WO2021123630A1 - Machine hydraulique telle qu'une pompe ou moteur à pistons axiaux à déplacement variable à position neutre précise - Google Patents
Machine hydraulique telle qu'une pompe ou moteur à pistons axiaux à déplacement variable à position neutre précise Download PDFInfo
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- F04B1/324—Control of machines or pumps with rotary cylinder blocks by varying the relative positions of a swash plate and a cylinder block by changing the inclination of the swash plate
Definitions
- TITLE Hydraulic machine such as a variable displacement axial piston pump or motor with precise neutral position
- the invention relates to a hydraulic axial piston machine such as a motor or a pump.
- Such a hydraulic machine conventionally comprises:
- a cylinder block mounted to rotate around a housing of a first axis of rotation, the cylinder block comprising a plurality of cylinders in which pistons are movable in translation parallel to the first axis of rotation;
- the stroke of the pistons depends on the inclination of the plate and allows the flow of oil circulating in the hydraulic machine to be adjusted.
- This position is defined as the zero tilt position of the platform, or the neutral position of the hydraulic machine.
- the variable-tilt table includes a rotation axis which can be actuated, for example, by a lever or a control which adjusts the inclination of the table to obtain the desired displacement for the hydraulic machine.
- This external control is therefore applied to the support shaft of the variable tilt plate. It is by this command that the user can control the displacement of the pump he wishes, for example to drive a machine where the pump performs part of the transmission.
- This shaft rests on two bearings 63 which define the axis of rotation of the variable inclination plate.
- axial piston pump systems develop internal forces, which are variable depending on the load on the pump, which cause jamming or parasitic forces, which cause the stop position when automatic return to neutral is random and scattered around the neutral point.
- antagonistic return spring systems for pumps with two directions of flow, reciprocally cancel their thrust around the neutral point, and it is very difficult to define the point of equilibrium of two antagonistic springs. A very small amount of effort from one spring to the other, or a small geometric deviation, is enough to shift the neutral point significantly for the pump to provide flow.
- the invention makes it possible to have a hydraulic machine in which the return to the neutral position is precisely ensured.
- the invention provides a hydraulic machine such as a variable displacement axial piston pump or motor, comprising
- variable inclination plate comprising an axis of rotation connected to axial pistons, each having a variable stroke, said stroke of the axial pistons depending on the inclination of the variable inclination plate, the variable inclination plate comprising a neutral position which corresponds to a zero inclination of said plate with variable inclination relative to a longitudinal axis of the hydraulic machine; the hydraulic machine further comprising
- a return mechanism comprising a return spring configured to return the variable inclination plate to the neutral position when no inclination is applied to the variable inclination plate;
- the hydraulic machine also comprises a locking mechanism comprising a movable stopper so that upon return to the neutral position of the variable-inclination plate by means of the return spring, the movable stopper is configured to lock the plate at variable inclination in said neutral position.
- the return mechanism comprises a disc connected to the variable inclination plate, the rotation of the disc about an axis of rotation perpendicular to a longitudinal axis of the hydraulic machine, depending on the inclination of the variable inclination plate, said disc comprising also a neutral position corresponding to zero inclination of the variable inclination plate;
- the locking mechanism comprises a profile formed in the disc, the movable stop penetrating into said profile to lock the variable inclination plate in the neutral position;
- the locking mechanism comprises a locking spring at the end of which the movable stopper is disposed, the movable stopper penetrating into the profile of the disc by being pushed by the locking spring as soon as the disc returns to the neutral position;
- It comprises a housing for housing the locking spring and the movable stop;
- the return mechanism comprises two rods projecting from the disc and two arms mounted to rotate about the axis of rotation, said arms being arranged on either side of the rods, the rotation of the disc leading to a rotation of one of the two arms in a clockwise or anti-clockwise direction via one of the two rods, the return spring being connected between the two arms, the arms being configured to return the disk to its neutral position as soon as no tilt is applied to said variable tilt tray;
- a shaft outlet coaxial with the axis of rotation of the variable inclination plate and an external control connected to the shaft output of the variable inclination plate, the shaft outlet making it possible to apply an inclination to the plate with variable inclination, the shaft outlet also comprising a neutral position corresponds to a zero inclination of the plate with variable inclination;
- the disc is connected to the external control to control the displacement of the hydraulic machine
- the machine has a two-way flow direction, such that the neutral position is located in the middle of the total travel of the control lever; - the locking system exerts an attractive torque on the disc towards the neutral position, complementary to the force of the springs, when the disc approaches the neutral position;
- a neutral position sensor configured to deliver an electrical neutral position signal, such that the locking system performs a position sensor function delivering an electrical neutral position signal
- the neutral position sensor comprises the locking stopper and the locking spring.
- the invention makes it possible to have a control for resetting the hydraulic machine to neutral which does not require bulky means of neutralizing the flow, which is flexible to operate, and which allows a complete, safe and repeatable stop of the flow.
- FIG. 1 illustrates a hydraulic machine comprising a return mechanism according to the invention
- FIG. 2a and 2b illustrate views of a return mechanism in a hydraulic machine according to a first embodiment of the invention
- FIG. 3 illustrates a top view of a hydraulic machine according to a first embodiment of the invention
- FIG. 4 and 5 illustrate views of a locking mechanism of a hydraulic machine according to the invention
- FIG. 6a and 6b illustrate views of a return mechanism in a hydraulic machine according to a second embodiment of the invention
- FIG. 7 illustrates a locking mechanism with a position sensor in a top view
- FIG. 8 illustrates a locking mechanism with a position sensor in a sectional view.
- FIG. 1 illustrates a hydraulic machine such as a hydraulic pump or a hydraulic motor.
- the hydraulic machine 1 comprises a housing 10 in which is disposed a cylinder block 20 rotatably mounted about a first axis of rotation XX ′ which corresponds to a longitudinal axis of the hydraulic machine 1.
- the cylinder block 20 comprises several cylinders 21 in which are mounted pistons 3 movable in translation, in a direction parallel to the axis of rotation XX '.
- the cylinder block 20 is such that the pistons are arranged around the axis of rotation XX ’of the machine 1, we therefore speak of radial pistons 3.
- These pistons 3 have a variable stroke.
- This machine 1 also includes a variable inclination plate 2 which makes it possible to adjust the variable stroke of the pistons.
- the radial pistions 3 are connected to the variable inclination plate 2 by means of a ball joint 22 and connecting rods 31.
- the connecting rods 31 extend from the pistons towards the spherical joints 31 which are therefore integral with the connecting rods.
- One end of the pistons rests on the plate by means of sliding shoes.
- the pistons rotated in the cylinder block can rotate along the XX ’axis, while having their stroke adjusted by the sliding stop on the plate.
- This variable tilt plate 2 includes a YY 'axis of rotation around which it can rotate.
- the machine 1 also comprises a shaft 7 which constitutes the input or the mechanical power output of the machine 1.
- This shaft 18 is movable in rotation about the axis XX '.
- the shaft 18 carried on one or more bearings 71 defines this axis of rotation.
- the hydraulic machine 1 also comprises an oil distributor to the pistons and oil inlet and outlet ports which constitute the hydraulic power inlet or outlet of the machine 1.
- the hydraulic machine 1 comprises other elements well known to those skilled in the art that will not be further described here.
- variable inclination plate 2 is advantageously provided a shaft outlet 6 making it possible to apply an inclination to the variable inclination plate 2. It is via this shaft outlet 6 that it is possible. to apply the desired inclination to the variable inclination plate 2.
- the shaft output 6 may comprise means of connection 61 of an external control 61 such as a lever for example.
- connection means 61 are, by example, constituted by an orifice into which the lever (not shown) can be inserted which makes it possible to apply an inclination to the variable-inclination plate 2.
- Other devices can be envisaged for applying an inclination to the variable-inclination plate 2.
- variable tilt plate 2 is shown in a neutral position, that is to say that no tilt is applied to the latter.
- the axis XX ' is perpendicular to the variable inclination plate 2.
- the inclination of the variable inclination plate 2 is taken with respect to the axis of rotation of the hydraulic machine 1.
- the pistons are supported on a sliding plane perpendicular to the axis XX ', which means that the pistons do not move in the cylinder block when the latter is in rotation.
- This position is defined as the zero tilt of the plate, which defines the neutral position of the hydraulic machine.
- the inclination of the plate makes it possible to adjust the stroke of each piston, it is the stroke of the pistons which makes it possible to adjust the quantities of oil circulating in the hydraulic machine 1 and which defines the displacement per revolution. of the hydraulic machine.
- the hydraulic machine comprises a return mechanism 4 as illustrated in Figures 2a and 2b according to a preferred embodiment.
- Such a return mechanism 4 makes it possible to return the plate to the neutral position when no inclination is applied to the variable inclination plate 2.
- the return mechanism 4 is positioned between the housing 10 and the shaft outlet 6 of the variable inclination plate 2 as can be seen in Figure 3.
- the return mechanism 4 also comprises a locking mechanism 5 in the neutral position of the variable inclination plate.
- This locking mechanism 5 is positioned on the periphery of the control shaft outlet 6 of the variable inclination plate 2 (see Figure 3).
- the return mechanism 4 comprises a disc 42 in connection with the variable inclination plate 2.
- the disc 42 therefore rotates as the variable inclination plate 2 tilts.
- the disc 42 is mounted fixed with the shaft outlet 6.
- the disc 42 can rotate about an axis of rotation YY 'perpendicular to the longitudinal axis XX' of the hydraulic machine 1. Therefore, the disc 42 also includes a neutral position which directly corresponds to zero tilt of the variable tilt tray 2.
- the return mechanism 4 advantageously comprises two rods 43 projecting from the disc 42 and two arms 44, 45 mounted to rotate around the axis of rotation YY ’.
- the disc 42 advantageously comprises an angular amplitude of +/- 19 ° around the neutral position.
- the arms are arranged 44, 45 on either side of the rods 43 preferably at two diametrically opposed ends of the disc.
- Each arm 44, 45 comprises at least a first arm portion 441, 451 and a second arm portion 442, 452 perpendicular to the first arm portion 441, 451.
- the first arm portion 441, 451 extends radially from its rotation axis.
- the first arm parts and the second arm parts form, when the disc is in neutral position (figure 2a) a U, the rods 43 being inside the U.
- each arm comprises a third arm part 443, 453.
- the first arm parts and the third arm parts also form a U symmetrical to the U framing the rods 43.
- Peripheral stops 46 are arranged at the periphery of the disc to limit the movement of the arms, the third arm parts resting against these stops 46 when the disc 42 is in the neutral position.
- a return spring 44 is arranged between the arms 44, 45. More precisely, the return spring 44 is fixed between the first arm parts 44, 45. As such, the spring reminder 44 comprises eighth notes which are inserted into orifices formed in the arms.
- the operation of the return mechanism 4 is as follows.
- the disc 42 rotates, for example in the direction of clockwise, materialized by the arrow in the figure 2b. the arms move away from each other by means of the rods 43 which initiate a movement on the arm 45.
- the rotation of the disc 42 is such that it applies a force greater on the arm 45 than the return force of the spring 41.
- peripheral stops 46 make it possible to limit the movement of the arm when it returns to the neutral position.
- an external control to drive the pump displacement is connected to the shaft output 6.
- the external control forces the rotation of the shaft output 6 to set the desired displacement.
- this control is released, the pump should return to the neutral position under the effect of the return mechanism 4.
- this control can be attached to the shaft outlet 6 above the drive disc 42, for example on a taper, keyway, or splines made on the shaft outlet. 6, or any other means.
- the external control can be screwed onto the control disc 42, for example by means of two threaded holes 421 shown in FIG. 5.
- a centering means of this attachment can be provided, for example on the outlet. shaft 6.
- the locking mechanism 5 comprises a movable stop 51 so that upon return to the neutral position of the variable inclination plate by means of the return spring 41, the movable stop 51 allows to lock the variable tilt table 2 in the neutral position.
- the disc 42 comprises a profile 52, for example a notch formed in the thickness of the disc 43 and the movable stopper 51 locks the disc 42 and therefore the variable inclination plate in the neutral position, when the movable stopper
- the movable stopper 51 is disposed at the end of a locking spring 53, the stiffness of which is such that when the disc 42 is rotated when an inclination is applied to the variable inclination plate 2, the stop 51 comes out of the profile
- the movable stop 51 can be consisting of any part fitting onto the spring 53 and having one end capable of cooperating with the profile.
- variable inclination plate 2 when no inclination is applied to the variable inclination plate 2 (no torque is applied to the disc 42), the force applied by the disc against the locking spring 53 is such that the movable stopper 51 penetrates into it.
- the profile cooperates with the movable stop 51 in an angular sector of +/- 3 °, ideally 2.5 °.
- the locking system by stop in the profile defines a very precise angular position.
- the stop system exerts a return torque over a small angular range around the neutral position. From the angular position where the movable stop enters the slope shape of the profile, a rotational torque is exerted by the thrust of the movable stop on the slope.
- the locking system exerts an additional return force when the pusher begins to meet the downward slope of the profile, which calls for the plate to come exactly into position. neutral.
- the stop system attracts the disc by an additional force which tends to bring it exactly to the neutral position.
- the locking mechanism therefore performs a function of defining the neutral position, but also a function of attraction towards the neutral position in a certain angular sector, which completes the work of the spring arms.
- the shape of the profile and the diameter of the pusher can be chosen to create an appealing effect over a more or less wide angular sector.
- the force of the pusher spring can be chosen to create a more or less strong return or locking force.
- the return mechanism 4 described above can also take other forms.
- it may include a spring with two arms 44 ', 45', of the type clothespin spring 41 '.
- This clothespin spring is wound on the shaft outlet 6 and the two arms 44 ', 45' are arranged on either side of a lever 62.
- a disc 42 ' is arranged around the shaft outlet 6 below the clothespin spring 41', this disc 42 'comprises a profile 52' in which the stop 51 of the locking mechanism 5 is capable of being inserted to lock the plate in neutral position.
- Profile 52 ′ here has the shape of a V-shaped notch on an angular sector having an angular amplitude of ⁇ 3 °.
- the clothes peg spring 41 ’ is constrained to rest by an angled piece 46’ disposed under the lever 62. During rotation, at least one end of the spring bears against the angled piece 46 ’.
- the neutral position is defined when the two ends of the spring bear substantially both on the angled part 46 ', which defines the neutral position, and on the lever 62. If we want only the mechanism lock defines the neutral point, a certain play can be left between the spring ends and the angled part 46 ', for example a play corresponding to an angular range of 0.5 °. Alternatively, this setup can be used without clearance.
- the hydraulic machine 1 comprises a neutral position sensor C0 comprising a rod 56 whose contact with the locking system (stopper and spring) allows an electrical unit 58 of the sensor to deliver an electrical signal as long as the movable stop 51 is not in the profile of the disc 42.
- the example illustrated in FIG. 8 shows an extension 57 which transmits the movement of the movable stop 51 to the rod 56 of the sensor.
- the contact can be direct or reverse. For example, the absence of contact and therefore the absence of an electrical signal characterizes the neutral position.
- the sensor may contain its own spring, and perform the function of the spring 53 of the locking mechanism 5. However, to adjust or adjust the return force of the disc, it is preferable to have an additional spring.
- the sensor can be in contact, or without contact, for example a sensor capable of seeing the movement of the movable stop 51.
- a plunger, or piston can be advantageously produced by extending the extension 57 by a half-sphere end making the part 51 The body of the extension being adjusted to slide in the spring 53, and to come into contact with the sensitive part of the sensor. This defines a form of plunger forming a stop, and capable of transmitting its movement to the position sensor.
- the CO neutral position sensor is advantageously attached to the housing 54 by means of fixing means 57 (nuts, bolts). It is advantageously fixed with a proximity adjustment, that is to say of depression, vis-à-vis the position of the locking system
- the invention is also applicable to a pump with a single flow direction and variable displacement comprising a control lever and a return spring in neutral position and a locking mechanism 5 comprising a movable stop 51 which provides a complementary return torque. of the spring to return the shaft output 6 to the neutral position.
- This assembly can be illustrated for example on the basis of Figure 6 by considering the travel of the lever only over half of its travel, ie over an angular range of 0 to 19 °. The angle of action of the movable stop is then to be considered over an angular range typically from 0 to 3 °.
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Abstract
L'invention concerne une machine hydraulique (1) telle qu'une pompe ou moteur à pistons axiaux à déplacement variable, comprenant - un plateau à inclinaison variable (2), comprenant un axe de rotation (YY') relié à des pistons axiaux (3), chacun ayant une course variable, ladite course des pistons axiaux (3) dépendant de l'inclinaison du plateau à inclinaison variable (2), le plateau à inclinaison variable (2) comprenant une position neutre qui correspond à une inclinaison nulle dudit plateau à inclinaison variable (2) par rapport à un axe longitudinal (XX') de la machine hydraulique (1); la machine hydraulique (1) comprenant en outre - un mécanisme de rappel (4) comprenant un ressort de rappel (4) configuré pour remettre le plateau à inclinaison variable (2) dans la position neutre dès lors qu'aucune inclinaison n'est appliquée sur le plateau à inclinaison variable (2); caractérisée en ce que la machine hydraulique comprend également un mécanisme de verrouillage (5) comprenant une butée mobile (51) de sorte qu'au retour en position neutre du plateau à inclinaison variable (2) par l'intermédiaire du ressort de rappel (4), la butée mobile (51) est configurée pour verrouiller le plateau à inclinaison variable (2) dans ladite position neutre.
Description
DESCRIPTION
TITRE : Machine hydraulique telle qu'une pompe ou moteur à pistons axiaux à déplacement variable à position neutre précise
DOMAINE TECHNIQUE GENERAL
L’invention concerne une machine hydraulique à pistons axiaux telle qu’un moteur ou une pompe.
Une telle machine hydraulique comprend classiquement :
- un bloc cylindres montés rotatif autour d’un carter d’un premier axe de rotation, le bloc-cylindres comprenant une pluralité de cylindres dans lesquels des pistons sont mobiles en translation parallèlement au premier axe de rotation ;
- un plateau à inclinaison suivant un deuxième axe perpendiculaire au premier axe de rotation.
ETAT DE LA TECHNIQUE
La course des pistons dépend de l’inclinaison du plateau et permet de régler les débits d’huile circulant dans la machine hydraulique. Il existe une position angulaire du plateau sur le deuxième axe de rotation qui est parfaitement perpendiculaire au premier axe de rotation du bloc cylindre, c’est-à-dire que le plateau définit un plan parfaitement perpendiculaire au premier axe de rotation du bloc cylindre, qui fait que la course des pistons est nulle, autrement dit que la pompe tourne sans débiter, donc présente une cylindrée par tour nulle. On définit cette position comme la position d’inclinaison nulle du plateau, ou position neutre de la machine hydraulique.
Le plateau à inclinaison variable comprend un axe de rotation qui peut être actionné par exemple par un levier ou une commande qui permet de régler l’inclinaison du plateau pour obtenir la cylindrée souhaitée pour la machine hydraulique. Cette commande extérieure s’applique donc sur l’arbre support du plateau ç inclinaison variable. C’est par cette commande que l’utilisateur peut piloter la cylindrée de la pompe qu’il souhaite, par exemple pour conduire une machine ou la pompe réalise une partie de la transmission. Cet arbre repose sur deux paliers 63 qui définissent l’axe de rotation du plateau à inclinaison variable.
Sur certaines machines hydrauliques, on souhaite avoir une commande particulière qui revient en position neutre en l’absence de sollicitation. Lorsqu’aucune inclinaison du plateau n’est demandée, on souhaite que celui-ci soit rappelé en position neutre.
Pour l’aider à se remettre en position neutre, il existe des mécanismes de rappel constitués de ressorts. En particulier pour les pompes à double sens de débit, on prévoit un double système de rappel en position neutre
Un problème souvent rencontré est que le retour dans la position neutre qui correspond à une inclinaison nulle du plateau n’est pas parfaitement retrouvé. Suivant la charge de la machine hydraulique, c’est à dire la pression qu’elle délivre, il existe des efforts parasites importants au niveau du plateau, et le retour en position neutre demande un effort variable, qui peut être important. Il peut y avoir des coincements. Plus particulièrement dans le cas des pompes à double sens de débit, on ne peut pas toujours avoir un ressort qui ramène une commande sur une butée physique, car le point neutre de la commande se trouve au milieu de sa course, et également le point neutre est défini en milieu de course par deux ressorts antagonistes. Au point neutre, l’efforts des deux ressorts est minimal, tandis qu’en pleine cylindrée l’un des deux ressorts présente une tension maximale. Plus on se rapproche du point neutre et plus la tension des ressorts diminue. La variabilité des ressorts fait que le point neutre n’est pas exactement défini, ce qui entraîne parfois des opérations de réglages individuelles des pompes.
De plus d’une manière générale, les systèmes de pompes à pistons axiaux développent des efforts internes, qui sont variables en fonction de la charge de la pompe, qui réalisent des coincements ou des efforts parasites, qui font que la position d’arrêt lors du retour automatique au neutre est aléatoire et dispersée autour du point neutre. Plus particulièrement, les systèmes de ressort de rappel antagonistes, pour les pompes à double sens de débit, annulent réciproquement leur poussée autour du point neutre, et qu’il est très difficile de définir le point d’équilibre de deux ressorts antagonistes. Un tout petit effort fourni par un ressort vis-à-vis de l’autre, ou un petit écart géométrique suffit à décaler le point neutre d’une manière significative pour que la pompe fournisse un débit.
Il existe aussi des systèmes a un seul ressort et deux leviers, mais qui présentent tous la difficulté que la tension diminue autour du point neutre et que celui-ci est mal défini géométriquement car la position d’arrêt est définie par un équilibre de forces flottant.
Dans tous ces systèmes, on peut essayer de forcer un meilleur retour en position neutre en utilisant des ressorts plus forts. Mais dans ce cas, la tension à exercer pour
commander la cylindrée est excessive, et les ressorts deviennent encombrants. Le montage de la commande est aussi plus difficile pour le mécanicien.
Il existe aussi des pompes à remise au neutre automatique, et en particulier celles à double sens de débit, équipées d’une butée de réglage individuelle au point neutre. Cependant même après cette opération de réglage on obtient un débit résiduel aléatoire autour du débit nul. Une machine qui utiliserait une telle pompe pour faire sa transmission, par exemple une machine de chantier ou une tondeuse portée, aurait le défaut de ne pas savoir exactement s’arrêter et d’avoir une tendance à faire tourner les roues, soit en avant soit en arrière, a une petite vitesse. L’utilisateur doit donc solliciter manuellement la commande pour trouver le vrai point d’arrêt, ou bien il faut équiper la pompe de dispositifs d’arrêts, tels que des valves de dérivation (en anglais, « by pass »), qui rendent le circuit complexe et encombrant, et qui présentent un coût supplémentaire.
PRESENTATION DE L’INVENTION
L’invention permet d’avoir une machine hydraulique dans laquelle le retour en position neutre est précisément assuré.
A cet effet, l’invention propose un machine hydraulique telle qu’une pompe ou moteur à pistons axiaux à déplacement variable, comprenant
- un plateau à inclinaison variable, comprenant un axe de rotation relié à des pistons axiaux, chacun ayant une course variable, ladite course des pistons axiaux dépendant de l’inclinaison du plateau à inclinaison variable, le plateau à inclinaison variable comprenant une position neutre qui correspond à une inclinaison nulle dudit plateau à inclinaison variable par rapport à un axe longitudinal de la machine hydraulique ; la machine hydraulique comprenant en outre
- un mécanisme de rappel comprenant un ressort de rappel configuré pour remettre le plateau à inclinaison variable dans la position neutre dès lors qu’aucune inclinaison n’est appliquée sur le plateau à inclinaison variable ; caractérisée en ce que la machine hydraulique comprend également un mécanisme de verrouillage comprenant une butée mobile de sorte qu’au retour en position neutre du plateau à inclinaison variable par l’intermédiaire du ressort de rappel, la butée mobile est configurée pour verrouiller le plateau à inclinaison variable dans ladite position neutre.
L’invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible :
- le mécanisme de rappel comprend un disque connecté au plateau à inclinaison variable, la rotation du disque autour d’un axe de rotation perpendiculaire à un axe longitudinal de la machine hydraulique, dépendant de l’inclinaison du plateau à inclinaison variable, ledit disque comprenant également une position neutre correspondant à une inclinaison nulle du plateau à inclinaison variable ;
- le mécanisme de verrouillage comprend un profil formé dans le disque, la butée mobile pénétrant dans ledit profil pour verrouiller le plateau à inclinaison variable dans la position neutre ;
- le mécanisme de verrouillage comprend un ressort de verrouillage à l’extrémité duquel la butée mobile est disposée, la butée mobile pénétrant dans le profil du disque en étant poussée par le ressort de verrouillage dès lors que le disque retourne en position neutre ;
- elle comprend un boîtier pour loger le ressort de verrouillage et la butée mobile ;
- le mécanisme de rappel comprend deux tiges en saillie depuis le disque et deux bras montés à rotation autour de l’axe de rotation, lesdits bras étant disposée de part et d’autre des tiges, la rotation du disque conduisant à une rotation d’un des deux bras dans un le sens des aiguilles d’une montre ou dans le sens contraire des aiguilles d’une montre par l’intermédiaire d’une des deux tiges, le ressort de rappel étant connecté entre les deux bras, les bras étant configurés pour remettre le disque dans sa position neutre dès lors qu’aucune inclinaison n’est appliquée audit plateau à inclinaison variable ;
- elle comprend une sortie d’arbre coaxiale à l’axe de rotation du plateau à inclinaison variable et une commande externe connectée à la sortie d’arbre du plateau à inclinaison variable, la sortie d’arbre permettant d’appliquer une inclinaison au plateau à inclinaison variable, la sortie d’arbre comprenant également une position neutre correspond à une inclinaison nulle du plateau à inclinaison variable ;
- le disque est connecté à la commande externe pour commander la mise en cylindrée de la machine hydraulique ;
- la machine est à double sens de débit, telle que la position neutre se situe au milieu de la course totale du levier de contrôle ;
- le système de verrouillage exerce un couple attractif sur le disque vers la position neutre, complémentaire de la force des ressorts, lorsque le disque s’approche de la position neutre ;
- comprenant en outre un capteur de position neutre configuré pour délivrer un signal électrique de position neutre, telle que le système de verrouillage exerce une fonction de capteur de position délivrant un signal électrique de position neutre ;
- le capteur de position neutre comprend la butée de verrouillage et le ressort de verrouillage.
L’invention permet d’avoir une commande de remise au neutre de la machine hydraulique qui ne nécessite pas de moyens encombrants de neutralisation du débit, qui soit souple à manoeuvrer, et qui permette un arrêt complet, sur et répétable du débit.
PRESENTATION DES FIGURES
D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 illustre une machine hydraulique comprenant un mécanisme de rappel selon l’invention ;
- les figures 2a et 2b illustrent des vues d’un mécanisme de rappel dans une machine hydraulique selon un premier mode de réalisation de l’invention ;
- la figure 3 illustre une vue de dessus d’une machine hydraulique selon un premier mode de réalisation de l’invention ;
- les figures 4 et 5 illustrent des vues d’un mécanisme de verrouillage d’une machine hydraulique selon l’invention ;
- les figures 6a et 6b illustrent des vues d’un mécanisme de rappel dans une machine hydraulique selon un deuxième mode de réalisation de l’invention ;
- la figure 7 illustre un mécanisme de verrouillage avec un capteur de position selon une vue de dessus ;
- la figure 8 illustre un mécanisme de verrouillage avec un capteur de position selon une vue en coupe.
Sur l’ensemble des figures les éléments similaires portent des références identiques.
DESCRIPTION DETAILLEE
La figure 1 illustre une machine hydraulique telle qu’une pompe hydraulique ou un moteur hydraulique.
La machine hydraulique 1 comprend un carter 10 dans lequel est disposé un bloc cylindres 20 monté rotatif autour d’un premier axe de rotation XX’ qui correspond à un axe longitudinal de la machine hydraulique 1.
Le bloc cylindres 20 comprend plusieurs cylindres 21 dans lesquels sont montés des pistons 3 mobiles en translation, selon une direction parallèle à l’axe de rotation XX’. Le bloc cylindres 20 est tel que les pistons sont disposés autour de l’axe de rotation XX’ de la machine 1 on parle donc de pistons radiaux 3. Ces pistons 3 sont à course variable.
Cette machine 1 comprend également un plateau à inclinaison variable 2 qui permet de régler la course variable des pistons. Les pistions radiaux 3 sont reliés au plateau à inclinaison variable 2 par l’intermédiaire d’un joint sphérique 22 et de tiges 31 de liaison. Les tiges de liaison 31 s’étendent depuis les pistons vers les joints sphériques 31 qui sont donc solidaires des tiges de liaison. Une extrémité des pistons est en appui sur le plateau par l’intermédiaire de semelles de glissement. Les pistons entraînés en rotation dans le bloc cylindre peuvent tourner suivant l’axe XX’, tout en ayant leur course réglée par la butée glissante sur le plateau. Ce plateau à inclinaison variable 2 comprend un axe de rotation YY’ autour duquel il peut tourner.
La machine 1 comprend également un arbre 7 qui constitue l’entrée ou la sortie de puissance mécanique de la machine 1. Cet arbre 18 est mobile en rotation autour de l’axe XX’. L’arbre 18 porté sur un ou plusieurs paliers 71 définit cet axe de rotation.
La machine hydraulique 1 comprend également un distributeur d’huile vers les pistons et des orifices d’entrée et de sortie d’huile qui constituent l’entrée ou la sortie de puissance hydraulique de la machine 1. La machine hydraulique 1 comprend d’autres éléments bien connus de l’homme du métier que ne seront pas plus décrits ici.
Au-dessus du plateau à inclinaison variable 2 est avantageusement prévu une sortie d’arbre 6 permettant d’appliquer une inclinaison au plateau à inclinaison variable 2. C’est par l’intermédiaire de cette sortie d’arbre 6 qu’il est possible d’appliquer l’inclinaison désirée au plateau à inclinaison variable 2. Par exemple, la sortie d’arbre 6 peut comprendre des moyens de connexion 61 d’une commande externe 61 telle qu’un levier par exemple. De tels moyens de connexion 61 sont, par
exemple, constitués par un orifice dans lequel peuvent s’insérer le levier (non représenté) qui permet d’appliquer une inclinaison au plateau à inclinaison variable 2. D’autres dispositifs peuvent être envisagés pour appliquer une inclinaison au plateau à inclinaison variable 2.
Sur la figure 1 , le plateau à inclinaison variable 2 est représenté dans une position neutre c’est-à-dire qu’aucune inclinaison n’est appliquée à ce dernier. L’axe XX’ est perpendiculaire au plateau à inclinaison variable 2. En effet, l’inclinaison du plateau à inclinaison variable 2 est prise par rapport à l’axe de rotation de la machine hydraulique 1., Dans cette position du plateau, les pistons sont en appui sur un plan de glissement perpendiculaire à l’axe XX’, ce qui fait que les pistons ne se déplacent pas dans le bloc cylindres lorsque celui-ci est en rotation. On définit que cette position est l’inclinaison nulle du plateau, qui définit la position neutre de la machine hydraulique.
Comme déjà mentionné ci-avant, l’inclinaison du plateau permet de régler la course de chaque piston, c’est la course des pistons qui permet de régler les quantités d’huile circulant dans la machine hydraulique 1 et qui définit la cylindrée par tour de la machine hydraulique.
Au repos, comme déjà explicité en introduction, il convient que le plateau à inclinaison variable revienne en position neutre c’est-à-dire avec une inclinaison nulle. Pour ce faire, la machine hydraulique comprend un mécanisme de rappel 4 comme illustré sur les figures 2a et 2b selon une réalisation préférentielle.
Un tel mécanisme de rappel 4 permet de remettre le plateau dans la position neutre dès lors qu’aucune inclinaison n’est appliquée sur le plateau à inclinaison variable 2.
De manière plus précise, le mécanisme de rappel 4 vient se positionner entre le carter 10 et la sortie d’arbre 6 du plateau à inclinaison variable 2 comme cela est visible sur la figure 3.
Pour assurer un retour en position neutre, le mécanisme de rappel 4 comprend également un mécanisme de verrouillage 5 en position neutre du plateau à inclinaison variable.
Ce mécanisme de verrouillage 5 vient se positionner en périphérie de la sortie d’arbre 6 de contrôle du plateau à inclinaison variable 2 (voir figure 3).
En revenant aux figures 2a et 2b, le mécanisme de rappel 4 comprend un disque 42 en liaison avec le plateau à inclinaison variable 2.
De manière avantageuse, le disque 42 tourne donc à mesure que le plateau à inclinaison variable 2 s’incline. De préférence, le disque 42 est monté fixe avec la sortie d’arbre 6. Ainsi, le disque 42 peut tourner autour d’un axe de rotation YY’ perpendiculaire à l’axe longitudinal XX’ de la machine hydraulique 1 . Par conséquent, le disque 42 comprend également une position neutre qui correspond directement à une inclinaison nulle du plateau à inclinaison variable 2.
Le mécanisme de rappel 4 comprend avantageusement deux tiges 43 en saillie depuis le disque 42 et deux bras 44, 45 montés à rotation autour de l’axe de rotation YY’. Le disque 42 comprend avantageusement une amplitude angulaire de +/- 19° autour de la position neutre.
Comme on peut le voir, Les bras sont disposés 44, 45 de part et d’autre des tiges 43 de préférence à deux extrémités du disque diamétralement opposées.
Chaque bras 44, 45 comprend au minimum une première partie de bras 441 , 451 et une deuxième partie de bras 442, 452 perpendiculaire à la première partie de bras 441 , 451. La première partie de bras 441 , 451 s’étend radialement depuis son axe de rotation. Les premières parties de bras et les deuxièmes parties de bras forment, lorsque le disque est en position neutre (figure 2a) un U, les tiges 43 étant à l’intérieur du U.
De manière avantageuse, pour des raisons de tenue mécanique, chaque bras comprend une troisième partie de bras 443, 453. Les premières parties de bras et les troisièmes parties de bras forment également un U symétrique du U encadrant les tiges 43.
Des butées 46 périphériques sont disposés à la périphérie du disque pour permettre limiter le déplacement des bras, les troisièmes parties de bras s’appuyant contre ces butées 46 lorsque le disque 42 est en position neutre.
Pour assurer un retour en position neutre du disque, un ressort de rappel 44 est disposée entre les bras 44, 45. Plus précisément, le ressort de rappel 44 est fixé entre les première parties de bras 44, 45. A ce titre, le ressort de rappel 44 comprend des croches qui viennent s’insérer dans des orifices formés dans les bras.
Le fonctionnement du mécanisme de rappel 4 est le suivant.
Lorsqu’une inclinaison est appliquée sur le plateau à inclinaison variable 2 (ici en appliquant un couple sur la sortie d’arbre 6) le disque 42 entre rotation par exemple dans le sens des aiguilles d’une montre matérialisé par la flèche de la figure 2b. les bras s’écartent l’un de l’autre par l’intermédiaire des tiges 43 qui initient un
mouvement sur le bras 45. La rotation du disque 42 est telle qu’elle applique une force supérieure sur le bras 45 à la force de rappel du ressort 41.
Lorsqu’aucune inclinaison n’est appliquée sur le plateau à inclinaison variable 2, plus rien ne peut contenir la force de rappel du ressort de rappel 41 qui rappelle le bras 45 dans sa position d’origine (figure 2a). En particulier, le bras 45 par l’intermédiaire d’une tige 43 (celle de droite sur les figures 2a et 2b) rappelle le disque 42 dans sa position neutre.
On comprendra que les butées périphériques 46 permettent de limiter le mouvement du bras lorsqu’il revient dans position neutre.
Comme déjà mentionné, une commande externe pour piloter la cylindrée de pompe est reliée à la sortie d’arbre 6. La commande externe force la rotation de la sortie d’arbre 6 pour fixer la cylindrée souhaitée. Lorsque cette commande est relâchée, la pompe doit revenir en position neutre sous l’effet du mécanisme de rappel 4.
Si la sortie d’arbre est assez longue, cette commande peut être fixée sur la sortie d’arbre 6 au-dessus du disque de commande 42, par exemple sur un cône, un clavetage, ou des cannelures faites sur la sortie d’arbre 6, ou tout autre moyen.
D’une manière alternative, la commande externe peut être vissée sur le disque de commande 42, par exemple au moyen de deux trous filetés 421 représentés sur la figure 5. Un moyen de centrage de cet attachement peut être prévu, par exemple sur la sortie d’arbre 6.
En relation avec les figures 3, 4 et 5, le mécanisme de verrouillage 5 comprend une butée mobile 51 de sorte qu’au retour en position neutre du plateau à inclinaison variable par l’intermédiaire du ressort de rappel 41 , la butée mobile 51 permet de verrouiller le plateau à inclinaison variable 2 dans la position neutre.
Pour ce faire, le disque 42 comprend un profil 52 par exemple une encoche formée dans l’épaisseur du disque 43 et la butée mobile 51 verrouille le disque 42 et donc le plateau à inclinaison variable dans la position neutre, lorsque la butée mobile
51 pénètre dans le profil 52.
La butée mobile 51 est disposée à l’extrémité d’un ressort de verrouillage 53 dont la raideur est telle que lorsque le disque 42 est mis en rotation quand une inclinaison est appliquée au plateau à inclinaison variable 2, la butée 51 sort du profil
52 en poussant le ressort de verrouillage 53. C’est bien le disque 42 qui pousse le ressort de verrouillage 53. D’une manière générale la butée mobile 51 peut être
constituée de toute pièce s’emboîtant sur le ressort 53 et ayant une extrémité apte à coopérer avec le profil.
Par contre, lorsqu’aucune inclinaison n’est appliquée au plateau à inclinaison variable 2 (aucun couple n’est appliqué au disque 42), la force appliquée par le disque contre le ressort de verrouillage 53 est telle que la butée mobile 51 pénètre dans le profil pour verrouiller le disque 42 en position neutre et donc le plateau à inclinaison variable 2. Le profil coopère avec la butée mobile 51 dans un secteur angulaire de +/- 3°, idéalement 2,5°.
On comprend que le système de verrouillage par butée dans le profil définit une position angulaire très précise. De plus, à cause de la pente du profil, le système de butée exerce un couple de rappel sur une petite plage angulaire autour de la position neutre. A partir de la position angulaire où la butée mobile entre dans la forme de pente du profil, un couple de rotation est exercé par la poussée de la butée mobile sur la pente.
En particulier, lorsque les bras ramènent le disque dans une position approximative proche de la position neutre, le système de verrouillage exerce une force de rappel supplémentaire quand le poussoir commence a rencontrer la pente descendante du profil, qui appelle le plateau pour venir exactement en position neutre. Autrement dit, quand les bras et le système de ressort amènent le plateau dans une position proche de la position neutre, le système de butée attire le disque par un effort supplémentaire qui tend à l’amener exactement en position neutre. Le mécanisme de verrouillage exerce donc une fonction de définition de la position neutre, mais aussi une fonction d’attraction vers la position neutre dans un certain secteur angulaire, qui complète le travail des bras à ressort.
La forme du profil, le diamètre du poussoir peuvent être choisis pour créer un effet d’appel sur un secteur angulaire plus ou moins large. La force du ressort du poussoir peut être choisi pour créer un effort de rappel ou de verrouillage plus ou moins fort.
On s’assure donc du verrouillage du disque 42 en position neutre avec une grande précision et surtout avec une grande répétabilité, tout en ayant une commande qui ne nécessite pas des ressorts de rappel trop forts, et donc qui reste souple sur toute sa course.
De manière alternative, le mécanisme de rappel 4 ci-dessus décrit peut également prendre d’autres formes. Par exemple, en relation avec les figures 6a et
6b il peut comprendre un ressort a deux bras 44’, 45’, du type ressort de pince à linge 41 ’.
Ce ressort pince à linge est enroulé sur la sortie d’arbre 6 et les deux bras 44’, 45’ sont disposés de part et d’autre d’un levier 62. Comme pour le mécanisme de rappel ci-dessus décrit un disque 42’ est disposé autour de la sortie d’arbre 6 en dessous du ressort pince à linge 41 ’, ce disque 42’ comprend un profil 52’ dans lequel la butée 51 du mécanisme de verrouillage 5 est susceptible de s’insérer pour verrouiller le plateau en position neutre. Le profil 52’ a ici la forme d’une encoche en V sur secteur angulaire présentant une amplitude angulaire de ±3°. Le ressort pince à linge 41 ’ est contraint au repos par une pièce en équerre 46’ disposée sous le levier 62. Lors d’une rotation, au moins l’une des extrémités du ressort est en appui sur la pièce en équerre 46’. Sur ce montage la position neutre est définie lorsque les deux extrémités du ressort sont en appui sensiblement à la fois sur la pièce en équerre 46’, qui définit la position neutre, et sur le levier 62. Si l’on veut que seul le mécanisme de verrouillage définisse le point neutre, on peut laisser un certain jeu entre les extrémités de ressort et la pièce en équerre 46’, par exemple un jeu correspondant à une plage angulaire de 0,5.°. D’une manière alternative, on peut utiliser ce montage sans jeu.
On note que suivant la charge de la machine hydraulique, c’est à dire la pression qu’elle délivre, le retour en position neutre demande un effort trop important par rapport au ressort de rappel. Sur le montage avec le ressort pince à linge, le ressort de rappel n’arrive donc pas à revenir jusqu’à toucher l’équerre inférieure qui fait la butée en position neutre.
De manière complémentaire et en relation avec les figures 7 et 8, la machine hydraulique 1 comprend un capteur de position neutre C0 comprenant tige 56 dont le contact avec le système de verrouillage (butée et ressort) permet à une unité électrique 58 du capteur de délivrer un signal électrique tant que la butée mobile 51 n’est pas dans le profil du disque 42. L’exemple illustré sur la figure 8 montre une rallonge 57 qui transmet le mouvement de la butée mobile 51 à la tige 56 du capteur. Le contact peut être direct ou inverse. Par exemple, l’absence de contact et donc l’absence de signal électrique caractérise la position neutre.
Le capteur peut contenir son propre ressort, et assurer la fonction du ressort 53 du mécanisme de verrouillage 5. Cependant, pour régler ou ajuster la force de rappel du disque, il est préférable d’avoir un ressort supplémentaire. Le capteur peut
être à contact, ou sans contact, par exemple un capteur capable de voir le mouvement de la butée mobile 51. Par exemple un plongeur, ou piston, peut être réalisé avantageusement en prolongeant la rallonge 57 par une extrémité en demi sphère réalisant la pièce 51. Le corps de la rallonge étant ajusté pour glisser dans le ressort 53, et pour venir au contact de la partie sensible du capteur. Cela définit une forme de plongeur formant butée, et apte à transmettre son mouvement au capteur de position.
Le capteur de position neutre CO est avantageusement fixé au boitier 54 par l’intermédiaire de moyens de fixation 57 (écrous, boulons). Il est avantageusement fixé avec un réglage de proximité, c’est-à-dire d’enfoncement, vis-à-vis de la position du système de verrouillage
L’invention est également applicable à une pompe à un seul sens de débit et à cylindrée variable comprenant un levier de commande et un ressort de rappel en position neutre et un mécanisme de verrouillage 5 comprenant une butée mobile 51 qui fournit un couple de rappel complémentaire du ressort pour ramener la sortie d’arbre 6 en position neutre. Ce montage peut s’illustrer par exemple sur la base de la figure 6 en ne considérant la course du levier que sur la moitié de sa course, soit sur une plage angulaire de 0 à 19°. L’angle d’action de la butée mobile est alors à considérer sur une plage angulaire typiquement de 0 à 3°.
Claims
1. Machine hydraulique (1 ) telle qu’une pompe ou moteur à pistons axiaux à déplacement variable, comprenant - un plateau à inclinaison variable (2), comprenant un axe de rotation (YY’) relié à des pistons axiaux (3), chacun ayant une course variable, ladite course des pistons axiaux (3) dépendant de l’inclinaison du plateau à inclinaison variable (2), le plateau à inclinaison variable (2) comprenant une position neutre qui correspond à une inclinaison nulle dudit plateau à inclinaison variable (2) par rapport à un axe longitudinal (XX’) de la machine hydraulique (1 ) ; la machine hydraulique (1) comprenant en outre
- un mécanisme de rappel (4) comprenant un ressort de rappel (4) configuré pour remettre le plateau à inclinaison variable (2) dans la position neutre dès lors qu’aucune inclinaison n’est appliquée sur le plateau à inclinaison variable (2) ; caractérisée en ce que la machine hydraulique comprend également un mécanisme de verrouillage (5) comprenant une butée mobile (51 ) de sorte qu’au retour en position neutre du plateau à inclinaison variable (2) par l’intermédiaire du ressort de rappel (4), la butée mobile (51 ) est configurée pour verrouiller le plateau à inclinaison variable (2) dans ladite position neutre.
2. Machine hydraulique (1) selon la revendication 1 , dans laquelle le mécanisme de rappel (4) comprend un disque (42) connecté au plateau à inclinaison variable (2), la rotation du disque (42) autour d’un axe de rotation (YY’) perpendiculaire à un axe longitudinal (XX’) de la machine hydraulique (1 ), dépendant de l’inclinaison du plateau à inclinaison variable (2), ledit disque (42) comprenant également une position neutre correspondant à une inclinaison nulle du plateau à inclinaison variable (2).
3. Machine hydraulique (1) selon la revendication 2, dans laquelle le mécanisme de verrouillage (5) comprend un profil (52) formé dans le disque (42), la butée mobile (51 ) pénétrant dans ledit profil (52) pour verrouiller le plateau à inclinaison variable
(2) dans la position neutre.
4. Machine hydraulique selon la revendication 3, dans laquelle le mécanisme de verrouillage (5) comprend un ressort de verrouillage (53) à l’extrémité duquel la butée
mobile (51 ) est disposée, la butée mobile (51) pénétrant dans le profil (52) du disque (42) en étant poussée par le ressort de verrouillage (53) dès lors que le disque (42) retourne en position neutre.
5. Machine hydraulique selon la revendication 4, comprenant un boîtier (54) pour loger le ressort de verrouillage (53) et la butée mobile (51 ).
6. Machine hydraulique selon l’une des revendications 2 à 5, dans laquelle le mécanisme de rappel (4) comprend deux tiges en saillie depuis le disque (42) et deux bras (44, 45) montés à rotation autour de l’axe de rotation (YY’), lesdits bras (44, 45) étant disposée de part et d’autre des tiges (43), la rotation du disque (42) conduisant à une rotation d’un des deux bras (44, 45) dans un le sens des aiguilles d’une montre ou dans le sens contraire des aiguilles d’une montre par l’intermédiaire d’une des deux tiges (43), le ressort de rappel (41) étant connecté entre les deux bras (44, 45), les bras étant configurés pour remettre le disque (43) dans sa position neutre dès lors qu’aucune inclinaison n’est appliquée audit plateau à inclinaison variable (2).
7. Machine hydraulique selon l’une des revendications précédentes, comprenant une sortie d’arbre (6) coaxiale à l’axe de rotation du plateau à inclinaison variable et une commande externe (62) connectée à la sortie d’arbre (6) du plateau à inclinaison variable (2), la sortie d’arbre (6) permettant d’appliquer une inclinaison au plateau à inclinaison variable (2), la sortie d’arbre comprenant également une position neutre correspond à une inclinaison nulle du plateau à inclinaison variable (2).
8. Machine hydraulique selon la revendication 7 quand elle est rattachée à la revendication 2, dans lequel le disque (42) est connecté à la commande externe (62) pour commander la mise en cylindrée de la machine hydraulique.
9. Machine hydraulique selon l’une des revendications précédentes, à double sens de débit, telle que la position neutre se situe au milieu de la course totale d’un levier de contrôle (6).
10. Machine hydraulique selon l’une des revendications 2 à 9, telle que le système de verrouillage (5) exerce un couple attractif sur le disque vers la position neutre,
complémentaire de la force des ressorts, lorsque le disque s’approche de la position neutre.
11. Machine hydraulique selon l’une des revendications précédentes, comprenant en outre un capteur de position neutre (CO) configuré pour délivrer un signal électrique de position neutre, telle que le système de verrouillage (5) exerce une fonction de capteur de position délivrant un signal électrique de position neutre.
12. Machine hydraulique selon la revendication précédente dépendant de la revendication 4, dans lequel le capteur de position neutre (CO) comprend la butée de verrouillage et le ressort de verrouillage.
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NENP | Non-entry into the national phase |
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