FR2941976A1

FR2941976A1 - Systeme hydraulique d'engin de manutention ou de terrassement avec accumulateur d'energie

Info

Publication number: FR2941976A1
Application number: FR0950783A
Authority: FR
Inventors: Ettore Gismondi
Original assignee: MANU LORRAINE
Current assignee: MANU LORRAINE
Priority date: 2009-02-09
Filing date: 2009-02-09
Publication date: 2010-08-13
Anticipated expiration: 2029-02-09
Also published as: EP2393996A1; EP2393996B1; FR2941976B1; WO2010089518A1

Abstract

U n système hydraulique d'engin (1) de manutention comporte un élément mobile (10) mû par un premier et un deuxième vérin (13) montés en parallèle et couplés mécaniquement. Le premier vérin est piloté hydrauliquement par une vanne de distribution (14). Un accumulateur (15) pour accumuler du fluide sous pression est connecté à une première chambre (131) du deuxième vérin (13). Le système comporte une vanne anti-retour (17) entre les premières chambres (121, 131), la vanne anti-retour (17) autorisant le passage de fluide de la première chambre (121) du premier vérin (12) vers la première chambre (131) du deuxième vérin (13), et des moyens de régulation (18) pour déconnecter l'accumulateur (15) et purger la première chambre (131) du deuxième vérin (13). Ceci permet ainsi d'ajuster automatiquement la pression dans l'accumulateur en fonction du niveau de charge de l'élément mobile (10).

Description

Système hydraulique d'engin de manutention ou de terrassement avec accumulateur d'énergie.

L'invention concerne un système hydraulique d'engin de manutention ou de terrassement avec un accumulateur d'énergie pour récupérer une part d'énergie potentielle lors de la manutention des charges, en particulier pendant les phases de descente. On connaît des engins de manutention tels que des grues de levage comportant des bras articulés dont le mouvement est donné par des vérins hydrauliques. Une pompe fournit un fluide sous pression et une vanne de distribution alimente sélectivement une première chambre du vérin pour obtenir un mouvement de sortie du vérin, ou une deuxième chambre du vérin pour obtenir le retrait du vérin. Lors de la manipulation de charge entre différentes altitudes, on trouve des phases dans lesquelles la charge fournit de l'énergie au fluide en le mettant sous pression et en participant à son évacuation par exemple hors de la première chambre. Pendant cette phase, le fluide passe par un étranglement de manière à dissiper l'énergie fournie par la descente de la charge.

Cette énergie est alors transformée en chaleur, ce qui nécessite de refroidir le fluide et ce qui n'est pas rationnel pour l'utilisation de l'énergie. L e document WO 98/33989 propose un système hydraulique dans lequel un vérin d'assistance est monté en parallèle d'un vérin principal. La première chambre de vérin d'assistance est alimentée par un fluide maintenu en pression par un accumulateur. Une deuxième pompe et une vanne de purge sont prévues pour remonter ou diminuer le niveau de pression dans l'accumulateur. Ce système a l'inconvénient de nécessiter une pompe supplémentaire. De plus, le niveau de pression doit être ajusté manuellement. En effet, selon le niveau de charge, il se peut que la pression fournie par l'accumulateur soit

2

insuffisante. Dans ce cas, il faut piloter une remontée de la pression à l'aide de la pompe. Lorsque la charge est plus faible ou presque nulle, il se peut que la pression fournie par l'accumulateur soit trop forte et qu'il faille fournir de l'énergie pendant la phase de descente pour contrer la pression de l'accumulateur. Il est alors nécessaire de purger une partie de la pression de l'accumulateur. L'invention vise à fournir un système hydraulique d'engin de manutention ou de terrassement avec un accumulateur d'énergie avec une quantité limitée d'équipements et une gestion transparente du fonctionnement pour le conducteur de l'engin. Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet un système hydraulique d'engin de manutention ou de terrassement comportant un élément mobile mû par un premier et un deuxième vérin montés en parallèle et couplés mécaniquement, le système comportant une alimentation en fluide hydraulique sous pression, une bâche pour contenir le fluide hydraulique, une vanne de distribution pour connecter sélectivement une première chambre et une deuxième chambre du premier vérin à l'alimentation ou à la bâche, la mise sous pression de la première chambre étant apte à provoquer la levée d'une charge par l'engin, un accumulateur pour accumuler du fluide sous pression, l'accumulateur étant connecté à une première chambre du deuxième vérin. Selon l'invention, le système comporte une vanne anti-retour entre les premières chambres, la vanne anti-retour autorisant le passage de fluide de la première chambre du premier vérin vers la première chambre du deuxième vérin, des moyens de régulation pour déconnecter l'accumulateur et purger la première chambre du deuxième vérin, des moyens de commande des moyens de régulation pilotant la déconnexion de l'accumulateur et la purge de la première chambre du deuxième vérin lorsque la pression dans la deuxième

3

chambre du premier vérin est supérieure à un seuil prédéterminé. Lorsque la vanne de distribution fournit de la pression à la première chambre du premier vérin et que la charge est telle que la pression dépasse celle qui est fournie par l'accumulateur, la vanne anti-retour laisse alors passer du fluide vers la première chambre du deuxième vérin, ce qui permet d'apporter un complément de poussée par le deuxième vérin. Ce complément intervient de manière automatique sans intervention du conducteur. Par ailleurs, lorsque la descente est commandée et que la charge n'est pas suffisante pour refouler le fluide de la première chambre du deuxième vérin vers l'accumulateur, la pression dans la deuxième chambre du premier vérin augmente afin de provoquer la descente. Si cette dernière pression monte au delà du seuil prédéterminé, la déconnexion de l'accumulateur et la purge de la première chambre du deuxième vérin se produit. La contre pression pour la descente diminue alors, ce qui limite la puissance utilisée pour commander la descente. Cependant, la pression dans l'accumulateur reste au même niveau et la réserve d'énergie reste contenue dans l'accumulateur. Toutefois, lors du cycle suivant, le niveau de pression conservé par l'accumulateur ne sera fourni qu'au départ dans la phase de montée, la pression diminuant naturellement lors du déploiement du vérin. Le niveau de pression dans l'accumulateur s'ajuste ainsi à la hausse comme à la baisse de manière automatique, sans intervention du conducteur.

De manière préférentielle, les moyens de commande sont hydrauliques. Le système reste ainsi dans la même technologie, avec des moyens maîtrisés classiquement sur ce type d'engin. De manière particulière, les moyens de régulation 35 comportent une vanne d'accumulateur normalement ouverte placée sur la conduite reliant l'accumulateur et la

4

première chambre du deuxième vérin et pilotée par la pression de la deuxième chambre du premier vérin. Dès que la pression dans la deuxième chambre du premier vérin dépasse le seuil prédéterminé, la vanne d'accumulateur commute ce qui permet d'isoler l'accumulateur et d'éviter sa décharge. Par ailleurs, les moyens de régulation comportent par exemple une vanne de détente normalement fermée placée sur la conduite reliant la première chambre du deuxième vérin à la bâche. Dès que la pression dans la deuxième chambre du premier vérin dépasse le seuil prédéterminé, la vanne de détente commute et laisse fuir du fluide hydraulique de la première chambre du deuxième vérin. Ainsi, on obtient la purge qui permet d'autoriser ou de faciliter la descente des vérins. De manière particulière, la vanne de détente est pilotée hydrauliquement par la pression de la deuxième chambre du premier vérin. Selon un perfectionnement, l'ouverture de la vanne de détente est proportionnelle à la différence entre la pression de la deuxième chambre du premier vérin et le seuil prédéterminé. Ainsi, l'ouverture de la vanne de détente n'est pas brutale, mais progressive, ce qui évite la génération d'un à-coup par la chute de pression qui serait sinon brutale à l'ouverture de la vanne de détente. De manière particulière, une deuxième chambre du deuxième vérin est connectée à la deuxième chambre du premier vérin. La pression d'alimentation peut ainsi s'exercer sur les deux vérins pendant la phase de descente. Selon un autre perfectionnement, le système comporte des moyens de purge pour vider l'accumulateur du fluide sous pression. A la mise hors service de l'engin, on peut ainsi libérer la réserve d'énergie de l'accumulateur. Le seuil prédéterminé est par exemple compris entre 10 et 100 bars, de préférence entre 40 et 60 bars. L'invention a aussi pour objet un procédé de commande d'un système hydraulique d'engin de manutention 5 ou de terrassement comportant un élément mobile mû par un premier et un deuxième vérin montés en parallèle et couplés mécaniquement, un accumulateur pour accumuler du fluide sous pression, l'accumulateur étant connecté à une première chambre du deuxième vérin, procédé selon lequel on connecte sélectivement une première chambre et une deuxième chambre du premier vérin à une alimentation ou à une bâche, la mise sous pression de la première chambre étant apte à provoquer la levée d'une charge par l'engin, caractérisé en ce qu'on autorise le passage de fluide de la première chambre du premier vérin vers la première chambre du deuxième vérin lorsque la pression du côté du premier vérin est plus forte que celle du côté du deuxième vérin, et on déconnecte l'accumulateur et on purge la première chambre du deuxième vérin lorsque la pression dans la deuxième chambre du premier vérin est supérieure à un seuil prédéterminé. L'invention sera mieux comprise et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels : la figure 1 est une vue d'un engin de manutention placé en situation de travail ; la figure 2 est une vue partielle de l'engin de manutention de la figure 1 ; - la figure 3 est un schéma hydraulique du système selon l'invention qui équipe l'engin de la figure 1. Un engin 1 de manutention représenté sur les figures 1 à 3 est destiné à transférer des charges d'une position à une autre. Dans l'exemple de la figure 1, l'engin 1 est installé sur un quai Q et transfère le chargement d'une péniche P dans les bennes de camions,

6

non représentés, sur le quai Q. L'engin 1 comporte un élément mobile tel qu'une flèche 10 articulée autour d'un axe horizontal sur un bâti 11 et à l'extrémité de laquelle est articulé un balancier 12. La figure 2 montre le détail de l'implantation de la flèche 10 sur le bâti 11. Deux vérins 12, 13 hydrauliques sont montés en parallèle et permettent de commander le mouvement de pivotement de la flèche 10, d'une manière connue en soi.

Un premier vérin 12 est relié à une vanne de distribution 14 tandis que le deuxième vérin 13 est relié à un accumulateur 15, d'une manière qui est détaillée ci-après. L'accumulateur 15 est par exemple un réservoir contenant un gaz sous pression, par exemple de l'azote.

Lorsqu'un fluide hydraulique emplit le réservoir, il comprime plus encore le gaz, se qui permet d'accumuler de l'énergie. Cette énergie est restituée, au moins partiellement lorsque le fluide stocké dans le réservoir est fourni sous pression en dehors du réservoir. D'autres moyens d'accumulation peuvent aussi être utilisés. Plusieurs réservoirs peuvent être utilisés afin d'obtenir la capacité d'accumulation suffisante, comme montré sur le schéma de la figure 3, mais on les désigne par la suite par le terme générique d'accumulateur 15.

En se référant à la figure 3, chaque vérin 12, 13 comporte deux chambres destinées à recevoir le fluide hydraulique. Lorsque une première chambre 121, 131 est alimentée par le fluide hydraulique, on provoque la sortie de la tige et, selon le montage de la flèche 10, la levée de la charge à déplacer. A l'inverse, l'alimentation de la deuxième chambre 122, 132 du vérin provoque la rentrée de la tige et la descente de la charge. Les vérins 12, 13 sont couplés mécaniquement, de telle sorte que le mouvement des tiges est synchrone.

Le système comporte une alimentation en fluide hydraulique sous pression, réalisée par une pompe 16

7

entraînée par un moteur thermique. Il comporte également une bâche 19 pour contenir le fluide hydraulique dans laquelle la pompe 16 aspire le fluide et dans laquelle les organes du système déversent le fluide après son utilisation. La vanne de distribution 14 permet de piloter le premier vérin 12. La vanne de distribution 14 a trois positions, une position neutre dans laquelle les conduites reliant les chambres du premier vérin 12 à la vanne de distribution 14 sont obturées, une position de levée et une position de descente. Dans la position de levée, la première chambre 121 est connectée à l'alimentation, tandis que la deuxième chambre 122 est connectée à la bâche 19. La vanne de distribution 14 est proportionnelle, de préférence, c'est-à-dire que le débit de fluide vers le vérin peut être modulé. Les connexions sont inversées dans la position de descente. Chaque vérin 12, 13 comporte un dispositif de sécurité 123, 133 à l'entrée de la première chambre 121, 131. Le dispositif de sécurité 123, 133 permet d'éviter que la charge ne descende si une canalisation venait à fuir. Le dispositif de sécurité 123, 133 laisse entrer le fluide par l'intermédiaire d'un vanne anti-retour 1230 et le laisse sortir par l'intermédiaire d'une vanne 1231 normalement fermée et dont l'ouverture est pilotée en même temps que la position de descente de la vanne de distribution 14. Ces dispositifs de sécurité sont connus en soi et ne sont pas indispensables à la réalisation de l'invention. La deuxième chambre 132 du deuxième vérin 13 est connectée à la deuxième chambre 122 du premier vérin 12.

Par ailleurs, une vanne anti-retour 17 permet de relier les deux premières chambres 121, 131, la vanne étant passante dans le sens du premier 12 vers le deuxième vérin 13. La première chambre 131 du deuxième vérin 13 est 35 également connectée à l'accumulateur 15, par l'intermédiaire de moyens de régulation 18. Les moyens de

8

régulation 18 permettent de déconnecter l'accumulateur 15 et de purger la première chambre 131 du deuxième vérin 13. Pour cela, ils comportent une vanne d'accumulateur 181 normalement ouverte placée sur la conduite reliant l'accumulateur 15 et la première chambre 131 du deuxième vérin 13. Les moyens de régulation 18 comportent en outre une vanne de détente 182 normalement fermée placée sur la conduite reliant la première chambre 131 du deuxième vérin 12 à la bâche 19. La vanne de détente 182 et la vanne d'accumulateur sont pilotées hydrauliquement par la pression des deuxièmes chambres 122, 132 de manière à ce que la commutation de la vanne d'accumulateur se produise avant la commutation de la vanne de détente 182. Ceci évite que le fluide sous pression accumulé dans l'accumulateur 15 ne s'échappe vers la bâche 19. La vanne de détente 182 et la vanne d'accumulateur 181 sont réglées pour commuter lorsque la pression de commande est supérieure à un seuil prédéterminé, par exemple 10, 40, 60 ou 100 bar. L'ouverture de la vanne de détente 182 est proportionnelle à la différence entre la pression des deuxièmes chambres 122, 132 et le seuil prédéterminé. Le système comporte également des moyens de purge 150 pour vider l'accumulateur 15 du fluide sous pression. Ces moyens sont commandés manuellement ou avec la mise en route de l'engin 1 pour provoquer la purge lors de la mise à l'arrêt de l'engin 1. Ces moyens sont classiques et ne sont pas détaillés ici. A la mise en route de l'engin 1, l'accumulateur 15 hydraulique est déchargé. La pompe 16 est mise en route et envoie un débit d'huile. La vanne de distribution 14 est en position neutre de telle sorte que l'huile en provenance de la pompe 16 retourne à la bâche 19. Les conduits menant aux vérins sont obturés par la vanne de distribution 14. Les moyens de purge 150 sont en position fermée et la vanne d'accumulateur 181 est en position ouverte.

9

On suppose que le premier mouvement à commander est une levée de la charge. La vanne de distribution 14 est mise en position de levée, ce qui permet d'alimenter en huile sous pression la première chambre 121 du premier vérin 12 et, par l'intermédiaire de la vanne anti-retour 17, la première chambre 131 du deuxième vérin 13. Les deuxièmes chambres 122, 132 des vérins sont connectées à la bâche 19 par la vanne de distribution 14. Comme le niveau de pression dans le circuit de retour est faible, la vanne d'accumulateur 181 est ouverte et la pression de la pompe 16 est dérivée en partie dans l'accumulateur 15. La pression dans l'accumulateur 15 atteint un niveau sensiblement équivalent à celui de la pression dans les premières chambres 121, 131.

Lorsque la levée est terminée, la vanne de distribution 14 retourne à la position neutre. La pression dans les premières chambres 121, 131 est maintenue. Lorsqu'on enchaîne ensuite avec une descente, la vanne de distribution 14 est placée en position de descente en mettant en communication la première chambre 121 du premier vérin 12 avec la bâche 19 et les deuxièmes chambres 122, 132 avec la pompe 16. Le premier vérin 12, du fait de la perte de pression dans la première chambre 121, ne soutient plus la charge. Par ailleurs, la pression fournie par l'accumulateur 15 est bloquée par la vanne anti-retour 17 et alimente la première chambre 131 du deuxième vérin 13. L'ouverture des vannes de sécurité est commandée en 30 même temps que le passage en position de descente de la vanne de distribution 14, ce qui autorise la décharge des premières chambres 121, 131. Si la charge sur la flèche 10 est suffisante, la descente des tiges de vérin est obtenue par le relâchement de la pression dans la 35 première chambre 121 du premier vérin 12. La première chambre 131 du deuxième vérin 13 reste sous la pression

10

fournie par l'accumulateur 15. Le fluide dans la première chambre 131 du deuxième vérin 13 est mis en compression et transféré dans l'accumulateur 15, ce qui permet de stocker de l'énergie récupérée sur la descente de la charge. Lors de la phase de levée suivante, l'accumulateur 15 fournit de la pression à la première chambre 131 du deuxième vérin 13, pendant que l'alimentation n'a besoin de fournir que la première chambre 121 du premier vérin 12, tant que le niveau de pression reste inférieur à celui fourni par l'accumulateur 15. Si la charge est insuffisante pour contrer la pression fournie par l'accumulateur 15, le fluide fourni aux deuxièmes chambres 122, 132 monte en pression pour assister la descente de la charge. Lorsque cette pression dépasse le seuil prédéterminé, la vanne d'accumulateur 181 commute et isole l'accumulateur 15. Dans le même temps, ou avec un léger décalage temporel ou de niveau de pression, la vanne de détente 182 s'ouvre au moins partiellement afin de laisser s'échapper du fluide de la première chambre 131 du deuxième vérin 13 vers la bâche 19. Le niveau de pression dans l'accumulateur 15 se trouve alors ajusté, sans intervention du conducteur. On constate que cet ajustement n'intervient que rarement, lorsque la nature du travail effectué par l'engin 1 change. Ainsi, dans la plupart des cycles de levée et descente, le deuxième vérin 13 et l'accumulateur 15 permettent la récupération d'énergie. Dans un mode de réalisation la vanne de détente 182 est une vanne proportionnelle, qui s'ouvre proportionnellement à la différence de pression entre la pression de commande et le seuil prédéterminé. La décharge du deuxième vérin est alors progressive et aucun à-coup ne peut être généré.

L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit à titre d'exemple. La commutation des vannes de détente et d'accumulateur pourra être pilotée électriquement, avec une détection du seuil de pression par des moyens électroniques. La deuxième chambre 132 du deuxième vérin 13 pourrait être connectée directement à la bâche 19. Le système selon l'invention peut être aussi mis en place pour plusieurs articulations, par exemple pour l'articulation du balancier sur une même machine.

Claims

REVENDICATIONS1. Système hydraulique d'engin (1) de manutention ou de terrassement comportant un élément mobile (10) mû par un premier (12) et un deuxième vérin (13) montés en parallèle et couplés mécaniquement, le système comportant une alimentation en fluide hydraulique sous pression, une bâche (19) pour contenir le fluide hydraulique, une vanne de distribution (14) pour connecter sélectivement une première chambre (121) et une deuxième chambre (122) du premier vérin (12) à l'alimentation ou à la bâche (19), la mise sous pression de la première chambre (121) étant apte à provoquer la levée d'une charge par l'engin (1), un accumulateur (15) pour accumuler du fluide sous pression, l'accumulateur (15) étant connecté à une première chambre (131) du deuxième vérin (13), le système étant caractérisé en ce qu'il comporte une vanne antiretour (17) entre les premières chambres (121, 131), la vanne anti-retour (17) autorisant le passage de fluide de la première chambre (121) du premier vérin (12) vers la première chambre (131) du deuxième vérin (13), des moyens de régulation (18) pour déconnecter l'accumulateur (15) et purger la première chambre (131) du deuxième vérin (13), des moyens de commande des moyens de régulation (18) pilotant la déconnexion de l'accumulateur (15) et la purge de la première chambre (131) du deuxième vérin (13) lorsque la pression dans la deuxième chambre (122) du premier vérin (12) est supérieure à un seuil prédéterminé.
2. Système selon la revendication 1, dans lequel les moyens de commande sont hydrauliques.
3. Système selon la revendication 2, dans lequel les moyens de régulation (18) comportent une vanne d'accumulateur (181) normalement ouverte placée sur la conduite reliant l'accumulateur (15) et la première chambre (131) du deuxième vérin (13) et pilotée par la 13 pression de la deuxième chambre (122) du premier vérin (12).
4. Système selon la revendication 2, dans lequel les moyens de régulation (18) comportent une vanne de détente (182) normalement fermée placée sur la conduite reliant la première chambre (131) du deuxième vérin (13) à la bâche (19).
5. Système selon la revendication 4, dans lequel la vanne de détente (182) est pilotée hydrauliquement par la pression de la deuxième chambre (122) du premier vérin (12).
6. Système selon la revendication 4, dans lequel l'ouverture de la vanne de détente (182) est proportionnelle à la différence entre la pression de la deuxième chambre (122) du premier vérin (12) et le seuil prédéterminé.
7. Système selon la revendication 1, dans lequel une deuxième chambre (132) du deuxième vérin (13) est connectée à la deuxième chambre (122) du premier vérin (12).
8. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de purge (150) pour vider l'accumulateur (15) du fluide sous pression.
9. Système selon la revendication 1, dans lequel le 25 seuil prédéterminé est compris entre 10 et 100 bars, de préférence entre 40 et 60 bars.
10. Procédé de commande d'un système hydraulique d'engin (1) de manutention ou de terrassement comportant un élément mobile (10) mû par un premier (12) et un 30 deuxième vérin (13) montés en parallèle et couplés mécaniquement, un accumulateur (15) pour accumuler du fluide sous pression, l'accumulateur (15) étant connecté à une première chambre (131) du deuxième vérin (13), procédé selon lequel on connecte sélectivement une 35 première chambre (121) et une deuxième chambre (122) du premier vérin (12) à une alimentation ou à une bâche 14 (19), la mise sous pression de la première chambre (121) étant apte à provoquer la levée d'une charge par l'engin (1), caractérisé en ce qu'on autorise le passage de fluide de la première chambre (121) du premier vérin (12) vers la première chambre (131) du deuxième vérin (13) lorsque la pression du côté du premier vérin (12) est plus forte que celle du côté du deuxième vérin (13), et on déconnecte l'accumulateur (15) et on purge la première chambre (131) du deuxième vérin (13) lorsque la pression dans la deuxième chambre (122) du premier vérin (12) est supérieure à un seuil prédéterminé.