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(11) | EP 0 122 171 A1 |
| (12) | DEMANDE DE BREVET EUROPEEN |
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| (54) | Dispositif hydraulique automatique de réglage de débit et de protection contre les surpressions pour pompes hydrauliques à débit constant |
| (57) Le dispositif hydraulique automatique de réglage de débit et de protection contre
les surpressions est associé à une pompe multiple (54) constituée par deux ou plusieurs
pompes individuelles (3), (2), (1) de cylindrées égales ou différentes. A chaque pompe individuelle est prévue une section de réglage de débit (39), (40) et (41 les différentes sections de réglage étant assemblées dans un montage commun dans lequel: . chaque pompe individuelle est raccordée hydrauliquement en série à une section de réglage; . chaque section de réglage comporte une chambre de refoulement (38), (96), (98) du fluide hydraulique et une chambre de commande hydraulique (70), (83), (84); . les chambres de refoulement (38), (96), (98) des sections sont liées hydrauliquement en parallèle; . les chambres de commande (70), (83), (84) sont liées en série avec les circuits de commande hydraulique (66), (82) et puis mises en communication avec un orifice de commande (61) du dispositif; . la soupape de limitation de pression (57) est montée dans le dispositif en amont du circuit de commande. Utilisation notamment dans l'alimentation en huile des servo-directions et des dispositifs de relevage hydrauliques des tracteurs agricoles. |
[0001] La présente invention concerne un dispositif hydraulique automatique de réglage du débit et de protection contre la surpression, destiné à équiper des pompes hydrauliques multiples à débit constant fournissant l'huile à un ou plusieurs récepteurs hydrauliques, travaillant en permanence dans des conditions variables de vitesse et de charge.
[0002] Un tel dispositif peut s'appliquer par exemple dans l'alimentation en huile des servo-directions hydrostatiques ou des dispositifs de relevagehydraulique, notamment pour tracteurs agricoles.
[0003] L'invention a pour but de réaliser un sous- ensemble hydraulique associé à plusieurs pompes, qui est destiné à permettre la réduction de la perte d'énergie hydraulique excédentaire fournie par les pompes et dissipée en chaleur lorsque l'on commande un récepteur hydraulique qui travaille dans des conditions variables de vitesse et de charge.
[0004] La commande hydraulique d'un récepteur hydraulique qui travaille en permanence dans des conditions variables de vitesse et de charge, se réalise, en général, en utilisant une pompe à cylindrée constante, lorsque l'on veut une solution d'ensemble simple et peu coûteuse, ou en utilisant une pompe à cylindrée variable équipée d'un régulateur de débit et de pression, lorsque l'on cherche à réduire au maximum l'énergie hydraulique excédentaire transformée en chaleur.
[0005] Le désavantage majeur des pompes à cylindrée constante est que l'excès du débit fourni par la pompe est dirigé vers le réservoir d'huile, transformant ainsi en chaleur une partie de l'énergie, ce qui conduit à des pertes énergétiques proportionnelles au débit excédentaire et a la pression de travail.
[0006] Les inconvénients des pompes à cylindrée variable, équipées de régulateurs de débit et de pression, sont les suivants:
. une grande sensibilité à la pollution des huiles;
. une mauvaise performance d'aspiration des pompes à basse température;
. un prix de revient élevé dû à la complexité technique de la pompe.
[0007] Le but de la présente invention est donc principalement de créer un dispositif hydraulique automatique qui lié à une pompe multiple de cylindrée constante (en général une pompe à engrenage) allie à l'avantage de la simplicité de cette pompe, l'avantage fonctionnel et énergétique des pompes à cylindrée variable équipées de régulateurs de débit et de pression, en fournissant dans l'installation le débit le plus proche du débit instantané nécessaire.
[0008] Un autre but de la présente invention, est de créer un dispositif hydraulique automatique facilement adaptable aux pompes multiples à cylindrées constantes de même valeur ou différente, et ce quel que soit le nombre de pompes (double, triple...).
[0009] Un autre but de l'invention, est de créer un dispositif hydraulique de construction simple et économique pouvant être placé sur la face frontale ou latérale de la pompe ou au voisinage de celle-ci.
[0010] Un autre but de l'invention est de créer un dispositif hydraulique automatique qui comprend également une soupape de limitation de pression qui permet de travailler en charge sur une seule pompe tandis que les autres pompes débitent à basse pression vers le réservoir d'huile.
[0011] Suivant l'invention, le dispositif hydraulique automatique de réglage de débit et de protection contre les surpressions, associé à une pompe multiple constituée par deux ou plusieurs pompes individuelles de cylindrées égales ou différentes est caractérisé en ce qu'à chaque pompe individuelle est prévue une section de réglage de débit, les différentes sections de réglage étant assemblées dans un montage commun dans lequel:
. chaque pompe individuelle est raccordée hydrauliquement en série à une section de réglage;
. chaque section de réglage comporte une chambre de refoulement du fluide hydraulique et une chambre de commande hydraulique;
. les chambres de refoulement des sections sont liées hydrauliquement en parallèle;
. les chambres de commande sont liées en série avec les circuits de commande hydraulique et puis mises en communication avec un orifice de commande du dispositif;
. une soupape de limitation de pression est montée dans le dispositif en amont du circuit de commande.
[0012] Ainsi, conformément à l'invention, le dispositif hydraulique automatique de réglage prévoit pour chaque pompe individuelle une section de réglage automatique qui, liée au point de vue fonctionnel aux autres sections, réalise, dans un premier temps, la liaison hydraulique en série de chaque pompe à sa section correspondante;dans un deuxième temps, la liaison hydraulique en parallèle des circuits de retour des sections; dans un troisième temps, la liaison en parallèle des orifices de refoulements des pompes au circuit commun de refoulement par un clapet anti-retour; dans un quatrième temps, la liaison hydraulique en série des circuits de commande des sections de réglage et en même temps, la liaison en parallèle avec la soupape de limitation de pression; et dans un cinquième temps, en fonction de la position de travail de la soupape de décharge, la liaison hydraulique en parallèle des circuits de commande au circuit de retour.
[0013] Les buts, caractéristiques et avantages de l'invention tels qu'ils sont mentionnés ci-dessus et d'autres encore, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description d'un exemple de réalisation concrète d'un dispositif hydraulique automatique qui est monté sur la face frontale d'une pompe multiple, explicitée par les dessins annexés dans lesquels:
. la figure 1 est une vue en coupe partielle longitudinale d'un dispositif hydraulique automatique de réglage et de protection;
. la figure 2 est une vue en coupe transversale suivant le plan BB de la première section de réglage automatique du débit, représentée sur la figure 1;
. la figure 3 est une vue en coupe transversale suivant le plan CC de la section qui se trouve en aval de la première section de réglage automatique du débit;
. la figure 4 est une vue en coupe transversale suivant le plan DD de la section qui se trouve en aval de la deuxième section de réglage automatique du débit; et
. la figure 5, est une vue en coupe partielle longitudinale suivant le plan AA du dispositif hydraulique automatique de réglage et de protection, représenté sur la figure 1.
[0014] En se reportant aux figures 1 à 5, on voit une première réalisation d'un dispositif hydraulique automatique de réglage et de protection selon l'invention.
[0015] Sur la pompe multiple 54, (voir figure 1), composée par les pompes individuelles 1, 2 et 3 à cylindrées constantes, égales ou différentes, se trouvent montées par superposition frontale les sections de réglage automatique 39, 40, 41 qui correspondent respectivement à la pompe 3, à la pompe 2, et à la pompe 1.
[0016] Les sections de réglage 39, 40 et 41 sont fixées à la pompe multiple 54 par des tirants 42, de façon à réaliser un ensemble fonctionnel monobloc.
[0017] Les orifices d'aspiration des pompes 1, 2 et 3, (voir figure 5) sont en liaison avec le réservoir d'huile 20 par l'intermédiaire du conduit 24 et le prolongement 21 de celui-ci pour la pompe 1, du conduit 25 et le prolongement 22 de celui-ci pour la pompe 2, et du conduit 26 et le prolongement 23 de celui-ci pour la pompe 3.
[0018] Au conduit d'aspiration 26 est lié hydrauliquement le circuit de retour 34.1 du dispositif par l'intermédiaire du bouchon 55 et du conduit 56. Une deuxième ramification du circuit 34.2 est réalisée à l'orifice d'aspiration frontale de la pompe 3.
[0019] Les circuits de refoulement de la pompe multiple 54 sont reliés au dispositif hydraulique automatique par l'intermédiaire d'un raccord 27, du conduit 29 et du raccord annulaire 32 pour la pompe 1; du raccord 28, du conduit 30 et du raccord annulaire 31 pour la pompe 2; et directement dans le canal commun de pression 33 pour la pompe 3.
[0020] La section de réglage 39 {voir figure 2) qui est reliée fonctionnellement avec la pompe 3, se compose d'un corps 4 dans lequel est réalisé un alésage cylindrique intérieur 63, dans lequel peut coulisser un piston 7. La position de repos du piston 7 est imposée par le couvercle 13 et le ressort de compression 10 sur lequel est montée une soupape de surpression 57.
[0021] Dans le corps 4, sur la surface de l'alésage 63, sont pratiquées:
. une première chambre annulaire 35 qui est en liaison avec le canal de pression commun 33;
. une deuxième chambre annulaire 38 qui est en liaison avec le canal commun de retour 34; et
. une dernière chambre annulaire 65 qui est en liaison avec le canal 66 (voir figure 1);
[0022] Sur la surface extérieure du piston 7 sont réalisés:
. un premier dégagement extérieur 64 qui permet (voir figure 1), par l'intermédiaire du trou 36, la communication de la chambre 35 avec la cavité 37 délimitée par l'extrémité du piston 7 et du couvercle 13;
. un deuxième dégagement 67 , (voir figure 2), qui dans la position de repos du piston 7, sépare la chambre 38 de la chambre 65;
. un troisième dégagement 68 qui, dans la position de repos du piston 7 (voir figure 1), par le trou 69, lie la chambre 65 à la cavité 70 délimitée par la soupape de surpression 57, le corps 4 et la deuxième extrémité du piston 7.
[0023] Le canal de pression commun 33 (voir figure 2), communique avec l'orifice 58 auquel est relié le conduit 59 de refoulement général du dispositif qui est lui-même lié à l'appareil de commande 60 du récepteur hydraulique 62.
[0024] La cavité 70 est en liaison avec la cavité 71, qui est pratiquée dans la soupape 57 et l'orifice 61 par l'intermédiaire d'un gicleur 72.
[0025] La cavité 71 est fermée hermétiquement par le piston conique 43 (voir figure 1) qui est appuyé sur le siège-clapet 47 par le ressort de compression 44 dont la force d'appui est réglée par la vis de réglage 46 et la rondelle 45.
[0027] La section de réglage 40 (voir figure 3) qui fonctionne avec la pompe 2 se compose d'un corps 5 où est pratiqué un alésage cylindrique intérieur 75 dans lequel peut coulisser un piston 8. La position de repos du piston 8 est imposée par le couvercle 14 et le ressort de compression 11 sur lequel est monté le couvercle 17.
[0028] Dans le corps 5, sur la surface de l'alésage 75, sont pratiquées:
. une première chambre annulaire 95, qui est mise en liaison avec le conduit 29 par l'intermédiaire de l'anneau 31 et des trous radiaux du bouchon 50 et du trou intérieur 103 de la valve 48;
. une deuxième chambre circulaire 96, qui est en liaison avec le canal commun de retour 34;
. une troisième chambre annulaire 79, qui est en liaison avec le canal 82 (voir figure 1); et
. une quatrième et dernière chambre 83, délimitée par le couvercle 17, le corps 5 et la deuxième extrémité du piston 8.
[0029] Sur la surface extérieure du piston 8 sont pratiqués:
. un premier dégagement extérieur 76 (voir figure 1), qui permet, par l'intermédiaire du trou 87, la communication de la chambre 95 avec la cavité 99 délimitée par l'extrémité du piston 8 et du couvercle 14;
. un deuxième dégagement 78, qui dans la position de repos du piston 8, sépare la chambre 96 de la chambre 79;
. un troisième dégagement 81, qui dans la position de repos du piston 8, par l'intermédiaire du trou 80, lie la chambre 83 à la chambre 79.
[0030] Dans le corps 5 de la section de réglage 40 (voir figure 3), est placé le clapet anti-retour 48 d'une forme annulaire qui est appuyé par le ressort de compression 49 sur la surface conique 101 du bouchon 50.
[0031] Le clapet anti-retour 48 peut coulisser dans l'alésage 105 par la compression du ressort 49 permettant la communication entre la cavité intérieure du bouchon 50 et le canal commun de pression 33 par l'intermédiaire de la cavité 107.
[0032] La section de réglage 41, (voir figure 4) qui fonctionne avec la pompe 2, se compose d'un corps 6, dans lequel est pratiqué un alésage cylindrique intérieur 85, dans lequel peut coulisser le piston 9. La position de repos du piston 9, est imposée par le couvercle 15 et le ressort de compression 12, sur lequel on monte le couvercle 18.
[0033] Dans le corps 6, sur la surface intérieure de l'alésage 85, sont pratiquées:
. une première chambre annulaire 97, qui est mise en liaison avec le conduit 29, par l'intermédiaire de l'anneau 32, des trous radiaux du bouchon 53 et du trou intérieur 104 de la valve 51;
. une deuxième chambre annulaire 98, qui est en liaison avec le canal commun de retour 34; et
. une troisième chambre annulaire 84, délimitée par le couvercle 18, le corps 6 et la deuxième extrémité du piston 8.
[0034] Sur la surface extérieure du piston 9(voir figure 1), est pratiqué un premier dégagement extérieur 86, qui permet, par l'intermédiaire du trou 88, la communication de la chambre 97 avec la cavité 100 délimitée par l'extrémité du piston 9 et le couvercle 15.
[0035] Entre la deuxième extrémité du piston 9, le couvercle 18 et le corps 6 est délimitée une chambre 84 qui communique avec la chambre 79 par l'intermédiaire du canal 82.
[0036] Dans le corps 6 de la section de réglage 41 (voir figure 4), est placé un clapet anti-retour 51 de forme annulaire qui est appuyé par le ressort de compression 52 sur la surface conique 102 du bouchon 53.
[0037] Le clapet annulaire anti-retour 51, peut coulisser dans l'alésage 106 par la compression du ressort 52 permettant ainsi la communication entre la cavité intérieure du bouchon 53 et le canal commun de pression 33, par l'intermédiaire de la cavité 108.
[0038] Dans la position de repos des pistons 7, 8 et 9, il y a dans l'ensemble des sections de réglage 39, 40 et 41, une communication entre l'orifice 61, le gicleur 72, les chambres 70 et 65, le canal 66, chambre 83 et 79, le canal 82 et la chambre 84, mais il n'y a pas communication avec le canal 34 et les chambres 38, 96 et 98.
[0039] Dans la position de repos des pistons 7, 8 et 9, on réalise dans la section 39, la séparation entre la chambre 35 et la chambre 38; dans la section 40, la séparation entre la chambre 95 et la chambre 96, et dans la section 41, la séparation entre la chambre 97 et la chambre 98.
[0040] L'expérience a montré que pour obtenir un fonctionnement correct du dispositif, les deux conditions suivantes doivent être réalisées:
1) dans les positions de repos, les pistons 7 et 8 de réglage du débit doivent réaliser des recouvrements entre les arêtes des fentes 92 et 93 et les surfaces planes 91 et 109 plus grandes que les recouvrements réalisés entre les arêtes 89 et 90, et les surfaces planes des canaux 65 et 79, mais ces derniers recouvrements doivent être égaux aux découvrements réalisés entre les arêtes 116 et 117 et les autres surfaces planes des canaux 65 et 79;
2) les ressorts 10, 11 et 12 présentent des forces de tarage décroissantes de la première section de réglage 39 vers la dernière section 41.
[0041] Pour mieux comprendre les avantages fonctionnels et énergétiques offerts par l'invention, on présente par la suite le mode de fonctionnement du dispositif automatique.
[0042] Quand l'appareil de commande 60, se trouve dans la position neutre 109, le circuit de commande 114 est en liaison directe avec le réservoir 20, par l'intermédiaire du circuit 115, permettant ainsi aux pompes 1, 2 et 3 de refouler à basse pression leur débit dans le circuit 34 et ensuite vers le réservoir 20. L'huile refoulée par la pompe 3, arrive dans la cavité 35 et par le trou 36 dans la chambre 34, réalisant la mise hors de position neutre du piston 7 et simultanément la communication de la chambre 35 avec la chambre 38 et le canal 34.
[0043] La communication entre la chambre 35 et la chambre 38 se produit après que les arêtes des fentes 92, pratiquées dans le piston 7, dépassent la surface plane 91 de la chambre 38.
[0044] Dans cette position de travail du piston 7, l'arête 89 dépasse la première arête de la chambre 65, et l'arête 116 dépasse l'autre arête de la chambre 65, produisant la communication entre la chambre 65 et la chambre 38, donc de la chambre 83, par l'intermédiaire du canal 66.
[0045] Ceci met le piston 8 hors de la position de repos et permet à la pompe 2 de refouler l'huile à basse pression dans la chambre 95, et puis dans la chambre 96 et de là, au réservoir 20 par le même canal 34. La position de travail du piston 8 produit simultanément la communication de la chambre 95 à la chambre 96 et de la chambre 79 à la chambre 96 et aussi la séparation de la chambre 79 à la chambre 83.
[0046] Ainsi la pompe 1 qui refoule son débit par le circuit 29 dans la chambre 97, met hors de la position de repos le piston 9, par l'introduction de l'huile dans la chambre 100 par le trou 88, produisant ainsi en même temps la communication entre la chambre 97 et la chambre 98, après que les arêtes des fentes 94 aient dépassé la surface plane 110 de la chambre 98.
[0047] Dans cette position neutre 109 de l'appareil de commande 60, les trois pompes 1, 2 et 3 refoulent, à basse pression, leur débit, vers le réservoir 20.
[0048] Pour déplacer le récepteur hydraulique 62, par exemple vers la droite à une faible vitesse qui correspond à un débit inférieur au débit de la pompe 3, on agit sur l'appareil de commande 60 qui déplace le tiroir de commande sur la position 111, proportionnellement à la vitesse de fonctionnement choisie.
[0049] Dans cette situation, le circuit de pression 59 est mis en liaison avec le récepteur 62, réalisant en même temps une liaison du circuit 114 au récepteur 62. La pression de travail de la pompe 3 est celle imposée par la charge que doit déplacer le récepteur hydraulique 62.
[0050] Dans l'appareil de commande 60 se réalise une restriction du circuit correspondant au déplacement effectué de l'appareil 60, donc correspondant à la vitesse de déplacement du récepteur 62.
[0051] La pression du récepteur hydraulique 62 débouche dans la chambre 70, par l'intermédiaire de l'orifice 61, du gicleur 72 et de la chambre 71, agissant sur le piston 7 pour le rapprocher de la position neutre, et réalisant ainsi, avec l'aide des arêtes des fentes 92 et de la surface plane du canal 91, un étranglement de la section de communication entre la chambre 35 et la chambre 38, qui a comme effet que de refouler vers le réservoir 20, par le canal 34, le débit excédentaire fourni par la pompe 3, et de maintenir en permanence la communication entre la chambre 65 et le canal 38. Ce fait permet aux pompes 2 et 1 de refouler vers le réservoir 20 toutleur débit à basse pression par les chambres 96 et 98 au canal 34.
[0052] Dans la situation où l'on désire une vitesse instantanée de fonctionnement plus grande du récepteur 62, avec l'appareil de commande 63, on produit une ouverture plus grande de l'orifice 113 avec instantanément une décroissance de la différence de pression dans l'orifice 113 et le retour vers la position de repos du piston 7, qui a pour effet de fermer la communication de la chambre 65 avec la chambre 38 et d'ouvrir la communication entre la chambre 70 et la chambre 65.
[0053] Ce fait permet, par la communication effectuée, à la pression de travail du récepteur 62, de s'installer dans la chambre 83, donc sur le piston 8 ce qui produit ainsi le rapprochement de celui-ci vers la position de repos. Dans cette situation, l'excès de débit de la pompe 2, est refoulé vers le réservoir 20 par l'intermédiaire du canal 34, des fentes 93 et la surface plane 109 du canal 96; mais le débit nécessaire pour la nouvelle vitesse de déplacement du récepteur 62, s'ajoute au débit de la pompe 1 après que le clapet anti-retour 48 soit écarté de la position de repos, réalisant ainsi la communication du bouchon 50 avec le canal 33.
[0054] Dans cette situation, la chambre 79 communique avec la chambre 96, ce qui permet au piston 9 de se maintenir écarté de la position de repos et à la pompe 1 de refouler vers le réservoir 20 la totalité de son débit à basse pression.
[0055] Dans la situation où l'on désire une vitesse de déplacement maximum pour le récepteur 62, à l'aide de l'appareil de commande 60, on réalise l'ouverture maximum de l'orifice 113 ce qui fait que la pression de travail du récepteur 62 se stabilise sur les trois pistons par le circuit 114, la chambre 70, le canal 66, les chambres 83 et 79, le canal 82 et la chambre 84 et met en position de repos les pistons 7, 8 et 9, tandis que les pompes 1, 2 et 3 refoulent tout leur débit dans le canal 33, et de là, par le circuit 59 au circuit hydraulique 62.
[0056] Dans la situation où la charge qui doit être actionnée par le récepteur 62, produit une pression qui dépasse la pression préréglée de la soupape 57, le clapet conique 43, se soulève du siège-clapet 47, permettant ainsi l'écoulement vers le réservoir 20 par le canal 73, et la chambre 38 d'une partie du débit d'huile arrivant dans la chambre 71 à l'arrière du gicleur 72, ceci ayant comme effet de mettre hors de la position de repos le piston 7, et de refouler vers le réservoir le débit de la pompe 1 à la pression préréglée de la soupape de surpression 57; simultanément les pompes 2 et 3 refoulant vers le réservoir 20 à basse pression, leur débit.
. chaque pompe individuelle est raccordée hydrauliquement en série à une section de réglage;
. chaque section de réglage comporte une chambre de refoulement (38), (96), (98) du fluide hydraulique et une chambre de commande hydraulique (70), (83), (84);
. les chambres de refoulement (38), (96), (98) des sections sont liées hydrauliquement en parallèle;
. les chambres de commande (70),(83), (84) sont liées en série avec les circuits de commande hydraulique (66) (82) et puis mises en communication avec un orifice de commande (61) du dispositif;
. une soupape de limitation de pression (57) est montée en amont du dispositif dans le circuit de commande.
. un alésage cylindrique (63), une chambre de pression (35), une chambre de retour (38) et des chambres de commande (65) et (70) dans lesquelles est monté un piston de réglage du débit (7) maintenu dans la position de repos par un ressort de compression (10), réalisant ainsi la séparation entre la chambre de retour (38) et la chambre de pression (35) et la chambre de commande (65), et permettant la communication entre les chambres de commande (65), (70) et le circuit de commande (66).