Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
CA 02767588 2016-10-26
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DISPOSITIF DE COMMANDE D'UN VERIN PNEUMATIQUE
La présente invention est relative à un dispositif de commande d'un
vérin pneumatique.
Le contexte de l'invention est celui des automatismes pneumatiques
pour l'industrie manufacturière et les industries de procédés en particulier
pour
les alumineries.
L'invention concerne un dispositif de commande d'un vérin et plus
particulièrement un dispositif de commande d'un vérin briseur de croûte. De
tels
to vérins briseurs de croûte sont utilisés dans les installations
sidérurgiques et
alumineries afin de pouvoir briser la croûte superficielle se formant à la
surface
d'un métal en fusion, le vérin briseur de croûte est alors utilisé pour former
un
trou dans cette croûte permettant d'incorporer des additifs. Les efforts mis
en
oeuvre peuvent être importants, suivant l'épaisseur et la rigidité de la
croute
formée, il en est de même lors de la remontée du vérin pour décrocher les
scories et résidus collés à la pointerolle, ce qui nécessite l'utilisation
d'un vérin
de grande taille. Si la croute formée est moins épaisse ou plus friable
l'effort
maximum de rupture, ou de nettoyage, ne sera pas atteint. En conséquence la
mise en pression maximum ne sera, dans ce cas, pas nécessaire et une
pression moindre permettra une diminution de consommation donc une
économie d'énergie source importante.
AU 27128/84 décrit un tel dispositif de commande utilisant un
distributeur 5/2, une vanne de réduction de pression et une vanne 3/2 pilotés
directement par un automate industriel programmable. Un capteur permet de
détecter la fin de la poussée et d'en informer l'automate.
Le maintien sous pression d'un tel vérin en permanence engendre
donc une consommation très importante de ressources notamment en cas de
fuites.
La présente invention a pour but notamment de fournir un dispositif
de commande d'un vérin permettant de réaliser une économie d'énergie,
notamment par l'adaptation de la pression d'alimentation à l'effort juste
nécessaire pour rompre la croute et remonter le vérin en nettoyant la
pointerolle.
Selon l'invention, un dispositif de commande d'un vérin pneumatique
briseur de croute comprenant un distributeur et une vanne, le vérin étant
disposé verticalement, au dessus de la surface d'un métal en fusion, une tige
du vérin équipée d'une pointerolle étant disposée face à la surface du métal,
est
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caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de verrouillage mécanique de la tige
du vérin en position haute, permettant un maintien de la tige du vérin sans
utilisation de l'énergie pneumatique.
La présente invention a également pour but de fournir un système
comportant un vérin pneumatique briseur de croûte et un dispositif de
commande pour le vérin pneumatique briseur de croûte comprenant un
distributeur et une vanne, le vérin comportant une tige solidaire d'un piston,
le
vérin étant destiné à être disposé verticalement, au-dessus de la surface (M)
d'un métal en fusion, la tige du vérin équipée d'une pointerolle étant
disposée
Io face à la surface (M) du métal, caractérisé en ce que le dispositif de
commande
comprend un moyen de verrouillage mécanique de la tige du vérin permettant
un maintien de la tige du vérin en position haute sans utilisation de
l'énergie
pneumatique, et en ce que la vanne est pilotée de manière mécanique par
l'intermédiaire d'un palpeur configuré pour être actionné par la remontée du
piston du vérin, la vanne assurant la mise à la pression atmosphérique d'une
chambre inférieure du vérin en position haute de la tige à la fin de la course
ascendante de la tige, reliant un orifice de la chambre inférieure à un
échappement de la vanne et bloquant la pression en provenance du
distributeur.
Le moyen de verrouillage mécanique peut comprendre un pêne apte
à coopérer avec un moyen d'arrêt prévu sur un doigt solidaire de la tige du
vérin.
Le moyen d'arrêt peut être une cannelure ou un épaulement.
Le pêne peut comprendre un orifice dans lequel peut pénétrer le
doigt.
Avantageusement le dispositif comprend également une vanne
équipée d'un capteur mécanique.
Le capteur mécanique peut être un palpeur.
Le palpeur peut coopérer avec une surface inclinée prévue sur une
gâchette apte à coopérer avec la tige.
De manière plus avantageuse, le dispositif est intégré dans le corps
du vérin.
Le dispositif peut permettre l'adaptation de la pression d'alimentation
à l'effort juste nécessaire pour rompre une résistance et remonter le vérin en
rompant les éventuelles forces de frottement de l'application.
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2a
Le dispositif peut comporter un moyen de détection de la position
basse de la tige par contact électrique entre le pointerolle et le métal.
L'échappement de la vanne peut comporter un limiteur de débit.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront
dans la description qui suit d'un mode de réalisation préféré avec référence
aux
dessins annexés mais qui n'a aucun caractère limitatif. Sur ces dessins :
Fig. 1 est un schéma des branchements des éléments d'un dispositif
selon l'invention.
Fig. 2 est une vue de dessous du fond d'un vérin selon un mode de
PD réalisation de l'invention.
Fig. 3 est une coupe transversale selon la ligne III-Ill de Fig. 2
illustrant un mode de réalisation du dispositif de verrouillage selon
l'invention.
Fig. 4 est une coupe transversale selon la ligne IV-IV de Fig. 2
illustrant un mode de réalisation selon l'invention d'une vanne 3/2 et de son
doigt de déclenchement mécanique, et
Fig. 5 est une vue en perspective du fond de vérin de Fig. 2.
Dans toute la description qui suit d'un mode de réalisation d'un
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dispositif selon l'invention, les termes relatifs tels que supérieur ,
inférieur , avant , arrière , horizontal et vertical sont à
interpréter lorsque le vérin associé au dispositif D selon l'invention est
installé
verticalement, la pointerolle étant orientée vers le bas, en situation de
fonctionnement.
Le dispositif de commande est représenté schématiquement sur la
figure 1. On peut voir le vérin 1 comportant une tige 2 solidaire d'un piston
3. Le
vérin comporte en partie inférieure un orifice 4 et en partie supérieure un
orifice
5. L'extrémité inférieure de la tige 2 est solidaire d'une pointerolle 6. La
partie
supérieure du piston 3 comporte un doigt 7 muni d'une cannelure 7a. La
cannelure 7a est apte à coopérer avec le pêne 8a mu par le ressort 15 d'un
dispositif de verrouillage 8.
La pointerolle se trouve au dessus de la surface M du métal en
fusion. La surface M du métal en fusion est reliée électriquement à la partie
commande d'un dispositif de pilotage 10 par l'intermédiaire d'un automate A.
Le dispositif de commande comporte également un distributeur 9 de
type 5/2. Dans la position représentée figure 1 où le tiroir se trouve dans la
position 9b, l'arrivée de pression du distributeur 9 alimente une vanne 3/2
11,
tandis que l'orifice 5 du vérin 1 est relié à l'échappement du distributeur 9.
Dans
l'autre position 9a du distributeur 9, l'arrivée de pression alimente
l'orifice 5,
l'orifice 4 étant mis à l'échappement.
La vanne 11 est représentée dans une position où le tiroir se
retrouve dans une position 11c permettant la mise à l'échappement de la
chambre inférieure du vérin 1 par l'intermédiaire de l'orifice 4
. Le distributeur 9, le dispositif de verrouillage 8 ainsi que la vanne 11
sont commandés par le dispositif de pilotage 10. Le vérin est alors au repos
en
position haute.
Le dispositif de pilotage est représenté Fig. 1 avec son tiroir dans
une position 10b où l'arrivée de pression est bloquée tandis que la conduite
vers le dispositif de verrouillage 8, le distributeur 9 et la vanne 11 est
mise à
l'échappement. Dans une autre position 10a, la conduite vers le dispositif de
verrouillage 8, le distributeur 9 et la vanne 11 est reliée à l'arrivée de
pression.
Néanmoins, la vanne 11 peut également être pilotée de manière
mécanique par l'intermédiaire d'un palpeur 11a. En effet, le dispositif de
pilotage 10 permet de provoquer la descente du tiroir de la vanne 11 mais le
palpeur lia est apte, au contact du piston 3, à commander la remontée du
tiroir
de la vanne 11.
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Sur Fig.1, le piston 3 est représenté en fin de course ascendante et
de ce fait actionne le palpeur 11a provoquant le déplacement du tiroir de la
vanne 11 vers la position 11c. Dans la position 11c l'orifice 4 est relié à
l'échappement de la vanne 11 et la pression en provenance du distributeur 9
est bloquée.
Le fonctionnement s'effectue de la manière qui suit.
Dans la position repos, il n'y a pas de pression dans les chambres du
vérin. La mise sous tension du dispositif de pilotage 10 et le passage de son
tiroir en position 10a a pour conséquence :
a) le déverrouillage du dispositif de verrouillage 8 par l'arrivée de
pression et la compression du ressort 15 ; ici il faut remarquer que le
dispositif
est dimensionné de telle manière que ce déverrouillage soit prioritaire, les
canaux d'acheminement intégrés dans le fond du vérin 1 sont donc dessinés
spécialement afin de permettre ce fonctionnement prioritaire. Le
déverrouillage
provoque la descente de la tige 2 et de la pointerolle 6 sous l'action de leur
propre poids ;
b) le tiroir du distributeur 9 passe en position 9a ce qui permet la
mise sous pression de la chambre supérieure du vérin 1 par l'intermédiaire de
l'orifice 5. L'échappement du vérin 1 se fait à travers la vanne 11, dont le
tiroir
passe en position 11b, reliée à l'atmosphère par le distributeur 9;
c) la tige 2 et la pointerolle 6 poursuivent donc leur descente sous
pression dans ce cas comme la chambre inférieure n'est soumise qu'à la
pression atmosphérique, la pression dans la chambre supérieure est
extrêmement faible.
Dans un second temps, lorsque la pointerolle 6 vient au contact de
l'aluminium M en fusion, le vérin au contact de l'aluminium se comporte comme
un contact électrique. En effet, le vérin 1 est réalisé de telle manière qu'il
y a
continuité électrique entre la pointerolle 6 et le fond arrière du vérin. A
cet effet,
un palier métallique, non représenté, est utilisé et lorsque la pointerolle 6
arrive
au contact de l'aluminium M, un signal électrique peut alimenter un automate A
et provoquer la coupure du dispositif de pilotage 10 et son passage en
position
10b.
Ce passage en position 10b provoque le changement d'état du
distributeur 9 en position 9b et la mise au repos du dispositif de
verrouillage 8.
Le dispositif de verrouillage 8 revient donc en position verrouillée où le
pêne 8a
est sorti sous l'action du ressort 15. La vanne 11 reste en position 11b.
L'orifice 4 est alors relié à l'alimentation du distributeur 9 à travers la
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vanne 11. La tige 2 et la pointerolle 6 entament ensuite leur remontée.
Dans ce cas, comme la chambre supérieure du vérin n'est soumise
qu'à une faible pression, la pression dans la chambre inférieure est faible.
En
fin de course supérieure, la partie supérieure du doigt 7 escamote le pêne 8a
5 du fait de sa forme. Ceci permet la coopération du pêne 8a avec la
cannelure
7a et le blocage de la tige du vérin.
Par ailleurs, le piston 3 provoque la rentrée du palpeur 11a. En
arrivant en haut, lors de la montée, le piston 3 et la tige 7 dépassent
légèrement
l'enclenchement du pêne 8a pour assurer le basculement complet de la vanne
11 dans la position 11c. Ce changement d'état provoque la mise à l'atmosphère
de la chambre inférieure du vérin briseur.
Puis le piston 3 et la tige 7 effectuent une légère descente pour
l'accrochage du pêne qui s'effectue sans choc car un limiteur de débit L prévu
sur l'échappement évite une descente brutale du piston 3 jusqu'à la butée de
la
cannelure 7a contre le pêne.
Le système est maintenant stable sans pression et prêt pour la
prochaine manoeuvre.
De manière avantageuse, le dispositif de commande peut être
intégré au vérin 1. Les figures 2 à 5 illustrent un mode de réalisation du
fond du
vérin 1, modifié pour accueillir le dispositif de commande selon l'invention.
Dans un tel cas, des modes de réalisation respectivement du
dispositif de verrouillage 8 et de la vanne 9 sont illustrés Fig 3 et 4.
Fig. 3 ont peut voir le doigt 7, monté coulissant dans un logement 13
prévu dans le fond du vérin 1, qui comporte un filetage dans sa partie
supérieure permettant sa fixation sur le piston 3. La partie inférieure du
doigt 7
comporte un épaulement 7b qui fait office de moyen d'arrêt.
Le pêne 8a est réalisé sous la forme d'un tiroir guidé en translation,
orthogonalement à la direction de déplacement du doigt 7, dans un second
logement 14 prévu dans le fond du vérin 1 et réalisé sous la forme d'un
orifice
cylindrique borgne.
Un ressort 15 est interposé entre la paroi du logement 14 et le pêne
8a tandis que le logement 14 est fermé par un bouchon 16. Un pion 17,
solidaire du bouchon 16 et monté coulissant dans le pêne 8a, empêche la
rotation du pêne 8a.
Le pêne 8a comprend un orifice 8b dans lequel peut pénétrer le doigt
7. L'orifice 8b présente une lèvre interne 8c apte à coopérer avec
l'épaulement
7b.
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Fig. 4, on peut voir la vanne 11 intégrée dans le fond du vérin 1. Le
tiroir 20 de la vanne 11 et le palpeur 11a sont montés coulissants dans un
logement prévu dans le fond du vérin 1 et fermé par un bouchon 21. Le palpeur
n'est pas ici en contact direct avec le piston 3.
Une gâchette 12 est installée dans un logement prévu dans le fond
du vérin 1 et fermé par un bouchon 19 comportant un orifice permettant le
passage d'une extrémité de la gâchette 12. Un ressort 18 exerce un effort sur
la
gâchette 12 tendant à maintenir la gâchette 12 contre le bouchon 19 de telle
sorte que l'extrémité de la gâchette 12 dépasse légèrement du bouchon 19. Le
déplacement de la gâchette est un mouvement de translation selon un axe
parallèle à la direction de déplacement du piston 3.
La gâchette 12 comprend une surface inclinée 12a apte à coopérer
avec l'extrémité arrondie du palpeur 11a. De cette façon lorsque le piston 3
vient au contact de l'extrémité de la gâchette 12 et provoque la rentrée de la
gâchette 12 dans son logement, la surface 12a exerce un effort sur le palpeur
11a qui provoque le déplacement du tiroir 20 de la vanne 11.
Ce mécanisme permet donc la détection de l'arrivée du piston 3 en
position haute et provoque ainsi le changement d'état de la vanne 11 et la
mise
hors pression de l'entrée 4 du piston 1.
On constate donc l'intérêt de ce dispositif qui permet d'éviter que le
système soit maintenu sous pression en dehors des phases de fonctionnement.
De manière à éviter toute montée en pression, l'échappement du vérin 1 est
surdimensionné. De la même façon, l'arrivée de pression comporte un faible
débit de manière à éviter une montée de pression trop importante dans les
chambres motrices. De cette façon, on peut atteindre la pleine pression en
environ 7 s. La pression maximum est d'environ 7 bars. Néanmoins, lors de la
remonté et suivant le degré de salissure de la pointerolle, cette pression
n'est
souvent pas nécessaire. En effet, 1 bar est suffisant pour la remontée du
vérin
compte tenu du poids attelé à la tige. En phase de descente, la montée en
pression n'a lieu que si la résistance de la croute le nécessite.
