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Système de positionnement électro-hydraulique.
La présente invention se rapporte à un système de positionnement électro-hydraulique d'un vérin.
Le positionnement précis d'un vérin est nécessaires pour de multiples applications en particulier dans certaines machines-outils, p. e. des systèmes de cambrage pour des rectifieuses de cylindres, ou des mécanismes de guidage p. e. guidage de bogies.
Les systèmes hydrauliques existants se composent d'une centrale hydraulique, d'une servo-vanne hydraulique et d'un vérin hydraulique.
Les inconvénients de ces systèmes sont multiples : - le circuit hydraulique doit être maintenu sous pression de travail constante, la pompe du groupe hydraulique doit tourner constamment, ce qui entraîne une consommation d'énergie importante, - l'énergie consommée et non dépensée en travail produit un échauffement de l'huile non négligeable qui entraîne la nécessité d'un circuit de refroidissement forcé ou non ; - le volume d'huile est relativement important et exige donc la présence d'une bâche à huile d'un volume non négligeable, - l'ensemble est relativement volumineux et requiert un espace de montage souvent distant de l'endroit de travail du vérin positionneur,
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- la distance prescrite ci-dessus entraine des coûts divers de tuyauteries, de raccords, etc..
- le niveau de bruit de la centrale hydraulique et son dégagement calorifique sont importants, - la dimension réduite des multiples orifices de pilotage de la servo-valve restent une source de problèmes importants en cas d'utilisation d'une huile dont la filtration n'est pas parfaite, ou dont la viscosité est fortement affectée par les conditions de température ambiante.
Il existe également des systèmes électriques de positionnement de vérin. Ils sont principalement de deux types : - moto réducteur et bielle - vis sans fin avec ou sans circulation de billes.
La présence d'un moto-réducteur exige un ensemble mécanique dont le poids, l'encombrement et le design sont souvent incompatibles avec l'espace disponible et les précisions de positionnement demandées.
Les vis sans fin à billes sont souvent utilisées pour leurs précisions, mais restent incompatibles avec une demande de vitesse importante liée à un couple important.
Ces deux systèmes sont par ailleurs incompatibles avec l'existence de chocs et sont de plus relativement onéreux.
Selon l'invention on propose un système de positionnement d'un vérin qui est actionné par une pompe hydraulique dont l'entrée et la sortie sont reliées respectivement aux deux
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orifices d'extrémité d'un vérin à double effet composé d'un cylindre et d'un piston. Le plus souvent le piston sera avantageusement un piston à deux tiges. Les chambres sont de sections égales.
Le vérin peut comprendre également deux pistons placés tête-bêche déterminant également deux chambres de sections égales.
La pompe hydraulique est une pompe bidirectionnelle.
Il peut s'agir d'une pompe à engrenages ou tout autre pompe dont la vitesse de rotation peut être lente et contrôlée.
A chaque rotation de la pompe correspond un volume d'huile aspiré dans une chambre du vérin afin d'être injecté dans l'autre chambre en créant ainsi un déplacement du vérin.
Il n'y a pas de circulation d'huile entre le réservoir et la pompe.
Selon un mode de réalisation préféré, le système est pourvu, entre la pompe et le cylindre, de deux clapets tarés de surpression et anti-retour vers le réservoir. Ces clapets peuvent être incorporés aux fonds du cylindres.
Le drain de la pompe est avantageusement raccordé à un réservoir afin d'empêcher les entrées d'air dans la pompe.
Selon un mode de réalisation particulièrement préféré, le joint entre les fonds du cylindre et la tige du piston est constitué par un joint double dont la cavité centrale
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(espace entre les joints) est remplie d'huile à la pression du réservoir, afin d'éviter l'aspiration accidentelle d'air au travers du joint principal lors de la phase de dépression de la chambre respective.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description complémentaire qui suit en se référant aux dessins annexés.
La fig. 1 représente un exemple non-limitatif d'un système de positionnement électro-hydraulique selon l'invention.
La pompe 1 entraîne l'huile sous haute pression d'une chambre à l'autre en fonction de signaux reçus, de manière connue, du système de commande du positionnement. Le drain 2 de la pompe est raccordé à un réservoir de gavage 3, à pression plus basse, qui est lui-même raccordé aux conduites d'entrée et de sortie 4, 4' de la pompe, chaque fois via un clapet de gavage 5, S'eut un clapet de surpression 6, 6'. A titre d'exemple, une pompe hydraulique VOAC de la série F-12 peut être utilisée pour de nombreuses applications (1500-6000 rpm, 3 à 14 bars).
L'entrée et la sortie de la pompe sont reliées via les dites conduites aux deux chambres 7, 7' de sections égales définies par le piston.
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t On prévoit en outre, raccordé au réservoir 3 un circuit de gavage 8 des joints 9, 9' qui sont présents entre les tiges et les faces d'extrémité du cylindre.
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Un joint est représenté partiellement, en section longitudinale, dans la fig. 2. Le joint 9 est dans cet exemple un joint double, soit un joint de corps 10 et un joint de tête 11, logé dans deux gorges annulaires parallèles prévues dans l'épaisseur de l'orifice laissant passer la tige 12 hors de la chambre 7', celle-ci étant munie d'une entrée d'huile à pression élevée 13 faisant partie des circuits 4, 4'.
Ces deux joints 10 et 11 définissent une cavité reliée par le circuit 8 d'entrée d'huile de basse pression de gavage, au réservoir de gavage 3.
La fig. 3 est un organigramme illustrant un exemple d'utilisation du dispositif suivant l'invention pour le positionnement angulaire d'un essieu de bogie par rapport à la caisse. Le vérin est commandé par la pompe dont le moteur reçoit les instructions via un dispositif de commande qui est illustré par cette figure.
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Electro-hydraulic positioning system.
The present invention relates to an electro-hydraulic positioning system of a jack.
The precise positioning of a cylinder is necessary for multiple applications, in particular in certain machine tools, p. e. bending systems for cylinder grinders, or guide mechanisms p. e. bogie guidance.
Existing hydraulic systems consist of a hydraulic unit, a hydraulic servo valve and a hydraulic cylinder.
The disadvantages of these systems are multiple: - the hydraulic circuit must be kept under constant working pressure, the pump of the hydraulic unit must rotate constantly, which results in significant energy consumption, - the energy consumed and not spent in labor produces significant oil heating which results in the need for a forced or non-forced cooling circuit; - the volume of oil is relatively large and therefore requires the presence of an oil tank of a non-negligible volume, - the assembly is relatively bulky and requires a mounting space often distant from the working place of the jack positioner,
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- the distance prescribed above leads to various costs of pipes, fittings, etc.
- the noise level of the hydraulic power unit and its calorific release are significant, - the reduced size of the multiple pilot valve orifice remains a source of significant problems in the case of the use of an oil whose filtration does not is not perfect, or whose viscosity is strongly affected by ambient temperature conditions.
There are also electrical actuator positioning systems. They are mainly of two types: - gear motor and connecting rod - worm with or without circulation of balls.
The presence of a geared motor requires a mechanical assembly whose weight, size and design are often incompatible with the space available and the positioning specifications requested.
Ball endless screws are often used for their precision, but remain incompatible with a high speed demand linked to a high torque.
These two systems are moreover incompatible with the existence of shocks and are moreover relatively expensive.
According to the invention there is provided a system for positioning a jack which is actuated by a hydraulic pump whose inlet and outlet are connected respectively to the two
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end ports of a double-acting cylinder composed of a cylinder and a piston. Most often the piston will advantageously be a piston with two rods. The rooms are of equal sections.
The cylinder can also include two pistons placed head to tail also determining two chambers of equal sections.
The hydraulic pump is a bidirectional pump.
It can be a gear pump or any other pump whose rotation speed can be slow and controlled.
Each rotation of the pump corresponds to a volume of oil drawn into one chamber of the cylinder in order to be injected into the other chamber, thereby creating a displacement of the cylinder.
There is no oil circulation between the tank and the pump.
According to a preferred embodiment, the system is provided, between the pump and the cylinder, with two calibrated pressure relief and non-return valves to the tank. These valves can be incorporated at the bottom of the cylinders.
The pump drain is advantageously connected to a tank in order to prevent air from entering the pump.
According to a particularly preferred embodiment, the seal between the cylinder bottoms and the piston rod consists of a double seal, the central cavity of which
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(space between the seals) is filled with oil at the tank pressure, in order to avoid accidental aspiration of air through the main seal during the depression phase of the respective chamber.
The invention will be better understood on reading the following additional description with reference to the accompanying drawings.
Fig. 1 shows a non-limiting example of an electro-hydraulic positioning system according to the invention.
The pump 1 drives the oil under high pressure from one chamber to the other as a function of signals received, in a known manner, from the positioning control system. The drain 2 of the pump is connected to a booster tank 3, at a lower pressure, which is itself connected to the inlet and outlet pipes 4, 4 ′ of the pump, each time via a booster valve 5 , There is a pressure relief valve 6, 6 '. For example, a VOAC F-12 series hydraulic pump can be used for many applications (1500-6000 rpm, 3 to 14 bar).
The inlet and outlet of the pump are connected via said pipes to the two chambers 7, 7 'of equal sections defined by the piston.
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t Provision is also made, connected to the reservoir 3, for a feeding circuit 8 of the seals 9, 9 'which are present between the rods and the end faces of the cylinder.
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A joint is partially shown, in longitudinal section, in FIG. 2. The seal 9 is in this example a double seal, ie a body seal 10 and a head seal 11, housed in two parallel annular grooves provided in the thickness of the orifice allowing the rod 12 to pass out of the chamber 7 ', the latter being provided with a high pressure oil inlet 13 forming part of the circuits 4, 4'.
These two seals 10 and 11 define a cavity connected by the low pressure booster oil inlet circuit 8, to the booster tank 3.
Fig. 3 is a flow diagram illustrating an example of use of the device according to the invention for the angular positioning of a bogie axle relative to the body. The cylinder is controlled by the pump, the motor of which receives instructions via a control device which is illustrated in this figure.