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"Procédé et dispositif de commande d'un vérin à double effet actionné par un fluide sous pression"
La présente invention concerne un procédé de commande d'un vérin à double effet actionné par un fluide sous pression dans un ensemble, tel qu'une clé de serrage hydraulique et sa commande, dans lequel peut être répété un mouvement de va-et-vient d'un piston dont une course active procure une force maximale souhaitée et une course dite passive, en sens inverse de la course active, provoque le retour du piston pour la répétition.
Lors de l'utilisation d'une clé de serrage hydraulique décrite par exemple dans le US-A-4.201. 099 ou dans les DE-A-36 20 753 et DE-A-34 16 881, il y a lieu, d'une part, de surveiller le moment où la pression d'alimentation du vérin dans le sens de la course active de serrage atteint une valeur souhaitée correspondant au couple de serrage souhaité (le couple de serrage obtenu est proportionnel à la force provoquée par le vérin et celle-ci est elle-même proportionnelle à ladite pression d'alimentation) et, d'autre part, de vérifier que cette valeur soit atteinte au cours de ladite course active et non à la fin de celle-ci.
En effet, à la fin de cette course active, tant que l'alimentation du vérin est maintenue dans ce sens, la pression de cette alimentation augmente au point qu'elle puisse être confondue avec la pression correspondant au couple de serrage souhaité. Pour éviter cette confusion, on pourrait prévoir un capteur de fin de la course active et une exploitation du signal communiqué par ce capteur.
La présente invention a pour but d'éviter l'utilisation d'un tel capteur, ou de tout autre dispo-
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sitif auxiliaire de ce genre, qu'il faut monter dans la clé de serrage, qu'il faut alimenter de l'extérieur pour son fonctionnement et dont il faut sortir le signal de fin de course pour l'amener jusqu'à un moyen d'exploitation de ce dernier. Les coûts d'installation d'un tel capteur dans la clé de serrage sont considérables par rapport à ceux de la clé elle-même et l'incorporation de ce capteur dans celle-ci, utilisée souvent dans des conditions de sollicitations élevées surtout dans le sens de la course active, augmente les risques de mauvais fonctionnements de la clé de serrage, par exemple par de fausses informations fournies par ledit capteur.
Le procédé de la présente invention est mis au point pour exploiter au maximum et de façon sûre, de préférence automatiquement au moyen de dispositifs programmables, les informations fournies par des moyens de détection et de mesure de la pression hydraulique, et qui sont prévus en dehors de la clé hydraulique proprement dite.
A cet effet, le procédé suivant l'invention comprend : une sélection d'une pression de consigne pour le fluide, correspondant à la force maximale souhaitée, une alimentation du vérin en fluide sous pression dans le sens de la course active, - une détection de ce que, pendant la course active, la pression du fluide atteint la pression de consi- gne, - à la suite de cette détection, une alimentation inversée du vérin en fluide sous pression, pour la course passive de retour, - une détection du moment où le piston a achevé sa course passive de retour,
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- une mesure du temps écoulé entre le début de l'ali- mentation inversée et le moment de la détection de l'achèvement de la course passive de retour,
- une comparaison de ce temps écoulé et d'un temps qui a été déterminé comme correspondant sensiblement à celui d'une course passive de retour complète, et une répétition de la séquence précédente, au moins jusqu'à ce que ledit temps écoulé mesuré soit sensiblement inférieur au temps déterminé.
La présente invention concerne aussi un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé susdit.
Suivant l'invention, le dispositif comprend : - des moyens de sélection d'une pression de consigne pour le fluide, en fonction d'une force maximale souhaitée lors d'une course active du piston du vérin, - reliés à ces moyens de sélection, des moyens de comparaison d'une pression du fluide pendant la course active du piston, et éventuellement sa course passive de retour, et de la pression de consigne, - reliés à ces moyens de comparaison, des moyens d'entrée et d'adaptation d'un signal de la pression fournie au vérin pendant sa course active et éven- tuellement sa course passive de retour, - reliés aux moyens de comparaison, des moyens de commande sélective du vérin pour la course active ou pour la course passive de retour, - reliés aux moyens de comparaison, des moyens de détection de la fin de la course passive de retour, - reliés aux moyens de comparaison,
des moyens de mesure du temps écoulé entre le début de la course passive de retour et l'achèvement de celle-ci, et - reliés aux moyens de comparaison, des moyens de mémorisation d'un temps déterminé comme correspon-
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dant sensiblement à celui d'une course complète passive de retour.
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront des revendications secondaires et de la description des dessins qui sont annexés au présent mémoire et qui illustrent, à titre d'exemples non limitatifs, le procédé et des formes de réalisation particulières du dispositif suivant l'invention.
La figure 1 représente schématiquement les principaux éléments constitutifs d'une clé de serrage pouvant être mise en oeuvre dans le procédé de l'invention.
La figure 2 représente schématiquement un ensemble de commandes hydraulique et électronique du vérin hydraulique de la figure 1.
La figure 3 représente un schéma fonctionnel de la partie électronique de l'ensemble de commande de la figure 2.
Dans les différentes figures, les mêmes notations de référence désignent des éléments identiques ou analogues.
Dans le cas de l'exemple (figure 1) de la clé de serrage hydraulique 1 susdite, un vérin à double effet 2 est actionné par de l'huile sous pression via une entrée 3 pour la course active dans le sens 4 de déplacement d'un piston 5 et via une entrée 6 pour la course passive dans le sens 7 du retour du piston 5 en vue d'une nouvelle course active.
Suivant le schéma de la figure 1, lors d'une course active selon le sens 4, une tige 3 fixée au piston 5 pousse par son extrémité libre 9, directement ou indirectement, une dent 10 d'une rcue à rocher il, sur un cercle de rayon R, pour que celle-ci tourne d'une valeur correspondant à la longueur de la course active, par exemple dans un sens de serrage d'un écrou (non représenté) logé dans un creux approprié 12 de la roue
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à rochet 11. Un cliquet antiretour 13 et son ressort 14 sont aussi représentés dans ce schéma : ils empêchent la roue 11 d'accompagner la tige 8 dans sa course de retour dans le sens 7.
Un mouvement de va-et-vient du piston 5 est répété pour faire tourner ainsi la roue à rochet 11 et donc l'écrou jusqu'à ce que celui-ci oppose audit serrage un couple résistant Cr souhaité. Pour arriver à ne pas dépasser ce couple résistant Cr, il faut limiter la force F fournie par le piston 5, de façon qu'elle soit au plus égale à la force résistante Fr (égale à Cr/R). A cet effet, la pression P sur le piston 5, proportionnelle à la force F à fournir par celui-ci, est limitée à une valeur correspondante Pc de consigne, par un dispositif de commande électrique 29 (figure 2) qui surveille cette pression via un transducteur pression/ courant 26 et dont une explication est donnée ci-après.
Suivant l'invention, après avoir sélectionné la pression de consigne Pc dans ledit dispositif de commande électrique 29, on alimente le vérin 2 en fluide sous pression par l'entrée 3, dans le sens 4 de la course active. On détecte pendant cette course en sens 4 le fait que la pression du fluide atteint la pression de consigne Pc. Cette détection peut signifier que soit le piston 5 est arrivé en butée au bout de sa course active soit l'écrou offre un couple résistant Cr souhaité. A la suite de cette détection, on alimente le vérin en sens inverse par l'entrée 6 pour la course passive de retour selon le sens 7. On détecte par un moyen adéquat le moment où le piston 5 arrive en butée au bout de sa course passive de retour.
On mesure pour cette course de retour le temps Te écoulé entre le début de l'alimentation en fluide via l'entrée 6 et le moment d'arrivée du piston 5 en butée de ladite course de retour. On compare ce temps écoulé Te à un temps déterminé Td qui correspond à celui d'une course de retour complète dans les mêmes conditions de fonctionnement du vérin 2 (par
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exemple pour une même température et donc viscosité de l'huile utilisée). Si le temps Te est sensiblement égal au temps Td, le piston 5 a effectué une course complète de retour et il n'y a pas de certitude que la pression Pc obtenue en fin de la course active précédente corresponde à un couple de serrage souhaité Cr de l'écrou.
Dans ce cas, on répète la séquence de serrage comportant chaque fois une course active complète et une course passive complète et les opérations de détection, de mesure et de comparaison, jusqu'à ce que le temps écoulé mesuré Te soit sensiblement inférieur au temps Td.
Pour déterminer le moment d'arrivée du piston 5 en butée à la fin de sa course de retour dans le sens 7, suivant l'invention il est avantageux de détecter dans ce cas aussi que la pression du fluide à l'entrée 6 atteint ou dépasse une pression déterminée supérieure à celle qui est nécessaire pour que le piston effectue avec certitude et régularité cette course de retour. Cette pression déterminée peut de préférence être égale à la pression Pc susdite qui alors ne sera pas dépassée.
Plutôt que de mémoriser une ou des valeurs de temps Td en fonction de la température et donc de la fluidité du fluide utilisé, on peut préférer effectuer dans une séquence de serrage susdite un relevé du temps écoulé Tec, mesuré pour une course passive de retour complète, et enregistrer ce temps Tec pour l'utiliser comme Temps Td pour les comparaisons suivantes. Ce temps Tec peut être mesuré par exemple lors d'une ou de deux séquences de fonctionnement à vide de la clé de serrage hydraulique 1, effectuées afin de mettre juste avant son utilisation la clé et sa commande dans un état initial connu.
Pour mieux suivre l'évolution de la fluidité du fluide en fonction de celle de la température, par exemple au cours d'une longue utilisation continue de la
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clé de serrage 1, il peut être avantageux d'utiliser à chaque séquence (n) de serrage précitée (dont la course de retour est effectuée en un temps Te (n)), comme temps déterminé Td, la valeur du temps écoulé Te (n-l) mesurée à la séquence (n-1) précédente. Ceci peut être réalisé après avoir constaté que le temps Te (n-1) n'est pas sensiblement inférieur à un temps Td de départ ou à un temps Te (n-2) précédent.
Pour confirmer que le serrage obtenu correspond au couple résistant Cr choisi, il peut être souhaité de répéter une fois encore ladite séquence de serrage après que l'on ait mesuré un temps Te (n) sensiblement inférieur au temps Td. Le nouveau temps écoulé Te (n+l) mesuré pendant cette dernière séquence de serrage peut alors être aussi comparé au temps Td pour une dernière confirmation. si par hasard ce nouveau temps écoulé Te (n+l) mesuré n'était pas sensiblement inférieur au temps Td, un signal pourrait être donné pour avertir de cette anomalie afin que l'opérateur puisse vérifier la situation soit des éléments serrés (par exemple rupture d'un élément plus faible que prévu) soit de la clé de serrage et de sa commande (par exemple fluide trop chaud).
Pour régulariser les fluctuations de la valeur du temps Tec utilisée comme temps déterminé Td dans la comparaison, il peut être préféré de réaliser, par exemple à partir d'une troisième séquence de serrage susdite, une moyenne de temps écoulés mesurés Tec dans des séquences précédentes et d'utiliser cette moyenne Tm comme temps Td. Pour la moyenne Tm précitée, on peut par exemple négliger une première valeur de temps Te sensi- blement plus courte que la ou les précédentes et ne stopper la répétition desdites séquences de serrage qu'après l'apparition d'une seconde valeur de temps mesuré Te sensiblement plus courte que la moyenne Tm ainsi obtenue.
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Dans une forme simplifiée, une installation typique pour la mise en oeuvre du procédé susdit peut comporter par exemple (figure 2) une partie de commande hydraulique 19 comprenant un réservoir d'huile 20 dans lequel est plongé un filtre d'aspiration 21 relié à l'entrée d'une pompe 22 dont la sortie débite l'huile dans une conduite 23. A cette conduite 23 est branché un limiteur de pression 15 (par exemple réglé à 700 bars) une électrovanne 24 pour alimenter l'entrée 3 du vérin 2 et une électrovanne 25 pour alimenter l'entrée 6 du même vérin 2. En outre, un transducteur 26, connu en soi peut être branché sur la conduite 23 er. est choisi alors pour donner un signal de courant I en fonction de la pression P qu'il détecte dans la conduite 23.
L'installation susdite peut être équipée du dispositif de commande 29 de l'invention, de préférence électronique à microprocesseur et dont une forme de réalisation est représentée à la figure 3 à titre d'exemple.
Le dispositif de commande 29 peut comprendre, outre une alimentation non représentée, des moyens sous forme d'un clavier d'introduction pour la sélection 30 d'une pression de consigne Pc pour le fluide, en fonction de la force maximale F souhaitée pendant au moins la course active suivant le sens 4 du piston S. Le clavier 30 est relié à des moyens de comparaison 31 qui peuvent être constitués par un microprocesseur 31 à 8 bits. Au microprocesseur 31 est relié un moyen 32 d'entrée et d'adaptation d'un signal correspondant à la pression fournie au vérin 2 pendant sa course active suivant la flèche 4 et de préférence aussi pendant sa course passive suivant la flèche 7, ce signal étant fourni par exemple par le transducteur 26 précité.
Le microprocesseur 31 peut commander sélectivement le vérin 2 par l'intermédiaire des électrovannes 24 et 25 précitées, via un interface 33 de liaison. Dans le cas de
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l'exemple représenté ici la détection de fin de la course de retour suivant la flèche 7 est effectuée elle aussi à l'aide du transducteur 26. Une horloge 34 en temps réel est reliée au microprocesseur 31 pour la mesure du temps écoulé Te entre le début de la course passive de retour et l'achèvement de celle-ci. Une mémoire RAM 35 reliée au microprocesseur 31 sert à mémoriser entre autres le temps déterminé Td ainsi que d'autres paramètres et données du système. Cette mémoire RAM 35 est assistée par un accumulateur 36 pour la sauvegarde de la valeur du temps Td et de ces paramètres et données.
Une mémoire EPROM 37 contient un programme de fonctionnement du dispositif de commande 29, dont le déroulement est cadencé par l'horloge 34. De plus, une logique de contrôle 38 reliée, selon la figure 3, aux divers éléments du dispositif 29 assure la chronologie des transferts de données entre ces éléments.
Associé au clavier 30, il peut y avoir un écran de contrôle 39 pour la vérification des données introduites, de paramètres du système, etc.
Pour la manoeuvre aisée de l'ensemble, on peut prévoir aussi une commande à distance 40 pour commander la mise en marche et l'arrêt (normal et/ou d'urgence) de l'ensemble de serrage. Cette commande à distance 40 peut aussi comporter un affichage de par exemple la pression atteinte à tout moment ou le couple réellement atteint lors du serrage.
De préférence, suivant l'invention le microprocesseur 31 et le programme sont agencés pour également comparer le temps écoulé mesuré Te et le temps déterminé Td et pour décider automatiquement de répéter une séquence de serrage suivant le procédé susdit tant que Te est sensiblement égal à Td et pour stopper toute répétition lorsqu'il est assuré que Te est manifestement inférieur à Td.
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Bien que le transducteur 26 ait été considéré ici comme étant externe au dispositif de commande 29 en tant que tel, il peut y avoir des cas où il est préféré qu'il y soit inclus.
Un fonctionnement typique d'un ensemble de serrage muni du présent dispositif 29 a lieu comme suit.
On introduit la pression de consigne Pc dans le dispositif 29 via le clavier 30 et on démarre une séquence de serrage via la commande à distance 40. Le microprocesseur 31 exécute un programme qui permet de mettre le piston 5 de la clé 1 en mouvement tout en mesurant par le transducteur 26 la pression d'huile P dans le circuit hydraulique (la conduite 23).
Le mouvement du piston 5 est un va-et-vient répété selon le programme de la mémoire EPROM 37, le sens de déplacement du piston 5 étant inversé à chaque augmentation de la pression d'huile au-delà du seuil préréglé Pc.
Lorsque le piston 5 arrive en bout de course active, il met usuellement un temps Tec pour la course de retour supérieur à un temps Te pour une course de retour depuis une position quelconque qu'il aurait atteinte avant la fin de la course active au cours d'un serrage au couple Cr souhaité d'un écrou ou d'une vis.
La mouvement de va-et-vient du piston 5 est alors arrêté lorsqu'il a été constaté par le microprocesseur 31 que le couple de serrage souhaité est réellement atteint. Le couple de serrage réellement atteint peut être affiché sur la commande à distance 40, ce qui permet à l'utilisateur de surveiller l'évolution des serrages.
Il doit être entendu que l'invention n'est nullement limitée aux formes de réalisation décrites et que bien des modifications peuvent être apportées à ces dernières sans sortir du cadre de la présente invention.
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Par exemple, pour tenir compte de la grandeur de la clé de serrage (section utile du piston 5, rayon R sur la roue à rochet 11, etc. ), des valeurs différentes de paramètres de ce genre peuvent être mémorisées dans le dispositif 29 et sélectionnées, par exemple par un code, en fonction du modèle et/ou de la grandeur de la clé par exemple utilisée à un moment donné avec ce dispositif 29 qui peut être monté sur une commande hydraulique 19 commune pour plusieurs clés.
De plus, le dispositif 29 peut être muni d'une sélection de fonctionnement manuel ou automatique pour permettre à l'opérateur de décider ou non lui-même soit de l'arrêt des séquences de serrage d'un élément soit d'une répétition multiple des séquences, même après obtention du couple de serrage souhaité.
D'autres moyens de l'adaptation du temps Td en fonction de la température de l'huile en service peuvent être utilisés. Par exemple une mémorisation de valeurs de Td en fonction de la température mesurée peut être effectuée et une sélection de la valeur Td appropriée peut être faite par le microprocesseur 31 chargé par exemple aussi de bloquer l'ensemble de serrage au cas où la température de l'huile n'est pas dans des limites choisies.