FR3143069A1

FR3143069A1 - Machine hydraulique tournante équipée de pistons

Info

Publication number: FR3143069A1
Application number: FR2213123A
Authority: FR
Inventors: Fabien JUSTICE; Loïc BONNARD; Nicolas OUDAN; Pierre Bernard; Christophe DELHOUME; Nicolas Weber
Original assignee: Poclain Hydraulics Industrie
Current assignee: Poclain Hydraulics Industrie
Priority date: 2022-12-09
Filing date: 2022-12-09
Publication date: 2024-06-14
Also published as: WO2024121482A1

Abstract

La machine hydraulique comprend : - un bloc-cylindres présentant des logements, et - des pistons (16) logés dans les logements respectifs, chaque piston comprenant une tête (26) et un pied (28), le pied (28) présentant une plus grande dimension (Dp) suivant une direction perpendiculaire à un axe (P-P) du piston, la plus grande dimension (Dp) étant inférieure à une plus grande dimension (Dt) de la tête suivant la direction perpendiculaire à l’axe, le pied présentant une cavité (32) débouchant sur deux côtés opposés du pied à deux extrémités respectives de la cavité opposées l’une à l’autre suivant un axe principal (C-C) de la cavité. Figure de l’abrégé : Fig. 4

Description

Machine hydraulique tournante équipée de pistons

DOMAINE DE L’INVENTION

L'invention concerne les machines hydrauliques, en particulier leurs pistons.

ETAT DE LA TECHNIQUE

Une machine hydraulique tournante comprend généralement un bloc-cylindres présentant des logements dans lesquels sont reçus des pistons. Ces derniers mettent en mouvement un fluide ou sont mis en mouvement par lui selon que la machine fonctionne en pompe ou en moteur.

Un but de l’invention est d’améliorer le fonctionnement des machines hydrauliques tournantes.

A cet effet, on prévoit selon l’invention une machine hydraulique comprenant :

- un bloc-cylindres présentant des logements, et

- des pistons logés dans les logements respectifs,

chaque piston comprenant une tête et un pied,

le pied présentant une plus grande dimension suivant une direction perpendiculaire à un axe du piston, la plus grande dimension étant inférieure à une plus grande dimension de la tête suivant la direction perpendiculaire à l’axe,

le pied présentant une cavité débouchant sur deux côtés opposés du pied à deux extrémités respectives de la cavité opposées l’une à l’autre suivant un axe principal de la cavité.

La cavité peut avoir plusieurs fonctions selon les modes de réalisation retenus. Elle peut présenter ainsi une fonction de facilitation de l’écoulement du fluide, une fonction d’assouplissement du piston ou les deux à la fois, comme nous allons le voir.

Ainsi, on peut prévoir que la cavité permet un passage du fluide d’un côté à l’autre du pied de piston à travers ce dernier.

On réduit alors la perturbation du flux de fluide alimentant le logement en sortant du conduit d’alimentation. Cela permet de réduire les pertes de charges. Réduire les pertes de charges permet donc la réduction de la température du fluide (pour un même effort et à vitesse équivalente). Cette réduction de la température permet de moins limiter la vitesse de rotation de la machine. Cela permet aussi de réduire le cisaillement du fluide, ce qui évite son vieillissement prématuré. Ainsi, la cavité permet de faciliter le remplissage du logement par le fluide venant du conduit d’alimentation sans nuire à la compacité de l’ensemble.

On peut prévoir que la cavité s’étend à une extrémité libre du pied.

On peut alors prévoir que la cavité permet au pied de piston de se déformer plus facilement.

On peut prévoir en outre qu’elle permet aussi alors d’augmenter la section de passage entre le pied de piston et l’alésage inférieur du bloc-cylindres.

On peut prévoir au contraire que la cavité s’étend intégralement à distance d’une extrémité libre du pied.

On peut prévoir que la cavité est ouverte en direction opposée à la tête.

On peut prévoir que la cavité est fermée en direction opposée à la tête.

On peut prévoir que la cavité est délimitée par au moins une face orientée en direction opposée à la tête.

On peut prévoir que la cavité est délimitée par au moins une face cylindrique présentant des génératrices perpendiculaires à l’axe du piston.

On rappelle au passage que la section de la cavité peut être circulaire, mais aussi rectangulaire, triangulaire, etc.

On peut prévoir au contraire que la face ne soit pas cylindrique, par exemple en ayant une section longitudinale ellipsoïde ou oblongue.

On peut prévoir que la cavité présente une section circulaire.

On peut prévoir que l’axe principal de la cavité est parallèle à un axe de rotation de la machine.

On peut prévoir que le pied présente une face latérale circulaire entamée par deux faces secondaires situées de part et d’autre de l’axe du piston.

Ces faces facilitent le remplissage du logement par le fluide suivant la direction de l’axe du piston qui est radiale à l’axe de rotation de la machine.

On peut prévoir que les faces secondaires forment des cavités.

Le remplissage par le fluide est ainsi encore plus facile.

On peut prévoir qu’une extrémité libre du pied présente une face plane perpendiculaire à l’axe du piston.

On peut prévoir que la machine est configurée de sorte que, dans une position de piston la plus proche d’un fond du logement, le piston laisse libre au moins 50% d’une section d’une embouchure d’un conduit d’alimentation débouchant dans le logement.

Par « laisser libre », on entend qu’une projection du piston sur un plan orthogonal à l’axe de rotation de la machine ne recouvre pas la projection de l’embouchure du conduit d’alimentation sur ce même plan.

On peut prévoir que la machine est configurée de sorte que, dans la position de chaque piston la plus proche du fond, le piston laisse libre 100% de la section du conduit d’alimentation.

Ainsi le pied de piston ne forme aucun obstacle à l’entrée du fluide dans le logement.

On peut prévoir la machine est configurée de sorte que, dans une position du piston la plus proche d’un fond du logement, le pied laisse libre un passage d’un côté à un autre du pied ayant sur toute une longueur du passage une section supérieure ou égale à 50% d’une section d’une embouchure d’un conduit d’alimentation débouchant dans le logement.

On peut prévoir que la machine est configurée de sorte que, dans la position du piston la plus proche du fond, la section du passage est sur toute la longueur du passage supérieure ou égale à la section de l’embouchure.

On peut prévoir que la machine est configurée de sorte que, dans une position du piston la plus proche d’un fond du logement, un fluide ne subit pas de réduction de section de passage en passant d’un côté à un autre du pied.

On peut prévoir que le bloc-cylindres présente des conduits d’alimentation s’étendant suivant une direction parallèle à un axe de rotation de la machine.

Cette orientation permet de réaliser un gain de compacité dans le bloc-cylindres par comparaison avec une orientation radiale du conduit.

On peut prévoir que le bloc-cylindres présente des conduits d’alimentation s’étendant suivant une direction radiale à un axe de rotation de la machine.

On peut prévoir que la direction est coaxiale au logement.

On peut prévoir que la machine comprend pour chaque piston un organe de blocage en rotation du piston par rapport au logement.

On peut prévoir que l’organe de blocage comprend une goupille de guidage ou une agrafe.

On peut prévoir que l’organe de blocage s’étend au niveau du pied de piston d’un côté du piston opposé à un conduit d’alimentation.

On peut prévoir que chaque logement comprend une zone de tête et une zone de pied, la zone de pied étant délimitée par une face principale et présentant une cavité de logement :

- entamant la face principale,

- s’étendant suivant une direction allant d’un fond du logement à la zone de tête, et

- n’assurant pas un blocage en rotation du piston.

Ainsi, la cavité de logement permet d’élargir la section de passage du fluide dans des zones où il aurait dû avoir une section de passage très réduite. Elle y réduit la perturbation du flux de fluide. La cavité de logement facilite ainsi le remplissage du logement par le fluide, ainsi que son évacuation. L’arrivée du fluide dans le logement a lieu sans écrasement préalable et permet d’initier le mouvement du piston vers le haut. Cet agencement permet de réduire les pertes de charges et la température du fluide, de ne pas moins limiter la vitesse de rotation et de réduire le cisaillement du fluide.

On peut prévoir que :

- la cavité de logement s’étend d’un même côté du piston qu’un conduit d’alimentation ;

- la cavité de logement présente des dimensions insuffisantes pour accueillir la goupille ;

- le logement ne présente pas de plan de symétrie ; et/ou

- la cavité de logement débouche dans la zone de tête.

On peut prévoir que la cavité de logement s’étend intégralement à une distance d’un axe du logement inférieure à une plus grande distance séparant la zone de tête et l’axe.

La cavité de logement ne s’étend pas nécessairement dans le prolongement d’une face de la zone de tête du logement.

On peut prévoir que la cavité de logement s’étend intégralement à distance d’un plan médian du logement perpendiculaire à un axe de rotation de la machine.

Ainsi, la cavité de logement s’étend hors de la zone fonctionnelle qui englobe des zones du piston et du logement qui sont en appui mutuel suivant la direction circonférentielle à l’axe de rotation. La position de la cavité de logement préserve donc cette zone.

On peut prévoir que la cavité de logement est cylindrique.

On peut prévoir que la cavité de logement présente un axe parallèle à un axe du logement.

On peut prévoir que la cavité de logement présente un axe perpendiculaire à un axe du logement.

On peut prévoir que la cavité de logement présente un axe incliné par rapport à un axe du logement.

On peut prévoir qu’un conduit d’alimentation débouche dans la cavité de logement.

Cet agencement facilite encore l’entrée du fluide dans le logement ainsi que sa sortie. De plus, il réduit la longueur du conduit d’alimentation. Son temps d’usinage est donc également raccourci le cas échéant, en compensation du temps supplémentaire requis pour l’usinage de la cavité de logement.

On peut prévoir qu’un conduit d’alimentation du logement s’étend à hauteur de la zone de pied par référence à un axe du logement.

Il s’agit donc d’un agencement dans lequel le conduit ne débouche pas dans un volume situé sous la zone de pied mais directement à hauteur de celle-ci.

On peut prévoir que le piston comprend un pied présentant une face principale et une face secondaire entamant la face principale du pied du piston, la cavité de logement présentant une dimension suivant une direction perpendiculaire à un axe du logement inférieure à une dimension de la face secondaire suivant la direction perpendiculaire à l’axe.

On prévoit également selon l’invention un piston pour machine hydraulique,

le piston comprenant une tête et un pied,

DESCRIPTION DES FIGURES

Nous allons maintenant présenter des modes de réalisation de l'invention et des variantes à titre d'exemples non-limitatifs à l'appui des dessins sur lesquels :

- la est une vue en coupe axiale d’une machine selon un premier mode de réalisation de l’invention ;

- les figures 2 à 5 sont des vues d’un des pistons de la machine de la ;

- les figures 6 et 7 sont des vues en coupes transversale et axiale du piston dans son logement du bloc-cylindres ;

- la est une vue analogue à la précédente mais schématique montrant les sections de passage et les flux de fluide dans quatre plans parallèles A, B, C et D ;

- les figures 9 et 10 sont des vues partielles en coupe du bloc-cylindres de la machine et la une vue en perspective du bloc-cylindres ;

- les figures 12 et 13 sont des schémas des zones fonctionnelles du bloc-cylindres et du piston ;

- la est une vue illustrant les contraintes dans le pied de piston ;

- les figures 15 à 20 sont des vues illustrant des variantes de réalisation ;

- les figures 21 et 22 sont des vues d’une autre variante montrant deux positions du piston dans son logement ;

- la est une vue en coupe transversale du piston et du logement,

- la montre le passage du fluide dans le logement, et

- la est une vue locale en coupe d’un piston et du bloc-cylindres dans un deuxième mode de réalisation, montrant les sollicitations du bloc-cylindres sur le piston.

Présentation d’un premier mode de réalisation

On a illustré aux figures 1 à 14 une machine hydraulique tournante 2 selon un mode de réalisation de l’invention.

La machine 2 comprend une partie fixe et une partie tournante montée mobile à rotation par rapport à la partie fixe autour d’un axe de rotation X-X. Elle comprend ainsi un carter 4 et un arbre central 6 monté mobile à rotation par rapport au carter au moyen de paliers 8. Une came 10 est fixée rigidement au carter. Un bloc-cylindres 12 est lié en rotation à l’arbre 6. Il présente des logements 14 recevant des pistons respectifs 16 montés mobiles à coulissement dans les logements chacun suivant une direction radiale à l’axe X-X. Chaque piston porte un galet 18 apte à venir rouler sur une piste de la came 10 présentant à cette fin des lobes connus en eux-mêmes et non-illustrés.

La machine comprend un distributeur 20 relié à un circuit de fluide haute pression et à un circuit de fluide basse pression. Pour chaque logement 14, le bloc-cylindres 12 comprend un conduit 22 d’alimentation et de refoulement en fluide débouchant dans le logement. La machine est agencée de sorte que le distributeur 20 met le conduit d’alimentation 22 tantôt en communication avec le circuit à haute pression, tantôt avec le circuit à basse pression en fonction de la position angulaire de l’arbre 6 (et donc du bloc-cylindres) par rapport au carter 4.

Lorsque les logements 14 sont alimentés à tour de rôle en fluide à haute pression, la pression est communiquée aux pistons 16 concernés qui coulissent dans leur logement et par roulement du galet 18 contre la came 10 provoquent la rotation de la partie tournante. La machine fonctionne alors en moteur pour faire tourner une charge. Lorsque, au contraire, on fait tourner l’arbre 6 par rapport au carter 4, la forme de la came 10 provoque le coulissement des pistons 16 à tour de rôle, ce qui entraine le refoulement du fluide de chaque logement 14 dans le circuit à haute pression. La machine fonctionne alors en pompe.

L’invention est applicable à des machines présentant d’autres configurations que celle-ci.

Comme illustré aux figures 2 à 5, chaque piston 16 comprend une tête 26 et un pied ou queue 28. Il présente un axe principal P-P s’étendant de la tête au pied et qui est ici orienté suivant la direction radiale à l’axe X-X. Le piston 16 présente en l’espèce une forme générale à symétrie de révolution autour de cet axe, mais cela n’est pas obligatoire.

Dans cet exemple, le pied 28 et la tête 26 ont chacun une forme générale cylindrique à section circulaire dans un plan perpendiculaire à l’axe P-P.

Comme illustré notamment à la , le pied 28 présente une plus grande dimension D_psuivant une direction perpendiculaire à l’axe P-P. De même, la tête 26 présente une plus grande dimension D_tsuivant une direction perpendiculaire à l’axe P-P. En l’espèce, il s’agit de diamètres. Le plus grand diamètre D_pdu pied 28 est plus petit que le plus grand diamètre D_tde la tête 26.

Il s’agit donc d’un piston étagé 16, lui-même logé dans un logement étagé 14 de forme complémentaire comme illustré aux figures 6 et 7. Comme illustré aux figures 9 et 10, de telles formes procurent des avantages en termes de compacité par rapport à des pistons ayant une forme générale de cylindre. En effet, grâce aux pistons étagés, on peut avoir une même cylindrée efficace tout en rapprochant les axes P-P des pistons les uns des autres comme le montre la . L’angle α sur cette figure est ainsi réduit par rapport à celui qu’on obtiendrait avec des pistons non étagés, à savoir dans lesquels le piston a sur toute sa longueur le diamètre de la tête 26. Cette forme rapproche aussi les logements 14 de l'axe de rotation X-X du bloc-cylindres 12 : la distancedsur la entre le fond 48 de chaque logement 14 et la face interne 29 du bloc-cylindres 12 est réduite.

La tête 26 porte le galet 18 venant en contact avec la came 10. Elle présente par exemple à cette fin un berceau 30 de réception du galet 18. Le berceau 30 a une forme cylindrique ayant un axe B-B parallèle à l’axe de rotation X-X de la machine et une section circulaire dans un plan perpendiculaire à l’axe B-B. Le berceau est ouvert en direction opposée au pied.

Le pied 28 présentant une cavité 32 présentant un axe principal C-C. La cavité débouche sur deux côtés opposés du pied à deux extrémités respectives 34 de la cavité opposées l’une à l’autre suivant l’axe principal C-C. En l’espèce, l’axe principal C-C de la cavité 32 est parallèle à l’axe X-X de rotation de la machine. En l’espèce, la cavité est ouverte en direction opposée à la tête 26. Elle s’étend à une extrémité libre du pied 28 qui est opposée à la tête et est délimitée par une face cylindrique 36 orientée en direction opposée à la tête 26. La face 36 présente des génératrices parallèles à l’axe C-C et perpendiculaires à l’axe P-P du piston 16. La face 36 a une section circulaire en l’espèce.

En l’espèce, le pied 28 présente une face latérale 40 divisée en deux portions cylindriques de diamètres différents le long de l’axe P-P puisque la portion du pied la plus proche de la tête présente une réduction de diamètre. Cette face 40 est entamée par deux faces secondaires 42 situées de part et d’autre de l’axe P-P. Les faces secondaires 42 forment des cavités dans cet exemple. Chacune d’elles a une forme cylindrique avec des génératrices parallèles à l’axe P-P. Elles s’étendent chacune de l’extrémité libre du pied 28 à la tête 26.

En l’espèce, l’extrémité libre du pied 28 présente une face plane 44 perpendiculaire à l’axe P-P et divisée en deux portions de part et d’autre de la cavité 32.

Le piston 16 présente ici deux plans de symétrie passant par son axe P-P et perpendiculaires entre eux.

En référence aux figures 6 et 7, dans le bloc-cylindres 12, les conduits d’alimentation 22 ont une extrémité 46 formant une embouchure débouchant dans les logements 14 respectifs. En l’espèce, chaque conduit 22 a une forme cylindrique rectiligne et s’étend suivant une direction parallèle à l’axe de rotation X-X.

La machine 2 est configurée de sorte que, dans la position du piston 16 la plus proche du fond 48 du logement 14, le piston laisse libre au moins 50% d’une section de l’embouchure 46. Comme on le voit sur la , dans cette position du piston 16, le pied 28 ménage un passage d’un côté à un autre du pied ayant sur toute une longueur du passage une section supérieure ou égale à 50% d’une section du conduit d’alimentation 22 débouchant dans le logement 14. En l’espèce, cette section du passage est supérieure ou égale à la section du conduit 22. Comme la cavité 32 a une forme cylindrique, le fluide ne subit pas de réduction de section de passage en passant d’un côté à un autre du pied 28 dans cette position du piston 16. Notamment, la est une schématisation de l'invention (par rapport à la ) qui permet d'illustrer le fait que, si l'on s’intéresse à la section de passage du fluide dans la position la plus basse du piston 16 dans le cylindre et particulièrement la portion inférieure (c’est-à-dire sous le plan P orthogonal à l’axe du piston passant par le centre du conduit d’alimentation), on observe que, grâce à l’invention, la section de passage du fluide au travers les différents plans B, C ou D peut n’être pas inférieure à la section de passage du fluide au travers du plan A. En conséquence, la section transversale traversée par la partie du fluide destinée à remplir le bas du logement ne voit pas dans sa course une réduction de section qui pourrait entrainer des pertes de charge. Au contraire, pour chaque plan de coupe, la section de passage correspondante n’est jamais inférieure à la section de passage concernée du conduit 22. Le flux est donc amélioré et s’écoule plus facilement suivant un axe parallèle à l’axe de rotation X-X.

La cavité 32 est disposée de façon à ne pas impacter les surfaces fonctionnelles du pied 28 de piston. On sait en effet que le piston 16 dans sa course dans le logement est soumis à des efforts circonférentiels 50, par référence à l’axe de rotation X-X, dus au roulement du galet 18 sur la came 10, comme illustré à la . En revanche, il ne subit pas d'effort axial 52 suivant l'axe X-X. De ce fait, l'ensemble logement-piston a une zone fonctionnelle 54 qui subit des efforts importants et pour laquelle la surface de contact et la quantité de matière en contact entre le bloc-cylindres 12 et le piston 16 doivent être préservées. Il s'agit d'une zone s’étendant suivant la direction circonférentielle sur le logement et sur le piston comme illustré aux figures 12 et 13. Cette zone fonctionnelle 54 représentée sur le dessin pour le haut du logement est aussi vraie pour le pied 28 de piston. Pour cette raison, le pied 28 permet dans ses zones orientées suivant la direction circonférentielle du bloc-cylindres un guidage plus long du piston suivant l’axe P-P pour contrer les efforts circonférentiels. En revanche, les autres zones du pied 28, orientées suivant la direction axiale X-X et subissant moins d'efforts, peuvent supporter un dégagement de matière. La cavité principale 32 et les cavités latérales formées par la faces secondaires 42 se trouvent hors de cette zone fonctionnelle 54 et ne compromettent donc pas les performances à cet égard.

La cavité 32 permet aussi au pied 28 de piston de se déformer plus facilement. En effet, outre les pertes de charge, les dégagements de matière dans les zones non fonctionnelles du pied de piston apportent une souplesse à la matière. Cela réduit la concentration de contraintes sur la partie inférieure du pied 28, comme le montre la qui illustre des niveaux de concentration de contrainte dans le pied 28 lors du fonctionnement. On distingue ainsi une zone de déformation favorable 56 dans la partie médiane de la face 36 la plus proche de la tête 26 du piston, et une zone de concentration de contraintes 58 aux extrémités de cette face.

La cavité 32 est réalisée par exemple par fraisage. Un point de centrage (non-illustré) peut être réalisé pour permettre une rectification d’usinage du piston si nécessaire. Ce point a la forme d’une cavité borgne pénétrant dans le pied à partir de la face 36 et suivant l’axe P-P du piston. Il offre une prise pour loger une pointe permettant d’immobiliser le piston entre cette pointe et une autre prise (par exemple une autre pointe logée dans le berceau ou sur la tête 26 avant réalisation du berceau).

Variantes de réalisation

Nous allons décrire dans la suite des variantes de réalisation. Les caractéristiques en commun avec le mode de réalisation décrit plus haut ne sont pas décrites à nouveau.

Dans la variante de réalisation des figures 15 et 16, dans le bloc-cylindres 12, le conduit 22 d’alimentation de chaque logement 14 s’étend suivant une direction radiale à l’axe de rotation X-X. Il s’étend suivant la direction de l’axe P-P du piston. Cette direction est coaxiale au logement. Il débouche au centre de la cavité 32. En effet, bien que l’invention aie un intérêt particulier lorsque l’admission/refoulement de fluide se fait par un conduit latéral, elle peut avoir aussi un intérêt lorsque l’alimentation se fait par le dessous selon un axe radial. Comme on le voit sur les figures, avec une alimentation par le dessous du pied de piston, si l’évidement est réalisé par balayage d’une section de forme particulière suivant un axe parallèle à l’axe de rotation du moteur (l’évidement n’entamant pas la zone fonctionnelle du piston, notamment du pied de piston), le fluide alimentant le logement ne subit pas d’obstruction dans son parcours pour remplir le logement. Ici aussi, on peut prévoir que la section de l’évidement est telle qu’il permet au fluide de s’introduire dans la chambre sans avoir à subir de réduction de section de passage.

Dans la variante de réalisation de la , le cylindre définissant la face 36 de la cavité 32 a une section ouverte en forme de « V », donnant à la cavité une forme à profil en « V » ou triangulaire.

Dans la variante de réalisation de la , le cylindre a une section ouverte rectangulaire.

Dans la variante de réalisation de la , la cavité 32 est fermée en direction opposée à la tête 26 et s’étend intégralement à distance de l’extrémité libre du pied 28. La cavité est en l’espèce cylindrique à section circulaire.

Dans la variante de réalisation de la , la machine comprend pour chaque piston 16 un organe de blocage en rotation du piston par rapport au logement 14. Cet organe comprend ici une goupille de guidage. La goupille, également illustrée à la , s’étend d’un côté du piston opposé au conduit d’alimentation 22. Elle est montée partiellement dans un conduit borgne ménagé dans une des faces secondaires 42. Le conduit a une forme allongée par exemple suivant une direction radiale à l’axe P-P du piston. La goupille s’étend en saillie de cette face et de la surface enveloppe du pied. Elle est reçue dans un logement secondaire 62 du logement, ce logement étant allongé suivant une direction parallèle à l’axe P-P.

Dans la variante des figures 21 à 24, le piston 16 est identique à celui des figures 2 à 4. Cette variante en diffère au sujet du logement 14 du piston.

Chaque logement 14 comprend une zone de tête 66 et une zone de pied 68 accueillant respectivement la tête 26 et le pied 28 du piston en présentant des formes complémentaires à ces parties du piston. Ainsi, la zone de pied présente un diamètre suivant la direction perpendiculaire à l’axe P-P du logement inférieure au diamètre de la zone de tête 66 suivant la même direction.

La zone de pied 68 est délimitée par une face principale 70, en l’espèce cylindrique à section circulaire dans un plan perpendiculaire à l’axe P-P.

Elle présente une cavité secondaire 72 :

- entamant la face principale 70,

- s’étendant suivant une direction allant d’un fond 48 du logement à la zone de tête 66, et

- n’assurant pas un blocage en rotation du piston 16.

La cavité secondaire 72 est en l’espèce cylindrique, elle présente un axe parallèle à l’axe P-P du logement et sa section dans un plan perpendiculaire à cet axe est circulaire dans cet exemple. Mais cette section pourrait être rectangulaire, triangulaire ou avoir une autre forme.

En l’espèce, la cavité secondaire 72 débouche dans la zone de tête 66 par une de ses extrémités axiales.

Elle s’étend intégralement à une distance de l’axe P-P du logement 14 inférieure à une plus grande distance séparant la zone de tête 66 et l’axe P-P. Ainsi elle n’est pas dans le prolongement d’une face de la zone de tête. La cavité 72 s’étend intégralement à distance d’un plan médian du logement perpendiculaire à l’axe de rotation X-X. Elle est ici interceptée par un plan radial à cet axe. La cavité secondaire 72 est donc disposée de façon à ne pas impacter les surfaces fonctionnelles de la zone de pied 68.

En référence aux figures 21 et 22, dans le bloc-cylindres 12, les conduits d’alimentation 22 ont une extrémité 46 formant une embouchure débouchant dans les logements 14 respectifs. En l’espèce, chaque conduit 22 a une forme rectiligne et s’étend suivant une direction parallèle à l’axe de rotation X-X. Le conduit d’alimentation 22 débouche dans la cavité secondaire 72 et s’étend à hauteur de la zone de pied par référence à l’axe P-P du logement.

Les figures 21 et 22 illustrent respectivement les positions basse et haute du piston 16 dans le logement 14. Comme on le voit sur la , en position basse, qui est la position du piston la plus proche du fond 48 du logement, le pied 28 du piston s’étend à distance de l’embouchure 46 du conduit d’alimentation 22, qu’il laisse dégagée, notamment en raison de la présence de la cavité secondaire 72. Cette dernière permet au fluide arrivant dans la zone de pied 68 en mode moteur de remplir le logement et d’atteindre la tête 26 du piston avec des perturbations réduites et donc peu de pertes de charge, comme illustré à la . Ainsi, la section de passage de fluide est plus importante près du conduit d’alimentation 22. Cela réduit aussi les pertes de charge au refoulement. En effet, le même avantage existe en mode pompe lorsque le piston propulse le fluide hors du logement dans le conduit 22, qui sert alors au refoulement.

Comme illustré à la , chaque cavité latérale formée par la face latérale 42 du piston présente une dimension l_c, suivant une direction perpendiculaire à l’axe P-P du logement, inférieure à la dimension l_p, suivant la même direction, de la cavité secondaire 72 du logement située en regard. Cet agencement permet d’éviter, lors de l’usinage de la cavité secondaire 72, de générer une bavure dans une zone fonctionnelle de glissement du pied 28 de piston. Cela permet aussi un fraisage plus simple, le cas échéant.

Comme dans la variante de la , le piston comprend une goupille 60 reçue dans une rainure 62 du logement afin d’empêcher la rotation du piston dans le logement. Au contraire de la rainure 62, la cavité secondaire 72 présente des dimensions, en particulier une profondeur dans un plan perpendiculaire à l’axe P-P, insuffisantes pour accueillir la goupille 60, ce qui procure un détrompage lors de la réception du piston dans son logement. En effet, l’opérateur ne peut pas placer le piston dans son logement en tentant d’insérer la goupille dans la cavité secondaire. La rainure 62 et la cavité 72 se trouvent de part et d’autre du plan médian du bloc-cylindres 12 mais ne sont pas diamétralement opposées de part et d’autre de l’axe P-P. Ainsi, la zone de pied 68 ne présente pas de plan de symétrie. Leur position autour de l’axe forme ici un angle d’environ 150 °.

On peut fabriquer le bloc-cylindres 12 en lui donnant sa forme générale au moyen de méthodes classiques, notamment par usinage et/ou fonderie. En l’espèce, on réalise la cavité secondaire 72 et la rainure 62 dans la zone de pied par enlèvement de matière au moyen d’un même outil, par exemple une même fraise.

Deuxième mode de réalisation

On a illustré à la un autre mode de réalisation de la machine. Seules les caractéristiques de la machine qui diffèrent de celles du premier mode seront présentées. La principale différence réside dans la réalisation de la cavité 32 débouchant sur deux côtés opposés du pied 28 sous la forme d’une rainure. Il s’agit donc d’une réduction des dimensions de la section de la cavité dans un plan perpendiculaire à son axe C-C, par comparaison avec le premier mode de réalisation, la longueur suivant cet axe demeurant inchangée. La cavité a par exemple une forme de parallélépipède ayant une section dans un plan perpendiculaire à l’axe C-C très peu épaisse dans une direction perpendiculaire à l’axe X-X de la machine. La cavité s’étend à partir de l’extrémité libre du pied de piston. Elle est délimitée par deux faces planes parallèles entre elles et parallèles à une direction radiale à l’axe X-X. Elle ressemble à une cavité qui serait obtenue au moyen d’un trait de scie donné dans le piston à partir du pied de piston. Elle peut être obtenue par ce moyen ou par d’autres.

Lors du fonctionnement de la machine hydraulique (lors de la rotation relative du bloc-cylindres 12 et de la came 10), les pistons 16 sont soumis à des efforts de basculement F par rapport à leur axe de translation P-P. Les efforts de basculement F sont appliqués dans des plans perpendiculaires à l'axe X-X de la rotation relative du bloc-cylindres et de la came. Les évidements en berceau 30 du haut des pistons sont orientés parallèlement à cet axe pour permettre le roulement des galets 18 présents dans ces évidements, contre la came. La cavité 32 réalisée dans le pied 28 de piston est également parallèle à l'axe X-X de la rotation relative du bloc-cylindres et de la came. Du fait de la présence de cette cavité supplémentaire dans le pied de piston, les parties de la surface de guidage qui bordent cette cavité dans le pied de piston présentent une légère flexibilité qui leur permet de se déformer dans des plans perpendiculaires à l'axe (C-C) de la cavité. C'est donc précisément dans les plans dans lesquels les efforts de basculement F sont importants que peuvent se déformer légèrement ces parties de la surface de guidage et augmenter les surfaces en contact. Ceci permet de limiter l'impact négatif des efforts de basculement en augmentant la surface de contact, donc en diminuant les pressions de contact et en évitant les frottements localisés excessifs. Cela permet de diminuer l’usure de la machine hydraulique au niveau des pistons et du bloc-cylindres. Cette flexibilité peut être obtenue en donnant d’autres formes à la cavité.

On pourra apporter à l’invention de nombreuses modifications sans sortir du cadre de celle-ci.

Claims

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