sur la figure 4 sous la forme d'un clapet à étanchéité totale 26 à joint 27 par exemple torique reposant sur un siège en forme de gorge 28.

Ces clapets à étanchéité totale sont peu résistants à une pression dynamique en raison des risques d'extrusion du joint qu'elle peut provoquer.

Pour un autre exemple de réalisation d'un clapet à étanchéité totale on pourra envisager que la surface conique du corps du clapet de sécurité 13 représenté sur la figure 3, soit partiellement ou totalement garnie d'un revêtement ou d'un joint d'étanchéité qui viendra se presser en contact d'étanchéité sur l'épaulement 22 avantageusement chanfreiné à cet effet.

Un des mérites de l'invention concerne la possibilité d'utilisation d'un clapet à étanchéité totale par exemple tel que 26 pour le deuxième clapet dit de sécurité 13 en raison de l'absence de pression dynamique au droit du siège lors de la fermeture du clapet.

Le moyen de ralentissement de la course retour du clapet de sécurité 13 se matérialise dans l'exemple représenté sous la forme d'une liaison mécanique supérieure composite 29 constituant un équipage mobile guidé. Cette liaison mécanique supérieure composite 29 se compose de trois parties libres en mouvement guidé les unes par rapport aux autres. On distingue la partie supérieure formée d'un piston-poussoir 30 monté étanche par un joint 31, piston-poussoir qui se déplace le long d'une chambre 32 ouverte à l'atmosphère par un évent 33 débouchant sur une face du bloc d'isolement 2.

On remarque ensuite une masselotte 34 libre en coulissement dans un alésage-guide 35 prévu dans une pièce rapportée 36. L'extrémité supérieure 37 de cette masselotte 34 est en contact avec la face inférieure du piston-poussoir 30.

La masselotte 34 de la liaison mécanique composite 29 comporte un joint d'étanchéité 38 au voisinage de son extrémité inférieure réalisant l'étanchéité de ce segment par rapport à la chambre 32 dans laquelle se déplace le piston-poussoir 30.

L'équipage mobile supérieur se compose d'un dernier segment 39 en forme de tige solidaire du corps du clapet. Cette tige 39 présente vers le haut une extrémité supérieure de forme cylindrique formant un piston d'extrémité 40 coulissant avec jeu le long de l'alésage-guide 35 formé dans la pièce rapportée 36.

Cette pièce rapportée 36 délimite latéralement avec le bloc d'isolement 2 une chambre annulaire 41 par laquelle arrive l'huile moteur qui agit sur le corps du clapet de sécurité 13.

Les extrémités en regard de la masselotte 34 et du piston d'extrémité 40 sont séparées par un espace formant avec la paroi latérale de l'alésage-guide une chambre-réservoir 42 pleine d'huile utilisée comme tampon amortisseur.

Le piston-poussoir 30 actionne en ouverture le clapet de sécurité 13 par un déplacement moteur vers le bas provenant d'un moyen de commande par exemple la force engendrée par la pression du fluide moteur de la chambre de rentrée 5 de la tige 7 du vérin qui s'exerce sur la face supérieure du piston-poussoir 30 placée dans le conduit d'alimentation de cette chambre de rentrée.

La commande en ouverture du clapet de sécurité 13 peut provenir d'un autre moyen ou d'une autre source motrice.

L'effet amortisseur résulte de la présence d'huile contenu dans la chambre-réservoir 42 formant tampon et qui sera expulsée progressivement hors de cette chambre-réservoir 42 lors de la course retour du clapet de sécurité 13 en rappel de fermeture. En effet, l'huile va être chassée de cette chambre par laminage le long du piston d'extrémité 40 en raison du jeu existant entre celui-ci et son alésage-guide 35.

Le sas 9 communique hydrauliquement par un canal 43 avec un capteur ou un détecteur 44 sensible à la pression, par exemple un manocontact inséré dans un circuit électrique ou électronique dont le signal électrique est exploité pour signaler une fuite par un moyen avertisseur visuel, sonore ou autre.

On a représenté sur la figure 2 le bloc mécanique 45 du manocontact 44 et ses deux broches de sortie 46 et 47 pour son raccordement électrique avec le circuit d'exploitation.

Dans le cas d'un vérin hydraulique à simple effet, l'actionnement du clapet de sécurité est assuré par un moyen quelconque indépendant, par exemple électromécanique, électromagnétique ou tout autre moyen.

Par ailleurs, le dispositif de maintien selon l'invention est parfaitement réversible en ce qui concerne les branchements d'alimentation. Ainsi, la sortie du bloc d'isolement 2 peut être reliée à la chambre de rentrée 5 et inversement, la chambre de sortie 6 peut être reliée directement à une source de pression.

On expliquera tout d'abord le fonctionnement du vérin 1 en déplacement de sa tige 7 pour des besoins de levage ou d'abaissement, puis le fonctionnement du bloc d'isolement 2 en maintien de position sous charge correspondant à la hauteur d'élévation souhaitée.

La commande en sortie de la tige 7 du vérin s'effectue par l'envoi par exemple d'une pression calibrée à l'entrée hydraulique 14 du bloc hydraulique 8. Cette pression motrice ouvrira automatiquement l'un après l'autre les deux clapets 13 et 11 à l'encontre de la force de rappel de chacun des ressorts 24 et 18 et viendra ensuite alimenter la chambre de sortie 6 de la tige. On coupera la pression lorsque la tige 7 du vérin atteindra une longueur de sortie voulue.

Aussitôt la pression coupée, les forces de rappel des ressorts 18 et 24 jusque là dépassées par la force engendrée par la pression motrice, tendent à repousser les clapets 11 et 13 en position de fermeture.

L'amortissement du clapet de sécurité produira son effet en vue de garantir le retard souhaité entre les fermetures des deux clapets c'est-àdire la fermeture postérieure du clapet de sécurité 13 par rapport à celle du clapet primaire 11. La pression relative dans le sas sera alors sensiblement nulle.

Lors d'une fuite éventuelle du clapet primaire 11, qui ne peut se produire pour des raisons mécaniques qu'au moment de la fermeture de ce clapet, la pression statique régnant dans le sas deviendra rapidement supérieure au seuil de calibrage du manocontact 44 et déclenchera l'alerte.

Cette augmentation de pression atteindra vite une valeur d'équilibre correspondant à la neutralisation du débit de fuite car le clapet de sécurité 13 assure alors l'étanchéité à lui seul.

Pour actionner la tige du vérin en rentrée, on envoie la pression dans la chambre de rentrée 5.

Celle-ci arrivant au piston-poussoir 30 l'actionnera vers le bas, provoquant par déplacement de l'équipage mobile l'ouverture en série, l'un après l'autre, des clapets 13 puis 11 afin de libérer le fluide hors de la chambre de sortie 6 à travers le sas 9. La rentrée de la tige peut également résulter d'une ouverture autrement commandée des clapets c'est-à-dire indépendante de la pression motrice provoquant la rentrée de la tige.

Pour rentrer la tige on pourrait aussi utiliser la force de gravité provenant de la plateforme chargée.

Dans la réalisation représentée, lorsque l'on coupe la pression d'actionnement en rentrée de la tige, la commande en ouverture des clapets n'est plus maintenue. Les clapets se ferment alors automatiquement l'un après l'autre comme décrit ci-dessus à savoir le clapet primaire 11 avant le clapet de sécurité 13 en assurant la même sécurité.

Bien entendu, à branchement identique, le dispositif selon l'invention peut être orienté au montage dans le sens contraire de celui représenté sur les figures ou selon toute autre orientation de son support.

Claims (15)

REVENDICATIONS

1. Dispositif de maintien en position et sous charge d'un vérin hydraulique (1) au moins à simple effet comprenant une première chambre par exemple une chambre de sortie (6) de sa tige (7) et une deuxième chambre utilisée comme chambre de rentrée (5) de sa tige et au moins un clapet anti-retour sur le circuit d'alimentation de la chambre, monté passant vers cette chambre, dispositif constitué d'un bloc hydraulique d'isolement (2) à travers lequel est alimentée cette chambre caractérisé en ce que

le clapet anti-retour dit clapet primaire (11) est doublé par un clapet anti-retour de sécurité (13) séparé du clapet primaire et monté en amont dans le circuit d'alimentation de la chambre, passant dans le même sens vers cette chambre,

un sas (9) présentant à chacune de ses deux entrées-sorties un clapet anti-retour dont d'une part le clapet primaire (11) en liaison hydraulique avec la chambre le plus proche de celle-ci, et le clapet de sécurité (13),

un moyen de retard à la fermeture qui provoque la fermeture du clapet de sécurité (13) après celle du clapet primaire (11),

un moyen de commande en ouverture des deux clapets.

2. Dispositif de maintien selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de retard à la fermeture du clapet de sécurité (13) par rapport au clapet primaire (11) est un moyen de retard par un ralentissement de sa course de retour.

3. Dispositif de maintien selon la revendication 2, caractérisé en ce que le ralentissement de la course retour du clapet de sécurité (13) provient d'un effet d'amortissement d'un élément solidaire de son corps.

4. Dispositif de maintien selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'effet d'amortissement est obtenu par laminage d'huile.

5. Dispositif de maintien selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de commande en ouverture des deux clapets (11) et (13) est tel que l'ouverture du clapet (13) provoque l'ouverture du clapet (11).

6. Dispositif de maintien selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la commande en ouverture du clapet primaire (11) est une liaison de commande en ouverture qui provoque par transmission à travers le clapet de sécurité (13) l'ouverture du clapet primaire (11).

7. Dispositif de maintien selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la transmission de commande en ouverture au clapet primaire (11) présente un jeu de transmission.

8. Dispositif de maintien selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la liaison de commande en ouverture du clapet primaire (11) se termine par une tige (23) solidaire du corps du clapet de sécurité (13), tige dont la longueur laisse un jeu (25) entre son extrémité et le corps du clapet primaire (11) lorsque les deux clapets sont fermés.

9. Dispositif de maintien selon les revendications précédentes 6 et 7, caractérisé en ce que la liaison de la commande en ouverture du clapet primaire (11) à travers le clapet de sécurité (13) comprend le moyen de retard à la fermeture du clapet de sécurité (13) par rapport à celle du clapet primaire (11).

10. Dispositif de maintien selon l'une quelconque des revendications 1 et de 5 à 8, caractérisé en ce que le clapet de sécurité (13) est commandé en ouverture par une pression.

11. Dispositif de maintien selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le clapet de sécurité (13) est commandé en ouverture par la pression actionnant la tige (7) en rentrée.

12. Dispositif de maintien selon la revendication précédente caractérisé en ce que la liaison de commande en ouverture et le moyen de retard sont constitués d'une liaison mécanique composite (29) formée d'une suite d'éléments comprenant un pistonpoussoir (30) sur lequel s'exerce une pression de commande, un élément de liaison sous la forme d'une masselotte (34) à déplacement guidé dans un alésageguide (35), masselotte (34) en contact de poussée avec le piston-poussoir (30), de l'extrémité conformée en piston d'extrémité (40) d'une tige constituant la prolongation du corps (20) du clapet de sécurité (13), ce piston d'extrémité (40) coulissant avec jeu dans le même alésage-guide (35) que la masselotte(34), et en ce que la masselotte (34) et le piston d'extrémité (40) sont distants sur l'alésage-guide (35) d'un espace formant avec la paroi latérale de l'alésage-guide (35) une chambre-réservoir (42) d'huile et en ce que le piston-poussoir (30) appuyant sur la masselotte (34) est mobile dans une chambre (32) ouverte à l'atmosphère et reçoit la pression du fluide alimentant la chambre opposée du vérin à celle alimentée à travers le sas (9).

13. Dispositif de maintien selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le clapet de sécurité (13) est un clapet (26) à joint d'étanchéité.

14. Dispositif de maintien selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le vérin est à simple effet et en ce que l'actionnement du clapet de sécurité (13) est assuré par un moyen quelconque indépendant par exemple électromécanique, électromagnétique ou tout autre moyen.

15. Dispositif de maintien selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que sur le sas (9) est monté un capteur ou détecteur (44) sensible à la pression, le dépassement d'une pression de référence étant exploité par un circuit de détection et d'alerte.