WO2024121482A1 - Machine hydraulique tournante équipée de pistons - Google Patents

Machine hydraulique tournante équipée de pistons Download PDF

Info

Publication number
WO2024121482A1
WO2024121482A1 PCT/FR2023/051847 FR2023051847W WO2024121482A1 WO 2024121482 A1 WO2024121482 A1 WO 2024121482A1 FR 2023051847 W FR2023051847 W FR 2023051847W WO 2024121482 A1 WO2024121482 A1 WO 2024121482A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
piston
cavity
foot
housing
axis
Prior art date
Application number
PCT/FR2023/051847
Other languages
English (en)
Inventor
Loïc BONNARD
Nicolas OUDAN
Pierre Bernard
Christophe DELHOUME
Nicolas Weber
Fabien JUSTICE
Original Assignee
Poclain Hydraulics Industrie
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Poclain Hydraulics Industrie filed Critical Poclain Hydraulics Industrie
Publication of WO2024121482A1 publication Critical patent/WO2024121482A1/fr

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03C—POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINES DRIVEN BY LIQUIDS
    • F03C1/00—Reciprocating-piston liquid engines
    • F03C1/02—Reciprocating-piston liquid engines with multiple-cylinders, characterised by the number or arrangement of cylinders
    • F03C1/04—Reciprocating-piston liquid engines with multiple-cylinders, characterised by the number or arrangement of cylinders with cylinders in star or fan arrangement
    • F03C1/0403—Details, component parts specially adapted of such engines
    • F03C1/0406—Pistons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03C—POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINES DRIVEN BY LIQUIDS
    • F03C1/00—Reciprocating-piston liquid engines
    • F03C1/02—Reciprocating-piston liquid engines with multiple-cylinders, characterised by the number or arrangement of cylinders
    • F03C1/04—Reciprocating-piston liquid engines with multiple-cylinders, characterised by the number or arrangement of cylinders with cylinders in star or fan arrangement
    • F03C1/0403—Details, component parts specially adapted of such engines
    • F03C1/0428—Supporting and guiding means for the pistons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03C—POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINES DRIVEN BY LIQUIDS
    • F03C1/00—Reciprocating-piston liquid engines
    • F03C1/02—Reciprocating-piston liquid engines with multiple-cylinders, characterised by the number or arrangement of cylinders
    • F03C1/04—Reciprocating-piston liquid engines with multiple-cylinders, characterised by the number or arrangement of cylinders with cylinders in star or fan arrangement
    • F03C1/047—Reciprocating-piston liquid engines with multiple-cylinders, characterised by the number or arrangement of cylinders with cylinders in star or fan arrangement the pistons co-operating with an actuated element at the outer ends of the cylinders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/04—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders in star- or fan-arrangement
    • F04B1/0404—Details or component parts
    • F04B1/0408—Pistons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/04—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders in star- or fan-arrangement
    • F04B1/0404—Details or component parts
    • F04B1/0439—Supporting or guiding means for the pistons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/04—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders in star- or fan-arrangement
    • F04B1/047—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders in star- or fan-arrangement with actuating or actuated elements at the outer ends of the cylinders

Definitions

  • a rotating hydraulic machine generally comprises a cylinder block having housings in which pistons are received. The latter set in motion a fluid or are set in motion by it depending on whether the machine operates as a pump or as a motor.
  • a hydraulic machine comprising:
  • the cavity is delimited by at least one face oriented in the opposite direction to the head.
  • the main axis of the cavity is parallel to an axis of rotation of the machine.
  • the piston in particular the piston head, carries a sealing member in contact with the housing;
  • the pressure chamber is in particular a driving chamber when the machine operates as a motor. In pump mode, the pressure chamber is the one that generates the circulation of the fluid.
  • a free end of the foot has a flat face perpendicular to the axis of the piston.
  • the machine is configured so that, in a position of the piston closest to a bottom of the housing, the cavity extends opposite the supply conduit.
  • the machine is configured so that, in a position of the piston closest to a bottom of the housing, the piston extends closer to the bottom than a mouth of the supply conduit opening into the housing.
  • the foot would extend opposite the entire mouth of the supply conduit, or even completely obstruct it.
  • the cavity therefore makes it possible to have a long foot which descends very low for better sliding guidance of the piston while having a good flow of fluid at the outlet of the supply conduit.
  • the machine is configured so that, in a position of the piston closest to a bottom of the housing, the piston leaves free at least 50% of a section of a mouth of the supply conduit opening into housing.
  • the piston foot does not form any obstacle to the entry of the fluid into the housing.
  • the machine can be configured so that, in a position of the piston closest to a bottom of the housing, the foot leaves free a passage from one side to another of the foot having over an entire length of the passage a section greater than or equal to 50% of a section of a mouth of the supply conduit opening into the housing. It can be envisaged that the machine is configured so that, in the position of the piston closest to the bottom, the section of the passage is over the entire length of the passage greater than or equal to the section of the mouth.
  • the machine is configured so that, in a position of the piston closest to a bottom of the housing, a fluid does not undergo a reduction in passage section when passing from one side of the foot to another.
  • the cylinder block can be provided with supply conduits extending in a direction parallel to an axis of rotation of the machine.
  • This orientation makes it possible to achieve a gain in compactness in the cylinder block compared to a radial orientation of the conduit.
  • the cylinder block can be provided with supply conduits extending in a radial direction to an axis of rotation of the machine.
  • the machine includes for each piston a member for blocking rotation of the piston relative to the housing.
  • the locking member can be provided with a guide pin or a clip.
  • the blocking member extends at the level of the piston foot on one side of the piston opposite the supply conduit.
  • each housing comprises a head zone and a foot zone, the foot zone being delimited by a main face and having a housing cavity:
  • the housing cavity makes it possible to widen the passage section of the fluid in areas where it should have had a very reduced passage section. She there reduces disruption of fluid flow.
  • the housing cavity thus facilitates the filling of the housing with the fluid, as well as its evacuation. The arrival of the fluid in the housing takes place without prior crushing and allows the upward movement of the piston to be initiated. This arrangement makes it possible to reduce the pressure losses and the temperature of the fluid, to limit the speed of rotation and to reduce the shearing of the fluid.
  • the housing cavity extends on the same side of the piston as the supply conduit;
  • the housing cavity has insufficient dimensions to accommodate the pin
  • the housing cavity opens into the head area.
  • the housing cavity extends entirely at a distance from an axis of the housing less than a greater distance separating the head zone and the axis.
  • the housing cavity does not necessarily extend in the extension of one face of the head zone of the housing.
  • the housing cavity extends entirely at a distance from a median plane of the housing perpendicular to an axis of rotation of the machine.
  • the housing cavity extends outside the functional zone which includes areas of the piston and the housing which are in mutual support in the direction circumferential to the axis of rotation.
  • the position of the housing cavity therefore preserves this area.
  • the housing cavity is cylindrical.
  • the housing cavity has an axis parallel to an axis of the housing.
  • the housing cavity has an axis perpendicular to an axis of the housing. It can be provided that the housing cavity has an axis inclined relative to an axis of the housing.
  • This arrangement further facilitates the entry of the fluid into the housing as well as its exit. In addition, it reduces the length of the supply conduit. Its machining time is therefore also shortened if necessary, to compensate for the additional time required for machining the housing cavity.
  • the housing supply conduit extends to the height of the foot zone with reference to an axis of the housing.
  • the piston comprises a foot having a main face and a secondary face entering into the main face of the foot of the piston, the housing cavity having a dimension in a direction perpendicular to an axis of the housing less than a dimension of the secondary face in the direction perpendicular to the axis.
  • a piston for a hydraulic machine comprising a head and a foot, and having a groove for receiving a sealing member, the foot having a larger dimension in a direction perpendicular to an axis. of the piston, the largest dimension being less than a largest dimension of the head in the direction perpendicular to the axis, the foot having a cavity opening onto two opposite sides of the foot at two respective ends of the cavity opposite one to the other along a main axis of the cavity, the cavity extending on the same side of the groove for receiving a sealing member as a free end of the foot.
  • the cavity thus opens into a zone of the piston arranged to be subjected to a pressure of a hydraulic fluid. This is in particular a driving pressure when the machine is operating as a motor.
  • FIG. 1 is an axial sectional view of a machine according to a first embodiment of the invention
  • FIGS. 2 to 5 are views of one of the pistons of the machine of Figure 1;
  • FIGS. 6 and 7 are cross-sectional and axial views of the piston in its housing of the cylinder block;
  • FIG. 8 is a view similar to the previous one but schematic showing the passage sections and the fluid flows in four parallel planes A, B, C and D;
  • FIGS. 9 and 10 are partial sectional views of the cylinder block of the machine and Figure 11 a perspective view of the cylinder block;
  • FIGS. 12 and 13 are diagrams of the functional zones of the cylinder block and the piston
  • FIG. 14 is a view illustrating the stresses in the piston base
  • FIGS. 21 and 22 are views of another variant showing two positions of the piston in its housing
  • FIG. 23 is a cross-sectional view of the piston and the housing
  • FIG. 25 is a local sectional view of a piston and the cylinder block in a second embodiment, showing the stresses of the cylinder block on the piston.
  • FIGS 1 to 14 illustrate a rotating hydraulic machine 2 according to one embodiment of the invention.
  • the machine 2 comprises a fixed part and a rotating part mounted to rotate relative to the fixed part around an axis of rotation XX. It thus comprises a casing 4 and a central shaft 6 mounted to rotate relative to the casing by means of bearings 8.
  • a cam 10 is rigidly fixed to the casing.
  • a cylinder block 12 is linked in rotation to the shaft 6. It has housings 14 receiving respective pistons 16 mounted movable to slide in the housings each in a radial direction to the axis XX.
  • Each piston carries a roller 18 capable of rolling on a track of the cam 10 having for this purpose lobes known in themselves and not illustrated.
  • the machine comprises a distributor 20 connected to a high pressure fluid circuit and a low pressure fluid circuit.
  • the cylinder block 12 comprises a fluid supply and discharge conduit 22 opening into the housing.
  • the machine is arranged so that the distributor 20 puts the supply conduit 22 sometimes in communication with the high pressure circuit, sometimes with the low pressure circuit depending on the angular position of the shaft 6 (and therefore of the block -cylinders) relative to the crankcase 4.
  • the pressure is communicated to the pistons 16 concerned which slide in their housing and by rolling the roller 18 against the cam 10 cause the rotation of the rotating part.
  • the machine then operates as a motor to turn a load.
  • the shaft 6 is rotated relative to the casing 4, the shape of the cam 10 causes the pistons 16 to slide in turn, which results in the discharge of the fluid from each housing 14 into the circuit at high pressure.
  • the machine then operates as a pump.
  • the invention is applicable to machines having configurations other than this one.
  • each piston 16 comprises a head 26 and a foot or tail 28. It has a main axis PP extending from the head to the foot and which is here oriented in the radial direction to the axis XX .
  • the piston 16 has in this case a general shape with symmetry of revolution around this axis, but this is not obligatory.
  • the foot 28 and the head 26 each have a general cylindrical shape with a circular section in a plane perpendicular to the axis PP.
  • the foot 28 has a larger dimension D p in a direction perpendicular to the axis PP.
  • the head 26 has a larger dimension D t in a direction perpendicular to the axis PP. In this case, it concerns diameters.
  • the largest diameter D p of the foot 28 is smaller than the largest diameter D t of the head 26.
  • the head 26 carries the roller 18 coming into contact with the cam 10. It has for example for this purpose a cradle 30 for receiving the roller 18.
  • the cradle 30 has a cylindrical shape having an axis B-B parallel to the axis of rotation XX of the machine and a circular section in a plane perpendicular to the axis B-B.
  • the cradle is open in the direction opposite the foot.
  • the foot 28 having a cavity 32 having a main axis CC.
  • the cavity opens onto two opposite sides of the foot at two respective ends 34 of the cavity opposite each other along the main axis CC.
  • the main axis CC of the cavity 32 is parallel to the axis XX of rotation of the machine.
  • the cavity is open in the direction opposite to the head 26. It extends to a free end of the foot 28 which is opposite the head and is delimited by a cylindrical face 36 oriented in the opposite direction to the head 26
  • the face 36 has generators parallel to the axis CC and perpendicular to the axis PP of the piston 16.
  • the face 36 has a circular section in this case.
  • the piston 16 has an annular groove 35 for receiving a sealing member 37 such as a seal, illustrated in particular in Figure 4 and intended to be in contact with the housing 14 to ensure a seal between the piston and the housing .
  • a sealing member 37 such as a seal, illustrated in particular in Figure 4 and intended to be in contact with the housing 14 to ensure a seal between the piston and the housing .
  • the groove 35 extends in the head 26 of the piston, at one end of the head contiguous to the foot 28.
  • the cavity 32 extends on the same side of the groove 35 as a free end of the foot opposite the head.
  • each housing 14 forms a pressure chamber 41 receiving the foot 28 and configured to be subjected to a pressure of the hydraulic fluid.
  • the foot 28 extends entirely into the pressure chamber.
  • the pressure chamber 41 is in particular a driving chamber when the machine is operating as a motor.
  • the foot 28 has a side face 40 divided into two cylindrical portions of different diameters along the axis P-P since the portion of the foot closest to the head has a reduction in diameter.
  • This face 40 is started by two secondary faces 42 located on either side of the axis P-P.
  • the secondary faces 42 form cavities in this example. Each of them has a cylindrical shape with generators parallel to the P-P axis. They each extend from the free end of foot 28 to head 26.
  • the free end of the foot 28 has a flat face 44 perpendicular to the axis P-P and divided into two portions on either side of the cavity 32.
  • the piston 16 here has two planes of symmetry passing through its axis P-P and perpendicular to each other.
  • each conduit 22 has an end 46 forming a mouth opening into the respective housings 14.
  • each conduit 22 has a rectilinear cylindrical shape and extends in a direction parallel to the axis of rotation X-X.
  • the cavity 32 is in communication with the supply conduit 22.
  • the machine is configured so that, in a position of the piston 16 closest to a bottom 48 of the housing, the cavity 32 extends facing the conduit 'food 22.
  • the piston through its free end, extends closer to the bottom 48 than a mouth 46 of the supply conduit 22 opening into the housing.
  • the machine 2 is configured so that, in the position of the piston 16 closest to the bottom 48 of the housing 14, the piston leaves at least 50% of a section of the mouth 46 free.
  • the foot 28 provides a passage from one side to another of the foot having over an entire length of the passage a section greater than or equal to 50% of a section of the supply conduit 22 opening out in the housing 14. In this case, this section of the passage is greater than or equal to the section of the conduit 22.
  • the cavity 32 has a cylindrical shape, the fluid does not undergo a reduction in passage section when passing from one side to another of the foot 28 in this position of the piston 16.
  • Figure 8 is a schematization of the invention (compared to Fig.
  • the flow is therefore improved and flows more easily along an axis parallel to the axis of rotation X-X.
  • the cavity 32 is arranged so as not to impact the functional surfaces of the piston foot 28.
  • the piston 16 in its stroke in the housing is subjected to circumferential forces 50, with reference to the axis of rotation X-X, due to the rolling of the roller 18 on the cam 10, as illustrated in Figure 11.
  • circumferential forces 50 with reference to the axis of rotation X-X, due to the rolling of the roller 18 on the cam 10, as illustrated in Figure 11.
  • the housing-piston assembly has a functional zone 54 which undergoes significant forces and for which the contact surface and the quantity of material in contact between the cylinder block
  • the cavity 32 also allows the piston foot 28 to deform more easily. Indeed, in addition to the pressure losses, the releases of material in the non-functional zones of the piston foot provide flexibility to the material. This reduces the stress concentration on the lower portion of the leg 28, as shown in Figure 14 which illustrates stress concentration levels in the leg 28 during operation. We thus distinguish a favorable deformation zone 56 in the middle part of the face 36 closest to the head 26 of the piston, and a stress concentration zone 58 at the ends of this face.
  • the cavity 32 is produced for example by milling.
  • a centering point (not shown) can be made to allow machining of the piston if necessary.
  • This point has the shape of a blind cavity penetrating into the foot from face 36 and along the axis P-P of the piston. It offers a socket for housing a tip making it possible to immobilize the piston between this tip and another socket (for example another tip housed in the cradle or on the head 26 before making the cradle).
  • each housing 14 extends in a direction radial to the axis of rotation XX. It extends in the direction of the PP axis of the piston. This direction is coaxial with the housing. It opens into the center of the cavity 32.
  • the invention has a particular interest when the admission/discharge of fluid is done through a lateral conduit, it can also be of interest when the supply is done through the below along a radial axis.
  • the recess is made by scanning a section of particular shape along an axis parallel to the axis of rotation of the engine (the recess not entering into the functional zone of the piston, in particular the piston foot), the fluid supplying the housing is not obstructed in its path to fill the housing.
  • the section of the recess is such that it allows the fluid to enter the chamber without having to undergo a reduction in passage section.
  • the cylinder defining the face 36 of the cavity 32 has an open “V”-shaped section, giving the cavity a “V” or triangular profile shape.
  • the cylinder has a rectangular open section.
  • the cavity 32 is closed in the direction opposite to the head 26 and extends entirely at a distance from the free end of the foot 28.
  • the cavity is in this case cylindrical with a circular section.
  • the machine comprises for each piston 16 a member for blocking rotation of the piston relative to the housing 14.
  • This member here comprises a guide pin.
  • the pin also illustrated in Figure 3, extends on one side of the piston opposite the supply conduit 22. It is mounted partially in a blind conduit provided in one of the secondary faces 42.
  • the conduit has an elongated shape by example following a radial direction to the PP axis of the piston.
  • the pin extends projecting from this face and from the enveloping surface of the foot. She is received in accommodation secondary 62 of the housing, this housing being elongated in a direction parallel to the axis PP.
  • piston 16 is identical to that of Figures 2 to 4. This variant differs regarding the housing 14 of the piston.
  • Each housing 14 comprises a head zone 66 and a foot zone 68 respectively housing the head 26 and the foot 28 of the piston by presenting shapes complementary to these parts of the piston.
  • the foot zone has a diameter in the direction perpendicular to the axis P-P of the housing less than the diameter of the head zone 66 in the same direction.
  • the foot zone 68 is delimited by a main face 70, in this case cylindrical with a circular section in a plane perpendicular to the axis P-P.
  • the secondary cavity 72 is in this case cylindrical, it has an axis parallel to the axis P-P of the housing and its section in a plane perpendicular to this axis is circular in this example. But this section could be rectangular, triangular or have another shape.
  • the secondary cavity 72 opens into the head zone 66 through one of its axial ends.
  • the cavity 72 extends entirely at a distance from a median plane of the housing perpendicular to the axis of rotation XX. It is here intercepted by a plane radial to this axis.
  • the secondary cavity 72 is therefore arranged so as not to impact the functional surfaces of the foot zone 68.
  • the supply conduits 22 have an end 46 forming a mouth opening into the respective housings 14.
  • each conduit 22 has a rectilinear shape and extends in a direction parallel to the axis of rotation XX.
  • the supply conduit 22 opens into the secondary cavity 72 and extends at the height of the foot zone with reference to the axis PP of the housing.
  • Figures 21 and 22 respectively illustrate the low and high positions of the piston 16 in the housing 14.
  • the foot 28 of the piston extends at a distance from the mouth 46 of the supply conduit 22, which it leaves clear, in particular due to the presence of the secondary cavity 72.
  • the latter allows the fluid arriving in the foot zone 68 in engine mode to fill the housing and reach the head 26 of the piston with reduced disturbances and therefore little pressure loss, as illustrated in Figure 24.
  • the fluid passage section is greater near the conduit d power supply 22. This also reduces discharge pressure losses. Indeed, the same advantage exists in pump mode when the piston propels the fluid out of the housing into conduit 22, which is then used for delivery.
  • each lateral cavity formed by the lateral face 42 of the piston has a dimension l c , in a direction perpendicular to the axis PP of the housing, less than the dimension l p , in the same direction, of the secondary cavity 72 of the housing located opposite.
  • This arrangement makes it possible to avoid, during the machining of the secondary cavity 72, generating a burr in a functional sliding zone of the piston foot 28. This also allows for simpler milling, if necessary.
  • the piston comprises a pin 60 received in a groove 62 of the housing in order to prevent rotation of the piston in the housing.
  • the secondary cavity 72 has dimensions, in particular a depth in a plane perpendicular to the axis P-P, insufficient to accommodate the pin 60, which provides coding when receiving the piston in his accommodation. In fact, the operator cannot place the piston in its housing while trying to insert the pin into the cavity secondary.
  • the groove 62 and the cavity 72 are on either side of the median plane of the cylinder block 12 but are not diametrically opposed on either side of the axis PP.
  • the foot zone 68 does not have a plane of symmetry. Their position around the axis here forms an angle of approximately 150°.
  • the cylinder block 12 can be manufactured by giving it its general shape by means of conventional methods, in particular by machining and/or foundry.
  • the secondary cavity 72 and the groove 62 are produced in the foot zone by removing material using the same tool, for example the same milling cutter.
  • FIG. 25 Another embodiment of the machine is illustrated in Figure 25. Only the characteristics of the machine which differ from those of the first mode will be presented. The main difference lies in the creation of the cavity 32 opening onto two opposite sides of the foot 28 in the form of a groove. It is therefore a reduction in the dimensions of the section of the cavity in a plane perpendicular to its axis C-C, in comparison with the first embodiment, the length along this axis remaining unchanged.
  • the cavity has for example the shape of a parallelepiped having a section in a plane perpendicular to the axis C-C which is very thin in a direction perpendicular to the axis XX of the machine. The cavity extends from the free end of the piston foot.
  • the pistons 16 are subjected to tilting forces F relative to their translation axis PP.
  • the tilting forces F are applied in planes perpendicular to the axis XX of the relative rotation of the cylinder block and the cam.
  • the cradle recesses 30 at the top of the pistons are oriented parallel to this axis to allow the rollers 18 present in these recesses to roll against the cam.
  • the cavity 32 made in the piston foot 28 is also parallel to the axis XX of the relative rotation of the cylinder block and the cam.
  • the parts of the guide surface which border this cavity in the piston base have a slight flexibility which allows them to deform in planes perpendicular to the axis ( CC) of the cavity. It is therefore precisely in the planes in which the tilting forces F are significant that these parts of the guide surface can be slightly deformed and increase the surfaces in contact. This makes it possible to limit the negative impact of tilting forces by increasing the contact surface, therefore reducing contact pressures and avoiding excessive localized friction. This reduces wear on the hydraulic machine on the pistons and cylinder block. This flexibility can be obtained by giving other shapes to the cavity.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Reciprocating Pumps (AREA)

Abstract

La machine hydraulique comprend : - un bloc-cylindres présentant des logements, et - des pistons (16) logés dans les logements respectifs, chaque piston comprenant une tête (26) et un pied (28), le pied (28) présentant une plus grande dimension (Dp) suivant une direction perpendiculaire à un axe (P-P) du piston, la plus grande dimension (Dp) étant inférieure à une plus grande dimension (Dt) de la tête suivant la direction perpendiculaire à l'axe, le pied présentant une cavité (32) débouchant sur deux côtés opposés du pied à deux extrémités respectives de la cavité opposées l'une à l'autre suivant un axe principal (C-C) de la cavité.

Description

Machine hydraulique tournante équipée de pistons
DOMAINE DE L’INVENTION
L'invention concerne les machines hydrauliques, en particulier leurs pistons.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Une machine hydraulique tournante comprend généralement un bloc-cylindres présentant des logements dans lesquels sont reçus des pistons. Ces derniers mettent en mouvement un fluide ou sont mis en mouvement par lui selon que la machine fonctionne en pompe ou en moteur.
Un but de l’invention est d’améliorer le fonctionnement des machines hydrauliques tournantes.
EXPOSE DE L’INVENTION
A cet effet, on prévoit selon l’invention une machine hydraulique comprenant :
- un bloc-cylindres présentant des logements et des conduits d’alimentation en fluide des logements respectifs, et
- des pistons logés dans les logements respectifs, chaque piston comprenant une tête et un pied, le pied présentant une plus grande dimension suivant une direction perpendiculaire à un axe du piston, la plus grande dimension étant inférieure à une plus grande dimension de la tête suivant la direction perpendiculaire à l’axe, le pied présentant une cavité en communication avec le conduit d’alimentation du logement du piston, la cavité débouchant sur deux côtés opposés du pied à deux extrémités respectives de la cavité opposées l’une à l’autre suivant un axe principal de la cavité.
La cavité peut avoir plusieurs fonctions selon les modes de réalisation retenus. Elle peut présenter ainsi une fonction de facilitation de l’écoulement du fluide, une fonction d’assouplissement du piston ou les deux à la fois, comme nous allons le voir. Ainsi, on peut prévoir que la cavité permet un passage du fluide d’un côté à l’autre du pied de piston à travers ce dernier.
On réduit alors la perturbation du flux de fluide alimentant le logement en sortant du conduit d’alimentation. Cela permet de réduire les pertes de charges. Réduire les pertes de charges permet donc la réduction de la température du fluide (pour un même effort et à vitesse équivalente). Cette réduction de la température permet de moins limiter la vitesse de rotation de la machine. Cela permet aussi de réduire le cisaillement du fluide, ce qui évite son vieillissement prématuré. Ainsi, la cavité permet de faciliter le remplissage du logement par le fluide venant du conduit d’alimentation sans nuire à la compacité de l’ensemble.
On peut prévoir que la cavité s’étend à une extrémité libre du pied.
On peut alors prévoir que la cavité permet au pied de piston de se déformer plus facilement.
On peut prévoir en outre qu’elle permet aussi alors d’augmenter la section de passage entre le pied de piston et l’alésage inférieur du bloc-cylindres.
On peut prévoir au contraire que la cavité s’étend intégralement à distance d’une extrémité libre du pied.
On peut prévoir que la cavité est ouverte en direction opposée à la tête.
On peut prévoir que la cavité est fermée en direction opposée à la tête.
On peut prévoir que la cavité est délimitée par au moins une face orientée en direction opposée à la tête.
On peut prévoir que la cavité est délimitée par au moins une face cylindrique présentant des génératrices perpendiculaires à l’axe du piston.
On rappelle au passage que la section de la cavité peut être circulaire, mais aussi rectangulaire, triangulaire, etc.
On peut prévoir au contraire que la face ne soit pas cylindrique, par exemple en ayant une section longitudinale ellipsoïde ou oblongue. On peut prévoir que la cavité présente une section circulaire.
On peut prévoir que l’axe principal de la cavité est parallèle à un axe de rotation de la machine.
On peut prévoir au moins l’une des caractéristiques suivantes :
- chaque logement forme une chambre à pression configurée pour être soumise à une pression d’un fluide hydraulique ;
- le pied s’étend intégralement dans la chambre à pression ;
- le piston, notamment la tête du piston, porte un organe d’étanchéité en contact avec le logement ; et
- l’organe d’étanchéité s’étend à une extrémité de la tête contiguë au pied.
La chambre à pression est en particulier une chambre motrice lorsque la machine fonctionne en moteur. En mode pompe, la chambre à pression est celle qui génère la circulation du fluide.
On peut prévoir que le pied présente une face latérale circulaire entamée par deux faces secondaires situées de part et d’autre de l’axe du piston.
Ces faces facilitent le remplissage du logement par le fluide suivant la direction de l’axe du piston qui est radiale à l’axe de rotation de la machine.
On peut prévoir que les faces secondaires forment des cavités.
Le remplissage par le fluide est ainsi encore plus facile.
On peut prévoir qu’une extrémité libre du pied présente une face plane perpendiculaire à l’axe du piston.
On peut prévoir que la machine est configurée de sorte que, dans une position du piston la plus proche d’un fond du logement, la cavité s’étend en regard du conduit d’alimentation.
Cette situation s’applique quelle que soit l’orientation, axiale ou radiale, du conduit d’alimentation. La situation « en regard » peut donc signifier « en face » et/ou « au-dessus ». Ainsi, le flux entrant dans le logement par le conduit d’alimentation débouche en face de la cavité lorsque le piston est en position basse.
On peut prévoir que la machine est configurée de sorte que, dans une position du piston la plus proche d’un fond du logement, le piston s’étend plus près du fond qu’une embouchure du conduit d’alimentation débouchant dans le logement.
Ainsi, en l’absence de la cavité, le pied s’étendrait en regard de toute l’embouchure du conduit d’alimentation, voire l’obstruerait totalement. La cavité permet donc d’avoir un pied long qui descend très bas pour un meilleur guidage en coulissement du piston tout en ayant un bon écoulement de fluide en sortie du conduit d’alimentation.
On peut prévoir que la machine est configurée de sorte que, dans une position du piston la plus proche d’un fond du logement, le piston laisse libre au moins 50% d’une section d’une embouchure du conduit d’alimentation débouchant dans le logement.
Par « laisser libre », on entend qu’une projection du piston sur un plan orthogonal à l’axe de rotation de la machine ne recouvre pas la projection de l’embouchure du conduit d’alimentation sur ce même plan.
On peut prévoir que la machine est configurée de sorte que, dans la position du piston la plus proche du fond, le piston laisse libre 100% de la section du conduit d’alimentation.
Ainsi le pied de piston ne forme aucun obstacle à l’entrée du fluide dans le logement.
On peut prévoir la machine est configurée de sorte que, dans une position du piston la plus proche d’un fond du logement, le pied laisse libre un passage d’un côté à un autre du pied ayant sur toute une longueur du passage une section supérieure ou égale à 50% d’une section d’une embouchure du conduit d’alimentation débouchant dans le logement. On peut prévoir que la machine est configurée de sorte que, dans la position du piston la plus proche du fond, la section du passage est sur toute la longueur du passage supérieure ou égale à la section de l’embouchure.
On peut prévoir que la machine est configurée de sorte que, dans une position du piston la plus proche d’un fond du logement, un fluide ne subit pas de réduction de section de passage en passant d’un côté à un autre du pied.
On peut prévoir que le bloc-cylindres présente des conduits d’alimentation s’étendant suivant une direction parallèle à un axe de rotation de la machine.
Cette orientation permet de réaliser un gain de compacité dans le bloc-cylindres par comparaison avec une orientation radiale du conduit.
On peut prévoir que le bloc-cylindres présente des conduits d’alimentation s’étendant suivant une direction radiale à un axe de rotation de la machine.
On peut prévoir que la direction est coaxiale au logement.
On peut prévoir que la machine comprend pour chaque piston un organe de blocage en rotation du piston par rapport au logement.
On peut prévoir que l’organe de blocage comprend une goupille de guidage ou une agrafe.
On peut prévoir que l’organe de blocage s’étend au niveau du pied de piston d’un côté du piston opposé au conduit d’alimentation.
On peut prévoir que chaque logement comprend une zone de tête et une zone de pied, la zone de pied étant délimitée par une face principale et présentant une cavité de logement :
- entamant la face principale,
- s’étendant suivant une direction allant d’un fond du logement à la zone de tête, et
- n’assurant pas un blocage en rotation du piston.
Ainsi, la cavité de logement permet d’élargir la section de passage du fluide dans des zones où il aurait dû avoir une section de passage très réduite. Elle y réduit la perturbation du flux de fluide. La cavité de logement facilite ainsi le remplissage du logement par le fluide, ainsi que son évacuation. L’arrivée du fluide dans le logement a lieu sans écrasement préalable et permet d’initier le mouvement du piston vers le haut. Cet agencement permet de réduire les pertes de charges et la température du fluide, de ne pas moins limiter la vitesse de rotation et de réduire le cisaillement du fluide.
On peut prévoir que :
- la cavité de logement s’étend d’un même côté du piston que le conduit d’alimentation ;
- la cavité de logement présente des dimensions insuffisantes pour accueillir la goupille ;
- le logement ne présente pas de plan de symétrie ; et/ou
- la cavité de logement débouche dans la zone de tête.
On peut prévoir que la cavité de logement s’étend intégralement à une distance d’un axe du logement inférieure à une plus grande distance séparant la zone de tête et l’axe.
La cavité de logement ne s’étend pas nécessairement dans le prolongement d’une face de la zone de tête du logement.
On peut prévoir que la cavité de logement s’étend intégralement à distance d’un plan médian du logement perpendiculaire à un axe de rotation de la machine.
Ainsi, la cavité de logement s’étend hors de la zone fonctionnelle qui englobe des zones du piston et du logement qui sont en appui mutuel suivant la direction circonférentielle à l’axe de rotation. La position de la cavité de logement préserve donc cette zone.
On peut prévoir que la cavité de logement est cylindrique.
On peut prévoir que la cavité de logement présente un axe parallèle à un axe du logement.
On peut prévoir que la cavité de logement présente un axe perpendiculaire à un axe du logement. On peut prévoir que la cavité de logement présente un axe incliné par rapport à un axe du logement.
On peut prévoir que le conduit d’alimentation débouche dans la cavité de logement.
Cet agencement facilite encore l’entrée du fluide dans le logement ainsi que sa sortie. De plus, il réduit la longueur du conduit d’alimentation. Son temps d’usinage est donc également raccourci le cas échéant, en compensation du temps supplémentaire requis pour l’usinage de la cavité de logement.
On peut prévoir que le conduit d’alimentation du logement s’étend à hauteur de la zone de pied par référence à un axe du logement.
Il s’agit donc d’un agencement dans lequel le conduit ne débouche pas dans un volume situé sous la zone de pied mais directement à hauteur de celle-ci.
On peut prévoir que le piston comprend un pied présentant une face principale et une face secondaire entamant la face principale du pied du piston, la cavité de logement présentant une dimension suivant une direction perpendiculaire à un axe du logement inférieure à une dimension de la face secondaire suivant la direction perpendiculaire à l’axe.
On prévoit également selon l’invention un piston pour machine hydraulique, le piston comprenant une tête et un pied, et présentant une gorge de réception d’un organe d’étanchéité, le pied présentant une plus grande dimension suivant une direction perpendiculaire à un axe du piston, la plus grande dimension étant inférieure à une plus grande dimension de la tête suivant la direction perpendiculaire à l’axe, le pied présentant une cavité débouchant sur deux côtés opposés du pied à deux extrémités respectives de la cavité opposées l’une à l’autre suivant un axe principal de la cavité, la cavité s’étendant d’un même côté de la gorge de réception d’un organe d’étanchéité qu’une extrémité libre du pied. La cavité débouche ainsi dans une zone du piston agencée pour être soumise à une pression d’un fluide hydraulique. Il s’agit en particulier d’une pression motrice lorsque la machine fonctionne en moteur.
DESCRIPTION DES FIGURES
Nous allons maintenant présenter des modes de réalisation de l'invention et des variantes à titre d'exemples non-limitatifs à l'appui des dessins sur lesquels :
- la figure 1 est une vue en coupe axiale d’une machine selon un premier mode de réalisation de l’invention ;
- les figures 2 à 5 sont des vues d’un des pistons de la machine de la figure 1 ;
- les figures 6 et 7 sont des vues en coupes transversale et axiale du piston dans son logement du bloc-cylindres ;
- la figure 8 est une vue analogue à la précédente mais schématique montrant les sections de passage et les flux de fluide dans quatre plans parallèles À, B, C et D ;
- les figures 9 et 10 sont des vues partielles en coupe du bloc-cylindres de la machine et la figure 11 une vue en perspective du bloc-cylindres ;
- les figures 12 et 13 sont des schémas des zones fonctionnelles du bloc-cylindres et du piston ;
- la figure 14 est une vue illustrant les contraintes dans le pied de piston ;
- les figures 15 à 20 sont des vues illustrant des variantes de réalisation ;
- les figures 21 et 22 sont des vues d’une autre variante montrant deux positions du piston dans son logement ;
- la figure 23 est une vue en coupe transversale du piston et du logement,
- la figure 24 montre le passage du fluide dans le logement, et
- la figure 25 est une vue locale en coupe d’un piston et du bloc-cylindres dans un deuxième mode de réalisation, montrant les sollicitations du bloc-cylindres sur le piston.
Présentation d’un premier mode de réalisation
On a illustré aux figures 1 à 14 une machine hydraulique tournante 2 selon un mode de réalisation de l’invention. La machine 2 comprend une partie fixe et une partie tournante montée mobile à rotation par rapport à la partie fixe autour d’un axe de rotation X-X. Elle comprend ainsi un carter 4 et un arbre central 6 monté mobile à rotation par rapport au carter au moyen de paliers 8. Une came 10 est fixée rigidement au carter. Un bloc-cylindres 12 est lié en rotation à l’arbre 6. Il présente des logements 14 recevant des pistons respectifs 16 montés mobiles à coulissement dans les logements chacun suivant une direction radiale à l’axe X-X. Chaque piston porte un galet 18 apte à venir rouler sur une piste de la came 10 présentant à cette fin des lobes connus en eux-mêmes et non-illustrés.
La machine comprend un distributeur 20 relié à un circuit de fluide haute pression et à un circuit de fluide basse pression. Pour chaque logement 14, le bloc- cylindres 12 comprend un conduit 22 d’alimentation et de refoulement en fluide débouchant dans le logement. La machine est agencée de sorte que le distributeur 20 met le conduit d’alimentation 22 tantôt en communication avec le circuit à haute pression, tantôt avec le circuit à basse pression en fonction de la position angulaire de l’arbre 6 (et donc du bloc-cylindres) par rapport au carter 4.
Lorsque les logements 14 sont alimentés à tour de rôle en fluide à haute pression, la pression est communiquée aux pistons 16 concernés qui coulissent dans leur logement et par roulement du galet 18 contre la came 10 provoquent la rotation de la partie tournante. La machine fonctionne alors en moteur pour faire tourner une charge. Lorsque, au contraire, on fait tourner l’arbre 6 par rapport au carter 4, la forme de la came 10 provoque le coulissement des pistons 16 à tour de rôle, ce qui entraine le refoulement du fluide de chaque logement 14 dans le circuit à haute pression. La machine fonctionne alors en pompe.
L’invention est applicable à des machines présentant d’autres configurations que celle-ci.
Comme illustré aux figures 2 à 5, chaque piston 16 comprend une tête 26 et un pied ou queue 28. Il présente un axe principal P-P s’étendant de la tête au pied et qui est ici orienté suivant la direction radiale à l’axe X-X. Le piston 16 présente en l’espèce une forme générale à symétrie de révolution autour de cet axe, mais cela n’est pas obligatoire. Dans cet exemple, le pied 28 et la tête 26 ont chacun une forme générale cylindrique à section circulaire dans un plan perpendiculaire à l’axe P-P.
Comme illustré notamment à la figure A, le pied 28 présente une plus grande dimension Dp suivant une direction perpendiculaire à l’axe P-P. De même, la tête 26 présente une plus grande dimension Dt suivant une direction perpendiculaire à l’axe P-P. En l’espèce, il s’agit de diamètres. Le plus grand diamètre Dp du pied 28 est plus petit que le plus grand diamètre Dt de la tête 26.
Il s’agit donc d’un piston étagé 16, lui-même logé dans un logement étagé 14 de forme complémentaire comme illustré aux figures 6 et 7. Comme illustré aux figures 9 et 10, de telles formes procurent des avantages en termes de compacité par rapport à des pistons ayant une forme générale de cylindre. En effet, grâce aux pistons étagés, on peut avoir une même cylindrée efficace tout en rapprochant les axes P-P des pistons les uns des autres comme le montre la figure 9. L’angle a sur cette figure est ainsi réduit par rapport à celui qu’on obtiendrait avec des pistons non étagés, à savoir dans lesquels le piston a sur toute sa longueur le diamètre de la tête 26. Cette forme rapproche aussi les logements 1 de l'axe de rotation X-X du bloc-cylindres 12 : la distance d sur la figure 10 entre le fond 48 de chaque logement 14 et la face interne 29 du bloc-cylindres 12 est réduite.
La tête 26 porte le galet 18 venant en contact avec la came 10. Elle présente par exemple à cette fin un berceau 30 de réception du galet 18. Le berceau 30 a une forme cylindrique ayant un axe B-B parallèle à l’axe de rotation X-X de la machine et une section circulaire dans un plan perpendiculaire à l’axe B-B. Le berceau est ouvert en direction opposée au pied.
Le pied 28 présentant une cavité 32 présentant un axe principal C-C. La cavité débouche sur deux côtés opposés du pied à deux extrémités respectives 34 de la cavité opposées l’une à l’autre suivant l’axe principal C-C. En l’espèce, l’axe principal C-C de la cavité 32 est parallèle à l’axe X-X de rotation de la machine. En l’espèce, la cavité est ouverte en direction opposée à la tête 26. Elle s’étend à une extrémité libre du pied 28 qui est opposée à la tête et est délimitée par une face cylindrique 36 orientée en direction opposée à la tête 26. La face 36 présente des génératrices parallèles à l’axe C-C et perpendiculaires à l’axe P-P du piston 16. La face 36 a une section circulaire en l’espèce. Le piston 16 présente une gorge annulaire 35 de réception d’un organe d’étanchéité 37 tel qu’un joint, illustré notamment à la figure 4 et destiné à être en contact avec le logement 14 pour assurer une étanchéité entre le piston et le logement. En l’espèce, la gorge 35 s’étend dans la tête 26 du piston, à une extrémité de la tête contiguë au pied 28. La cavité 32 s’étend d’un même côté de la gorge 35 qu’une extrémité libre du pied opposée à la tête.
Grâce à cet organe d’étanchéité 37, chaque logement 14 forme une chambre à pression 41 recevant le pied 28 et configurée pour être soumise à une pression du fluide hydraulique. Le pied 28 s’étend intégralement dans la chambre à pression. La chambre à pression 41 est en particulier une chambre motrice lorsque la machine fonctionne en moteur.
En l’espèce, le pied 28 présente une face latérale 40 divisée en deux portions cylindriques de diamètres différents le long de l’axe P-P puisque la portion du pied la plus proche de la tête présente une réduction de diamètre. Cette face 40 est entamée par deux faces secondaires 42 situées de part et d’autre de l’axe P-P. Les faces secondaires 42 forment des cavités dans cet exemple. Chacune d’elles a une forme cylindrique avec des génératrices parallèles à l’axe P-P. Elles s’étendent chacune de l’extrémité libre du pied 28 à la tête 26.
En l’espèce, l’extrémité libre du pied 28 présente une face plane 44 perpendiculaire à l’axe P-P et divisée en deux portions de part et d’autre de la cavité 32.
Le piston 16 présente ici deux plans de symétrie passant par son axe P-P et perpendiculaires entre eux.
En référence aux figures 6 et 7, dans le bloc-cylindres 12, les conduits d’alimentation 22 ont une extrémité 46 formant une embouchure débouchant dans les logements 14 respectifs. En l’espèce, chaque conduit 22 a une forme cylindrique rectiligne et s’étend suivant une direction parallèle à l’axe de rotation X-X.
La cavité 32 est en communication avec le conduit d’alimentation 22. La machine est configurée de sorte que, dans une position du piston 16 la plus proche d’un fond 48 du logement, la cavité 32 s’étend en regard du conduit d’alimentation 22. On observe cette situation à la figure 6 (et aux figures 15, 16 et 21 pour les variantes suivantes). Comme illustré à la figures 6, le piston, par son extrémité libre, s’étend plus près du fond 48 qu’une embouchure 46 du conduit d’alimentation 22 débouchant dans le logement.
La machine 2 est configurée de sorte que, dans la position du piston 16 la plus proche du fond 48 du logement 14, le piston laisse libre au moins 50% d’une section de l’embouchure 46. Comme on le voit sur la figure 8, dans cette position du piston 16, le pied 28 ménage un passage d’un côté à un autre du pied ayant sur toute une longueur du passage une section supérieure ou égale à 50% d’une section du conduit d’alimentation 22 débouchant dans le logement 14. En l’espèce, cette section du passage est supérieure ou égale à la section du conduit 22. Comme la cavité 32 a une forme cylindrique, le fluide ne subit pas de réduction de section de passage en passant d’un côté à un autre du pied 28 dans cette position du piston 16. Notamment, la figure 8 est une schématisation de l'invention (par rapport à la fig. 7) qui permet d'illustrer le fait que, si l'on s’intéresse à la section de passage du fluide dans la position la plus basse du piston 16 dans le cylindre et particulièrement la portion inférieure (c’est-à-dire sous le plan P orthogonal à l’axe du piston passant par le centre du conduit d’alimentation), on observe que, grâce à l’invention, la section de passage du fluide au travers les différents plans B, C ou D peut n’être pas inférieure à la section de passage du fluide au travers du plan À. En conséquence, la section transversale traversée par la partie du fluide destinée à remplir le bas du logement ne voit pas dans sa course une réduction de section qui pourrait entrainer des pertes de charge. Àu contraire, pour chaque plan de coupe, la section de passage correspondante n’est jamais inférieure à la section de passage concernée du conduit 22. Le flux est donc amélioré et s’écoule plus facilement suivant un axe parallèle à l’axe de rotation X-X. La cavité 32 est disposée de façon à ne pas impacter les surfaces fonctionnelles du pied 28 de piston. On sait en effet que le piston 16 dans sa course dans le logement est soumis à des efforts circonférentiels 50, par référence à l’axe de rotation X-X, dus au roulement du galet 18 sur la came 10, comme illustré à la figure 11. En revanche,
11 ne subit pas d'effort axial 52 suivant l'axe X-X. De ce fait, l'ensemble logement- piston a une zone fonctionnelle 54 qui subit des efforts importants et pour laquelle la surface de contact et la quantité de matière en contact entre le bloc-cylindres
12 et le piston 16 doivent être préservées. Il s'agit d'une zone s’étendant suivant la direction circonférentielle sur le logement et sur le piston comme illustré aux figures 12 et 13. Cette zone fonctionnelle 54 représentée sur le dessin pour le haut du logement est aussi vraie pour le pied 28 de piston. Pour cette raison, le pied 28 permet dans ses zones orientées suivant la direction circonférentielle du bloc- cylindres un guidage plus long du piston suivant l’axe P-P pour contrer les efforts circonférentiels. En revanche, les autres zones du pied 28, orientées suivant la direction axiale X-X et subissant moins d'efforts, peuvent supporter un dégagement de matière. La cavité principale 32 et les cavités latérales formées par la faces secondaires 42 se trouvent hors de cette zone fonctionnelle 54 et ne compromettent donc pas les performances à cet égard.
La cavité 32 permet aussi au pied 28 de piston de se déformer plus facilement. En effet, outre les pertes de charge, les dégagements de matière dans les zones non fonctionnelles du pied de piston apportent une souplesse à la matière. Cela réduit la concentration de contraintes sur la partie inférieure du pied 28, comme le montre la figure 14 qui illustre des niveaux de concentration de contrainte dans le pied 28 lors du fonctionnement. On distingue ainsi une zone de déformation favorable 56 dans la partie médiane de la face 36 la plus proche de la tête 26 du piston, et une zone de concentration de contraintes 58 aux extrémités de cette face.
La cavité 32 est réalisée par exemple par fraisage. Un point de centrage (non- illustré) peut être réalisé pour permettre une rectification d’usinage du piston si nécessaire. Ce point a la forme d’une cavité borgne pénétrant dans le pied à partir de la face 36 et suivant l’axe P-P du piston. Il offre une prise pour loger une pointe permettant d’immobiliser le piston entre cette pointe et une autre prise (par exemple une autre pointe logée dans le berceau ou sur la tête 26 avant réalisation du berceau).
Variantes de réalisation
Nous allons décrire dans la suite des variantes de réalisation. Les caractéristiques en commun avec le mode de réalisation décrit plus haut ne sont pas décrites à nouveau. Dans la variante de réalisation des figures 15 et 16, dans le bloc-cylindres 12, le conduit 22 d’alimentation de chaque logement 14 s’étend suivant une direction radiale à l’axe de rotation X-X. Il s’étend suivant la direction de l’axe P-P du piston. Cette direction est coaxiale au logement. Il débouche au centre de la cavité 32. En effet, bien que l’invention aie un intérêt particulier lorsque l’admission/refoulement de fluide se fait par un conduit latéral, elle peut avoir aussi un intérêt lorsque l’alimentation se fait par le dessous selon un axe radial. Comme on le voit sur les figures, avec une alimentation par le dessous du pied de piston, si l’évidement est réalisé par balayage d’une section de forme particulière suivant un axe parallèle à l’axe de rotation du moteur (l’évidement n’entamant pas la zone fonctionnelle du piston, notamment du pied de piston), le fluide alimentant le logement ne subit pas d’obstruction dans son parcours pour remplir le logement. Ici aussi, on peut prévoir que la section de l’évidement est telle qu’il permet au fluide de s’introduire dans la chambre sans avoir à subir de réduction de section de passage.
Dans la variante de réalisation de la figure 17, le cylindre définissant la face 36 de la cavité 32 a une section ouverte en forme de « V », donnant à la cavité une forme à profil en « V » ou triangulaire.
Dans la variante de réalisation de la figure 18, le cylindre a une section ouverte rectangulaire.
Dans la variante de réalisation de la figure 19, la cavité 32 est fermée en direction opposée à la tête 26 et s’étend intégralement à distance de l’extrémité libre du pied 28. La cavité est en l’espèce cylindrique à section circulaire.
Dans la variante de réalisation de la figure 20, la machine comprend pour chaque piston 16 un organe de blocage en rotation du piston par rapport au logement 14. Cet organe comprend ici une goupille de guidage. La goupille, également illustrée à la figure 3, s’étend d’un côté du piston opposé au conduit d’alimentation 22. Elle est montée partiellement dans un conduit borgne ménagé dans une des faces secondaires 42. Le conduit a une forme allongée par exemple suivant une direction radiale à l’axe P-P du piston. La goupille s’étend en saillie de cette face et de la surface enveloppe du pied. Elle est reçue dans un logement secondaire 62 du logement, ce logement étant allongé suivant une direction parallèle à l’axe P-P.
Dans la variante des figures 21 à 24, le piston 16 est identique à celui des figures 2 à 4. Cette variante en diffère au sujet du logement 14 du piston.
Chaque logement 14 comprend une zone de tête 66 et une zone de pied 68 accueillant respectivement la tête 26 et le pied 28 du piston en présentant des formes complémentaires à ces parties du piston. Ainsi, la zone de pied présente un diamètre suivant la direction perpendiculaire à l’axe P-P du logement inférieure au diamètre de la zone de tête 66 suivant la même direction.
La zone de pied 68 est délimitée par une face principale 70, en l’espèce cylindrique à section circulaire dans un plan perpendiculaire à l’axe P-P.
Elle présente une cavité secondaire 72 :
- entamant la face principale 70,
- s’étendant suivant une direction allant d’un fond 48 du logement à la zone de tête 66, et
- n’assurant pas un blocage en rotation du piston 16.
La cavité secondaire 72 est en l’espèce cylindrique, elle présente un axe parallèle à l’axe P-P du logement et sa section dans un plan perpendiculaire à cet axe est circulaire dans cet exemple. Mais cette section pourrait être rectangulaire, triangulaire ou avoir une autre forme.
En l’espèce, la cavité secondaire 72 débouche dans la zone de tête 66 par une de ses extrémités axiales.
Elle s’étend intégralement à une distance de l’axe P-P du logement 14 inférieure à une plus grande distance séparant la zone de tête 66 et l’axe P-P. Ainsi elle n’est pas dans le prolongement d’une face de la zone de tête. La cavité 72 s’étend intégralement à distance d’un plan médian du logement perpendiculaire à l’axe de rotation X-X. Elle est ici interceptée par un plan radial à cet axe. La cavité secondaire 72 est donc disposée de façon à ne pas impacter les surfaces fonctionnelles de la zone de pied 68. En référence aux figures 21 et 22, dans le bloc-cylindres 12, les conduits d’alimentation 22 ont une extrémité 46 formant une embouchure débouchant dans les logements 14 respectifs. En l’espèce, chaque conduit 22 a une forme rectiligne et s’étend suivant une direction parallèle à l’axe de rotation X-X. Le conduit d’alimentation 22 débouche dans la cavité secondaire 72 et s’étend à hauteur de la zone de pied par référence à l’axe P-P du logement.
Les figures 21 et 22 illustrent respectivement les positions basse et haute du piston 16 dans le logement 14. Comme on le voit sur la figure 21 , en position basse, qui est la position du piston la plus proche du fond 48 du logement, le pied 28 du piston s’étend à distance de l’embouchure 46 du conduit d’alimentation 22, qu’il laisse dégagée, notamment en raison de la présence de la cavité secondaire 72. Cette dernière permet au fluide arrivant dans la zone de pied 68 en mode moteur de remplir le logement et d’atteindre la tête 26 du piston avec des perturbations réduites et donc peu de pertes de charge, comme illustré à la figure 24. Ainsi, la section de passage de fluide est plus importante près du conduit d’alimentation 22. Cela réduit aussi les pertes de charge au refoulement. En effet, le même avantage existe en mode pompe lorsque le piston propulse le fluide hors du logement dans le conduit 22, qui sert alors au refoulement.
Comme illustré à la figure 23, chaque cavité latérale formée par la face latérale 42 du piston présente une dimension lc, suivant une direction perpendiculaire à l’axe P-P du logement, inférieure à la dimension lp, suivant la même direction, de la cavité secondaire 72 du logement située en regard. Cet agencement permet d’éviter, lors de l’usinage de la cavité secondaire 72, de générer une bavure dans une zone fonctionnelle de glissement du pied 28 de piston. Cela permet aussi un fraisage plus simple, le cas échéant.
Comme dans la variante de la figure 20, le piston comprend une goupille 60 reçue dans une rainure 62 du logement afin d’empêcher la rotation du piston dans le logement. Au contraire de la rainure 62, la cavité secondaire 72 présente des dimensions, en particulier une profondeur dans un plan perpendiculaire à l’axe P- P, insuffisantes pour accueillir la goupille 60, ce qui procure un détrompage lors de la réception du piston dans son logement. En effet, l’opérateur ne peut pas placer le piston dans son logement en tentant d’insérer la goupille dans la cavité secondaire. La rainure 62 et la cavité 72 se trouvent de part et d’autre du plan médian du bloc-cylindres 12 mais ne sont pas diamétralement opposées de part et d’autre de l’axe P-P. Ainsi, la zone de pied 68 ne présente pas de plan de symétrie. Leur position autour de l’axe forme ici un angle d’environ 150 ° .
On peut fabriquer le bloc-cylindres 12 en lui donnant sa forme générale au moyen de méthodes classiques, notamment par usinage et/ou fonderie. En l’espèce, on réalise la cavité secondaire 72 et la rainure 62 dans la zone de pied par enlèvement de matière au moyen d’un même outil, par exemple une même fraise.
Deuxième mode de réalisation
On a illustré à la figure 25 un autre mode de réalisation de la machine. Seules les caractéristiques de la machine qui diffèrent de celles du premier mode seront présentées. La principale différence réside dans la réalisation de la cavité 32 débouchant sur deux côtés opposés du pied 28 sous la forme d’une rainure. Il s’agit donc d’une réduction des dimensions de la section de la cavité dans un plan perpendiculaire à son axe C-C, par comparaison avec le premier mode de réalisation, la longueur suivant cet axe demeurant inchangée. La cavité a par exemple une forme de parallélépipède ayant une section dans un plan perpendiculaire à l’axe C-C très peu épaisse dans une direction perpendiculaire à l’axe X-X de la machine. La cavité s’étend à partir de l’extrémité libre du pied de piston. Elle est délimitée par deux faces planes parallèles entre elles et parallèles à une direction radiale à l’axe X-X. Elle ressemble à une cavité qui serait obtenue au moyen d’un trait de scie donné dans le piston à partir du pied de piston. Elle peut être obtenue par ce moyen ou par d’autres.
Lors du fonctionnement de la machine hydraulique (lors de la rotation relative du bloc-cylindres 12 et de la came 10), les pistons 16 sont soumis à des efforts de basculement F par rapport à leur axe de translation P-P. Les efforts de basculement F sont appliqués dans des plans perpendiculaires à l'axe X-X de la rotation relative du bloc-cylindres et de la came. Les évidements en berceau 30 du haut des pistons sont orientés parallèlement à cet axe pour permettre le roulement des galets 18 présents dans ces évidements, contre la came. La cavité 32 réalisée dans le pied 28 de piston est également parallèle à l'axe X-X de la rotation relative du bloc-cylindres et de la came. Du fait de la présence de cette cavité supplémentaire dans le pied de piston, les parties de la surface de guidage qui bordent cette cavité dans le pied de piston présentent une légère flexibilité qui leur permet de se déformer dans des plans perpendiculaires à l'axe (C-C) de la cavité. C'est donc précisément dans les plans dans lesquels les efforts de basculement F sont importants que peuvent se déformer légèrement ces parties de la surface de guidage et augmenter les surfaces en contact. Ceci permet de limiter l'impact négatif des efforts de basculement en augmentant la surface de contact, donc en diminuant les pressions de contact et en évitant les frottements localisés excessifs. Cela permet de diminuer l’usure de la machine hydraulique au niveau des pistons et du bloc-cylindres. Cette flexibilité peut être obtenue en donnant d’autres formes à la cavité.
On pourra apporter à l’invention de nombreuses modifications sans sortir du cadre de celle-ci.

Claims

Revendications
1. Machine hydraulique (2) comprenant :
- un bloc-cylindres (12) présentant des logements (14) et des conduits (22) d’alimentation en fluide des logements respectifs, et
- des pistons (16) logés dans les logements respectifs, chaque piston comprenant une tête (26) et un pied (28), le pied (28) présentant une plus grande dimension (Dp) suivant une direction perpendiculaire à un axe (P-P) du piston, la plus grande dimension (Dp) étant inférieure à une plus grande dimension (Dt) de la tête suivant la direction perpendiculaire à l’axe, le pied présentant une cavité (32) en communication avec le conduit d’alimentation (22) du logement du piston, la cavité débouchant sur deux côtés opposés du pied à deux extrémités (46) respectives de la cavité opposées l’une à l’autre suivant un axe principal (C-C) de la cavité.
2. Machine selon la revendication précédente dans laquelle la cavité (32) s’étend à une extrémité libre du pied (28).
3. Machine selon la revendication 1 dans laquelle la cavité (32) s’étend intégralement à distance d’une extrémité libre du pied (28).
4. Machine selon au moins l’une des revendications précédentes dans laquelle la cavité (32) est délimitée par au moins une face (36) orientée en direction opposée à la tête (26).
5. Machine selon au moins l’une des revendications précédentes dans laquelle la cavité (32) est délimitée par au moins une face cylindrique (36) présentant des génératrices perpendiculaires à l’axe (P-P) du piston.
6. Machine selon au moins l’une des revendications précédentes dans laquelle la cavité (32) présente une section circulaire.
7. Machine selon au moins l’une des revendications précédentes dans laquelle l’axe principal (C-C) de la cavité (32) est parallèle à un axe de rotation (X-X) de la machine.
8. Machine selon au moins l’une des revendications précédentes dans laquelle le pied (28) présente une face latérale circulaire (40) entamée par deux faces secondaires (42) situées de part et d’autre de l’axe (P-P) du piston.
9. Machine selon la revendication précédente dans laquelle les faces secondaires (42) forment des cavités.
10. Machine selon au moins l’une des revendications précédentes, la machine étant configurée de sorte que, dans une position du piston (16) la plus proche d’un fond (48) du logement, la cavité (32) s’étend en regard du conduit d’alimentation (22).
11. Machine selon au moins l’une des revendications précédentes, la machine étant configurée de sorte que, dans une position du piston (16) la plus proche d’un fond (48) du logement, le piston laisse libre au moins 50% d’une section d’une embouchure (46) du conduit d’alimentation débouchant dans le logement.
12. Machine selon la revendication précédente, la machine étant configurée de sorte que, dans la position du piston (16) la plus proche du fond, le piston laisse libre 100% de la section.
13. Machine selon au moins l’une des revendications précédentes, la machine étant configurée de sorte que, dans une position du piston (16) la plus proche d’un fond (48) du logement, le pied (28) laisse libre un passage d’un côté à un autre du pied ayant sur toute une longueur du passage une section supérieure ou égale à 50% d’une section d’une embouchure (46) du conduit d’alimentation débouchant dans le logement.
14. Machine selon au moins l’une des revendications précédentes, la machine étant configurée de sorte que, dans une position du piston (16) la plus proche d’un fond (48) du logement, un fluide ne subit pas de réduction de section de passage en passant d’un côté à un autre du pied (28).
15. Machine selon au moins l’une des revendications précédentes dans laquelle les conduits d’alimentation (22) s’étendent suivant une direction parallèle à un axe de rotation (X-X) de la machine.
16. Machine selon au moins l’une des revendications 1 à 14 dans laquelle les conduits d’alimentation (22) s’étendant suivant une direction radiale à un axe de rotation (X-X) de la machine.
17. Machine selon au moins l’une des revendications précédentes qui comprend pour chaque piston (16) un organe (60) de blocage en rotation du piston (16) par rapport au logement (14).
18. Machine selon la revendication précédente dans laquelle l’organe de blocage s’étend au niveau du pied de piston d’un côté du piston (16) opposé au conduit d’alimentation (22).
19. Machine selon la revendication précédente dans laquelle l’organe de blocage (60) comprend une goupille de guidage.
20. Machine selon au moins l’une des revendications précédentes dans laquelle chaque logement comprend une zone de tête (66) et une zone de pied (68), la zone de pied étant délimitée par une face principale (70) et présentant une cavité de logement (72):
- entamant la face principale (70),
- s’étendant suivant une direction allant d’un fond (48) du logement à la zone de tête, et
- n’assurant pas un blocage en rotation du piston.
21. Machine selon la revendication précédente dans laquelle la cavité de logement (72) s’étend d’un même côté du piston que le conduit d’alimentation (22).
22. Machine selon la revendication 19 et l’une des revendications 20 et 21 dans laquelle la cavité de logement (72) présente des dimensions insuffisantes pour accueillir la goupille.
23. Machine selon au moins l’une des revendications précédentes dans laquelle le logement (14) ne présente pas de plan de symétrie.
24. Piston (16) pour machine hydraulique, le piston comprenant une tête (26) et un pied (28), et présentant une gorge (35) de réception d’un organe d’étanchéité (37), le pied présentant une plus grande dimension (Dp) suivant une direction perpendiculaire à un axe (P-P) du piston, la plus grande dimension étant inférieure à une plus grande dimension (Dt) de la tête suivant la direction perpendiculaire à l’axe, le pied présentant une cavité (32) débouchant sur deux côtés opposés du pied à deux extrémités respectives (46) de la cavité opposées l’une à l’autre suivant un axe principal (C-C) de la cavité, la cavité (32) s’étendant d’un même côté de la gorge (35) qu’une extrémité libre du pied.
PCT/FR2023/051847 2022-12-09 2023-11-23 Machine hydraulique tournante équipée de pistons WO2024121482A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FRFR2213123 2022-12-09
FR2213123A FR3143069A1 (fr) 2022-12-09 2022-12-09 Machine hydraulique tournante équipée de pistons

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024121482A1 true WO2024121482A1 (fr) 2024-06-13

Family

ID=85461742

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR2023/051847 WO2024121482A1 (fr) 2022-12-09 2023-11-23 Machine hydraulique tournante équipée de pistons

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR3143069A1 (fr)
WO (1) WO2024121482A1 (fr)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2250784A (en) * 1990-11-24 1992-06-17 Rexroth Mannesmann Gmbh Radial piston motor.
EP0524437A1 (fr) * 1991-06-25 1993-01-27 Hägglunds Denison Drives Ab Moteur hydraulique à piston
WO2016051107A1 (fr) * 2014-10-03 2016-04-07 Poclain Hydraulics Industrie Mecanisme hydraulique muni de moyens de guidage en translation des pistons

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2250784A (en) * 1990-11-24 1992-06-17 Rexroth Mannesmann Gmbh Radial piston motor.
EP0524437A1 (fr) * 1991-06-25 1993-01-27 Hägglunds Denison Drives Ab Moteur hydraulique à piston
WO2016051107A1 (fr) * 2014-10-03 2016-04-07 Poclain Hydraulics Industrie Mecanisme hydraulique muni de moyens de guidage en translation des pistons

Also Published As

Publication number Publication date
FR3143069A1 (fr) 2024-06-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1627703B1 (fr) Tête de forage profond et procédé de forage profond pour le forage d'une pièce de fabrication
FR2510686A1 (fr) Arbre coude pour petites machines a piston, en particulier pour compresseurs hermetiques de refrigerateurs
EP3299656B1 (fr) Système de freinage amélioré pour machine hydraulique
FR2563582A1 (fr) Plateau de distribution pour unite hydraulique
FR2979403A1 (fr) Dispositif de liaison d'une colonne de direction avec un boitier de direction.
EP3201466B1 (fr) Mecanisme hydraulique muni de moyens de guidage en translation des pistons
WO2024121482A1 (fr) Machine hydraulique tournante équipée de pistons
EP1941158A1 (fr) Moteur hydraulique a pistons radiaux avec refroidissement du bloc-cylindres
FR2888625A1 (fr) Procede de montage d'un palier pourvu d'un flasque et a deux rangees de corps roulants
FR2943391A1 (fr) Machine volumetrique hydrostatique, notamment machine a pistons axiaux
FR2772842A1 (fr) Pompe et dispositif de pompage
EP3610150B1 (fr) Circuit d'huile avec passage et ajutage d'huile
FR3013774B1 (fr) Pompe d'injection de carburant a lubrification integree a l'axe de rotation du galet
FR2635560A1 (fr) Machine a pistons radiaux
WO2024121481A1 (fr) Machine hydraulique comprenant un bloc-cylindres présentant des logements
FR2789926A1 (fr) Procede pour produire des aretes de commande sur une valve et injecteur de carburant comportant une telle valve
FR2617574A1 (fr) Pompe a huile
EP1818551B1 (fr) Bielle de moteur comportant des moyens d'alimentation en lubrifiant du pied de bielle et son procédé de réalisation
FR2811032A1 (fr) Pompe a pistons axiaux du type a axe brise
FR2973452A1 (fr) Pompe a engrenage interne
WO2024223909A1 (fr) Dispositif de transmission de couple entre un générateur de couple et un adaptateur de couple, notamment pour véhicule automobile
WO2024189067A1 (fr) Agencement d'un arbre et d'un carter
EP0604255B1 (fr) Piston de moteur hydraulique
FR2700364A1 (fr) Piston de moteur hydraulique.
WO2020128399A1 (fr) Engin a tourelle presentant un systeme ameliore de mise en rotation de la tourelle

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23821726

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1