Vérin pneumatique L'invention a .pour objet un vérin pneuma tique du type à double effet.
Les vérins actuellement utilisés présentent des fuites d'air après un fonctionnement relati vement court. D'autre part, leur emploi dans des atmosphères fortement chargées de pous sières nécessite des démontages et remontages fréquents en vue de leur nettoyage.
Le vérin pneumatique conforme à l'inven tion constitue à cet égard un perfectionnement important, car il peut fonctionner sans fuites pendant plusieurs millions de cycles de tra vail. II est caractérisé en ce qu'il comprend un cylindre dont les deux extrémités sont consti tuées par des fonds comportant chacun une cavité centrale de diamètre réduit dans le pro longement du cylindre, un piston mobile dans ce cylindre et comportant des prolongements de diamètre -réduit et susceptibles de pénétrer dans les cavités des fonds de cylindre, de sorte que le déplacement du piston est amorti en fin de course par compression et échappement lent du volume d'air contenu dans la capacité for mée par le piston, le cylindre,
le fond de celui-ci et le prolongement du piston lorsque ce prolongement est engagé dans la capacité centrale correspondante, et en ce que deux conduits d'air débouchant chacun dans l'une des cavités centrales sont susceptibles d'être reliés, par l'intermédiaire d'un distributeur, d'une part, avec une source d'air comprimé et, d'autre part, avec un conduit d'injection com muniquant avec un espace entourant la; tige de piston près de l'extrémité extérieure d'une garniture d'étanchéité de celle-ci, la distribution de l'air étant telle que l'air chassé par le pis ton est envoyé dans le conduit 'd'injection et s'échappe le long de la tige de piston en en- traînant d'éventuelles poussières.
Le dessin annexé représente, à titre d'exem ple, plusieurs formes d'exécution du vérin- pneumatique faisant l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue en élévation et en coupe de la première forme d'exécution.
La fig. 2 représente un amortisseur du piston-engagé dans le fond de cylindre infé rieur.
La fig. 2a est une vue en coupe d'une portion d'une butée placée sur un fond de cylindre.
La fig. 3 représente un détail d'un dispositif d'injection de l'air d'échappement.
La fig. 4 est une vue en plan- du dispositif de la fig. 3, coupée suivant la ligne<I>IV-IV</I> de cette figure.
La fig. 5 est une vue en coupe d'une forme d'exécution différente du piston du vérin. La fig. 6 représente schématiquement la distribution de l'air comprimé.
La fig. 7 représente schématiquement une autre forme d'exécution de cette distribution. La fig. 8 représente une forme d'exécution d'une garniture à lèvre latérale et cannelures périphériques.
La fig. 9 est une demi-coupe verticale d'une autre forme d'exécution du vérin.
La fig. 10 est une demi-coupe verticale de la partie centrale d'une autre forme d'exécution du vérin.
La fig. 11 représente une garniture d'étan chéité.
La fig. 12 représente une variante du vé rin représenté à la fig. 9, dans laquelle le piston est monobloc avec la tige, et dans laquelle les embouts de pistons sont de diamètres diffé rents.
La fig. 13 est une coupe longitudinale d'une autre variante du vérin.
La fig. 13a est une coupe partielle de la partie centrale du vérin représentant une va riante de montage des garnitures.
La fig. 14 représente la garniture d'un joint d'amortisseur montée sans pression. La fig. 15 montre la même garniture mon tée avec légère pression (perforation s'ouvrant légèrement).
Les fig. 16 et 17 représentent la<B>*</B> même garniture soumise à des pressions croissantes (perforation de plus en plus ouverte).
Le vérin représenté dans la fig. 1 com prend deux fonds de cylindre 1 et 2, reliés entre eux par des tirants (non représentés), les deux fonds étant respectivement disposés dans chacune des extrémités d'un tube 3 formant cylindre. Dans le cylindre 3 se déplace un piston formé par une bague d'appui 4 et un presse-joint 5, ces éléments étant portés par une tige de piston 6 qui traverse le fond de cylindre 2. Le fond 1 et la tige de piston 6 portent respectivement les oreilles 7 et 8 qui servent la première à l'accrochage du vérin et la seconde à la fixation d'un crochet de vérin (non représenté) supportant la charge.
Le fond de cylindre 1 comprend une cavité centrale 9, de diamètre réduit, qui communi- que avec un conduit 10 fixé au moyen d'une vis-raccord 11 et qui est relié à un réseau de distribution d'air comprimé par l'intermédiaire d'un distributeur (non représenté dans cette figure). L'extrémité du conduit 10 porte un orifice calibré 12 qui réduit le débit d'air à la valeur convenable ; un joint 13 assure l'étanchéité entre le conduit 10 et le fond 1.
Dans le fond de cylindre a été réalisé un conduit 14 qui débouche dans le cylindre 3 et qui se termine par une vis-pointeau 15 per mettant de régler le débit de l'air s'échappant par le conduit 14 vers l'extérieur. Un joint 16 assure l'étanchéité entre le fond 1 et le cylin dre 3.
La tige de piston 6 porte une douille d'amortisseur inférieure 17, la bague d'appui 4 et le presse-joint 5, constituant le piston pro prement dit, et une douille d'amortisseur supé rieure 18 qui est vissée sur la tige 6. Entre les éléments 4 et 5 du piston est disposée une garniture d'étanchéité 19.
Les douilles 17 et 18 forment des prolon gements de diamètre réduit. Elles présentent des rainures circulaires 20 et 21 dans lesquel les sont logées des garnitures 22 et 23, et dont le mode d'action sera indiqué ci-dessous. Un joint 24, d'un type classique, est prévu sur la tige du piston 6.
Le fond de cylindre inférieur 2 est sembla ble au fond supérieur déjà décrit.. Il comprend une cavité centrale 25, un conduit 26 relié au distributeur d'air comprimé, avec orifice cali bré 27, raccord vissé 28 et joint 29, un conduit d'échappement 30 et la vis-pointeau 31. La partie extérieure du fond 2 est conformée en bague 32 dans laquelle est vissé un chapeau de presse-étoupe 33, ces deux éléments for mant entre eux un alvéole 34 dans lequel est logé le bourrelet d'une garniture d'étanchéité 35, celle-ci comprend une lèvre d'étanchéité 36 et une lèvre de raclage 37. Cette partie du vérin a été représentée à une échelle plus grande dans les fig. 3 et 4, qui montrent que l'espace 38 entourant la tige du piston est assez important.
L'espace 38 est relié par des conduits tels que 39 à une rainure circulaire 40 dans la quelle débouche un raccord 41 qui fixe un conduit d'injection 42 relié au distributeur de l'air comprimé. Sur la bague 32 est. encore fixée une extrémité d'un soufflet 43 en caout chouc (fig. 1) qui entoure la tige 6 et dont l'autre extrémité est solidaire de cette tige par l'intermédiaire d'une plaque filtrante 44.
Des butées en caoutchouc 61 et 62, ayant la forme d'anneaux crénelés, sont disposées sur les fonds de cylindre vis-à-vis du piston. La fig. 2a est une vue en coupe d'une telle butée.
Le fonctionnement du vérin ainsi décrit est le suivant: le piston 4-5 se trouvant dans la position telle que représentée dans la fig. 1, le distributeur d'air est, par exemple, commandé de manière à faire descendre le crochet porté par l'oreille 8. L'air est alors admis par le conduit 10 et l'orifice 12 dans la partie supé rieure du vérin et sa pression s'exerce de haut en bas sur le piston. Celui-ci descend alors en chassant devant lui l'air contenu- dans l'espace 45. Cet air s'échappe par la cavité 25 et le conduit 26 et le distributeur le renvoie vers le conduit 42 par lequel il est injecté dans l'es pace 38 entourant la tige du piston. L'air balaie cet espace en entraînant avec lui les corps étrangers ayant pu pénétrer et maintient ainsi la lèvre de raclage 37 en état de propreté.
L'air s'échappe ensuite, avec les poussières, s'il y a lieu, à l'intérieur du soufflet 43 et vers l'extérieur à travers la plaque filtrante 44. Il a été constaté que cette injection d'air d'échap pement présente l'avantage de maintenir la garniture 35 en état de fonctionnement et, en outre; de rendre l'échappement de l'air plus silencieux que dans les vérins classiques. A noter qu'une petite fraction de l'air chassé par le piston est également évacuée par le conduit 30 et la vis-pointeau 31.
Lorsque la douille 17 pénètre dans la cavité centrale 25 (position qui a été représentée dans la fig. 2), l'air encore contenu en 45 ne peut plus s'échapper par le conduit 26, car la garni ture 22 assure l'étanchéité dans ce sens, la pression s'exerçant dans le sens de la flèche 46 (fig. 2) appliquant fortement sa lèvre contre la paroi 47. L'air subsistant en 45 se trouve donc de nouveau comprimé et ne peut s'écou ler que par le conduit 30 et la vis-pointeau 31. La descente du piston se poursuit, mais elle se trouve ralentie. Ce dispositif agit donc comme un amortisseur.
Le réglage du débit d'air dans le conduit 30, au moyen de la vis- pointeau 31, permet de déterminer la vitesse de descente du piston dans la dernière partie de son parcours. Si en cas de détérioration des garnitures 23 et 22, par exemple, l'effet d'amortissement est insuffisant, le piston bute contre les anneaux de butée 61 ou 62, ce qui évite la destruction de l'appareil.
Lorsque le piston doit remonter, l'air com primé est admis par le conduit 26, pénètre dans la cavité centrale (fig. 2) et de là dans l'espace 45, car la garniture permet le passage de l'air dans le sens de la flèche 46a en pas sant par des cannelures 48 prévues sur le pourtour du bourrelet et par fléchissement de la lèvre de la garniture 22. L'air pénétrant dans l'espace 45 (fig. 1), le piston 4-5 remonte et se trouve amorti lorsque la douille 18 pénètre dans la cavité centrale 9.
L'air s'échappant par le conduit 10 est injecté par le conduit 42 de la même manière que précédemment et s'échappe à travers le soufflet et la plaque fil trante 44.
Une forme d'exécution différente du piston du vérin a été représentée dans la fig. 5. On y reconnaît le cylindre 3 qui contient un pis ton 49 sur lequel sont montées quatre garni tures d'étanchéité 50, 51, 52 et 53 semblables aux garnitures 22 et 23 de la fig. 1. Le piston est monté sur une tige de piston. Les garni tures 51 et 52 remplacent la garniture 19 de la fig. 1 et présentent l'avantage de permettre la constitution du piston et de ses prolonge ments en une pièce unique.
Une forme particulièrement avantageuse de la garniture du type utilisé en 50, 51, 52 et 53 a été représentée dans la fig. 8. Le corps tori- que de la garniture présente, dans cette forme d'exécution, à l'extérieur, une surface conique 63, qui améliore les propriétés de glissement et de guidage d'un piston équipé de cette gar niture.
Le système de distribution de l'air com primé a été schématisé dans la fig. 6. Le dis tributeur 54 reçoit l'air par le conduit 55 et l'envoie, selon son réglage, vers le conduit 10, c'est-à-dire le -haut du cylindre, ou vers le conduit 26, c'est-à-dire le bas du cylindre. L'air refoulé par le piston est, dans tous les cas, envoyé dans le conduit 42 et injecté le long de la tige de piston 6.
Un moyen supplémentaire de réglage de la vitesse de déplacement du piston est représenté dans la fig. 7. Un dispositif étrangleur 56, d'un type connu quelconque, est disposé sur le con duit 42 dans lequel passe l'air d'échappement. Cet étrangleur est commandé par les déplace ments d'un galet 57 qui roule sur une tige 58 solidaire de la tige de piston 6 et portant des cames telles que 59 et 60. Un passage d'une de ces cames sous le galet 57 a pour effet d'étrangler le débit d'air et de ralentir, par conséquent, le déplacement du piston de vérin. Un positionnement convenable des cames 59, 60, etc., sur la tige 58, permet donc de ralen tir le mouvement du piston à certains endroits de sa course.
Comme le montre la fig. 9, une autre forme d'exécution du vérin comporte une partie des organes principaux du vérin qui vient d'être décrit.
Aux extrémités du cylindre 3 sont prévus deux fonds de cylindre dans lesquels débou chent respectivement les conduits d'air 10 et 26 reliés à un distributeur, non représenté, au moyen duquel chacun de ces conduits peut . être mis en communication avec la source d'air comprimé ou avec le conduit 42 d'injec tion de l'air d'échappement entre la tige de pis ton 6 et le chapeau de presse-étoupe 33. La tige 6 porte l'oreille 8 et le fond supérieur du cylindre 65 l'oreille d'accrochage 7. Le fond supérieur 65 ne fait communiquer le cy lindre 3 qu'avec le conduit 10 et il ne com porte aucun autre conduit d'échappement. De même, le fond inférieur 66 ne permet la com- munication du cylindre 3 qu'avec le conduit 26, aucun autre conduit d'échappement n'étant prévu.
La tige de piston 6 porte le piston 67 formé par un manchon vissé sur l'extrémité de la tige de piston ou venu d'un bloc avec la tige pour les petits vérins (voir fig. 12). Les deux prolongements du piston portant les gar nitures d'étanchéité 68 et 69 du type déjà décrit précédemment, c'est-à-dire la lèvre la térale unique et cannelures périphériques.
La partie centrale du piston 67, dont le diamètre extérieur est inférieur au diamètre intérieur du cylindre, de sorte qu'il n'y a pas de contact entre le piston et le cylindre, porte deux garnitures d'étanchéité 70 et 71, du même type que les garnitures 68 et 69, dis posées dans les encoches 72 et 73, de manière à être convergentes. Entre les garnitures 70 et 71 est prévue une cavité annulaire 74.
Le fonctionnement du vérin est le sui vant En admettant que, dans la position repré sentée dans la fig. 9, le piston doit se dépla cer vers le bas, c'est-à-dire que le distributeur d'air du vérin est réglé de manière à faire pé nétrer l'air dans le cylindre par le conduit 10, tandis que le conduit 26 permet l'échappe ment, à partir de l'instant où le prolongement inférieur 67a du piston 67 pénètre dans la cavité centrale 75, l'air contenu dans l'espace annulaire 76, formé par le piston, le cylindre 3 et le fond de cylindre 66, est comprimé. Le mouvement du piston se trouve donc amorti en fin de course.
La pression dans l'espace 76 augmente rapidement jusqu'à une certaine valeur dé passant d'assez peu celle de la pression ré gnant dans le cylindre au-dessus du piston et, par conséquent, dans la cavité 74. L'air comprimé en 76 s'échappe alors vers la cavité 74 en passant entre le piston et le cylindre et en faisant fléchir la lèvre de la garniture 71 ; la faiblesse relative de la contre-pression évite toute détérioration des garnitures. Le fonc tionnement du vérin est évidemment sembla ble lorsque le piston monte. On peut prévoir, comme sur la fig. 12, des diamètres d'embouts différents, ce qui permet un amortissement dif férent à la montée et à la descente.
Ce perfectionnement présente l'avantage de rendre l'usinage des fonds de cylindre plus simple par suite de la suppression des con duits d'échappement de ralenti et de leurs vis- pointeaux d'étranglement. D'autre part, le piston n'étant au contact du cylindre que par l'intermédiaire des garnitures d'étanchéité, l'usinage du piston proprement dit, constitué par un élément unique, peut être limité à la réalisation de son alésage et du filetage 77, le piston et sa tige pouvant également être cons titués en un seul élément. Enfin, tout souci de réglage de- l'amortissement du piston est sup primé, ce réglage étant déterminé par la cous-.
truction du vérin, et notamment par le volume de la cavité 74.
Quand les pressions à fin de course se sont équilibrées, le vérin n'agit plus qu'en fonction des sections établies.
Une forme d'exécution différente du vérin a été représentée dans la fig. 10. Le piston y est formé par deux éléments latéraux 80 et 81, portant respectivement les garnitures d'étanchéité 82 et 83, et un élément central 84 dans lequel a été réalisée une cavité annulaire 85. Entre les éléments 80 et 84, d'une part, 81 et 84, d'autre part, sont serrées deux gar nitures d'étanchéité 86 et 87, ces garnitures étant conformées en cuvettes. Une telle garni ture a été représentée à plus grande échelle dans la fig. 11.
Cette garniture présente une surface exté rieure légèrement conique jouant le rôle de lèvre. Elle n'assure pas le guidage du piston qui doit être obtenu par ajustage dudit piston dans le cylindre. Des cannelures 80a et 81a permettent le passage de l'air au moment de l'amortissement.
Le fonctionnement du vérin ainsi équipé est similaire à celui du vérin de la fig. 9, c'est- à-dire que l'air comprimé en 88, par exemple, fait fléchir la lèvre de la garniture 87 et s'échappe dans la cavité 85.
Dans la fig. 13, 3 est le cylindre du vérin, 4 la bague d'appui piston, attelé sur la tige 6 traversant le fond de cylindre grâce à une garniture d'étanchéité du modèle de celui dé crit précédemment; 17, 18 sont deux douilles cylindriques du piston qui s'engagent en fin de course dans les -cavités centrales 9 et 25 des fonds de cylindre. Les douilles cylindriques 17, 18 sont munies de garnitures 22, 23 telles que décrites précédemment, et le piston est pourvu de garnitures 51, 52, semblables à celles repré sentées à la fig. 5. 42 est le conduit d'injection reliant les fonds de cylindre avec l'espace en tourant la tige du piston. 10 et 26 sont les conduits d'air.
Au moment où la garniture 23 pénètre dans la cavité centrale 9 du fond, l'air contenu en 451 est comprimé, et la valeur croissante de cette compression amortit progressivement jusqu'à l'arrêt le mouvement du piston.
Il ne se produit aucun choc et les organes du vérin ne subissent pas de fatigue dange reuse. La durée de fonctionnement d'un tel vérin est pratiquement indéfinie.
Si l'espace 45; se réduisait à zéro en fin de course, le déplacement du piston ne pour rait évidemment. pas se faire complètement. Il est donc nécessaire de ménager par un usinage convenable du piston et des fonds de cylindre une capacité restante qui limite à une valeur déterminée la pression d'air amortissant le. mouvement. Cette valeur s'exprime par le rap port entre la cavité restante et l'espace 451 au moment où le joint 23 vient en contact avec la partie cylindrique 9. Ce rapport peut varier de 1/z à 1/s suivant l'utilisation du vérin et la valeur de la contre-pression à l'échappement.
Une contre-pression élevée - faible dia mètre des canalisations reliant le vérin aux distributeurs, éloignement de ceux-ci ou autres causes - conduit à augmenter la capacité restante, donc le rapport au ralenti. Le rap port de ralenti est également fort lorsque le vérin doit accomplir exactement sa course sans temps d'arrêt notable à chaque fin de par cours.
Par contre, un vérin de manutention de lourdes charges n'exigeant pas une course ri-goureuse permettra un rapport de ralenti fai ble assurant un arrêt très amorti. Les garnitures de piston seront de préfé rence montées en opposition comme représenté à la fig. 13a.
L'avantage de cette disposition apparaît immédiatement: l'air comprimé, agis sant suivant la flèche A, par exemple, pousse le piston grâce à la garniture 52 dont la lèvre est appliquée contre le cylindre 3, mais écarte en même temps du cylindre la -lèvre de la gar niture 53, diminuant ainsi au cours du dépla cement du piston dans ce sens la pression de cette lèvre contre le cylindre, donc son usure, en s'opposant en outre, ce qui est important, au repliement éventuel de celle-ci.
Pour que la garniture 53 permette le pas sage de l'air vers la garniture 52 - et réci proquement dans le mouvement inverse du piston, pour que la garniture 52 permette le passage vers la garniture 53; il a été pratiqué sur le tore de ces joints des cannelures 64. Il est également possible de réserver un passage d'air circulaire en exécutant le corps torique à un diamètre extérieur légèrement inférieur au diamètre du cylindre.
Pour obtenir une bonne étanchéité de la garniture sur le piston, il est recommandé de monter la garniture en serrage dans son loge ment, sur le diamètre intérieur.
La description précédente n'a été don née que pour rappeler le fonctionnement du vérin décrit précédemment.
Suivant l'utilisation du vérin et la valeur de la contre-pression à l'échappement, il peut ar river que le vérin n'effectue pas une course complète, c'est-à-dire que le piston ne vienne pas rigoureusement au contact du fond. Cela peut, dans certains cas, constituer un incon vénient.
Pour l'éviter, on peut pratiquer dans la lèvre de la garniture d'amortisseur 22 ou 23 un ou plusieurs trous d'aiguille 65, suivant fig. 14, 15, 16, 17, 18. Lorsque le prolonge ment du piston 18 pénètre dans la partie cy lindrique 9, l'air comprimé dans l'espace 451 exerce une pression contre la lèvre 231 de la _ garniture 23.
Au début de la pénétration en 5, la pres sion en 451 est trop faible pour que l'air fran chisse les trous d'aiguille, la garniture se com- porte comme une garniture normale (fig. 14) et l'effet amortisseur commence.
La pression en 451 augmentant, les trous d'aiguille 65 commencent à s'ouvrir (fig. 15). Une certaine quantité d'air s'échappe par ces trous et la croissance de l'effet amortisseur est atténuée.
On assiste ensuite à une ouverture crois sante des trous (fig. 16 et 17) qui permet à l'air comprimé de s'échapper et au piston de parcourir sa course totale tout en assurant un effet d'amortissement croissant et donc plei nement efficace.
Cette forme d'exécution marque un pro grès très important sur les dispositifs utilisant un conduit et une vis-pointeau ; elle est beau coup moins coûteuse et l'amortissement du vérin se fait automatiquement, quelles que soient les conditions d'installation et la valeur de la contre-pression d'échappement.
En outre, la course du vérin est totale.