EP0737162B1 - Winch comprising a hydraulic motor, in particular for sonar-equipped helicopters - Google Patents
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- EP0737162B1 EP0737162B1 EP95905165A EP95905165A EP0737162B1 EP 0737162 B1 EP0737162 B1 EP 0737162B1 EP 95905165 A EP95905165 A EP 95905165A EP 95905165 A EP95905165 A EP 95905165A EP 0737162 B1 EP0737162 B1 EP 0737162B1
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
- B66D—CAPSTANS; WINCHES; TACKLES, e.g. PULLEY BLOCKS; HOISTS
- B66D1/00—Rope, cable, or chain winding mechanisms; Capstans
- B66D1/28—Other constructional details
- B66D1/40—Control devices
- B66D1/42—Control devices non-automatic
- B66D1/44—Control devices non-automatic pneumatic of hydraulic
Definitions
- the present invention relates to winches which are driven by a hydraulic motor. It applies more particularly to winches which equip helicopters and which allow in particular to immerse in the sea a soaked sonar which is suspended from the end of the winch cable to then be returned to the helicopter.
- Helicopters are often equipped with a winch which allows deposit and collect charges in difficult places accessible by hovering the helicopter.
- winches include a hydraulic motor which also makes it possible to ensure the ascent of the sonar than to control the descent of it.
- a hydraulic motor which also makes it possible to ensure the ascent of the sonar than to control the descent of it.
- a hydraulic motor 101 drives a screw without end 102, which itself drives a gear 103 keyed on the axis 111 of the drum on which the cable is wound and unwound.
- This screw system endless provides a simple and reliable reduction ratio desired.
- it has the disadvantage of having a yield in the direction weak reverse, around 40%.
- this low efficiency has few disadvantages here, taking into account the control circuits used, shown diagrammatically by the block hydraulic control 104.
- a brake 105 actuated by hydraulic energy is used. block 104 or using a control handle 106. This brake allows to immobilize the winch outside of its operating periods.
- Figure 2 shows in a simplified way the mechanical part in FIG. 1 and in more detail the hydraulic block 104.
- the load 201 of the winch is hung on the end of a cable 202 which is wound on a reel 203.
- This reel 203 is driven by the motor hydraulic 101 itself released, or blocked as the case may be, by a brake 105.
- Motor 101 is powered from a fluid source hydraulic under pressure P via a shut-off valve 204 and a 4-way servo valve 205.
- the shut-off valve allows you to apply all the pressure at the servo-valve under the control of a pilot electro-valve 206.
- This from a low power electrical control signal C1 applies control pressure to the shut-off valve 204, which releases the main pressure.
- the valve control fluid passes through the pilot solenoid valve to return to the fluid reservoir 207 by via a return R.
- This tank has been represented under the appearance of an open tarpaulin, but this representation is purely symbolic and it is actually the main hydraulic fluid tank of the helicopter, from which this fluid is pressurized and returned to inlet P.
- the servo valve 205 is of the known type with 4-way control proportional under the effect of an electric signal of weak control power C2. This servo valve allows on the one hand to reverse the direction of passage of the hydraulic fluid between one side of the P and R circuits and the other side the two supply and discharge pipes of the engine, and on the other hand to finely adjust the quantity of hydraulic fluid admitted into the motor, and therefore the supply pressure thereof, that is to say in the power delivered to the engine as well as its speed.
- the supply pressure is applied to a pipe 208 which feeds the motor through a non-return valve 209 shunted by a load check valve 210 whose role will be explained further.
- the hydraulic fluid returns to the return R by a pipe 209 then via the servo-valve 205.
- a check valve shuttle type 211 is supplied simultaneously by pipes 208 and 209 and allows the brake 105 to be released as well when pressure is applied on pipe 208 as on pipe 209, freeing the engine as well for the ascent and for the descent, when this engine receives a supply pressure.
- the servo-valve 205 crosses the paths of the hydraulic fluid.
- the pressure P is applied to the pipe 209 and the motor works in reverse, allowing control this descent.
- This pressure is also then applied to the valve 210, which frees the passage of the fluid back to the pipe 208 then to the reservoir 207.
- the discharge of hydraulic fluid by the engine to the pipe 208 is blocked by the non-return valve 209 and the load holding valve 210, which very significantly blocks this engine, except for leaks, and therefore prevents the load to descend freely on its weight.
- the hydraulic motor control from the pressure leads on the one hand to unnecessary power consumption at the level of the helicopter, for which this power is measured, and a also unnecessary heating of the oil in the hydraulic circuit.
- the energy coming from the descent of the load is essentially dissipated at the engine by oil heating, and also the fall of pressure of the latter between supply and return dissipates itself in heat, mainly by rolling at the servo valve.
- the descent of a load of the order of 250 Newtons to 5 m by second over a height of 750 m requires the use of 36 liters of fluid at the minute under a pressure of 200 bars, which corresponds to a power 12 kW which is to be dissipated.
- the volume of fluid available for this purpose being around 20 l, the dissipation of this energy increases the temperature by these 20 l of about 30 ° C.
- Such a rise in temperature could perhaps be acceptable on an isolated basis, but the repetition of these maneuvers, frequently necessary in operational conditions, results in much larger total temperature rise, which is the source of many disadvantages such as excessive dilation of hydraulic components, degradation of the oil, and release of heat in the helicopter which must be dissipated by systems coolers.
- the invention proposes a winch according to claim 1, the preamble of which corresponds to the document EP-A-236,732.
- said servo valve is a servo valve ⁇ 4 ways mainly used in 3 ways.
- the winch further comprises a third pipe connecting the servo valve to the second pipe to allow to supply fluid during the descent to the hydraulic motor hydraulic under pressure in just sufficient quantity to avoid overheating of the fluid circulating in a closed circuit.
- the means of driving the drum by the motor consist of gears having a good output both reverse and direct.
- these means of training include a bevel gear by bevel gear followed by a train epicyclic.
- the winch comprises means to additionally supply the motor housing with hydraulic fluid under pressure with sufficient flow to limit additional overheating possible.
- the winch comprises a motor electric backup connected to the hydraulic motor by a clutch controlled by a cylinder which engages this clutch under the effect of a lack of pressure.
- this clutch operates also in torque limiter.
- the winch further comprises a fourth pipe connecting the first and second pipes via a pressure relief valve which allows the pressure to be released backflow when the winch starts to turn in reverse when hoisting by following an accidental catching of the load.
- the winch further comprises a bypass valve which shortcuts the pressure relief valve when the hydraulic fluid pressure drops.
- the hydraulic motor 101 drives the axis 111 of the winch reel this time via a bevel gear bevel gear 302 followed by a planetary gear train 312.
- This gear system makes it possible to obtain much better performance in reverse than the worm system of the art earlier, but other reduction systems could be used which provide the same result. We will see later that this point is important for the invention.
- the axis of the hydraulic motor is also connected to a motor. emergency electric 107 via a clutch 309 and a reducer 108.
- This clutch is released by a cylinder 310 which operates under hydraulic pressure from a hydraulic control block 304.
- the electric motor itself has a control brake electric with lack of current 305.
- the electric control therefore consists to send current to the brake 305, which releases it, and to the motor 107, this that turns it.
- the hydraulic motor 101 connected to the reel 203 supporting the load 201 via cable 202 is supplied from the source of hydraulic fluid under pressure P via a valve stop 204 piloted by a pilot solenoid valve 206 receiving a signal command C1.
- This pressurized fluid is applied to the engine through a 405 servo valve of the same type as the 4-way servo valve 205, but this time used as a 3-way valve. This different use is done simply at the connections on the valve.
- the clutch control 310 receives from the stop valve 204 the hydraulic pressure via a clutch solenoid valve 401 controlled by an electrical signal C3.
- This C3 electrical signal allows at will to engage the electric motor on the hydraulic motor, even when the pressure is established. By cons in the absence of pressure, as as we have already seen, the clutch is automatic.
- the servo-valve 405 crosses the hydraulic circuits under the signal control electric C2. Under these conditions the hydraulic fluid under pressure is applied to an outlet of the servo valve which is blocked for the 3-way operation, subject to the variant described below.
- the hydraulic fluid leaving the engine 101 which rotates being driven by the reel 203 under the traction of the cable 202, passes through the servo-valve 405 and comes back to the 409 pipe via a return pipe 402. The suction of motor 101 prevents this fluid from returning to the reservoir 207.
- the fluid which thus circulates in a closed circuit is not subjected than the pressure delivered by the engine and which is simply used for circulation of this fluid
- the power thus dissipated is therefore very low and we avoid dissipate the power previously delivered by the high source pressure wasted.
- the invention proposes to renew the oil using a line 403 which is connected between the outlet of the solenoid valve which we said above that it was in principle blocked, but which is therefore slightly open to feed this pipe, and the pipe 409 which allows the return of the fluid in the engine when it operates as a pump during the descent.
- This feeding is done of course under pressure P and to avoid excessive energy supply the flow rate is limited by preferably using a section pipe narrow, or restriction, shown in the figure by a throttle 404.
- control flow represented in the figure by the loop 406 between the pipe 402 and the one coming from the valve 204.
- This loop consumes a flow about 0.5 l of fluid which must be taken into account in the oil balance additional injected, and under these conditions the flow in the pipe 403 is limited to approximately 1.5 l.
- the operations which have been described so far relate to the lowering of the payload (the sonar) in the water, because this is the phase which lasts the longest, about 3 min. However before entering water the sonar travels the distance between the helicopter and the surface of the water. This happens very quickly, a few seconds, because the distance is short, about 20 meters, and the charge is then about 800 Newtons, 3 to 4 times more than in water. Due to the low volume of fluid used in the invention the overheating that occurs during these a few moments, and which corresponds to the dissipation of a power about 3 KW extra for a few seconds, maybe too much important.
- the invention proposes to further increase the additional oil flow into the engine this time using a circuit already known elsewhere and consisting in admitting into the casing of the motor a fluid flow rate via a pipe 410 supplied by a electro-valve known as reheating 407.
- This circuit is normally used to heat the hydraulic circuit in very cold weather, hence its name.
- C4 a control signal
- This detection is carried out by known means since it is used for other uses in the known operation of the winch.
- Using this so an additional flow of 4 l of fluid per minute we thus arrive at limit the temperature increase of this fluid to 30 ° C, which is entirely done satisfactorily.
- the power dissipated during this short instant can reach 3 kW.
- a force sensor being part of the known means of the winch makes it possible to obtain a signal of command to open the electric brake 305 and disengage 309.
- the motor then starts to turn upside down as a pump and delivers on the pipe 408.
- a pipe 411 which connects pipes 408 and 409 via a pressure relief valve 412, calibrated for example at 220 bars. Under the effect of overpressure this valve opens and the fluid is returned to the return, which lowers pressure and prevents damage, especially to the servo-valve 405.
- This regime normally lasts only the time necessary to open the servo valve to relieve pressure. This opening takes place according to the detection of the hooking of the load, at the logic level system control, or as a last resort manually.
- bypass valve 413 tared for example at 100 bars, which short-circuits the pressure relief valve 412 and is controlled by a hose 414 connected to the pressure supply on the pipe between the valve 204 and the servo-valve 405.
- hose 414 connected to the pressure supply on the pipe between the valve 204 and the servo-valve 405.
- the set of control signals C1 to C4 will be advantageously obtained using a microprocessor suitably programmed and connected to the various winch sensors.
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Description
La présente invention se rapporte aux treuils qui sont mus par un moteur hydraulique. Elle s'applique plus particulièrement aux treuils qui équipent les hélicoptères et qui permettent notamment d'immerger dans la mer un sonar dit "trempé" qui est suspendu au bout du câble du treuil pour être ensuite ramené à bord de l'hélicoptère.The present invention relates to winches which are driven by a hydraulic motor. It applies more particularly to winches which equip helicopters and which allow in particular to immerse in the sea a soaked sonar which is suspended from the end of the winch cable to then be returned to the helicopter.
Les hélicoptères sont souvent munis d'un treuil qui permet de déposer et de récupérer des charges dans des endroits difficilement accessibles, en faisant voler l'hélicoptère en vol stationnaire.Helicopters are often equipped with a winch which allows deposit and collect charges in difficult places accessible by hovering the helicopter.
Dans le cas des hélicoptères spécialisés dans la chasse aux sous-marins, on utilise un treuil tout à fait spécifique qui permet à l'aide d'un câble électro-porteur d'immerger un sonar spécialisé pour détecter la présence d'un sous-marin, puis de récupérer ce sonar pour aller effectuer des mesures un peu plus loin.In the case of helicopters specialized in hunting submarines, we use a very specific winch which allows using a electro-carrying cable to immerse a specialized sonar to detect the presence of a submarine, then retrieve this sonar to go perform steps a little further.
Une telle mission impose au dispositif utilisé des contraintes particulièrement sévères. Il faut en effet pouvoir descendre et relever le sonar avec une vitesse moyenne élevée, typiquement 5 m par seconde, tout en protégeant le câble qui est relativement fragile, pour éviter la perte du sonar. En outre il faut également assurer la sécurité de l'hélicoptère en évitant des efforts brutaux et excessifs au niveau du treuil et en évitant la surchauffe de l'huile du circuit hydraulique, car le volume de fluide hydraulique est faible pour des raisons de poids et il risque donc de monter rapidement en température et de dépasser les températures de sécurité. Ces contraintes doivent être respectées en conservant une bonne fiabilité et en gardant néanmoins un coût réduit pour le dispositif.Such a mission imposes constraints on the device used particularly severe. It is indeed necessary to be able to descend and raise the sonar with a high average speed, typically 5 m per second, all by protecting the cable which is relatively fragile, to avoid the loss of sonar. In addition, the safety of the helicopter must also be ensured. avoiding brutal and excessive efforts at the level of the winch and avoiding overheating of the hydraulic system oil, because the volume of fluid hydraulics is weak for weight reasons and therefore may rise quickly in temperature and exceed safety temperatures. These constraints must be respected while maintaining good reliability and while keeping a reduced cost for the device.
On connait des treuils qui sont conçus de manière à ce que la descente s'effectue en chute libre en débrayant mécaniquement le moteur du tambour d'enroulement du câble. Ce procédé est manifestement dangereux.We know winches that are designed so that the descent takes place in free fall by mechanically disengaging the motor of the cable winding drum. This process is clearly dangerous.
Les treuils les plus couramment utilisés actuellement comportent un moteur hydraulique qui permet aussi bien d'assurer la remontée du sonar que de contrôler la descente de celui-ci. On a représenté de manière schématique sur la figure 1 l'ensemble d'un tel treuil.The most commonly used winches currently include a hydraulic motor which also makes it possible to ensure the ascent of the sonar than to control the descent of it. We represented in a way schematic in Figure 1 the whole of such a winch.
Dans ce treuil un moteur hydraulique 101 entraíne une vis sans
fin 102, qui vient elle-même entraíner une roue dentée 103 clavetée sur l'axe
111 du touret sur lequel s'enroule et se déroule le câble. Ce système à vis
sans fin permet d'obtenir de manière simple et fiable le rapport de réduction
voulu. Il a cependant l'inconvénient de présenter un rendement dans le sens
inverse faible, de l'ordre de 40%. Dans ce mode de fonctionnement, c'est-à-dire
lorsque la charge du câble entraíne le moteur hydraulique quand cette
charge descend, ce faible rendement présente ici peu d'inconvénients,
compte tenu des circuits de commande utilisés, schématisés par le bloc
hydraulique de commande 104.In this winch a
En outre on utilise un frein 105 actionné par l'énergie hydraulique
du bloc 104 ou à l'aide d'une poignée de commande 106. Ce frein permet
d'immobiliser le treuil en dehors de ses périodes de fonctionnement.In addition, a
Enfin pour pouvoir manoeuvrer quand même le treuil lorsque le
système hydraulique tombe en panne, on a prévu un moteur électrique 107
qui entraíne la vis sans fin 102 par l'intermédiaire d'un réducteur 108 et d'un
crabot 109. Ce crabot est enclenché mécaniquement par une deuxième
poignée de commande 110, qui vient en outre commander de manière
mécanique une soupape de décharge située dans le bloc hydraulique 104,
ce qui permet de laisser tourner librement le moteur hydraulique 101 dans
ce cas.Finally to be able to operate the winch anyway when the
hydraulic system breaks down,
La figure 2 représente de manière simplifiée la partie mécanique
de la figure 1 et de manière plus détaillée le bloc hydraulique 104.Figure 2 shows in a simplified way the mechanical part
in FIG. 1 and in more detail the
La charge 201 du treuil est accrochée au bout d'un câble 202 qui
s'enroule sur un touret 203. Ce touret 203 est entraíné par le moteur
hydraulique 101 lui-même libéré, ou bloqué selon le cas, par un frein 105.The
Le moteur 101 est alimenté à partir d'une source de fluide
hydraulique sous pression P par l'intermédiaire d'un clapet d'arrêt 204 et
d'une servo-valve à 4 voies 205. Le clapet d'arrêt permet d'appliquer toute la
pression à la servo-valve sous la commande d'une électro-valve pilote 206.
Celle-ci à partir d'un signal de commande électrique C1 de faible puissance
vient appliquer une pression de commande au clapet d'arrêt 204, qui libère
la pression principale. A l'arrêt le fluide de commande du clapet repasse par
l'électro-vanne pilote pour revenir dans le réservoir de fluide 207 par
l'intermédiaire d'un retour R. Ce réservoir a été représenté sous l'aspect
d'une bache ouverte, mais cette représentation est purement symbolique et
il s'agit en fait du réservoir principal de fluide hydraulique de l'hélicoptère, à
partir duquel ce fluide est remis sous pression et renvoyé à l'entrée P.Motor 101 is powered from a fluid source
hydraulic under pressure P via a shut-off
La servo-valve 205 est du type connu à 4 voies à commande
proportionnelle sous l'effet d'un signal électrique de commande de faible
puissance C2. Cette servo-valve permet d'une part d'inverser le sens de
passage du fluide hydraulique entre d'un côté des circuits P et R et de
l'autre côté les deux tuyaux d'alimentation et de décharge du moteur, et
d'autre part de régler finement la quantité de fluide hydraulique admise dans
le moteur, et donc la pression d'alimentation de celui-ci, c'est-à-dire en
définitive la puissance délivrée au moteur ainsi que sa vitesse.The
Dans le sens montée, ou hissage, représenté par les flèches H,
pour l'enroulement du câble, la pression d'alimentation est appliquée à un
tuyau 208 qui vient alimenter le moteur à travers un clapet anti-retour 209
shunté par un clapet de retenue de charge 210 dont on expliquera le rôle
plus loin. A la sortie du moteur, le fluide hydraulique revient au retour R par
un tuyau 209 puis par l'intermédiaire de la servo-valve 205. Un clapet de
type navette 211 est alimenté simultanément par les tuyaux 208 et 209 et
permet de desserrer le frein 105 aussi bien lorsque la pression est appliquée
sur le tuyau 208 que sur le tuyau 209, libérant ainsi le moteur aussi bien
pour la montée et pour la descente, lorsque ce moteur reçoit bien une
pression d'alimentation.In the rising direction, or hoisting, represented by the arrows H,
for cable winding, the supply pressure is applied to a
Pour la descente, figurée par les flèches D, la servo-valve 205
croise les trajets du fluide hydraulique. Ainsi la pression P est appliquée au
tuyau 209 et le moteur fonctionne en inverse, permettant de commander
cette descente. Cette pression est également appliquée alors au clapet 210,
ce qui libère le passage du fluide en retour vers le tuyau 208 puis vers le
réservoir 207. De cette manière en cas de panne du frein 105 libérant le
moteur en l'absence de pression de commande de montée ou de descente,
le refoulement du fluide hydraulique par le moteur vers le tuyau 208 est
bloqué par le clapet anti-retour 209 et le clapet de retenue de charge 210,
ce qui bloque très sensiblement ce moteur, aux fuites près, et empêche donc
la charge de descendre librement sur son poids.For the descent, represented by the arrows D, the servo-
Dans ce dispositif lors de la descente le fluide hydraulique passe
deux fois dans la servo-valve 205 et le fonctionnement de ce moteur est
ainsi entièrement contrôlé par cette servo-valve. Comme la charge tend à
descendre naturellement sous l'effet de son poids, ce contrôle est
surabondant ce qui en particulier augmente les différents transitoires
hydrauliques (ondes de choc, résonance, cavitation...) et peut entraíner des
mouvements saccadés de la charge pendant sa descente.In this device during the descent the hydraulic fluid passes
twice in
En outre la commande hydraulique du moteur à partir de la pression entraíne d'une part une consommation de puissance inutile au niveau de l'hélicoptère, pour lequel cette puissance est mesurée, et un échauffement lui aussi inutile de l'huile du circuit hydraulique. En effet, l'énergie provenant de la descente de la charge est essentiellement dissipée au niveau du moteur par échauffement de l'huile, et par ailleurs la chute de pression de celle-ci entre l'alimentation et le retour se dissipe elle-même en chaleur, essentiellement par laminage au niveau de la servo-valve. A titre d'exemple la descente d'une charge de l'ordre de 250 Newtons à 5 m par seconde sur une hauteur de 750 m nécessite d'utiliser 36 litres de fluide à la minute sous une pression de 200 bars, ce qui correspond à une puissance 12 kW qui est à dissiper. Le volume de fluide disponible à cet effet étant de l'ordre de 20 l, la dissipation de cette énergie fait monter la température de ces 20 l d'environ 30° C. Une telle élévation de température pourrait peut-être être acceptable à titre isolé, mais la répétition de ces manoeuvres, fréquemment nécessaire en conditions opérationnelles, entraíne une élévation totale de température beaucoup plus importante, ce qui est la source de nombreux inconvénients tels qu'une dilation excessive des organes hydrauliques, une dégradation de l'huile, et un dégagement de chaleur dans l'hélicoptère qui doit être dissipé par des systémes refroidisseurs.In addition, the hydraulic motor control from the pressure leads on the one hand to unnecessary power consumption at the level of the helicopter, for which this power is measured, and a also unnecessary heating of the oil in the hydraulic circuit. Indeed, the energy coming from the descent of the load is essentially dissipated at the engine by oil heating, and also the fall of pressure of the latter between supply and return dissipates itself in heat, mainly by rolling at the servo valve. As example the descent of a load of the order of 250 Newtons to 5 m by second over a height of 750 m requires the use of 36 liters of fluid at the minute under a pressure of 200 bars, which corresponds to a power 12 kW which is to be dissipated. The volume of fluid available for this purpose being around 20 l, the dissipation of this energy increases the temperature by these 20 l of about 30 ° C. Such a rise in temperature could perhaps be acceptable on an isolated basis, but the repetition of these maneuvers, frequently necessary in operational conditions, results in much larger total temperature rise, which is the source of many disadvantages such as excessive dilation of hydraulic components, degradation of the oil, and release of heat in the helicopter which must be dissipated by systems coolers.
Pour pallier ces inconvénients, l'invention propose un treuil
selon la revendication 1, le préambule
de laquelle correspond au document
EP-A-236 732. To overcome these drawbacks, the invention proposes a winch
according to
Selon une autre caractéristique, ladite servo-valve est une servo-valve å 4 voies utilisée essentiellement en 3 voies.According to another characteristic, said servo valve is a servo valve å 4 ways mainly used in 3 ways.
Selon une autre caractéristique, le treuil comporte en outre un troisième tuyau reliant la servo-valve au deuxième tuyau pour permettre d'alimenter pendant la descente le moteur hydraulique par du fluide hydraulique sous pression en quantité juste suffisante pour éviter la surchauffe du fluide circulant en circuit fermé.According to another characteristic, the winch further comprises a third pipe connecting the servo valve to the second pipe to allow to supply fluid during the descent to the hydraulic motor hydraulic under pressure in just sufficient quantity to avoid overheating of the fluid circulating in a closed circuit.
Selon une autre caractéristique, les moyens d'entraínement du touret par le moteur sont constitués d'engrenages ayant un bon rendement aussi bien en sens inverse qu'en sens direct.According to another characteristic, the means of driving the drum by the motor consist of gears having a good output both reverse and direct.
Selon une autre caractéristique, ces moyens d'entraínement comprennent un renvoi d'angle par pignon conique suivi d'un train épicycloïdal.According to another characteristic, these means of training include a bevel gear by bevel gear followed by a train epicyclic.
Selon une autre caractéristique, le treuil comprend des moyens pour alimenter en outre le carter du moteur par du fluide hydraulique sous pression avec un débit suffisant pour limiter une surchauffe supplémentaire éventuelle.According to another characteristic, the winch comprises means to additionally supply the motor housing with hydraulic fluid under pressure with sufficient flow to limit additional overheating possible.
Selon une autre caractéristique, le treuil comprend un moteur électrique de secours relié au moteur hydraulique par un embrayage commandé par un vérin qui enclenche cet embrayage sous l'effet d'un manque de pression.According to another characteristic, the winch comprises a motor electric backup connected to the hydraulic motor by a clutch controlled by a cylinder which engages this clutch under the effect of a lack of pressure.
Selon une autre caractéristique, cet embrayage fonctionne également en limiteur de couple.According to another characteristic, this clutch operates also in torque limiter.
Selon une autre caractéristique, le treuil comprend en outre un quatrième tuyau reliant les premier et deuxième tuyaux par l'intermédiaire d'un clapet de surpression qui permet de relacher la pression de refoulement lorsque le treuil se met à tourner en inverse lors du hissage par suite d'un accrochage accidentel de la charge.According to another characteristic, the winch further comprises a fourth pipe connecting the first and second pipes via a pressure relief valve which allows the pressure to be released backflow when the winch starts to turn in reverse when hoisting by following an accidental catching of the load.
Selon une autre caractéristique, le treuil comprend en outre un clapet de by-pass qui vient courcuiter le clapet de surpression lorsque la pression du fluide hydraulique vient à chûter. According to another characteristic, the winch further comprises a bypass valve which shortcuts the pressure relief valve when the hydraulic fluid pressure drops.
D'autres particularités et avantages de l'invention apparaítront clairement dans la description suivante présentée à titre d'exemple non limitatif au regard des figures annexées qui représentent :
- la figure 1, une vue schématique d'un treuil connu ;
- la figure 2, un schéma détaillé des organes de
commande 104 de la figure 1; - la figure 3, une vue schématique d'un treuil selon l'invention ; et
- la figure 4, un schéma détaillé des organes de
commande 304 de la figure 3.
- Figure 1, a schematic view of a known winch;
- Figure 2, a detailed diagram of the
control members 104 of Figure 1; - Figure 3, a schematic view of a winch according to the invention; and
- FIG. 4, a detailed diagram of the
control members 304 of FIG. 3.
Le schéma d'un treuil selon l'invention représenté sur la figure 3 est simplifié dans les mêmes conditions que le schéma de la figure 1.The diagram of a winch according to the invention shown in Figure 3 is simplified under the same conditions as the diagram in Figure 1.
Le moteur hydraulique 101 entraíne l'axe 111 du touret du treuil
par l'intermédiaire cette fois-ci d'un renvoi d'angle à pignon conique 302
suivi d'un train épicycloïdal 312. Ce système d'engrenage permet d'obtenir
un bien meilleur rendement en inverse que le système à vis sans fin de l'art
antérieur, mais on pourrait utiliser d'autres systèmes de réduction qui
procurent le même résultat. On verra par la suite que ce point est important
pour l'invention.The
L'axe du moteur hydraulique est en outre relié à un moteur
électrique de secours 107 par l'intermédiaire d'un embrayage 309 et d'un
réducteur 108. Cet embrayage est libéré par un vérin 310 qui fonctionne
sous la pression hydraulique provenant d'un bloc de commande hydraulique
304. Ainsi en cas de panne hydraulique la pression disparait et le vérin
relache l'embrayage qui s'enclenche et relie mécaniquement le moteur
électrique à l'axe du moteur hydraulique. Cette opération se passe
automatiquement en cas de panne il n'y a donc pas besoin d'intervention
manuelle dans ce cas.The axis of the hydraulic motor is also connected to a motor.
Le moteur électrique lui-même comporte un frein à commande
électrique à manque de courant 305. La commande électrique consiste donc
à envoyer du courant sur le frein 305, ce qui le relache, et au moteur 107, ce
qui le fait tourner.The electric motor itself has a control brake
electric with lack of current 305. The electric control therefore consists
to send current to the
Ainsi lors du passage sur le fonctionnement électrique, si le moteur n'est pas alimenté le treuil est automatiquement arrêté dans la position où il se trouve, sans qu'il puisse éventuellement se dérouler tout seul. So when switching to electrical operation, if the engine is not powered the winch is automatically stopped in the position where it is, without it possibly being able to unfold all only.
En outre on constate que par rapport au schéma de la figure 1 la
commande d'arrêt du bloc hydraulique à partir du dispositif de commande
110 utilisé pour craboter le moteur électrique sur l'axe du moteur
hydraulique n'existe plus, pour les raisons qui seront explicitées plus loin.In addition we note that compared to the diagram of Figure 1 the
hydraulic block stop command from the
Le schéma détaillé du treuil est représenté sur la figure 4 selon les mêmes conventions que la figure 2.The detailed diagram of the winch is shown in Figure 4 according to the same conventions as figure 2.
Le moteur hydraulique 101 relié au touret 203 supportant la
charge 201 par l'intermédiaire du câble 202 est alimenté à partir de la
source de fluide hydraulique sous pression P par l'intermédiaire d'un clapet
d'arrêt 204 piloté par une électro-vanne pilote 206 recevant un signal de
commande C1.The
Ce fluide sous pression est appliqué au moteur par l'intermédiaire
d'une servo-valve 405 du même type que la servo-valve à 4 voies 205, mais
utilisée cette fois-ci en valve 3 voies. Cette utilisation différente se fait
simplement au niveau des branchements sur la valve.This pressurized fluid is applied to the engine through
a 405 servo valve of the same type as the 4-
Dans le sens de la montée, figurée par les flèches H, le fluide
hydraulique traverse la servo-valve 305 par l'intermédiaire d'un tuyau 408
puis il revient au retour R dans le réservoir 207 par l'intermédiaire d'un tuyau
409, qui est cette fois-ci branché directement sur ce réservoir sans passer
par l'intermédiaire de la servo-valve, d'où le fonctionnement en 3 voies.
Cette différence permet déjà d'obtenir une perte de charge plus faible, d'où
une meilleure utilisation de l'énergie disponible.In the direction of the rise, represented by the arrows H, the fluid
hydraulic crosses the
La commande d'embrayage 310 reçoit du clapet d'arrêt 204 la
pression hydraulique par l'intermédiaire d'une électro-valve d'embrayage
401 commandée par un signal électrique C3. Ce signal électrique C3 permet
à volonté d'embrayer le moteur électrique sur le moteur hydraulique, même
lorsque la pression est établie. Par contre en l'absence de pression, comme
on l'a déjà vu, l'embrayage est automatique.The
Pour la descente de la charge, figurée par les flèches D, la servo-valve
405 vient croiser les circuits hydrauliques sous la commande du signal
électrique C2. Dans ces conditions le fluide hydraulique sous pression est
appliqué à une sortie de la servo-valve qui est bouchée pour le
fonctionnement en 3 voies, sous réserve de la variante décrite plus loin. Le
fluide hydraulique sortant du moteur 101, qui tourne en étant entraíné par le
touret 203 sous la traction du câble 202, passe dans la servo-valve 405 et
vient se reboucler sur le tuyau 409 par l'intermédiaire d'un tuyau de retour
402. L'aspiration du moteur 101 empêche ce fluide de revenir dans le
réservoir 207. De cette façon le fluide hydraulique circule en circuit fermé
dans le circuit indiqué par les flèches D, et comme le système
d'entraínement mécanique par renvoi d'angle conique et train épicycloïdal a
un bon rendement en inverse, il s'établit un équilibre dynamique "naturel"
qui présente la particularité d'être stable et de ne pas apporter les
irrégularités de fonctionnement décrites dans l'art antérieur.For the descent of the load, represented by the arrows D, the servo-
En outre le fluide qui circule ainsi en circuit fermé n'est soumis qu'à la pression délivrée par le moteur et qui sert simplement à la circulation de ce fluide La puissance ainsi dissipée de ce fait est très faible et on évite de dissiper la puissance précédemment délivrée par la source de haute pression en pure perte.In addition, the fluid which thus circulates in a closed circuit is not subjected than the pressure delivered by the engine and which is simply used for circulation of this fluid The power thus dissipated is therefore very low and we avoid dissipate the power previously delivered by the high source pressure wasted.
Enfin on peut également régler la vitesse de descente en commandant plus ou moins l'ouverture de la servo-valve 405 par l'intermédiaire du circuit de commande C2, ce qui permet de laminer plus ou moins le fluide hydraulique sur son circuit de retour.Finally we can also adjust the descent speed in more or less controlling the opening of the 405 servo-valve by through the C2 control circuit, which makes it possible to laminate more or minus the hydraulic fluid on its return circuit.
Dans l'art antérieur la vitesse de déroulement du câble était en principe imposée par la vitesse de rotation du touret imposée par le moteur qui fonctionnait sous l'effet de la pression d'huile appliquée. En principe les organes de commande étaient prévus pour imposer une vitesse correspondant à la descente naturelle du sonar sous l'effet de son poids. Dans la pratique on courait néanmoins le risque que le touret ne se mette à tourner trop vite et déroule le câble trop rapidement, entraínant ainsi un risque de décollement des spires du touret conduisant à un mélange de ces spires pouvant entraíner un blocage brutal de l'ensemble. L'invention permet de supprimer ce risque en obtenant un équilibre naturel sans contrainte puisque c'est la tension du câble qui anime le touret par sa traction. De ce fait le câble reste toujours tendu et ne peut plus se décoller.In the prior art the cable unwinding speed was in principle imposed by the speed of rotation of the reel imposed by the motor which operated under the effect of the applied oil pressure. In principle the control devices were designed to impose a speed corresponding to the natural descent of the sonar under the effect of its weight. In practice, however, there was a risk that the drum could start turn too fast and unwind the cable too quickly, causing risk of detachment of the turns of the reel leading to a mixture of these turns that can cause a sudden blockage of the assembly. The invention allows to eliminate this risk by obtaining a natural balance without constraint since it is the tension of the cable which drives the reel by its traction. From this the cable always remains taut and can no longer come off.
En outre il n'y a plus besoin, contrairement à l'art antérieur, d'utiliser un système de by-pass au niveau du circuit hydraulique destiné à court-circuiter le moteur en cas de panne hydraulique et de passage sur le moteur électrique pour hisser la charge. En effet dans l'art antérieur, comme la servo-valve est fermée en cas de panne hydraulique, le moteur ne peut ni aspirer ni refouler et cette impossibilité de refoulement entraíne son blocage sauf à court-circuiter le refoulement avec l'aspiration justement avec un by-pass. Toutefois un tel by-pass constitue une pièce supplémentaire qui est en outre susceptible de tomber elle-même en panne et qu'il y a lieu de mettre en route de manière positive en cas de panne. Comme dans l'invention on ne passe pas au refoulement par la servo-valve, le moteur est libre de refouler tout le fluide qu'il contient. Il ne peut pas, tout au moins en principe et en fonction de l'état de charge des différents circuits hydrauliques, aspirer mais cette circonstance n'entraíne pas son blocage puisque quand il est vide il peut quand même tourner, avec simplement un très léger freinage. On remarque en outre que cette même circonstance empêche le touret et le moteur de tourner à l'envers sous l'effet de la charge lorsque cette panne se produit en hissage, puisque dans ce cas le refoulement se ferait côté fermé de la servo-valve. Ceci empêche la charge de redescendre toute seule, sans avoir besoin de prévoir des dispositifs de sécurité particuliers.In addition there is no longer a need, unlike the prior art, use a bypass system at the hydraulic circuit intended to short-circuit the engine in the event of a hydraulic failure and passing over the electric motor to hoist the load. Indeed in the prior art, as the servo valve is closed in the event of a hydraulic failure, the motor cannot suck or push back and this impossibility of pushing results in its blocking except to short-circuit the discharge with the suction precisely with a bypass. However, such a bypass constitutes an additional part which is in in addition likely to break down itself and that should be put en route positively in the event of a breakdown. As in the invention, does not pass to the discharge through the servo-valve, the motor is free to repress all the fluid it contains. He cannot, at least in principle and depending on the state of charge of the various hydraulic circuits, vacuum but this circumstance does not cause its blocking since when it is empty it can still turn, with just very slight braking. We further notes that this same circumstance prevents the reel and the engine to turn upside down under the effect of the load when this failure occurs hoisted product, since in this case the backflow would be closed side servo valve. This prevents the load from going down on its own, without need to provide special safety devices.
On se trouve néanmoins confronté à un autre problème d'échauffement, dû au fait que la quantité d'huile en circulation est d'un volume très réduit. En effet, en se rapportant à l'exemple chiffré décrit plus haut, la tension du câble lors de la descente du sonar dans l'eau, qui est sensiblement de l'ordre de 250 Newtons pour une vitesse de 5 m par seconde, correspond à une puissance de l'ordre de 1 kW. En considérant que les pertes dans les différents organes mécaniques d'entraínement sont de l'ordre de 0,5 kW, il reste 0,5 kW qui sont à dissiper dans le circuit hydraulique. La quantité d'énergie à dissiper est donc beaucoup plus faible que celle de l'art antérieur. Néanmoins comme ces 500 W devraient être dissipés en l'absence d'autres dispositifs dans un volume d'huile sensiblement égal à 50 cm3, la surchauffe serait difficilement inacceptable, même pour une manoeuvre unique.However, we are faced with another problem due to the fact that the amount of oil in circulation is one very small volume. Indeed, referring to the numerical example described more high, the cable tension when lowering the sonar into the water, which is approximately 250 Newtons for a speed of 5 m per second, corresponds to a power of the order of 1 kW. Considering that the losses in the various mechanical drives are around 0.5 kW, there are 0.5 kW left to be dissipated in the circuit hydraulic. The amount of energy to be dissipated is therefore much lower than that of the prior art. However, as these 500 W should be dissipated in the absence of other devices in a volume of oil substantially equal to 50 cm3, overheating would be difficult to accept, even for a single maneuver.
Pour pallier cet inconvénient, l'invention propose de renouveler
l'huile en utilisant une canalisation 403 qui est branchée entre la sortie de
l'électro-vanne dont ont a dit plus haut qu'elle était en principe bouchée,
mais qui est donc de ce fait légèrement ouverte pour alimenter cette
canalisation, et le tuyau 409 qui permet le retour du fluide dans le moteur
lorsqu'il fonctionne en pompe pendant la descente. Cette alimentation se fait
bien entendu sous la pression P et pour éviter un apport excessif d'énergie
on limite le débit en utilisant de préférence une canalisation de section
étroite, ou restriction, figurée sur la figure par un étranglement 404.To overcome this drawback, the invention proposes to renew
the oil using a
A titre d'exemple numérique, on peut injecter 2 l par minute sous
la pression de 200 bars fournie par le clapet 204. Bien entendu l'huile en
excédent chauffée dans le moteur est évacuée sur le retour R. Cette huile
est chaude alors que l'huile qui vient la remplacer est froide, et bien que l'on
apporte ainsi un supplément de puissance d'environ 700 W on évite la
surchauffe puisque l'huile chaude est reprise dans le réservoir 207 à partir
du retour R.As a numerical example, we can inject 2 l per minute under
the pressure of 200 bars supplied by the
En outre dans la pratique les servo-valves de ce type fonctionnent
non pas directement sous la commande d'un électro-aimant alimenté par le
signal C2, mais par l'intermédiaire d'un petit circuit hydraulique intermédiaire
dit de "débit de contrôle" représenté sur la figure par la boucle 406 entre le
tuyau 402 et celui qui arrive du clapet 204. Cette boucle consomme un débit
d'environ 0,5 l de fluide qui est à prendre en compte dans le bilan de l'huile
supplémentaire injectée, et dans ces conditions le débit dans le tuyau 403
est limité à sensiblement 1,5 l.Also in practice servo valves of this type work
not directly under the control of an electromagnet powered by the
signal C2, but via a small intermediate hydraulic circuit
called "control flow" represented in the figure by the
Les opérations qui ont été décrites jusqu'à présent concernent la
descente de la charge utile (le sonar) dans l'eau, parce que c'est la phase
qui dure le plus longtemps, environ 3 mn. Toutefois avant de rentrer dans
l'eau le sonar parcourt la distance entre l'hélicoptère et la surface de l'eau.
Ceci se passe très rapidement, quelques secondes, parce que la distance
est courte, environ 20 mètres, et que la charge est alors d'environ 800
Newtons, soit 3 à 4 fois plus que dans l'eau. En raison du faible volume de
fluide utilisé dans l'invention la surchauffe qui se produit pendant ces
quelques instants, et qui correspond à la dissipation d'une puissance
supplémentaire d'environ 3 KW pendant quelques secondes, peut être trop
importante. Pour éviter cet effet, l'invention propose d'augmenter encore le
débit supplémentaire d'huile dans le moteur en utilisant cette fois-ci un
circuit déjà connu par ailleurs et consistant à admettre dans le carter du
moteur un débit de fluide par l'intermédiaire d'un tuyau 410 alimenté par une
électro-valve dite de réchauffage 407. Ce circuit est normalement utilisé
pour réchauffer le circuit hydraulique par grand froid, d'où son nom. Selon
l'invention, lors de l'initialisation de la descente à partir de l'hélicoptère on
actionnera cette électro-valve par un signal de commande C4, qui sera
interrompu lors de la détection de l'entrée du sonar dans l'eau. Cette
détection s'effectue par des moyens connus puisqu'elle est utilisée pour
d'autres usages dans le fonctionnement connu du treuil. En utilisant de cette
manière un débit supplémentaire de 4 l de fluide par minute on arrive ainsi à
limiter l'augmentation de température de ce fluide à 30° C, ce qui est tout à
fait satisfaisant. La puissance dissipée pendant ce court instant peut
atteindre 3 kW.The operations which have been described so far relate to the
lowering of the payload (the sonar) in the water, because this is the phase
which lasts the longest, about 3 min. However before entering
water the sonar travels the distance between the helicopter and the surface of the water.
This happens very quickly, a few seconds, because the distance
is short, about 20 meters, and the charge is then about 800
Newtons, 3 to 4 times more than in water. Due to the low volume of
fluid used in the invention the overheating that occurs during these
a few moments, and which corresponds to the dissipation of a power
about 3 KW extra for a few seconds, maybe too much
important. To avoid this effect, the invention proposes to further increase the
additional oil flow into the engine this time using a
circuit already known elsewhere and consisting in admitting into the casing of the
motor a fluid flow rate via a
Pour résoudre en outre le problème de la surtension du câble
lorsque pendant le hissage hydraulique la charge se trouve accrochée au
fond ou entrainée et vient tirer sur le câble en raison du mouvement relatif
entre l'hélicoptère et le point d'accrochage de la charge, un capteur d'effort
faisant partie des moyens connus du treuil permet d'obtenir un signal de
commande de l'ouverture du frein électrique 305 et du débrayage 309. Le
moteur se met alors à tourner à l'envers en pompe et débite sur le tuyau
408. Afin d'éviter que la pression de refoulement ne devienne supérieure à
la pression d'entrée, ce qui pourrait endommager le système hydraulique, on
utilise un tuyau 411 qui relie les tuyaux 408 et 409 par l'intermédiaire d'un
clapet de surpression 412, taré par exemple à 220 bars. Sous l'effet de la
surpression ce clapet s'ouvre et le fluide est renvoyé vers le retour, ce qui
fait chuter la pression et évite des dommages, en particulier au niveau de la
servo-valve 405. Ce régime ne dure en principe que le temps nécessaire à
ouvrir la servo-valve pour relacher la pression. Cette ouverture s'effectue
d'après la détection de l'accrochage de la charge, au niveau de la logique
de commande du système, ou en dernier secours manuellement.To further solve the problem of cable overvoltage
when during the hydraulic hoisting the load is attached to the
bottom or driven and comes to pull the cable due to the relative movement
between the helicopter and the load attachment point, a force sensor
being part of the known means of the winch makes it possible to obtain a signal of
command to open the
Lorsque ce même incident se produit en hissage électrique, on
utilise un clapet de by-pass 413, taré par exemple à 100 bars, qui court-circuite
le clapet de surpression 412 et est commandé par un tuyau 414
connecté à l'arrivée de la pression sur le tuyau entre le clapet 204 et la
servo-valve 405. Comme on utilise le hissage électrique en secours parce
qu'il n'y a plus de pression hydraulique, l'absence de pression dans le tuyau
414 vient ouvrir le clapet de by-pass 413, ce qui permet au moteur de
débiter sur le retour.When this same incident occurs in electric hoisting, we
uses a
Enfin lorsqu'il y a une panne totale, hydraulique et électrique, on ne peut bien entendu plus rien commander. Dans ces conditions l'embrayage est enclenché et pour éviter toute possibilité de dommage, l'invention prévoit de concevoir cet embrayage en limiteur de couple afin de le faire patiner, ce qui permet le déroulement du câble par freinage au niveau de cet embrayage ainsi que par laminage du fluide dans le clapet de by-pass.Finally when there is a total failure, hydraulic and electrical, we can of course no longer order anything. In these conditions the clutch is engaged and to avoid any possibility of damage, the invention provides for designing this clutch as a torque limiter in order to make it slip, which allows the cable to unwind by braking at level of this clutch as well as by rolling the fluid in the valve bypass.
L'ensemble des signaux de commande C1 à C4 sera avantageusement obtenu à l'aide d'un microprocesseur convenablement programmé et relié aux différents capteurs du treuil.The set of control signals C1 to C4 will be advantageously obtained using a microprocessor suitably programmed and connected to the various winch sensors.
Claims (10)
- Winch with hydraulic motor, of the type comprising a reversible hydraulic motor (101) for driving the winch supplied by a servo-valve (405) as well as by a first (408) and a second (400) supply hose, in which winch the servo-valve allows, for winching-up, the motor to be supplied with hydraulic fluid under pressure by the first hose, and the second hose is connected directly to the return circuit (R) for the hydraulic fluid, characterized in that in order to be used in a helicopter fitted with sonar intended to be manipulated by this winch, the said servo-valve (405) allows, for descent, this first hose to be connected to the second hose in order to allow the hydraulic fluid to circulate in closed circuit without pressure during all of this descent.
- Winch according to Claim 1, characterized in that the said servo-valve (405) is a 4-way servo-valve used essentially as a 3-way valve.
- Winch according to either one of Claims 1 and 2, characterized in that it further includes a third hose (403) connecting the servo-valve to the second hose (409) to allow the hydraulic motor (101) to be supplied, during the descent, with hydraulic fluid under pressure in just sufficient quantity to avoid the overheating of the fluid circulating in closed circuit.
- Winch according to any one of Claims 1 to 3, characterized in that the means by which the drum (203) is driven by the motor (101) consist of gears having good efficiency both in the reverse direction and in the forward direction.
- Winch according to Claim 4, characterized in that these drive means comprise a means of transmission through an angle using a bevel gear (302) followed by an epicyclic gear set (312).
- Winch according to any one of Claims 1 to 5, characterized in that it comprises means (407) for furthermore supplying the casing of the motor (101) with hydraulic fluid under pressure with sufficient flow rate to limit any possible additional overheating.
- Winch according to any one of Claims 1 to 6, characterized in that it comprises a back-up electric motor (107) connected to the hydraulic motor (101) by a clutch (309) controlled by a ram (310) which engages this clutch under the effect of a lack of pressure.
- Winch according to Claim 7, characterized in that this clutch also acts as a torque limiter.
- Winch according to any one of Claims 1 to 8, characterized in that it further comprises a fourth hose (411) connecting the first and second hoses (408, 409) by means of a relief valve (412) which allows the delivery pressure to be released when the winch starts to rotate in the opposite direction during winching-up as a result of the load accidentally catching.
- Winch according to Claim 9, characterized in that it further comprises a bypass valve (413) which short-circuits the relief valve (412) when the pressure of the hydraulic fluid starts to drop.
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