WO1995018061A1 - Treuil a moteur hydraulique notamment pour helicoptere muni d'un sonar - Google Patents
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- WO1995018061A1 WO1995018061A1 PCT/FR1994/001529 FR9401529W WO9518061A1 WO 1995018061 A1 WO1995018061 A1 WO 1995018061A1 FR 9401529 W FR9401529 W FR 9401529W WO 9518061 A1 WO9518061 A1 WO 9518061A1
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
- B66D—CAPSTANS; WINCHES; TACKLES, e.g. PULLEY BLOCKS; HOISTS
- B66D1/00—Rope, cable, or chain winding mechanisms; Capstans
- B66D1/28—Other constructional details
- B66D1/40—Control devices
- B66D1/42—Control devices non-automatic
- B66D1/44—Control devices non-automatic pneumatic of hydraulic
Definitions
- the present invention relates to winches which are driven by a hydraulic motor. It applies more particularly to the winches which equip the helicopters and which in particular make it possible to immerse in the sea a so-called “hardened” sonar which is suspended at the end of the cable of the winch to be then brought back on board the helicopter.
- Helicopters are often equipped with a winch which allows them to drop and collect loads in hard-to-reach places, by hovering the helicopter.
- a very specific winch is used which allows, using an electrically-supported cable, to immerse a specialized sonar to detect the presence of a submarine. sailor, then retrieve this sonar to take measurements a little further.
- Such a mission imposes on the device used particularly severe constraints. It is indeed necessary to be able to descend and raise the sonar with a high average speed, typically 5 m per second, while protecting the cable which is relatively fragile, to avoid the loss of the sonar.
- winches are known which are designed so that the descent takes place in free fall by mechanically disengaging the motor from the cable winding drum. This process is clearly dangerous.
- the most commonly used winches currently include a hydraulic motor which makes it possible to ensure the ascent of the sonar as well as to control its descent. There is shown schematically in Figure 1 all of such a winch.
- a hydraulic motor 101 drives an endless screw 102, which itself drives a toothed wheel 103 keyed on the axis 111 of the drum on which the cable is wound and unwound.
- This worm system allows the desired reduction ratio to be obtained simply and reliably.
- it has the disadvantage of having a yield in the opposite low direction, of the order of 40%.
- this low efficiency has few drawbacks here, given the control circuits used, shown diagrammatically by the hydraulic block. 104.
- a brake 105 actuated by the hydraulic power of the block 104 or using a control handle 106 is used. This brake makes it possible to immobilize the winch outside of its periods of operation.
- FIG. 2 shows in a simplified manner the mechanical part of FIG. 1 and in more detail the hydraulic block 104.
- the load 201 of the winch is attached to the end of a cable 202 which is wound on a reel 203.
- This reel 203 is driven by the hydraulic motor 101 itself released, or blocked as the case may be, by a brake 105.
- the motor 101 is supplied from a source of hydraulic fluid under pressure P via a stop valve 204 and a 4-way servo-valve 205.
- the stop valve makes it possible to apply any the pressure at the servo-valve under the control of a pilot electro-valve 206.
- This from a low-power electrical control signal C1 applies a control pressure to the stop valve 204, which releases the main pressure.
- the valve control fluid passes through the pilot solenoid valve to return to the fluid reservoir 207 via a return R.
- This reservoir has been shown in the form of an open cover , but this representation is purely symbolic and it is actually the main hydraulic fluid tank of the helicopter, from which this fluid is pressurized and returned to the inlet P.
- the servo-valve 205 is of the known type with 4 channels with proportional control under the effect of an electrical low-power control signal C2.
- This servo-valve allows on the one hand to reverse the direction of passage of the hydraulic fluid between on one side of the circuits P and R and on the other side the two supply and discharge pipes of the engine, and on the other hand to finely regulate the quantity of hydraulic fluid admitted into the engine, and therefore the supply pressure of the latter, that is to say ultimately the power delivered to the engine as well as its speed.
- the supply pressure is applied to a pipe 208 which supplies the motor through a non-return valve 209 bypassed by a check valve. load restraint 210 whose role will be explained below.
- load restraint 210 whose role will be explained below.
- the hydraulic fluid returns to the return R via a pipe 209 then via the servo-valve 205.
- a shuttle-type valve 211 is supplied simultaneously by the pipes 208 and 209 and makes it possible to release the brake. 105 as well when the pressure is applied to the pipe 208 as on the pipe 209, thus releasing the motor for both the ascent and the descent, when this engine receives a supply pressure.
- the servo-valve 205 crosses the paths of the hydraulic fluid.
- the pressure P is applied to the pipe 209 and the motor operates in reverse, making it possible to control this descent.
- This pressure is then also applied to the valve 210, which frees the passage of the fluid back to the pipe 208 and then to the reservoir 207.
- the discharge of hydraulic fluid by the engine to the pipe 208 is blocked by the non-return valve 209 and the load holding valve 210, which very substantially blocks this engine, apart from leaks, and prevents therefore the load to descend freely on its weight.
- the hydraulic fluid passes twice through the servo-valve 205 and the operation of this engine is thus entirely controlled by this servo-valve.
- this control is superabundant which in particular increases the various hydraulic transients (shock waves, resonance, cavitation ...) and can cause jerky movements of the load during its descent.
- the hydraulic control of the engine from the pressure leads, on the one hand, to unnecessary power consumption in the helicopter, for which this power is measured, and also to unnecessary heating of the oil in the hydraulic circuit.
- the energy coming from the descent of the load is essentially dissipated at the level of the engine by heating of the oil, and moreover the pressure drop of this one between the supply and the return dissipates itself in heat, mainly by rolling at the servo valve.
- the descent of a load of the order of 250 Newtons to 5 m per second over a height of 750 m requires the use of 36 liters of fluid per minute at a pressure of 200 bars, which corresponds at a power of 12 kW which is to be dissipated.
- the volume of fluid available for this purpose being of the order of 20 I, the dissipation of this energy causes the temperature of these 20 I to rise by approximately 30 ° C.
- the invention proposes a winch with a hydraulic motor, in particular for a helicopter provided with a sonar, of the type comprising a reversible hydraulic motor for driving the winch supplied by a servo-valve as well as by a first and a second.
- supply pipes mainly characterized in that this servovalve is connected to the motor by the first pipe and that the second pipe is connected directly to the hydraulic fluid return circuit; the servo-valve allowing for the hoisting to supply the first pipe with hydraulic fluid under pressure and for the descent to connect this first pipe to the second hose to allow the hydraulic fluid to circulate in a closed circuit without pressure during this descent.
- said servo valve is a 4-way servo valve used essentially in 3 ways.
- the winch further comprises a third pipe connecting the servo-valve to the second pipe to allow the hydraulic motor to be supplied during the descent with pressurized hydraulic fluid in an amount just sufficient to avoid overheating of the fluid circulating in closed circuit.
- the drive means of the reel by the motor consist of gears having a good efficiency both in the opposite direction than in the direct direction.
- these drive means comprise a bevel gear by bevel gear followed by a planetary gear.
- the winch comprises means for additionally supplying the motor casing with pressurized hydraulic fluid with a flow rate sufficient to limit any additional overheating.
- the winch comprises an emergency electric motor connected to the hydraulic motor by a clutch controlled by a jack which engages this clutch under the effect of a lack of pressure.
- this clutch also functions as a torque limiter.
- the winch further comprises a fourth pipe connecting the first and second pipes via a pressure relief valve which makes it possible to release the discharge pressure when the winch starts to turn in reverse during the hoisting by following an accidental catching of the load.
- the winch further comprises a bypass valve which shortens the pressure relief valve when the pressure of the hydraulic fluid drops.
- FIG. 4 a detailed diagram of the control members 304 of Figure 3.
- the diagram of a winch according to the invention shown in Figure 3 is simplified under the same conditions as the diagram of Figure 1.
- the hydraulic motor 101 drives the axis 111 of. winch reel this time via a bevel gear angle bevel 302 followed by a planetary gear train 312.
- This gear system makes it possible to obtain a much better efficiency in reverse than the screw system endless of the prior art, but other reduction systems could be used which provide the same result. We will see later that this point is important for the invention.
- the axis of the hydraulic motor is also connected to an emergency electric motor 107 by means of a clutch 309 and a reduction gear 108.
- This clutch is released by a jack 310 which operates under hydraulic pressure from a hydraulic control unit 304.
- the electric motor itself comprises an electrically operated brake with lack of current 305.
- the electrical control therefore consists in sending current to the brake 305, which releases it, and to the motor 107, which causes it to rotate.
- the hydraulic motor 101 connected to the reel 203 supporting the load 201 by means of the cable 202 is supplied from the source of hydraulic fluid under pressure P by means of a stop valve 204 controlled by a solenoid valve.
- pilot 206 receiving a control signal C1.
- This pressurized fluid is applied to the engine via a servo valve 405 of the same type as the 4-way servo valve 205, but this time used as a 3-way valve. This different use is simply done at the connections on the valve.
- the clutch control 310 receives the hydraulic pressure from the stop valve 204 via a clutch solenoid valve 401 controlled by an electrical signal C3.
- This electrical signal C3 allows the electric motor to be engaged on the hydraulic motor at will, even when the pressure is established. By cons in the absence of pressure, as we have already seen, the clutch is automatic.
- the servo valve 405 crosses the hydraulic circuits under the control of the electrical signal C2. Under these conditions the hydraulic fluid under pressure is applied to an outlet of the servo-valve which is blocked for operation in 3 ways, subject to the variant described below.
- the hydraulic fluid leaving the motor 101 which rotates while being driven by the reel 203 under the traction of the cable 202, passes through the servo-valve 405 and comes back to the pipe 409 via a return pipe 402. The suction of the motor 101 prevents this fluid from returning to the tank 207.
- the fluid which thus circulates in a closed circuit is only subjected to the pressure delivered by the motor and which simply serves for the circulation of this fluid.
- the power thus dissipated is therefore very low and the power is dissipated. previously delivered by the high pressure source in pure loss.
- the descent speed can also be adjusted by controlling the opening of the servo-valve 405 more or less via the control circuit C2, which makes it possible to laminate more or less the hydraulic fluid on its return circuit.
- the cable unwinding speed was in principle imposed by the speed of rotation of the drum imposed by the motor which operated under the effect of the applied oil pressure.
- the control members were designed to impose a speed corresponding to the natural descent of the sonar under the effect of its weight.
- the invention makes it possible to eliminate this risk by obtaining a natural balance without constraint since it is the tension of the cable which drives the reel by its traction. As a result, the cable is always taut and can no longer come off.
- the tension of the cable during the descent of the sonar in the water which is approximately of the order of 250 Newtons for a speed of 5 m per second, corresponds at a power of the order of 1 kW.
- the losses in the various mechanical drive members are of the order of 0.5 kW, there remains 0.5 kW which must be dissipated in the hydraulic circuit.
- the amount of energy to be dissipated is therefore much lower than that of the prior art.
- overheating would be difficult to accept, even for a single operation.
- the invention proposes to renew the oil by using a line 403 which is connected between the outlet of the solenoid valve which was said above that it was in principle blocked, but which is therefore this - made slightly open to feed this pipe, and the pipe 409 which allows the return of the fluid in the engine when it operates as a pump during the descent.
- This supply is of course under the pressure P and to avoid excessive energy supply the flow rate is limited by preferably using a pipe of narrow section, or restriction, shown in the figure by a throttle 404.
- 2 I can be injected per minute under the pressure of 200 bars supplied by the valve 204.
- the excess oil heated in the engine is discharged on the return R.
- This oil is hot while the oil which replaces it is cold, and although it thus provides an additional power of about 700 W, it avoids overheating since the hot oil is taken up in the tank 207 from the return R.
- servo valves of this type operate not directly under the control of an electromagnet supplied by the signal C2, but by means of a small intermediate hydraulic circuit called "control flow" shown on the figure by the loop 406 between the pipe 402 and that which arrives from the valve 204.
- This loop consumes a flow rate of approximately 0.5 I of fluid which is to be taken into account in the balance sheet of the additional oil injected, and in these conditions the flow in the pipe 403 is limited to approximately 1.5 I.
- the operations which have been described so far relate to the descent of the payload (the sonar) into the water, because it is the phase which lasts the longest, approximately 3 min. However before entering the water the sonar travels the distance between the helicopter and the surface of the water. This happens very quickly, a few seconds, because the distance is short, about 20 meters, and the load is then about 800 Newtons, or 3 to 4 times more than in water. Due to the small volume of fluid used in the invention, the overheating which occurs during these few moments, and which corresponds to the dissipation of an additional power of approximately 3 KW for a few seconds, may be too great.
- the invention proposes to further increase the additional flow of oil in the engine, this time using a circuit already known elsewhere and consisting in admitting a flow of fluid through the crankcase. intermediate a pipe 410 supplied by a so-called heating electric valve 407.
- This circuit is normally used to heat the hydraulic circuit in very cold weather, hence its name.
- this solenoid valve will be actuated by a control signal C4, which will be interrupted when detecting the entry of the sonar into the water. This detection is carried out by known means since it is used for other uses in the known operation of the winch.
- a control signal C4 which will be interrupted when detecting the entry of the sonar into the water.
- This detection is carried out by known means since it is used for other uses in the known operation of the winch.
- an additional flow rate of 4 l of fluid per minute it is thus possible to limit the increase in temperature of this fluid to 30 ° C., which is entirely satisfactory.
- the power dissipated during this short instant can reach 3 kW.
- a force sensor forming part of the known means of the winch makes it possible to obtain a control signal for the opening of the electric brake 305 and of the clutch 309.
- the motor then starts to turn upside down as a pump and delivers on the pipe 408.
- a pipe 411 is used which connects the pipes 408 and 409 by means of a valve. overpressure 412, calibrated for example at 220 bars.
- this valve opens and the fluid is returned to the return, which lowers the pressure and prevents damage, in particular at the level of the servo-valve 405.
- This regime lasts in principle only the time it takes to open the servo valve to release the pressure. This opening is carried out according to the detection of the catching of the load, at the level of the control logic of the system, or as a last resort manually.
- a bypass valve 413 is used, calibrated for example at 100 bars, which short-circuits the pressure relief valve 412 and is controlled by a pipe 414 connected to the inlet of the pressure on the pipe between the valve 204 and the servo-valve 405. As the electric hoist is used as a backup because there is no more hydraulic pressure, the absence of pressure in the pipe 414 opens the valve. bypass 413, which allows the motor to flow on the return.
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Abstract
L'invention concerne les treuils fonctionnant avec un moteur hydraulique. Elle consiste à brancher la servo-valve d'alimentation (405) de ce moteur en système 3 voies pour que le tuyau d'alimentation (409) utilisé en décharge lors du hissage de la charge soit connecté directement au retour du fluide, et que pendant la descente ce moteur ne soit plus alimenté en haute pression et fasse circuler le fluide en circuit fermé sans pression. Des moyens complémentaires (403) permettent de renouveler ce fluide avec un débit suffisamment faible pour ne pas augmenter excessivement l'apport d'énergie, et suffisamment fort pour limiter la surchauffe du fluide. Elle permet d'augmenter la sécurité des treuils utilisés pour immerger les sonars à partir d'un hélicoptère.
Description
TREUIL A MOTEUR HYDRAULIQUE NOTAMMENT POUR HELICOPTERE
MUNI D'UN SONAR
La présente invention se rapporte aux treuils qui sont mus par un moteur hydraulique. Elle s'applique plus particulièrement aux treuils qui équipent les hélicoptères et qui permettent notamment d'immerger dans la mer un sonar dit "trempé" qui est suspendu au bout du câble du treuil pour être ensuite ramené à bord de l'hélicoptère.
Les hélicoptères sont souvent munis d'un treuil qui permet de déposer et de récupérer des charges dans des endroits difficilement accessibles, en faisant voler l'hélicoptère en vol stationnaire. Dans le cas des hélicoptères spécialisés dans la chasse aux sous-marins, on utilise un treuil tout à fait spécifique qui permet à l'aide d'un câble électro-porteur d'immerger un sonar spécialisé pour détecter la présence d'un sous-marin, puis de récupérer ce sonar pour aller effectuer des mesures un peu plus loin. Une telle mission impose au dispositif utilisé des contraintes particulièrement sévères. Il faut en effet pouvoir descendre et relever le sonar avec une vitesse moyenne élevée, typiquement 5 m par seconde, tout en protégeant le câble qui est relativement fragile, pour éviter la perte du sonar. En outre il faut également assurer la sécurité de l'hélicoptère en évitant des efforts brutaux et excessifs au niveau du treuil et en évitant la surchauffe de l'huile du circuit hydraulique, car le volume de fluide hydraulique est faible pour des raisons de poids et il risque donc de monter rapidement en température et de dépasser les températures de sécurité. Ces contraintes doivent être respectées en conservant une bonne fiabilité et en gardant néanmoins un coût réduit pour le dispositif.
On connaît des treuils qui sont conçus de manière à ce que la descente s'effectue en chute libre en débrayant mécaniquement le moteur du tambour d'enroulement du câble. Ce procédé est manifestement dangereux. Les treuils les plus couramment utilisés actuellement comportent un moteur hydraulique qui permet aussi bien d'assurer la remontée du sonar que de contrôler la descente de celui-ci. On a représenté de manière schématique sur la figure 1 l'ensemble d'un tel treuil.
Dans ce treuil un moteur hydraulique 101 entraîne une vis sans fin 102, qui vient elle-même entraîner une roue dentée 103 clavetee sur l'axe
111 du touret sur lequel s'enroule et se déroule le câble. Ce système à vis sans fin permet d'obtenir de manière simple et fiable le rapport de réduction voulu. Il a cependant l'inconvénient de présenter un rendement dans le sens inverse faible, de l'ordre de 40%. Dans ce mode de fonctionnement, c'est-à- dire lorsque la charge du câble entraîne le moteur hydraulique quand cette charge descend, ce faible rendement présente ici peu d'inconvénients, compte tenu des circuits de commande utilisés, schématisés par le bloc hydraulique de commande 104.
En outre on utilise un frein 105 actionné par l'énergie hydraulique du bloc 104 ou à l'aide d'une poignée de commande 106. Ce frein permet d'immobiliser le treuil en dehors de ses périodes de fonctionnement.
Enfin pour pouvoir manoeuvrer quand même le treuil lorsque le système hydraulique tombe en panne, on a prévu un moteur électrique 107 qui entraîne la vis sans fin 102 par l'intermédiaire d'un réducteur 108 et d'un crabot 109. Ce crabot est enclenché mécaniquement par une deuxième poignée de commande 110, qui vient en outre commander de manière mécanique une soupape de décharge située dans le bloc hydraulique 104, ce qui permet de laisser tourner librement le moteur hydraulique 101 dans ce cas. La figure 2 représente de manière simplifiée la partie mécanique de la figure 1 et de manière plus détaillée le bloc hydraulique 104.
La charge 201 du treuil est accrochée au bout d'un câble 202 qui s'enroule sur un touret 203. Ce touret 203 est entraîné par le moteur hydraulique 101 lui-même libéré, ou bloqué selon le cas, par un frein 105. Le moteur 101 est alimenté à partir d'une source de fluide hydraulique sous pression P par l'intermédiaire d'un clapet d'arrêt 204 et d'une servo-valve à 4 voies 205. Le clapet d'arrêt permet d'appliquer toute la pression à la servo-valve sous la commande d'une électro-valve pilote 206. Celle-ci à partir d'un signal de commande électrique C1 de faible puissance vient appliquer une pression de commande au clapet d'arrêt 204, qui libère la pression principale. A l'arrêt le fluide de commande du clapet repasse par l'électro-vanne pilote pour revenir dans le réservoir de fluide 207 par l'intermédiaire d'un retour R. Ce réservoir a été représenté sous l'aspect d'une bâche ouverte, mais cette représentation est purement symbolique et
il s'agit en fait du réservoir principal de fluide hydraulique de l'hélicoptère, à partir duquel ce fluide est remis sous pression et renvoyé à l'entrée P.
La servo-valve 205 est du type connu à 4 voies à commande proportionnelle sous l'effet d'un signal électrique de commande de faible puissance C2. Cette servo-valve permet d'une part d'inverser le sens de passage du fluide hydraulique entre d'un côté des circuits P et R et de l'autre côté les deux tuyaux d'alimentation et de décharge du moteur, et d'autre part de régler finement la quantité de fluide hydraulique admise dans le moteur, et donc la pression d'alimentation de celui-ci, c'est-à-dire en définitive la puissance délivrée au moteur ainsi que sa vitesse.
Dans le sens montée, ou hissage, représenté par les flèches H, pour l'enroulement du câble, la pression d'alimentation est appliquée à un tuyau 208 qui vient alimenter le moteur à travers un clapet anti-retour 209 shunté par un clapet de retenue de charge 210 dont on expliquera le rôle plus loin. A la sortie du moteur, le fluide hydraulique revient au retour R par un tuyau 209 puis par l'intermédiaire de la servo-valve 205. Un clapet de type navette 211 est alimenté simultanément par les tuyaux 208 et 209 et permet de desserrer le frein 105 aussi bien lorsque la pression est appliquée sur le tuyau 208 que sur le tuyau 209, libérant ainsi le moteur aussi bien pour la montée et pour la descente, lorsque ce moteur reçoit bien une pression d'alimentation.
Pour la descente, figurée par les flèches D, la servo-valve 205 croise les trajets du fluide hydraulique. Ainsi la pression P est appliquée au tuyau 209 et le moteur fonctionne en inverse, permettant de commander cette descente. Cette pression est également appliquée alors au clapet 210, ce qui libère le passage du fluide en retour vers le tuyau 208 puis vers le réservoir 207. De cette manière en cas de panne du frein 105 libérant le moteur en l'absence de pression de commande de montée ou de descente, le refoulement du fluide hydraulique par le moteur vers le tuyau 208 est bloqué par le clapet anti-retour 209 et le clapet de retenue de charge 210, ce qui bloque très sensiblement ce moteur, aux fuites près, et empêche donc la charge de descendre librement sur son poids.
Dans ce dispositif lors de la descente le fluide hydraulique passe deux fois dans la servo-valve 205 et le fonctionnement de ce moteur est ainsi entièrement contrôlé par cette servo-valve. Comme la charge tend à
descendre naturellement sous l'effet de son poids, ce contrôle est surabondant ce qui en particulier augmente les différents transitoires hydrauliques (ondes de choc, résonance, cavitation...) et peut entraîner des mouvements saccadés de la charge pendant sa descente. En outre la commande hydraulique du moteur à partir de la pression entraîne d'une part une consommation de puissance inutile au niveau de l'hélicoptère, pour lequel cette puissance est mesurée, et un echauffement lui aussi inutile de l'huile du circuit hydraulique. En effet, l'énergie provenant de la descente de la charge est essentiellement dissipée au niveau du moteur par echauffement de l'huile, et par ailleurs la chute de pression de celle-ci entre l'alimentation et le retour se dissipe elle-même en chaleur, essentiellement par laminage au niveau de la servo-valve. A titre d'exemple la descente d'une charge de l'ordre de 250 Newtons à 5 m par seconde sur une hauteur de 750 m nécessite d'utiliser 36 litres de fluide à la minute sous une pression de 200 bars, ce qui correspond à une puissance 12 kW qui est à dissiper. Le volume de fluide disponible à cet effet étant de l'ordre de 20 I, la dissipation de cette énergie fait monter la température de ces 20 I d'environ 30° C. Une telle élévation de température pourrait peut- être être acceptable à titre isolé, mais la répétition de ces manoeuvres, fréquemment nécessaire en conditions opérationnelles, entraîne une élévation totale de température beaucoup plus importante, ce qui est la source de nombreux inconvénients tels qu'une dilation excessive des organes hydrauliques, une dégradation de l'huile, et un dégagement de chaleur dans l'hélicoptère qui doit être dissipé par des systèmes refroidisseurs.
Pour pallier ces inconvénients, l'invention propose un treuil à moteur hydraulique, notamment pour hélicoptère muni d'un sonar, du type comprenant un moteur hydraulique réversible d'entraînement du treuil alimenté par une servo-valve ainsi que par un premier et un deuxième tuyaux d'alimentation, principalement caractérisé en ce que cette servo- valve est reliée au moteur par le premier tuyau et que le deuxième tuyau est relié directement au circuit de retour du fluide hydraulique ; la servo-valve permettant pour le hissage d'alimenter le premier tuyau en fluide hydraulique sous pression et pour la descente de relier ce premier tuyau au deuxième
tuyau pour permettre au fluide hydraulique de circuler en circuit fermé sans pression durant cette descente.
Selon une autre caractéristique, ladite servo-valve est une servo- valve à 4 voies utilisée essentiellement en 3 voies. Selon une autre caractéristique, le treuil comporte en outre un troisième tuyau reliant la servo-valve au deuxième tuyau pour permettre d'alimenter pendant la descente le moteur hydraulique par du fluide hydraulique sous pression en quantité juste suffisante pour éviter la surchauffe du fluide circulant en circuit fermé. Selon une autre caractéristique, les moyens d'entraînement du touret par le moteur sont constitués d'engrenages ayant un bon rendement aussi bien en sens inverse qu'en sens direct.
Selon une autre caractéristique, ces moyens d'entraînement comprennent un renvoi d'angle par pignon conique suivi d'un train épicycloïdal.
Selon une autre caractéristique, le treuil comprend des moyens pour alimenter en outre le carter du moteur par du fluide hydraulique sous pression avec un débit suffisant pour limiter une surchauffe supplémentaire éventuelle. Selon une autre caractéristique, le treuil comprend un moteur électrique de secours relié au moteur hydraulique par un embrayage commandé par un vérin qui enclenche cet embrayage sous l'effet d'un manque de pression.
Selon une autre caractéristique, cet embrayage fonctionne également en limiteur de couple.
Selon une autre caractéristique, le treuil comprend en outre un quatrième tuyau reliant les premier et deuxième tuyaux par l'intermédiaire d'un clapet de surpression qui permet de relâcher la pression de refoulement lorsque le treuil se met à tourner en inverse lors du hissage par suite d'un accrochage accidentel de la charge.
Selon une autre caractéristique, le treuil comprend en outre un clapet de by-pass qui vient courcuiter le clapet de surpression lorsque la pression du fluide hydraulique vient à chuter.
D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement dans la description suivante présentée à titre d'exemple non limitatif au regard des figures annexées qui représentent :
- la figure 1 , une vue schématique d'un treuil connu ; - la figure 2, un schéma détaillé des organes de commande 104 de la figure 1 ;
- la figure 3, une vue schématique d'un treuil selon l'invention ; et
- la figure 4, un schéma détaillé des organes de commande 304 de la figure 3. Le schéma d'un treuil selon l'invention représenté sur la figure 3 est simplifié dans les mêmes conditions que le schéma de la figure 1.
Le moteur hydraulique 101 entraîne l'axe 111 du. touret du treuil par l'intermédiaire cette fois-ci d'un renvoi d'angle à pignon conique 302 suivi d'un train épicycloïdal 312. Ce système d'engrenage permet d'obtenir un bien meilleur rendement en inverse que le système à vis sans fin de l'art antérieur, mais on pourrait utiliser d'autres systèmes de réduction qui procurent le même résultat. On verra par la suite que ce point est important pour l'invention.
L'axe du moteur hydraulique est en outre relié à un moteur électrique de secours 107 par l'intermédiaire d'un embrayage 309 et d'un réducteur 108. Cet embrayage est libéré par un vérin 310 qui fonctionne sous la pression hydraulique provenant d'un bloc de commande hydraulique 304. Ainsi en cas de panne hydraulique la pression disparait et le vérin relâche l'embrayage qui s'enclenche et relie mécaniquement le moteur électrique à l'axe du moteur hydraulique. Cette opération se passe automatiquement en cas de panne il n'y a donc pas besoin d'intervention manuelle dans ce cas.
Le moteur électrique lui-même comporte un frein à commande électrique à manque de courant 305. La commande électrique consiste donc à envoyer du courant sur le frein 305, ce qui le relâche, et au moteur 107, ce qui le fait tourner.
Ainsi lors du passage sur le fonctionnement électrique, si le moteur n'est pas alimenté le treuil est automatiquement arrêté dans la position où il se trouve, sans qu'il puisse éventuellement se dérouler tout seul.
En outre on constate que par rapport au schéma de la figure 1 la commande d'arrêt du bloc hydraulique à partir du dispositif de commande 110 utilisé pour craboter le moteur électrique sur l'axe du moteur hydraulique n'existe plus, pour les raisons qui seront explicitées plus loin. Le schéma détaillé du treuil est représenté sur la figure 4 selon les mêmes conventions que la figure 2.
Le moteur hydraulique 101 relié au touret 203 supportant la charge 201 par l'intermédiaire du câble 202 est alimenté à partir de la source de fluide hydraulique sous pression P par l'intermédiaire d'un clapet d'arrêt 204 piloté par une électro-vanne pilote 206 recevant un signal de commande C1.
Ce fluide sous pression est appliqué au moteur par l'intermédiaire d'une servo-valve 405 du même type que la servo-valve à 4 voies 205, mais utilisée cette fois-ci en valve 3 voies. Cette utilisation différente se fait simplement au niveau des branchements sur la valve.
Dans le sens de la montée, figurée par les flèches H, le fluide hydraulique traverse la servo-valve 305 par l'intermédiaire d'un tuyau 408 puis il revient au retour R dans le réservoir 207 par l'intermédiaire d'un tuyau 409, qui est cette fois-ci branché directement sur ce réservoir sans passer par l'intermédiaire de la servo-valve, d'où le fonctionnement en 3 voies. Cette différence permet déjà d'obtenir une perte de charge plus faible, d'où une meilleure utilisation de l'énergie disponible.
La commande d'embrayage 310 reçoit du clapet d'arrêt 204 la pression hydraulique par l'intermédiaire d'une électro-valve d'embrayage 401 commandée par un signal électrique C3. Ce signal électrique C3 permet à volonté d'embrayer le moteur électrique sur le moteur hydraulique, même lorsque la pression est établie. Par contre en l'absence de pression, comme on l'a déjà vu, l'embrayage est automatique.
Pour la descente de la charge, figurée par les flèches D, la servo- valve 405 vient croiser les circuits hydrauliques sous la commande du signal électrique C2. Dans ces conditions le fluide hydraulique sous pression est appliqué à une sortie de la servo-valve qui est bouchée pour le fonctionnement en 3 voies, sous réserve de la variante décrite plus loin. Le fluide hydraulique sortant du moteur 101 , qui tourne en étant entraîné par le touret 203 sous la traction du câble 202, passe dans la servo-valve 405 et
vient se reboucler sur le tuyau 409 par l'intermédiaire d'un tuyau de retour 402. L'aspiration du moteur 101 empêche ce fluide de revenir dans le réservoir 207. De cette façon le fluide hydraulique circule en circuit fermé dans le circuit indiqué par les flèches D, et comme le système d'entraînement mécanique par renvoi d'angle conique et train épicycloïdal a un bon rendement en inverse, il s'établit un équilibre dynamique "naturel" qui présente la particularité d'être stable et de ne pas apporter les irrégularités de fonctionnement décrites dans l'art antérieur.
En outre le fluide qui circule ainsi en circuit fermé n'est soumis qu'à la pression délivrée par le moteur et qui sert simplement à la circulation de ce fluide La puissance ainsi dissipée de ce fait est très faible et on évite de dissiper la puissance précédemment délivrée par la source de haute pression en pure perte.
Enfin on peut également régler la vitesse de descente en commandant plus ou moins l'ouverture de la servo-valve 405 par l'intermédiaire du circuit de commande C2, ce qui permet de laminer plus ou moins le fluide hydraulique sur son circuit de retour.
Dans l'art antérieur la vitesse de déroulement du câble était en principe imposée par la vitesse de rotation du touret imposée par le moteur qui fonctionnait sous l'effet de la pression d'huile appliquée. En principe les organes de commande étaient prévus pour imposer une vitesse correspondant à la descente naturelle du sonar sous l'effet de son poids. Dans la pratique on courait néanmoins le risque que le touret ne se mette à tourner trop vite et déroule le câble trop rapidement, entraînant ainsi un risque de décollement des spires du touret conduisant à un mélange de ces spires pouvant entraîner un blocage brutal de l'ensemble. L'invention permet de supprimer ce risque en obtenant un équilibre naturel sans contrainte puisque c'est la tension du câble qui anime le touret par sa traction. De ce fait le câble reste toujours tendu et ne peut plus se décoller. En outre il n'y a plus besoin, contrairement à l'art antérieur, d'utiliser un système de by-pass au niveau du circuit hydraulique destiné à court-circuiter le moteur en cas de panne hydraulique et de passage sur le moteur électrique pour hisser la charge. En effet dans l'art antérieur, comme la servo-valve est fermée en cas de panne hydraulique, le moteur ne peut ni aspirer ni refouler et cette impossibilité de refoulement entraîne son blocage
sauf à court-circuiter le refoulement avec l'aspiration justement avec un by- pass. Toutefois un tel by-pass constitue une pièce supplémentaire qui est en outre susceptible de tomber elle-même en panne et qu'il y a lieu de mettre en route de manière positive en cas de panne. Comme dans l'invention on ne passe pas au refoulement par la servo-valve, le moteur est libre de refouler tout le fluide qu'il contient. Il ne peut pas, tout au moins en principe et en fonction de l'état de charge des différents circuits hydrauliques, aspirer mais cette circonstance n'entraîne pas son blocage puisque quand il est vide il peut quand même tourner, avec simplement un très léger freinage. On remarque en outre que cette même circonstance empêche le touret et le moteur de tourner à l'envers sous l'effet de la charge lorsque cette panne se produit en hissage, puisque dans ce cas le refoulement se ferait côté fermé de la servo-valve. Ceci empêche la charge de redescendre toute seule, sans avoir besoin de prévoir des dispositifs de sécurité particuliers. On se trouve néanmoins confronté à un autre problème d'échauffement, dû au fait que la quantité d'huile en circulation est d'un volume très réduit. En effet, en se rapportant à l'exemple chiffré décrit plus haut, la tension du câble lors de la descente du sonar dans l'eau, qui est sensiblement de l'ordre de 250 Newtons pour une vitesse de 5 m par seconde, correspond à une puissance de l'ordre de 1 kW. En considérant que les pertes dans les différents organes mécaniques d'entraînement sont de l'ordre de 0,5 kW, il reste 0,5 kW qui sont à dissiper dans le circuit hydraulique. La quantité d'énergie à dissiper est donc beaucoup plus faible que celle de l'art antérieur. Néanmoins comme ces 500 W devraient être dissipés en l'absence d'autres dispositifs dans un volume d'huile sensiblement égal à 50 cm3, la surchauffe serait difficilement inacceptable, même pour une manoeuvre unique.
Pour pallier cet inconvénient, l'invention propose de renouveler l'huile en utilisant une canalisation 403 qui est branchée entre la sortie de l'électro-vanne dont ont a dit plus haut qu'elle était en principe bouchée, mais qui est donc de ce --fait légèrement ouverte pour alimenter cette canalisation, et le tuyau 409 qui permet le retour du fluide dans le moteur lorsqu'il fonctionne en pompe pendant la descente. Cette alimentation se fait bien entendu sous la pression P et pour éviter un apport excessif d'énergie
on limite le débit en utilisant de préférence une canalisation de section étroite, ou restriction, figurée sur la figure par un étranglement 404.
A titre d'exemple numérique, on peut injecter 2 I par minute sous la pression de 200 bars fournie par le clapet 204. Bien entendu l'huile en excédent chauffée dans le moteur est évacuée sur le retour R. Cette huile est chaude alors que l'huile qui vient la remplacer est froide, et bien que l'on apporte ainsi un supplément de puissance d'environ 700 W on évite la surchauffe puisque l'huile chaude est reprise dans le réservoir 207 à partir du retour R. En outre dans la pratique les servo-valves de ce type fonctionnent non pas directement sous la commande d'un électro-aimant alimenté par le signal C2, mais par l'intermédiaire d'un petit circuit hydraulique intermédiaire dit de "débit de contrôle" représenté sur la figure par la boucle 406 entre le tuyau 402 et celui qui arrive du clapet 204. Cette boucle consomme un débit d'environ 0,5 I de fluide qui est à prendre en compte dans le bilan de l'huile supplémentaire injectée, et dans ces conditions le débit dans le tuyau 403 est limité à sensiblement 1 ,5 I.
Les opérations qui ont été décrites jusqu'à présent concernent la descente de la charge utile (le sonar) dans l'eau, parce que c'est la phase qui dure le plus longtemps, environ 3 mn. Toutefois avant de rentrer dans l'eau le sonar parcourt la distance entre l'hélicoptère et la surface de l'eau. Ceci se passe très rapidement, quelques secondes, parce que la distance est courte, environ 20 mètres, et que la charge est alors d'environ 800 Newtons, soit 3 à 4 fois plus que dans l'eau. En raison du faible volume de fluide utilisé dans l'invention la surchauffe qui se produit pendant ces quelques instants, et qui correspond à la dissipation d'une puissance supplémentaire d'environ 3 KW pendant quelques secondes, peut être trop importante. Pour éviter cet effet, l'invention propose d'augmenter encore le débit supplémentaire d'huile dans le moteur en utilisant cette fois-ci un circuit déjà connu par ailleurs et consistant à admettre dans le carter du moteur un débit de fluide par l'intermédiaire d'un tuyau 410 alimenté par une électro-valve dite de réchauffage 407. Ce circuit est normalement utilisé pour réchauffer le circuit hydraulique par grand froid, d'où son nom. Selon l'invention, lors de l'initialisation de la descente à partir de l'hélicoptère on actionnera cette électro-valve par un signal de commande C4, qui sera
interrompu lors de la détection de l'entrée du sonar dans l'eau. Cette détection s'effectue par des moyens connus puisqu'elle est utilisée pour d'autres usages dans le fonctionnement connu du treuil. En utilisant de cette manière un débit supplémentaire de 4 I de fluide par minute on arrive ainsi à limiter l'augmentation de température de ce fluide à 30° C, ce qui est tout à fait satisfaisant. La puissance dissipée pendant ce court instant peut atteindre 3 kW.
Pour résoudre en outre le problème de la surtension du câble lorsque pendant le hissage hydraulique la charge se trouve accrochée au fond ou entraînée et vient tirer sur le câble en raison du mouvement relatif entre l'hélicoptère et le point d'accrochage de la charge, un capteur d'effort faisant partie des moyens connus du treuil permet d'obtenir un signal de commande de l'ouverture du frein électrique 305 et du débrayage 309. Le moteur se met alors à tourner à l'envers en pompe et débite sur le tuyau 408. Afin d'éviter que la pression de refoulement ne devienne supérieure à la pression d'entrée, ce qui pourrait endommager le système hydraulique, on utilise un tuyau 411 qui relie les tuyaux 408 et 409 par l'intermédiaire d'un clapet de surpression 412, taré par exemple à 220 bars. Sous l'effet de la surpression ce clapet s'ouvre et le fluide est renvoyé vers le retour, ce qui fait chuter la pression et évite des dommages, en particulier au niveau de la servo-valve 405. Ce régime ne dure en principe que le temps nécessaire à ouvrir la servo-valve pour relâcher la pression. Cette ouverture s'effectue d'après la détection de l'accrochage de la charge, au niveau de la logique de commande du système, ou en dernier secours manuellement. Lorsque ce même incident se produit en hissage électrique, on utilise un clapet de by-pass 413, taré par exemple à 100 bars, qui court- circuite le clapet de surpression 412 et est commandé par un tuyau 414 connecté à l'arrivée de la pression sur le tuyau entre le clapet 204 et la servo-valve 405. Comme on utilise le hissage électrique en secours parce qu'il n'y a plus de pression hydraulique, l'absence de pression dans le tuyau 414 vient ouvrir le clapet de by-pass 413, ce qui permet au moteur de débiter sur le retour.
Enfin lorsqu'il y a une panne totale, hydraulique et électrique, on ne peut bien entendu plus rien commander. Dans ces conditions l'embrayage est enclenché et pour éviter toute possibilité de dommage,
l'invention prévoit de concevoir cet embrayage en limiteur de couple afin de le faire patiner, ce qui permet le déroulement du câble par freinage au niveau de cet embrayage ainsi que par laminage du fluide dans le clapet de by-pass. L'ensemble des signaux de commande C1 à C4 sera avantageusement obtenu à l'aide d'un microprocesseur convenablement programmé et relié aux différents capteurs du treuil.
Claims
1. Treuil à moteur hydraulique pour hélicoptère muni d'un sonar, du type comprenant un moteur hydraulique réversible (101) d'entraînement du treuil alimenté par une servo-valve (405) ainsi que par un premier (408) et un deuxième (409) tuyaux d'alimentation, caractérisé en ce que cette servo-valve est reliée au moteur par le premier tuyau (408) et que le deuxième tuyau (409) est relié directement au circuit de retour (R) du fluide hydraulique ; la servo-valve permettant pour le hissage d'alimenter le premier tuyau en fluide hydraulique sous pression et pour la descente de relier ce premier tuyau au deuxième tuyau pour permettre au fluide hydraulique de circuler en circuit fermé sans pression durant toute cette descente.
2. Treuil selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ladite servo-valve (405) est une servo-valve à 4 voies utilisée essentiellement en 3 voies.
3. Treuil selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un troisième tuyau (403) reliant la servo-valve au deuxième tuyau (409) pour permettre d'alimenter pendant la descente le moteur hydraulique (101) par du fluide hydraulique sous pression en quantité juste suffisante pour éviter la surchauffe du fluide circulant en circuit fermé.
4. Treuil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens d'entraînement du touret (203) par le moteur (101) sont constitués d'engrenages ayant un bon rendement aussi bien en sens inverse qu'en sens direct.
5. Treuil selon la revendication 4, caractérisé en ce que ces moyens d'entraînement comprennent un renvoi d'angle par pignon conique (302) suivi d'un train épicycloïdal (312).
6. Treuil selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (407) pour alimenter en outre le carter du moteur 101 par du fluide hydraulique sous pression avec un débit suffisant pour limiter une surchauffe supplémentaire éventuelle.
7. Treuil selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend un moteur électrique de secours (107) relié au moteur hydraulique (101) par un embrayage (309) commandé par un vérin (310) qui enclenche cet embrayage sous l'effet d'un manque de pression.
8. Treuil selon la revendication 7, caractérisé en ce que cet embrayage fonctionne également en limiteur de couple.
9. Treuil selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un quatrième tuyau (411 ) reliant les premier et deuxième tuyaux (408, 409) par l'intermédiaire d'un clapet de surpression (412) qui permet de relâcher la pression de refoulement lorsque le treuil se met à tourner en inverse lors du hissage par suite d'un accrochage accidentel de la charge.
10. Treuil selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un clapet de by-pass (413) qui vient courcuiter le clapet de surpression (412) lorsque la pression du fluide hydraulique vient à chuter.
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