EP0000445B1 - Servo valve - Google Patents

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EP0000445B1
EP0000445B1 EP19780300136 EP78300136A EP0000445B1 EP 0000445 B1 EP0000445 B1 EP 0000445B1 EP 19780300136 EP19780300136 EP 19780300136 EP 78300136 A EP78300136 A EP 78300136A EP 0000445 B1 EP0000445 B1 EP 0000445B1
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EP
European Patent Office
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spool
valve
chamber
cylindrical
bore
Prior art date
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Expired
Application number
EP19780300136
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German (de)
English (en)
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EP0000445A1 (fr
Inventor
Kishor J. Patel
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Dynex Rivett Inc
Original Assignee
Dynex Rivett Inc
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Filing date
Publication date
Application filed by Dynex Rivett Inc filed Critical Dynex Rivett Inc
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Application granted granted Critical
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Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B13/00—Details of servomotor systems ; Valves for servomotor systems
    • F15B13/02—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors
    • F15B13/04—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor
    • F15B13/042—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor operated by fluid pressure
    • F15B13/043—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor operated by fluid pressure with electrically-controlled pilot valves
    • F15B13/0438—Fluid distribution or supply devices characterised by their adaptation to the control of servomotors for use with a single servomotor operated by fluid pressure with electrically-controlled pilot valves the pilot valves being of the nozzle-flapper type

Definitions

  • control pressure P c is fed back to the armature via a nozzle bore and reacts with the torque motor and reaction spring to achieve a constant P c regardless of the pilot pressure P, magnitude.
  • control pressures vary with pilot supply pressure since P., is used as a feedback parameter.
  • United States Patent 3,410,308, issued to W. C. Moog, Jr. on November 12, 1968, United States Patent 3,430,656, issued March 4, 1969 to J.W. Hawk, and United States Patent 2,934,765, issued April 26, 1960 to T. H. Carson, are also of interest.
  • Jupa Another patent of interest is that to E. C. Jupa, issued March 7, 1961, No. 2,973,746, which shows a bridge network.
  • the adjustable nozzle is stationary and not attached to the main spool as in the instant invention.
  • Jupa does not incorporate a moving nozzle with a one-to-one position feedback.
  • Jupa also has two variable orifices.
  • the flapper nozzle of course, is adjustable and his needle valve, on the end of the spool, is also adjustable.
  • French Patent No. 2307209 discloses a hydraulic proportional adjustment valve which comprises an electromechanical converter which is screwed on to a valve housing in which a piston is slidably mounted having a shouldered portion of larger diameter, servo fluid being fed through equal orifices W 1 and W 2 then through another equally sized orifice W 4 in one end of the spool and through a variable orifice W 3 in the other end of the spool.
  • the valve in French Patent No. 2307209 also makes use of a control stem acting on an orifice in the spool end to influence the position of the spool.
  • the construction of the French Patent not only differs in detail from the construction of the present invention but also differs in principle in that there is no means by which pilot pressure can be isolated from the working pressure.
  • an electro-hydraulic servo valve is disclosed in which a flow of hydraulic working fluid is provided proportional to a control signal.
  • fluid at both pilot pressure and working pressure is used and to minimise the introduction of foreign matter in the pilot valve portion an independent source of hydraulic fluid may be used.
  • the details of the valve disclosed in USA Patent No. 2972999 are entirely different from the valve in accordance with this invention.
  • the construction disclosed in USA Patent No. 2972999 does not achieve the main advantage obtained by isolating the pilot pressure from the working pressure because in No. 2972999 the working pressure has an effect on the position of the piston valve which is not desirable.
  • the main disadvantage of a construction in which the supply pressure can effect the position of a piston or spool in the valve is that variations in the load pressure may cause variations in the supply pressure causing undesired fluctuations of the spool.
  • the supply pressure is not only isolated from the pilot pressure but the chamber into which the valve spool and a control stem extend contains reduced pilot pressure and not tank pressure or supply pressure. This means that the spool is not subject to transient movements caused by variations in the supply pressure due to variations in the load pressure. lr 4 some cases this may be critical not only to the quality of the product to be made but also to the safety of the user.
  • a flow control servo valve comprising a valve housing having an axial bore therethrough, a valve control spool axially movable within the bore so as to take up a balanced position within the housing, first and second end chambers one disposed at each end of the spool, a source of pilot pressure connected through first and second equal orifices to the first and second end chambers respectively, a third orifice equal to the first and second orifices and extending between the axial bore and the first end chamber, a fourth orifice of variable size between the axial bore and the second end chamber and a force motor with an axially movable actuator member so arranged that axial movement of the actuator member varies the size of the variable orifice which in turn causes the control spool to move axially to assume a new position to reestablish the balance, characterised in that the pilot pressure is isolated from the working pressure so that when in operation reciprocal movement of the spool in the valve body is effected by the isolated pilot
  • the numeral 10 indicates a valve housing having a bore 12 therethrough. Reciprocally received within the bore 12 is a spool 14 equipped with four land areas 16, 18, 20, and 22. Between land areas 16 and 18 is a groove area 24, and between land areas 20 and 22 is a groove area 26. Land areas 18 and 20 are machined with close tolerances for reasons which will become apparent hereinafter.
  • the valve housing 10 is machined with four internal grooves 28, 30, 32 and 34 located opposite the axial extremities of the land areas 18 and 20 when the spool 14 is in the position shown in Figure 2.
  • Groove areas 24 and 26 communicate with a tank 36 (shown only in Figure 4) by way of a passageway 38 and a return port 40.
  • Internal grooves 28 and 30 can communicate with a load 42 by way of passageway 44
  • internal grooves 32 and 34 can communicate with the load 42 by way of a passageway 46.
  • Passageways 44 and 46 are closed and opened by the movements of land areas 18 and 20, respectively; in the location of the spool 14 shown in Figure 2, both passageways are closed.
  • a pressure groove 48 which communicates via passage 51 with a port 50 shown in Figure 1.
  • the port 50 is connected to the output of a pump 52, so that pressure from the pump 52 is communicated to the pressure groove 48 and can then be communicated to either passageway 44 or passageway 46, depending on the position of spool 14.
  • pressure from the pressure groove 48 is communicated to neither passageway.
  • pressurized fluid will flow to the load 42 through internal groove 30 and passageway 44 and return to tank 36 via passageway 46 and internal groove 34.
  • pressurized fluid will flow to the load 42 through internal groove 32 and passageway 46 and return to tank 36 via passageway 44 and internal groove 28.
  • a chamber 54 closed by an end gland 56 retained in position on the valve housing 10 by clips 58 and bolts 60.
  • End gland 56 receives a piston 62, a screw 64, a jam nut 66, and a centering spring 68.
  • a chamber 70 which receives a second centering spring 72 and which is closed by apparatus described hereinafter.
  • the piston 62, the screw 64, the jam nut 66 and the two centering springs 68 and 72 collectively serve as a mechanical "null" adjustment for the spool 14. That is, by adjusting screw 64 it is possible to initially locate land areas 18 and 20 on the spool 14 so that the internal grooves 28 and 30 align with land 18 and grooves 32 and 34 align with land 20 of spool 14.
  • Chambers 54 and 70 are subjected to intermediate control pressures by means of orifices 74 (A 1 ) and 76 (A z ), which communicate with the chambers 54 and 70 via the conduits 78 and 80, respectively.
  • the orifices 74 and 76 are of fixed dimensions and are equal to each other.
  • An isolated pilot port 82 which serves as a source of isolated pilot pressure, communicates with the orifices 74 and 76 via an internal filter 84 which protects those orifices from fluid contamination.
  • conduit 86 communicates at its right end with the groove area 26 via a hole 88 in the spool 14 and at its left end with the chamber 54 via a third fixed orifice 90 (A3) which is equal to orifice 74 (A 1 ) and orifice 76 (A z ).
  • a force motor 94 Attached to the right end of valve housing 10, as seen in Figure 2, by means of a mounting cap 92 is a force motor 94 having a force motor stem 96 terminating in a planar end 98 which extends toward the right end of the spool 14.
  • the end of the spool 14 which faces the force motor 94 carries a pressed-in nozzle 100 having a planar annular surface 102 disposed opposite and parallel to the planar end 98 of the force motor stem 96.
  • the area between the planar end 98 of the force motor stem 96 and the planar annular surface 102 on the nozzle 100 constitutes a fourth orifice 104 (A4), which, as explained hereinafter, is of variable area.
  • the force motor 94 preferably includes a built-in bias spring to overcome any force built up on the force motor stem 96 due to the pressure at the nozzle 100 opening.
  • Mounting cap 92 is retained in position on the valve housing 10 by clips 106 and bolts 108. At the left end of mounting cap 94 is a flat washer 110 which abuts the centering spring and which limits the travel of the spool 14 in the right-hand direction.
  • the force motor 94 is mounted in the mounting cap 92 by threads 112 and retained for locking purposes by locking ring 114. This arrangement allows external adjustment of the force motor stem 96, which in turn permits external manual adjustment of the variable orifice 104 (A4).
  • the force motor 94 is adjusted so that the variable orifice 104 (A4) equals the fixed orifices 74 (A,), 76 (A 2 ), and 90 (A3) in effective area.
  • the pressures in each of the chambers 54 and 70 is exactly half the pilot supply pressure applied to pilot port 82. Since the pressures in the chambers 54 and 70 are equal to each other, the spool 14 is held stationary, which is called the "null" of the valve.
  • the spool 14 will move only that amount necessary to re-establish the force balance.
  • the spool 14 is held in the newly attained position. If the input to the force motor 94 is later varied, the spool 14 will quickly move to a new position re-establishing the force balance. In particular, if the input to the force motor 94 later ceases, the spool 14 will return to the "null" of the valve. Similarly, lack of controlling pressures in the chambers 54 and 70 caused, for instance, by failure of the pump 52 (if the isolated pilot pressure is derived from the pump 52) will cause the spool 14 to return to its "null" position.
  • control pressure bridge is displayed schematically in Figure 4.
  • the subject invention provides a pilot pressure bridge arrangement in which there are four orifices, only one of which is variable. An automatic feedback is thus developed which provides accurate, continuous control.

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Claims (20)

1. Servovalve de commande d'écoulement comprenant un corps percé de part en part d'une cavité axiale, un tiroir mobile en direction axiale dans cette cavité et capable de prendre une position d'équilibre dans le corps de la valve, une première chambre et une seconde chambre, chacune disposée à une extrémité respective du tiroir, une source de pression pilote reliée à travers un premier orifice et un second orifice égaux en section respectivement à la première chambre et à la seconde chambre d'extrémité, un troisième orifice égal en section aux premier et second orifices, s'étendant entre la cavité axiale et la première chambre, un quatrième orifice de section variable situé entre la cavité axiale et la seconde chambre et un moteur-force dont l'organe d'actionnement axialement mobile est agencé de manière que son mouvement axial fasse varier la section de l'orifice variable, ce qui fait se déplacer axialement le tiroir de commande, lequel prend alors une nouvelle position où l'équilibre est rétabli, cette valve étant caractérisée par le fait que la pression pilote est isolée de la pression de travail de sorte que, lorsque, en fonctionnement, le mouvement de va-et-vient du tiroir (14) dans le corps (10) de la valve est déterminé par la pression pilote isolée qui baigne chaque extrémité du tiroir (14) le fluide de travail vient en contact avec le tiroir (14) seulement dans la région moyenne de la longueur de celui-ci, et que, lorsque le tiroir (14) est écarté d'une position "zéro" dans un sens par la pression pilote, le fluide de travail est autorisé à s'écouler au delà du tiroir (14) pour actionner la charge (42) dans un sens et, lorsque le tiroir (14) est écarté de la position "zéro" dans l'autre sens par la pression pilote, le fluide de travail est autorisé à s'écouler au delà du tiroir (14) pour actionner la charge (42) dans l'autre sens, et en outre par le fait qu'un conduit interne axial (86) continu est prévu sur toute la longueur du tiroir (14) de la valve, des moyens d'ajustement mécanique étant prévus pour amener le tiroir (14) dans sa position "zéro".
2. Servovalve de commande d'écoulement de fluide comprenant:
1°) un corps (10) de valve comportant une cavité (12) de forme générale cylindrique s'étendant de part en part,
2°) une tubulure d'admission (50) pénétrant dans le corps (10) de la valve pour recevoir le fluide de travail émis par une pompe externe (52),
3°) une tubulure de retour (40) pénétrant dans le corps (10) de la valve pour assurer le retour du fluide de travail du corps (10) de la valve vers un réservoir (36),
4°) un tiroir (14) de forme générale cylindrique, dimensionné de manière a être reçu à coulissement dans la cavité (12) du corps de la valve,
5°) une première chambre (54) à une extrémité (ci-après appelée "première extrémité") du tiroir (14), une seconde chambre (70) à l'autre extrémité (ci-après appelée "seconde extrémité") du tiroir (14), ce dernier étant conformé extérieurement pour offrir un premier segment (16) et un second segment (22) cylindriques aux extrémités opposées du tiroir (14) et un troisième segment (18) et un quatrième segment (20) cylindriques espacés axialement entre les premier et second segments (16, 22), chacun des segments (16, 18, 20, 22) faisant saillie radialement du tiroir (14) et étant dimensionnés pour être en contact intime avec le corps (10) de la valve et coulisser dans la cavité (12) de ce dernier,
6°) les segments (16, 18, 20, 22) du tiroir (14) faisant apparaître aux extrémités du tiroir une première gorge (24) et une seconde gorge (26) cylindriques respectivement entre les premier et troisième segments (16, 18) et les quatrième et second segments (20, 22), et au centre du tiroir, une troisième gorge de pression (48) cylindrique située centralement entre les troisième et quatrième segments (18,20),
7°) un premier conduit (38) s'étendant à travers le corps (10) de la valve pour relier à la tubulure de retour (40) les première et seconde gorges (24, 26) situées aux extrémités du tiroir, de manière que le fluide hydraulique de travail se trouvant soit dans la première gorge (24), soit dans la seconde gorge (26) situés aux extrémités du tiroir puisse être renvoyé dans le réservoir (36),
8°) un second conduit (51) s'étendant de la tubulure d'alimentation (50) à la troisième gorge (48) située au centre du tiroir pour délivrer le fluide hydraulique sous pression à l'interieur du corps (10) de la valve,
9°) un troisième conduit (44) et un quatrième conduit (46) reliant respectivement et sélectivement les première et seconde gorges (24, 26) situées aux extrémités du tiroir à une charge (42) et la troisième gorge (48) située au centre du tiroir à cette charge (42) en fonction de la position du tiroir (14) par rapport au corps (10) de la valve,
10°) une douille d'extrémité (92) montée de manière amovible sur le corps (10) de la valve en une position coaxiale par rapport au tiroir (14) de forme générale cylindrique pour former l'extrémité extérieure de la seconde chambre (70) située à la seconde extrémité du tiroir,
11°) un chapeau d'extrémité (56) monté de manière amovible sur le corps (10) de la valve en une position sensiblement coaxiale par rapport au tiroir (14) de forme générale cylindrique pour former l'extrémité extérieure de la première chambre (54),
12°) les troisième et quatrième segments (18, 20) du tiroir (14) étant dimensionnés axialement de manière qu'une position "zéro" puisse s'établir dans laquelle l'écoulement du fluide hydraulique de travail à partir de la gorge centrale (48) de tiroir (14) dans le troisième ou le quatrième conduits (44) ou (46) et l'écoulement de retour du fluide hydraulique de travail vers le réservoir (36) via un conduit (44) ou (46) soient empêchés,
13°) un cinquième conduit le liaison fluidique d'un orifice de pression pilote à la première chambre via un second orifice fixe (74) et un sixième conduit (80) de liaison fluidique de l'orifice de pression pilote à la seconde chambre (70) via un troisième orifice fixe (76), les orifices fixes (90, 74, 76) étant d'égale section,

caractérisé par le fait que:
a) un conduit interne continu (86) est prévu axialement à travers toute la longueur du tiroir (14) de la valve, ce conduit étant agencé pour être en communication fluidique à la première extrémité avec la première chambre (54) et à la seconde extrémité avec la seconde chambre (70),
b) un premier orifice fixe (90) est prévu dans le conduit interne continue (86) du tiroir (14) de la valve dans la région de la première extrémité de celui-ci, qui assure la communication fluidique entre le conduit continu (86) et la première chambre (54),
c) un orifice variable (104) est prévu dans ledit conduit interne continu (86) à la seconde extrémité du tiroir (14) de la valve, cet orifice assurant la communication fluidique entre le conduit interne continu (86) et la seconde chambre (70),
d) une ouverture (88) sensiblement radiale est prévue dans le tiroir de la valve pour relier fluidiquement le conduit interne continu (86) du tiroir (14) au premier conduit (38) traversant le corps (10) de la valve, de manière que le fluide hydraulique se trouvant dans le conduit interne continu (86) du tiroir (14) de la valve puisse retourner dans le réservoir (36) via la tubulure de retour (40) située dans le corps de la valve,
e) des moyens d'adjustement mécanique (62, 64, 66, 68, 72) sobt prévus pour permettre d'amener le tiroir de la valve dans sa position "zéro" et de le maintenir dans cette position lorsque les pressions dans les chambres (54) et (70) sont égales,
f) la source de pression pilote est un orifice isolé (82),
g) des moyens sont prévus modifier la pression pilote pilote isloée dans l'une des chambres, par exemple la chambre (70), par rapport à la pression dans l'autre chambre, par exemple la chambre (54), par variation de la section de l'orifice variable (104) afin d'écarter le tiroir de sa position "zéro" de manière que le fluide hydraulique de travail puisse d'écouler vers la charge dans un sens ou dans l'autre.
3. Servovalve selon la revendication 2, caractérisée par le fait que l'orifice variable (104) est disposé coaxialement par rapport audit conduit interne continu (86).
4. Servovalve selon la revendication 2 ou 3, caractérisée par le fait que des première et seconde gorges (28, 30) cylindriques dans la cavité font radialement saillie vers l'extérieur à partir de ladite cavité cylindrique du corps (10) de la valve et sont respectivement situées aux extrémités axiales du troisième segment cylindrique (18).
5. Servovalve selon la revendication 4, caractérisée par le fait que des troisième et quatrième gorges (32, 34) forées cylindrique- ment dans la cavité font radialement saillie ver l'extérieur à partir de ladite cavité cylindrique du corps (10) de la valve et sont respectivement situées aux extrémités axiales du quatrième segment cylindrique (20).
6. Servovalve selon la revendication 5, caractérisée par le fait que, dans la position "zéro" du tiroir (14) de la valve, le passage du fluide hydraulique de travail de la gorge centrale (48) du tiroir (14) vers la seconde gorve (30) ou la troisième gorge (32), de la cavité faisant radialement saillie dans le corps de la valve, est empêché, les gorges de retour (28 et 34) de la cavité étant également fermées.
7. Servovalve selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisée par le fait que les moyens d'ajustement mécanique comprennent un piston (62) pouvant se déplacer en translation dans le chapeau d'extrémité (56), ce piston étant coaxialement aligné avec le tiroir (14) et agencé pour s'étendre au voisinage de la première chambre (54).
8. Sérvôvalve séÎon lâ revéndication 7, caractérisée par le fait qu'un premier ressort de compression (72) est monté dans la seconde chambre (70) pour tendre à écarter le tiroir (14) de sa position "zéro", un moteur-force (94) électromagnétique est coaxialement monté dans la douille d'extrémité (92) et possède une tige (96) de forme générale cylindrique pouvant être animée à volonté d'un mouvement de va-et-vient dans le moteur-force et offrant une surface d'extrémité plane (98), et qu'un second ressort de compression (68) est monté dans la première chambre (54) et s'étend coaxialement par rapport au tiroir à la première extrémité de ce dernier entre une face du piston (62) et l'extrémité du tiroir (14), ce second ressort (68) pouvant être actionné pour pousser le tiroir (14) dans un sens opposé à la poussée du premier ressort (72).
9. Servovalve selon la revendication 8, caractérisée par le fait que les moyens d'ajustement mécanique (64, 66) sont reliés au chapeau d'extrémité (56) et viennent en aboutement contre l'autre face du piston (62) pour déplacer en translation à volonté le piston (62), faire réagir mécaniquement le second ressort (68) à l'encontre du premier ressort (72) et amener mécaniquement le tiroir (14) dans sa position "zéro" à l'intérieur de la cavité cylindrique (12) du corps (10) de la valve, de sorte que le fluide hydraulique de travail soit empêché de s'écouler de la troisième gorge centrale (48) du tiroir vers soit la seconde gorge (30), soit la troisième gorge (32) de la cavité, de la première gorge (28) de la cavité vers la première gorge (24) du tiroir et de la quatrième gorge (34) de la cavité vers la seconde gorge (26) du tiroir.
EP19780300136 1977-07-13 1978-07-10 Servo valve Expired EP0000445B1 (fr)

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US81546777A 1977-07-13 1977-07-13
US815467 1977-07-13

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EP0000445A1 EP0000445A1 (fr) 1979-01-24
EP0000445B1 true EP0000445B1 (fr) 1982-11-24

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