FR2474194A1 - Regulateur de pression pour un circuit hydraulique ouvert - Google Patents

Abstract

LE REGULATEUR EST PROPRE A REGLER LA PRESSION D'UN FLUIDE HYDRAULIQUE EN ENVOYANT UNE PROPORTION DU COURANT HYDRAULIQUE A UNE EVACUATION ET COMPREND UN ELEMENT DE CLAPET MOBILE 21 PROPRE A COMMANDER L'OUVERTURE D'UN ORIFICE DE DECHARGE D'UNE PREMIERE CHAMBRE 22 ET MAINTENU NORMALEMENT FERME PAR L'ACTION D'UN RESSORT 27, UN ELEMENT DE PISTON 23 SOLIDAIRE DE L'ELEMENT DE CLAPET ET DISPOSE POUR DEFINIR UNE DEUXIEME CHAMBRE 25 QUI EST EN COMMUNICATION HYDRAULIQUE AVEC LA PREMIERE PAR L'INTERMEDIAIRE D'UN PREMIER ALESAGE 28, ET UNE TROISIEME CHAMBRE 34 EN COMMUNICATION HYDRAULIQUE A LA FOIS AVEC LA PRECEDENTE 25, PAR L'INTERMEDIAIRE D'UN SECOND ALESAGE 35, ET AVEC LA SORTIE D'EVACUATION 11, PAR L'INTERMEDIAIRE D'UN ORIFICE DONT L'OUVERTURE EST COMMANDEE PAR UN ELEMENT D'INTERCEPTION 36 ACTIONNE PAR UN ELECTRO-AIMANT 19; LA PRESSION DU FLUIDE EST REGLEE EN FAISANT VARIER L'ORIFICE D'EVACUATION REGLE PAR L'ELEMENT D'INTERCEPTION ET, EN CONSEQUENCE, LE DEBIT DU FLUIDE DE COMMANDE PASSANT A TRAVERS LEDIT PREMIER ALESAGE, LA DEUXIEME CHAMBRE, LE SECOND ALESAGE ET LA TROISIEME CHAMBRE.

Description

L'invention concerne un régulateur de pression pour

un circuit hydraulique ouvert, dans lequel l'action de régla-

ge s'effectue en évacuant une proportion prédéterminée du

courant de fluide arrivant au régulateur.

Les régulateurs de ce type comportent un élément de clapet mobile agencé pour ouvrir un orifice de décharge afin d'évacuer une certaine proportion du courant, le mouvement du

clapet étant commandé par un servomécanisme commandé lui-

même normalement par un électro-aimant.

Ce servo-mécanisme, qui fonctionne habituellement hydrauliquement, sert en fait d'amplificateur pour engendrer des forces et/ou des mouvements suffisamment importants pour commander l'élément de clapet, lorsque des forces et/ou des

mouvements beaucoup plus petits sont appliqués à ce servo-

mécanisme ou y sont induits.

Du fait de la structure de ce servo-mécanisme, les régulateurs du type décrit sont structuralement relativement compliqués, leur dimension hors tout est importante et leur

fiabilité parfois faible.

En outre, leur plage d'applications est relativement faible du fait que chaque distributeur ne peut être utilisé qu'avec des pressions situées à l'intérieur d'une plage bien définie. La présente invention a donc pour but de fournir un régulateur de pression pour un circuit hydraulique ouvert

- qui soit structuralement très simple, de dimen-

sions hors tout faibles, et très fiable; - qui permette un grand nombre d'applications pour

des plages de pressions très larges par le simple remplace-

ment d'une ou de plusieurs pièces; - dont la stabilité dynamique soit élevée et dont la pression réglée est à peine influencée par les variations

de pression du fluide d'alimentation.

La présente invention procure donc un régulateur de pression pour un circuit hydraulique ouvert, qui est disposé

pour régler, en amont d'un conduit d'alimentation du régula-

teur, la pression du fluide hydraulique arrivant à ce conduit, en envoyant une proportion du courant hydraulique à une évacuation, caractérisé en ce qu'il comporte un élément de clapet mobile dans le corps du régulateur et disposé pour

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commander l'ouverture d'un orifice de décharge entre une première chambre dans laquelle débouche le conduit d'arrivée

et la sortie d'évacuation, cet élément de clapet étant main-

tenu normalement fermé par l'action d'un ressort et comportant des premières surfaces actives agencées pour être sensibles à la pression agissant dans la première chambre afin de déplacer l'élément de clapet; un élément de piston solidaire de l'élément de clapet et disposé pour définir une deuxième chambre en coopération avec des surfaces d'une cavité du corps et pour se déplacer à l'intérieur de cette cavité, cet élément de piston présentant des secondes surfaces actives disposées pour être sensibles à la pression agissant dans la deuxième chambre afin de déplacer l'élément de clapet, la première et la deuxième chambre communiquant hydrauliquement l'une avec l'autre au moyen d'au moins un premier alésage de dimension prédéterminée; une troisième chambre prévue dans

le corps du régulateur et communiquant avec la sortie d'éva-

cuation par l'intermédiaire d'un orifice dont l'ouverture est réglée par un élément-d'interception commandé par un électro-aimant qui actionne le régulateur; cette troisième chambre communiquant hydrauliquement avec la seconde chambre

par l'intermédiaire d'au moins un deuxième alésage de dimen-

sion prédéterminée afin de créer à travers le premier alésage, la deuxième chambre, le deuxième alésage et la troisième chambre un courant de fluide de commande en direction de la sortie d'évacuation; la pression du fluide dans le conduit d'alimentation étant réglée, par l'intermédiaire de cet

électro-aimant, en faisant varier l'orifice réglé par l'élé-

ment d'interception, et ainsi le débit du fluide de cQm-

mande.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la

description détaillée, donnée ci-après à titre d'exemple

seulement, d'une réalisation-préférée, en liaison avec le dessin joint sur lequel: 35. la figure 1 représente un circuit hydraulique dans lequel est monté le régulateur selon l'invention.; la figure 2 est une coupe longitudinale à travers

le distributeur dans une position de fonctionnement général.

Le régulateur de pression selon l'invention est agencé pour être monté dans un circuit hydraulique ouvert du type représenté sur la figure 1 afin de régler la pression du fluide hydraulique envoyé par une pompe 2 à un dispositif

utilisateur 1 par l'intermédiaire d'un conduit 3. Le régula-

teur selon l'invention, repéré en 4, est raccordé à ce conduit par l'intermédiaire d'une portion 5 de celui-ci, qui amène du fluide à l'arrivée 6 (figure 2) du régulateur. Ce fluide est ensuite évacué de ce régulateur, de la manière qui sera décrite ci-après, dans un réservoir 7 (figure 1) par

l'intermédiaire de conduits 8, 9 qui sont raccordés respecti-

vement aux sorties d'évacuation 10 et 11 (figure 2) du régu-

lateur. Ce dernier, représenté sur la figure 2 dans une position de fonctionnement général, comprend un corps 15 avec

une cavité 16 comportant un certain nombre de portions déli-

mitées par des surfaces cylindriques, et fermée à une extré-

mité par un bouchon 17 et à l'autre extrémité par un raccor-

dement 18 à un électro-aimant 19.

Le régulateur comporte également un élément mobile , se déplaçant à l'intérieur de la cavité 16 et comportant un élément de clapet 21 disposé pour commander l'ouverture d'un orifice de décharge entre une première chambre 22

(figure 2) et la sortie d'évacuation 10. Dans ce but, l'élé-

ment de clapet 21 comporte une surface conique 21a disposée pour venir en contact avec un siège correspondant 22a de cette

chambre, dans laquelle débouche également l'arrivée d'alimen-

tation 6 du régulateur.

L'élément mobile 20 comporte également un élément de piston 23 solidaire par une tige 24-de cet élément de clapet, se déplaçant également à l'intérieur de la cavité 16, et disposé pour définir avec les surfaces de cette dernière une deuxième chambre 25. Cet élément de piston comporte de façon appropriée une paroi latérale tubulaire 26, dont l'axe

co!ncide sensiblement avec celui de l'élément de clapet 21.

La première chambre 22 communique hydrauliquement avec la deuxième chambre 25 par l'intermédiaire d'un premier alésage radial 28, ménagé dans la paroi latérale 26 de l'élément de piston 23 et ayant un diamètre prédéterminé. Un ressort 27, disposé entre le bouchon 17 et l'élément de clapet 21, tend

à maintenir ce dernier dans la position fermée (non représen-

tée) dans laquelle la-surface conique 21a est appliquée sur

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son siège 22a afin de fermer le passage en direction de la

sortie d'évacuation de la première chambre 22.

Dans la cavité 16 du corps du régulateur, à l'extré-

mité de l'élément de piston 23 opposée à celle dont se projette l'élément de clapet 21, est disposé un manchon 29 comportant une paroi latérale tubulaire 30 et une paroi de base 31, et à

l'intérieur duquel est délimitée une troisième chambre 34.

Cette dernière communique hydrauliquement avec la deuxième chambre 25 par l'intermédiaire d'un deuxième alésage radial 35 méiiagé'dans la paroi latérale 30. Cette troisième chambre peut également être raccordée à la sortie d'évacuation 11 par l'intermédiaire d'un élément d'interception qui, dans la réalisation représentée, se présente-sous la forme d'une bille 36, disposée pour reposer sur un siège correspondant 34a de la chambre, son mouvement étant commandé par une tige 37 de

l'électro-aimant 19.

Le manchon 29 est fixé au corps 15 de toute manière appropriée, par exemple, par l'intermédiaire d'une collerette 38 formée monobloc, qui est disposée pour s'appliquer sur un épaulement correspondant du corps et est maintenue contre ce

dernier par une bague fendue 39.

Le régulateur fonctionne de la manière suivante.

On suppose que le régulateur est dans la position-

de fonctionnement général telle que celle représentée sur la figure 2 dans laquelle le fluide sous pression atteint son arrivée 6 et l'électroaimant est excité de façon à placer la tige correspondante 37 de telle manière qu'elle ouvre légèrement l'élément d'interception (bille 36) de la troisième chambre 34 d'une valeur prédéterminée fonction de la pression qui doit être obtenue à l'arrivée 6 (et de ce fait dans le

conduit 3) (figure 1).

Le fluide pénétrant par l'arrivée 6 remplit la première chambre 22, d'o il passe par l'intermédiaire du

premier alésage 28 dans la deuxième chambre 25, et de celle-

ci par l'intermédiaire du deuxième alésage 35 dans la troi-

sième chambre 34. Ce fluide passe finalement de cette dernière chambre 34 vers la sortie d'évacuation 11 par l'intermédiaire de l'orifice découvert par la bille 36, donnant ainsi naissance à un courant de fluide de commande entre l'entrée 6 et la

sortie d'évacuation 11 en suivant le trajet décrit.

Le fluide qui remplit les trois chambres exerce sur les surfaces de l'élément de clapet 21 et de l'élément de piston 23 des pressions qui ont une résultante dans la

direction de l'axe de l'élément mobile 20, résultante diffé-

rente de zéro, et qui, comme on le verra ci-après, a, dans le cas considéré (orifice de décharge de la troisième chambre 34 partiellement ouvert) une direction et une valeur absolue permettant de vaincre la réaction élastique du ressort 27 afin de séparer la surface 21a de l'élément de clapet 21 du siège correspondant 22a et ouvrir ainsi l'orifice de la première chambre 22 en direction de la sortie d'évacuation 10. Dans cette position de fonctionnement, l'élément mobile se trouve dans une position d'équilibre, telle que celle représentée sur la figure 2, sous l'action de la résultante des pressions exercées sur lui et de la force F exercée par le ressort spiral 27, position dans laquelle une ouverture est laissée libre pour le passage d'un courant principal de fluide en direction de la sortie d'évacuation 10. La valeur

de cette ouverture est indiquée en S sur la figure 2.

La pression de fluide qui s'est établie dans la première chambre 22 (et ainsi dans l'arrivée 6 et dans les conduits en amont de celle-ci) dépend du débit de fluide évacue du courant principal et de la valeur de l'ouverture, qui est commandée de la manière décrite ci-après par le

courant de commande et de ce fait par la valeur dont la troi-

sième chambre 34 est ouverte en direction de l'évacuation,

cette ouverture étant fonction de la position de la bille 36.

Lorsque le régulateur est dans une configuration telle que celle représentée sur la figure 2, et que le courant principal précité et le courant de commande sont établis, la

pression Pc du fluide dans la deuxième chambre 25 est infé-

rieure à la pression p dans la première chambre 22, et la pression pp dans la troisième chambre 34 est inférieure à pc, du fait de la chute de pression du fluide passant à travers

le premier alésage 28 et le deuxième alésage 35 respectivement.

A cet égard, si l'on suppose que q est le débit du fluide de commande et que le fluide a une densité p, cp et cC étant respectivement le coefficient de réduction de la vitesse théorique et le coefficient de contraction du courant fluide dans ces alésages, et aj et 02 étant les sections transversales à travers les alésages respectifs 28 et 35, on a alors avec une bonne approximation: P -Pc = 2 2 2 Pc 1 q2 P P Pc - Pp 2 2 2 (2) p c On obtient alors par division: ai 2 lO P -Pc =(ai)2 (Pc -Pp)(3 Dans cette configuration d'équilibre général, l'élément mobile 20 est soumis à la force F (figure 2) de la réaction élastique du ressort et aux forces appliquées sur l'élément mobile par les pressions p et pc, qui, si Sl et S2 (S2 > Sl) désignent les surfaces des sections respectives de la première

chambre 22 et de la deuxième chambre 25 (figure 2) (de diamè-

tres dl et d2), sont évidemment égales à p (S2 - Sl) et Pc S2.

L'équation d'équilibre de l'élément mobile est en conséquence la suivante: F + p (S2 - S1) = Pc S2 (4) que l'on peut également écrire sous la forme: F (ppc) 21 P F (P Pc) 2S (5) En tenant compte de (1) et (2), cette équation devient aisément: F nS2 p S S-ns2 pp S-nS2 (6) o n est le rapport-non dimensionnel Cr n - 2 2 (7) i + a2 qui dépend seulement des sections transversales des alésages 28 et 35. De l'équation (6), il apparaît donc que, dans un

régulateur avec- des caractéristiques géométriques prédéter-

minées, la pression p dans la première chambre 22, qui est la pression établie par le régulateur dans le circuit auquel il est raccordé) décroît linéairement lorsque la pression pp

dans la troisième chambre 34 augmente et diminue aussi li-

néairement avec la fermeture de l'orifice de décharge de celle-ci, qui est effectué par le déplacement de la bille 36 en direction du siège associé 34a dans la chambre. La pression minimale p est en conséquence celle que l'on constate

lorsque cette chambre est complètement fermée. Dans ces con-

ditions, le débit q du fluide de commande est nul, et dans la deuxième et la troisième chambre 25 et 34 règne évidemment la même pression p, et ainsi cette valeur minimale de la pression p devient: F p S- qui est obtenue en faisant p - Pc = , ou pp = p dans les

équations respectives (5) et (6). Au contraire, la valeur ma-

ximale de la pression p est obtenue lorsque l'orifice de décharge de la troisième chambre 34 est complètement ouvert,

pour donner alors la valeur minimale de pp. Cette valeur maxi-

male tend vers: F Sl-S lorsque pp tend vers 0. Il apparaît que la valeur de pp dépend seulement de la force de fermeture E (figure 2) exercée sur la bille 36 par la tige 37 de l'électro-aimant 19 pour que la bille soit en équilibre, il faut que: PP3 dans laquelle S3 désigne la surface de la section transversale

de la troisième chambre 34 de diamètre d3 (figure 2).

En examinant l'équation (6), on peut également voir que plus grande est la variation de p en fonction de pp (et ainsi en fonction de la fermeture de l'orifice de décharge de la troisième chambre 34), plus grand est le terme: rnS2 S1-nS2 qui peut en conséquence être considéré comme un facteur d'amplification de la pression pp. Une fois prédéterminées les valeurs de Sl et de S2, il dépend seulement du choix des valeurs des surfaces a et a2 des sections transversales des alésages

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28 et 35.

Il apparaît donc que, avec le régulateur de l'inven-

tion, on peut régler de façon continue la pression p à l'in-

térieur d'une large plage de pressions dont les valeurs, inférieure et supérieure peuvent, comme on le voit dans ce qui précède, être considérées comme respectivement égales à

F F

S1 et ls Plus le passage entre ces limites est rapide lorsque pp varie,

plus le facteur d'amplification 1 -S augmente.

On voit donc que l'on peut faire varier aisément et rapidement, en remplaçant seulement un composant du régulateur, chacune des limites précitées de la plage de pressions p dans laquelle le régulateur de l'invention peut fonctionner. A cet égard, on peut faire varier la limite inférieure en remplaçant

le ressort spiral 27 par un autre ressort de rigidité diffé-

rente (faisant ainsi varier le rapport F/Si) tandis qu'on peut faire varier la limite supérieure en remplaçant le manchon 29 (faisant.ainsi varier le diamètre du deuxième alésage 35 et par voie de conséquence le rapport- S2). De même, on S-l-nS2

peut obtenir un facteur d'amplification différent en rempla-

çant ce manchon. Il s'ensuit que le régulateur peut s'adapter

à un grand nombre de cas de fonctionnement.

On a également constaté que, avec le régulateur de l'invention, on obtient une stabilité dynamique élevée, grâce à laquelle on peut utiliser un électro-aimant de commande très simple (électro-aimant 19) du type non amorti, même s'il existe de fréquentes et considérables pulsations de courant dans le conduit d'alimentation en fluide (conduit 3 de la figure 1>. Cette stabilité dynamique provient de l'action d'amortissement élevée exercée sur le fluide lorsque celui-ci est refoulé à travers les deux alésages 28 et 35; de ce fait, le débit de commande pénétrant dans la troisième chambre 24 n'est aucunement influencé par toute irrégularité dynamique présente dans-le débit de fluide pénétrant par l'arrivée 6 du régulateur. Cette action d'amortissement dépend à la fois du

diamètre et de la position de ces alésages.

Pour ces raisons, il est préférable que les diamètres des alésages 28 et 35 soient plutôt petits, pour autant que ceci est compatible avec les conditions du circuit du fluide traversant le régulateur. On a trouvé que, si ce dernier

était utilisé dans un circuit normal d'un engin de terrasse-

ment, les diamètres de ces alésages pouvaient être compris entre 0,5 et 1 mm. Le régulateur de l'invention représente également un ensemble très intégré entre la partie opérationnelle (élément de clapet 21, première chambre 22) et la partie de

commande (élément de piston 23, deuxième chambre 25 et troi-

sième chambre 34), avec l'avantage de procurer une structure

très compacte de dimensions générales très faibles.

Il apparaît que l'on peut apporter des modifications à la réalisation décrite de l'invention, sans s'écarter de

sa portée. En particulier, la forme des diverses parties dé-

finissant les trois chambres 22, 25 et 34 peuvent être diffé-

rentes, comme également la position des alésages 28 et 35 qui raccordent la première chambre à la deuxième et la deuxième à

la troisième respectivement.

Claims (5)

REVENDICATIONS

1. Régulateur de pression pour un circuit hydraulique ouvert, qui est disposé pour régler, en amont d'un conduit

d'alimentation du régulateur, la pression du fluide hydrau-

lique arrivant à ce conduit, en envoyant une proportion du courant hydraulique à une évacuation, caractérisé en ce qu'il comporte un élément de clapet mobile (21) dans le corps du régulateur (15) et disposé pour commander l'ouverture d'un orifice de décharge entre une première chambre (22) dans

laquelle débouche le conduit d'arrivée et la sortie d'éva-

cuation (10), cet élément de clapet (21) étant maintenu normalement fermé par l'action d'un ressort (27) et comportant des premières surfaces actives agencées pour être sensibles à la pression agissant sur la première chambre (22) afin de déplacer l'élément de clapet (21); un élément de piston (23) solidaire de l'élément de clapet (21) et disposé pour définir une deuxième chambre (25) en coopération avec des surfaces d'une cavité (16) du corps (15) et pour se déplacer à l'intérieur de cette cavité (16), cet élément de piston (23) présentant des secondes surfaces actives disposées pour être sensibles-à la pression agissant dans la deuxième chambre (25) afin de déplacer l'élément de clapet (21), la première et la deuxième chambre (22, 25) communiquant hydrauliquement l'une avec l'autre au moyen d'au moins un premier alésage (28) de dimension prédéterminée; une troisième

chambre (34) prévue dans le corps du régulateur (15) et -

communiquant avec la sortie d'évacuation (11) par l'inter-

médiaire d'un orifice dont l'ouverture est réglée par un élément d'interception (36) commandé par un électro-aimant (19) qui actionne le régulateur; cette troisième chambre (34) communiquant hydrauliquement avec la deuxième chambre (25) par l'intermédiaire d'au moins un deuxième alésage (28), la deuxième chambre (25), le deuxième alésage (35) et la troisième chambre (34), un courant de fluide de commande en direction de la sortie d'évacuation (11); la pression du fluide dans le conduit d'alimentation étant réglée, par l'intermédiaire de cet électro-aimant (19), en faisant varier l'orifice réglé par l'élément d'interception (36), et ainsi le débit du

fluide de commande.

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2. Régulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que cet élément de piston (23) comporte une paroi latérale tubulaire (26) qui définit la deuxième chambre (25) en coopération avec les surfaces de la cavité (16) du corps (15) du régulateur, le premier alésage (28) étant ménagé dans cette paroi latérale (26), et son axe étant sensiblement

orthogonal à l'axe longitudinal de la paroi (26).

3. Régulateur selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la troisième chambre (34) comporte'à l'intérieur un manchon (29) dont l'axe coincide sensiblement avec celui de l'élément de piston, ce manchon (29) ayant une paroi latérale tubulaire (30) et une paroi de base plane (31), le deuxième alésage (35) étant ménagé dans la paroi latérale (30) du manchon (29) et ayant son axe pratiquement

orthogonal à l'axe du manchon (29).

4. Régulateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'élément d'interception (36) est constitué par une bille (36) disposée pour reposer sur un siège (34a) de la paroi latérale (30) du manchon (29), et sur lequel s'appuie une tige

mobile (37) dont le mouvement est commandé par l'électro-

aimant (19).

5. Régulateur selon l'une quelconque des revendica-

tions précédentes caractérisé en ce que l'élément de clapet (21)

est raccordé à l'élément de piston (23) par une tige cylin-

drique (24), la première chambre (22) étant définie par la surface extérieure de la tige (24) et par la surface de la

cavité (16) du corps (15) du régulateur.