EP2476915B1 - Diviseur de débit by pass à trois ou quatre branches à usage hydraulique - Google Patents

Diviseur de débit by pass à trois ou quatre branches à usage hydraulique Download PDF

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EP2476915B1
EP2476915B1 EP20110305038 EP11305038A EP2476915B1 EP 2476915 B1 EP2476915 B1 EP 2476915B1 EP 20110305038 EP20110305038 EP 20110305038 EP 11305038 A EP11305038 A EP 11305038A EP 2476915 B1 EP2476915 B1 EP 2476915B1
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flow divider
bypass valve
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drawer
divider
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Frédéric Lagors
Maurice Tardy
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Fluidesign
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B13/00—Details of servomotor systems ; Valves for servomotor systems
    • F15B13/02—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors
    • F15B13/022—Flow-dividers; Priority valves

Definitions

  • the invention relates to the technical sector of flow dividers, in particular high-pressure integrated in hydraulic systems for various applications.
  • the high-pressure flow dividers are known and are arranged to divide a volumetric flow rate into two flow rates in a predetermined ratio as required.
  • the flow divider is a hydraulic component for distributing a certain percentage of inflow or outflow on different branches regardless of the pressure conditions on the latter.
  • two-branch divisors are used, the flow rate being shared in a predetermined two-way ratio.
  • QT is the total quantity of flow and Q1 and Q2 the quantities divided at each branch.
  • the optimum pressure difference across the nozzles must be greater than 10 bar. This arrangement generates a hydraulic power consumption.
  • most of the flow dividers are equipped with an additional drawer called drawer by pass which allows to pass the fluid with a minimum of losses. In this case, the distribution of the flows is no longer ensured. To remedy this, it is necessary to control the drawer by pass.
  • the drawer bypass (1) is mounted guided in its housing with a longitudinal sliding capacity against a return spring (5) penetrating both in a housing (1.1) formed on the drawer bypass and in a blind cavity (3b1) established on a secondary component (3b) constituting the body (3) after assembly.
  • the displacement of the bypass tray against the pressure spring (5) is effected by a known hydraulic control means.
  • the drawer bypass is arranged substantially in its middle part with two recesses 1.2 separated from each other by a central portion (1.3) in the same generatrix plane as the end portions (1.4) of the drawer by pass .
  • the aforementioned recesses allow or not the flow control through the drawer (2).
  • a second secondary component (3c) called cap closes the flow divider, in opposition to the previous one (3b). Connecting means ensure the closure of the assembly. It has thus been shown, figure 1 by QT, the fluid distribution and Q1 and Q2 the reception of said fluid in the two branches of the divider.
  • the flow divider of the type comprising a body arranged internally with ducts. internal and a drawer by pass (11), the said drawer bypass being established in a body of cylindrical appearance whose ends (11.2, 11.1) are arranged to cooperate with one side elastic return means and the other with a hydraulic control circuit, the central part comprising a cylindrical surface with on either side a recess on a part of the length of the drawer bypass between said central part and the ends of the drawer bypass, is remarkable in that the flow divider comprises three or four branches, and in that the bypass tray comprises between the central part having the recess (11.3) and the end part for the hydraulic control a cylindrical seat (11.4) whose diameter corresponds to that of said end portions, said cylindrical bearing being arranged internally with a plurality of ducts (11.5) passing through the thickness of said bearing (11.4) and emerging in symmetry two by two and on both sides on the joining portions of said span for placing in communication or not the conduits (13, 14, 15, 16) arranged in the flow divider
  • the flow divider according to the invention is identified by (10) and is arranged to allow a three or four-branched flow division from a body including a bypass drawer (11) shaped specifically according to FIG. invention and two or three divider drawers (12) according to the applications whose constitutive characteristics are those described previously according to the prior art.
  • the invention essentially resides in the design of the bypass drawer which is adapted to allow the division of flow through three or four branches provided in the body of the flow divider.
  • the drawer bypass (11) comprises a body of cylindrical appearance whose ends (11.2) and (11.1) are arranged to cooperate with a spring means of the spring type (5) known per se and the other with a hydraulic control circuit (19) known per se.
  • the drawer by pass comprises in its central part a recess (11.3) over part of its length.
  • the drawer bypass comprises between the central portion (11.3) and the end portion 11.1 for the hydraulic control, a cylindrical seat (11.4) whose diameter corresponding to that of the end portions (11.1) ( 11.2).
  • This cylindrical seat (11.4) is arranged internally with a plurality of ducts (11.5) opening in pairs symmetrically on the same side and on either side of said seat on the joining parts thereof, with the body of the bypass drawer for placing in communication or not conduits arranged in the flow divider with three or four branches.
  • figure 3 six ducts (11.5) opening on each face of the cylindrical seat (11.4). These ducts are transverse in the thickness of the cylindrical seat (11.4), being arranged obliquely and communicating with each other by their central connecting part as shown figure 4 .
  • the bypass drawer includes beyond the scope cylindrical (11.4) a second recess (11.6) adjacent to the end portion of the drawer by pass.
  • the divider body also comprises ducts (12, 13, 14, 15, 16) connecting and opening into the slots of the bypass drawer (11) and dividing drawers (12).
  • the drawer bypass is not biased so that the cylindrical surface (11.4) does not allow communication with the conduits (13 and 14). Furthermore, from the positioning of the end portion (11.a), it closes the ducts (15 and 16). There is no fluid passage allowed, and the dividing drawers regulate to ensure the distribution of the incoming or outgoing flow.
  • the drawer bypass has been requested and it is moved in its housing.
  • the ducts (11.5) and the positioning of the cylindrical seat (11.4) allow the communication of the different ducts (4, 13, 14, 15, 16).
  • the path of the fluid around the bypass drawer has been represented by a signal and in this case, the flow of fluid passes with a minimum of load.
  • figure 5 a schematic view of the hydraulic diagram similar to that of the figure 2 but with a flow divider three branches and with a single drawer bypass as defined according to the invention.
  • the fluid flow rate QT is therefore distributed in the three branches with the quantities Q1, Q2, Q3.
  • figure 10 in section the positioning of the single drawer bypass in the body of the flow divider, the dividing drawers not being shown. Note the particular configuration of the body of the flow divider which is organized with 4 identical locations for each of the output branches Q1, Q2, Q3, Q4 fluid.
  • the drawer bypass is sealed on a part of its periphery with its receiving housing formed in the body of the flow divider. Closing the internal conduits arranged in the flow divider to suppress their communication with the ducts (13) (14) (15) (16) formed in the central part of the drawer by pass, is effected by the movement of the drawer by pass .
  • the cylindrical bearing surfaces (11.4) (11.2) established on the drawer by pass are arranged to come into shutter function of the ducts (13) (14) (15) (16). Sealing is provided on the periphery of said circumferential spans (11.4) (11.2) of the drawer bypass and in its receiving housing formed in the body of the flow divider.
  • the advantages are apparent from the invention.
  • the new design of the three or four-branched flow divider is emphasized with the use of a single drawer bypass.
  • the embodiment of the flow divider is thus substantially simplified. It limits the costs of implementation with an inappropriate multiplication of drawers by pass.
  • the invention finds many hydraulic applications for industrial vehicles, agricultural, handling, public works, and others, cited in a non-limiting manner.

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Description

  • L'invention se rattache au secteur technique des diviseurs de débit en particulier à haute pression intégré dans des installations hydrauliques à applications variées.
  • Selon l'art antérieur, les diviseurs de débit haute pression sont connus et sont agencés pour diviser un débit volumétrique en deux débits dans un rapport prédéterminé selon les besoins. Ainsi le diviseur de débit est un composant hydraulique permettant de répartir un certain pourcentage de débit entrant ou sortant sur différentes branches quelles que soient les conditions de pression sur ces dernières.
  • De manière courante, on utilise des diviseurs à deux branches, le débit étant partagé dans un rapport prédéterminé sur deux voies.
  • On a ainsi illustré figure 12 la mise en oeuvre de ce concept.
  • QT est la quantité totale de débit et Q1 et Q2 les quantités divisées à chaque branche.
  • Dans la plupart des cas, ces composants hydrauliques fonctionnent en diviseur de débit ou en réunificateur de débit par addition. Il faut alors équilibrer les pressions aux bornes de tous les orifices calibrés (gicleurs) sur chacune des branches du diviseur de débit.
  • Afin d'avoir une précision de division optimale la différence de pression optimale aux bornes des gicleurs doit être supérieure à 10 bars. Cette disposition génère une consommation de puissance hydraulique. Pour y remédier, la plupart des diviseurs de débit sont équipés d'un tiroir supplémentaire appelé tiroir by pass qui permet de laisser passer le fluide avec un minimum de pertes de charges. Dans ce cas, la répartition des débits n'est plus assurée. Pour y remédier, il faut alors piloter le tiroir by pass.
  • On a ainsi pour bien comprendre la technique antérieure illustré un diviseur de débit à deux voies avec un tiroir by pass (1) et un tiroir diviseur (2). Ceux-ci sont intégrés dans le corps (3) du diviseur de débit constitué d'un composant principal (3a) agencé pour la réception des tiroirs by pass (1) et diviseur (2) et aussi avec les conduits internes (4) de circulation de fluide. L'entrée de fluide est matérialisée par QT et la sortie du diviseur par Q1 et Q2. Le tiroir diviseur et le tiroir by pass sont disposés parallèles entre eux avec des conduits (4) de passage de fluide. Le tiroir by pass (1) est monté guidé dans son logement avec une capacité de coulissement longitudinal à l'encontre d'un ressort de rappel (5) pénétrant à la fois dans un logement (1.1) formé sur le tiroir by pass et dans une cavité borgne (3b1) établie sur un composant secondaire (3b) constitutif du corps (3) après assemblage. Le déplacement du tiroir by pass à l'encontre du ressort de pression (5) s'effectue par un moyen de commande hydraulique connu. Ainsi qu'illustré, figure 1, le tiroir by pass est agencé sensiblement dans sa partie médiane avec deux évidements 1.2 séparés l'un de l'autre par une partie centrale (1.3) dans le même plan de génératrice que les parties d'extrémités (1.4) du tiroir by pass. Selon la position du tiroir by pass les évidements précités permettent ou non la régulation de débit à travers le tiroir (2).
  • Un second composant secondaire (3c) dénommé chapeau assure la fermeture du diviseur de débit, en opposition au précédent (3b). Des moyens de liaison assurent la fermeture de l'ensemble. On a ainsi représenté, figure 1, par QT, la distribution du fluide et par Q1 et Q2 la réception dudit fluide dans les deux branches du diviseur.
  • Un autre exemple de diviseur de débit selon l'art antérieur est décrit dans le document US 5 647 211 .
  • La problématique, à l'origine de l'invention est la suivante.
  • Lorsqu'on veut assurer une division du débit sur un nombre de branches supérieures à 2, on met en oeuvre des systèmes hydrauliques utilisant deux ou trois ou n diviseurs de débit en série, chacun étant équipé d'un tiroir diviseur et d'un tiroir by pass. La gestion de ce diviseur de débit requiert alors le pilotage de tous les tiroirs by pass, ce qui peut être complexe. Cette mise en oeuvre possible et pratiquée en tant que telle génère des installations de système encombrantes et onéreuses. En outre, le nombre de tiroirs by pass est excessif mais incompressible par rapport à la fonction choisie. On a ainsi représenté, figure 2, de manière schématique, une représentation illustrant une mise en oeuvre en parallèle et en série de plusieurs diviseurs de débit permettant d'arriver dans l'exemple illustré à trois branches de sorties Q1, Q2, Q3.
  • La démarche du demandeur a donc été de reconsidérer la conception d'un diviseur de débit permettant d'avoir au moins trois branches de diviseur de fluide tout en limitant le nombre de tiroirs by pass et ainsi assurer les fonctionnalités classiques d'un diviseur de débit à haute pression en particulier.
  • Pour ce faire, l'analyse a porté aussi bien sur le diviseur de débit en tant que tel que de ses composants, afin de trouver une solution simple et peu coûteuse valable aussi bien pour les diviseurs de débits à trois branches qu'à quatre branches.
  • Ainsi selon une première caractéristique de l'invention, le diviseur de débit du type comprenant un corps agencé intérieurement avec des conduits internes et un tiroir by pass (11), le dit tiroir by pass étant établi selon un corps d'aspect cylindrique dont les extrémités (11.2, 11.1) sont agencées pour coopérer avec d'un côté un moyen de rappel élastique et l'autre avec un circuit de commande hydraulique, la partie centrale comprenant une portée cylindrique avec de part et d'autre un évidement sur une partie de la longueur du tiroir by pass entre la dite partie centrale et les extrémités du tiroir by pass, est remarquable en ce que le diviseur de débit comprend trois ou quatre branches, et en ce que le tiroir by pass comprend entre la partie centrale présentant l'évidement (11.3) et la partie d'extrémité pour la commande hydraulique, une portée cylindrique (11.4) dont le diamètre correspond à celui desdites parties d'extrémité, ladite portée cylindrique étant agencée intérieurement avec une pluralité de conduits (11.5) traversant dans l'épaisseur de la dite portée (11.4) et débouchant en symétrie deux à deux et de part et d'autre sur les parties de jonction de ladite portée pour la mise en communication ou non des conduits (13, 14, 15, 16) disposés dans le diviseur de débit (10) à trois ou quatre branches, et en relation avec les tiroirs diviseurs (12), et en ce que en vue de la fermeture des conduits internes disposés dans le diviseur de débit avec les conduits (13) (14) (15) (16) formés sur la portée cylindrique du tiroir by pass, les portées cylindriques (11.4) (11.2) établies sur le tiroir by pass sont disposées en fonction d'obturation des conduits (13) (14) (15) (16), et en ce que l'étanchéité est assurée sur la périphérie des dites portées (11.4) (11.2) circonférentielles du tiroir by pass et de son logement récepteur formé dans le corps du diviseur de débit.
  • Ces caractéristiques et d'autres encore ressortiront bien de la suite de la description.
  • Pour fixer l'objet de l'invention illustrée d'une manière non limitative aux figures des dessins où :
    • La figure 1 est une vue en coupe transversale d'un diviseur de débit à deux voies ou branches selon l'art antérieur avec un tiroir diviseur et un tiroir by pass.
    • La figure 2 est une vue à caractère schématique du circuit hydraulique d'un système de plusieurs diviseurs de débit montés en série selon l'art antérieur.
    • La figure 3 est une vue de face d'un tiroir by pass selon l'invention.
    • La figure 4 est une vue en coupe longitudinale selon la ligne A-A de la figure 3.
    • La figure 5 est le schéma hydraulique d'un diviseur de débit à trois branches équipé d'un tiroir by pass selon l'invention.
    • La figure 6 est une vue suivant le schéma de la figure 5 dans laquelle le diviseur de débit est en situation de sollicitation (mode division).
    • La figure 7 est une vue suivant le schéma de la figure 5 dans lequel le diviseur de débit 3 branches n'est pas en situation de sollicitation (mode by pass).
    • La figure 8 est le schéma hydraulique d'un diviseur de débit 4 branches.
    • La figure 9 est une vue en coupe transversale du diviseur de débit.
    • La figure 10 est une vue partielle d'un diviseur de débit 4 branches, avec un seul tiroir by pass, les tiroirs diviseurs n'étant pas représentés.
    • La figure 11 est une vue illustrant l'étanchéité entre les branches obtenue par le tiroir by pass.
    • La figure 12 est une vue d'un diviseur à deux branches selon l'art antérieur.
  • Afin de rendre plus concret l'objet de l'invention on le décrit maintenant d'une manière non limitative illustrée aux figures des dessins.
  • Le diviseur de débit selon l'invention, est identifié par (10) et il est agencé pour permettre une division de débit à trois ou quatre branches à partir d'un corps en incluant un tiroir by pass (11) conformé spécifiquement selon l'invention et deux ou trois tiroirs diviseurs (12) selon les applications dont les caractéristiques constitutives sont celles décrites précédemment selon l'art antérieur. En d'autres termes, l'invention réside essentiellement dans la conception du tiroir by pass qui est adapté pour permettre la division de débit à travers trois ou quatre branches prévues dans le corps du diviseur de débit.
  • A cet effet, en se référant aux figures 3 et 4 des dessins, le tiroir by pass (11) comprend un corps d'aspect cylindrique dont les extrémités (11.2) et (11.1) sont agencées pour coopérer avec un moyen de rappel du type ressort (5) connu en soi et l'autre avec un circuit de commande hydraulique (19) connu en soi. Le tiroir by pass comprend dans sa partie centrale un évidement (11.3) sur une partie de sa longueur. Selon l'invention, le tiroir by pass comprend entre la partie centrale (11.3) et la partie d'extrémité 11.1 pour la commande hydraulique, une portée cylindrique (11.4) dont le diamètre correspondant à celui des parties d'extrémités (11.1) (11.2). Cette portée cylindrique (11.4) est agencée intérieurement avec une pluralité de conduits (11.5) débouchant deux à deux en symétrie d'un même côté et de part et d'autre de ladite portée sur les parties de jonction de celle-ci, avec le corps du tiroir by pass pour la mise en communication ou non des conduits disposés dans le diviseur de débit à trois ou quatre branches. On a représenté à titre d'exemple non limitatif, figure 3, six conduits (11.5) débouchant sur chaque face de la portée cylindrique (11.4). Ces conduits sont transversaux dans l'épaisseur de la portée cylindrique (11.4), en étant disposés en oblique et communiquant entre eux par leur partie centrale de liaison comme représenté figure 4. Le tiroir by pass comprend au-delà de la portée cylindrique (11.4) un second évidement (11.6) adjacent à la partie d'extrémité du tiroir by pass.
  • Le corps du diviseur comprend également des conduits (12, 13, 14, 15, 16) reliant et débouchant dans les logements du tiroir by pass (11) et des tiroirs diviseurs (12).
  • En se référant aux figures 5 et 7, on a représenté la position du tiroir by pass (11) en situation de passage ou de non passage de fluide vers les tiroirs diviseurs.
  • Selon la figure 6, le tiroir by pass n'est pas sollicité de sorte que la portée cylindrique (11.4) ne permet pas la mise en communication avec les conduits (13 et 14). Par ailleurs, de part le positionnement, de la partie d'extrémité (11.a), celle-ci vient obturer les conduits (15 et 16). Il n'y a pas de passage de fluide autorisé, et les tiroirs diviseurs régulent pour assurer la répartition du débit rentrant ou sortant.
  • Selon la figure 7, le tiroir by pass a été sollicité et il est donc déplacé dans son logement. De ce fait, les conduits (11.5) et le positionnement de la portée cylindrique (11.4) permettent la mise en communication des différents conduits (4, 13, 14, 15, 16). Le trajet du fluide autour du tiroir by pass a été représenté par un fléchage et dans ce cas, le débit de fluide passe avec un minimum de charge.
  • On a représenté figure 5, une vue schématique du schéma hydraulique similaire à celui de la figure 2 mais avec un diviseur de débit trois branches et avec un seul tiroir by pass comme défini selon l'invention. Le débit de fluide QT est donc réparti dans les trois branches avec les quantités Q1, Q2, Q3.
  • On a représenté figure 8, le cas où le diviseur de débit est à quatre branches dans une configuration complémentaire à celle de la figure 5.
  • On a représenté figure 10, en coupe le positionnement du seul tiroir by pass dans le corps du diviseur de débit, les tiroirs diviseurs n'étant pas représenté. On remarque la configuration particulière du corps du diviseur de débit qui est organisé avec 4 emplacements identiques pour chacune des branches de sortie Q1, Q2, Q3, Q4 de fluide.
  • Selon la figure 11, le tiroir by pass est à étanchéité sur une partie de sa périphérie avec son logement récepteur formé dans le corps du diviseur de débit. La fermeture des conduits internes disposés dans le diviseur de débit pour supprimer leur communication avec les conduits (13) (14) (15) (16) formés dans la partie centrale du tiroir by pass, s'effectue par le déplacement du tiroir by pass. Les portées cylindriques (11.4) (11.2) établies sur le tiroir by pass sont disposées pour venir en fonction d'obturation des conduits (13) (14) (15) (16). L'étanchéité est assurée sur la périphérie des dites portées (11.4) (11.2) circonférentielles du tiroir by pass et dans son logement récepteur formé dans le corps du diviseur de débit.
  • Les avantages ressortent bien de l'invention. On souligne la nouvelle conception du diviseur de débit à trois ou à quatre branches avec l'utilisation d'un seul tiroir by pass. On simplifie ainsi de manière conséquente la réalisation du diviseur de débit. On limite les coûts de mise en oeuvre avec une multiplication inappropriée des tiroirs by pass.
  • L'invention trouve de nombreuses applications hydrauliques pour véhicules industrielles, agricoles, à manutention, travaux publics, et autres, citées à titre non limitatifs.

Claims (3)

  1. Diviseur de débit du type comprenant un corps agencé intérieurement avec des conduits internes et un tiroir by pass (11), le dit tiroir by pass étant établi selon un corps d'aspect cylindrique dont les extrémités (11.2, 11.1) sont agencées pour coopérer avec d'un côté un moyen de rappel élastique et l'autre avec un circuit de commande hydraulique, la partie centrale comprenant une portée cylindrique avec de part et d'autre un évidement sur une partie de la longueur du tiroir by pass entre la dite partie centrale et les extrémités du tiroir by pass, est caractérisé en ce que le diviseur de débit comprend trois ou quatre branches, et en ce que le tiroir by pass (11) comprend entre la partie centrale présentant l'évidement (11.3) et la partie d'extrémité pour la commande hydraulique, une portée cylindrique (11.4) dont le diamètre correspond à celui desdites parties d'extrémité, ladite portée cylindrique étant agencée intérieurement avec une pluralité de conduits (11.5) traversant dans l'épaisseur de la dite portée (11.4) et débouchant en symétrie deux à deux et de part et d'autre sur les parties de jonction de ladite portée pour la mise en communication ou non des conduits (13, 14, 15, 16) disposés dans le diviseur de débit (10) à trois ou quatre branches, et en relation avec des tiroirs diviseurs (12), et en ce que en vue de la fermeture des conduits internes disposés dans le diviseur de débit avec les conduits (13) (14) (15) (16) formés sur la portée cylindrique du tiroir by pass, les portées cylindriques (11.4) (11.2) établies sur le tiroir by pass sont disposées en fonction d'obturation des conduits (13) (14) (15) (16), et en ce que l'étanchéité est assurée sur la périphérie des dites portées (11.4) (11.2) circonférentielles du tiroir by pass et de son logement récepteur formé dans le corps du diviseur de débit.
  2. Diviseur de débit selon la revendication 1, caractérisé en ce que la portée cylindrique (11.4) comprend une pluralité de conduits (11.5.) traversant dans l'épaisseur de ladite portée et disposés en oblique et communiquant entre eux par leur partie centrale de liaison, et en ce que le corps du diviseur comprend des conduits (13, 14, 15, 16) reliant et débouchant dans les logements du tiroir by pass (11) et des tiroirs diviseurs (12).
  3. Diviseur de débit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tiroir by pass est disposé à étanchéité sur une partie de sa périphérie avec son logement récepteur formé dans le corps du diviseur de débit, et en ce que en situation de non communication avec les conduits internes, le tiroir by pass (11) assure la non communication des conduits (14) vers (13) et (15) vers (16), l'étanchéité entre les conduits se faisant par la périphérie du tiroir by pass, et en ce que la fermeture de communication des conduits internes avec les conduits (13, 14, 15, 16) s'effectue par les portées cylindriques (11.4) (11.2) du tiroir by pass .
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