EP0092480A1 - Servo-moteur hydraulique - Google Patents

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EP0092480A1 EP83400756A EP83400756A EP0092480A1 EP 0092480 A1 EP0092480 A1 EP 0092480A1 EP 83400756 A EP83400756 A EP 83400756A EP 83400756 A EP83400756 A EP 83400756A EP 0092480 A1 EP0092480 A1 EP 0092480A1
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    • 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
    • F15B7/00—Systems in which the movement produced is definitely related to the output of a volumetric pump; Telemotors
    • F15B7/005—With rotary or crank input
    • F15B7/006—Rotary pump input
    • 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
    • F15B11/00—Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor
    • F15B11/08—Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor with only one servomotor
    • F15B11/12—Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor with only one servomotor providing distinct intermediate positions; with step-by-step action
    • F15B11/121—Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor with only one servomotor providing distinct intermediate positions; with step-by-step action providing distinct intermediate positions
    • F15B11/126—Servomotor systems without provision for follow-up action; Circuits therefor with only one servomotor providing distinct intermediate positions; with step-by-step action providing distinct intermediate positions by means of actuators of the standard type with special circuit controlling means

Definitions

  • the invention relates to a hydraulic servo motor with displacement by direct transfer of the liquid.
  • the present invention relates to a hydraulic servo motor comprising a jack intended to be connected by its rod to a movable member to be moved and to be positioned precisely, this jack being completely filled with liquid, servo -motor characterized in that the displacement of the piston is carried out by direct transfer of the liquid from one chamber to the other of the jack by at least one electric pump with vibrator supplied from an alternating current source and in that a so-called safety solenoid valve, open at rest is connected to communicate the two chambers of the jack.
  • the jack is a double-acting jack with a double rod.
  • a spring is arranged between the cylinder and the piston of the jack, in order to constantly tend to bring the piston towards one end of the cylinder.
  • a solenoid valve called reversing the direction of movement is connected to put the two chambers in communication. cylinder.
  • the object of the present invention is to produce a hydraulic servo-motor which provides direct servo-control of orders coming from a process computer without analog conversion, nor ancillary devices, without requiring a network of pressurized liquid and the consumption of which in electrical energy is low and limited in time to the duration of the servo motor control pulses.
  • the servo motor according to the invention is of great movement or positioning precision, while the speed of movement or the power is easily adaptable.
  • the reversal of the direction of movement is instantaneous, without dead zone, and therefore ensures the proportionality of the effect obtained with respect to the control order.
  • This servo motor is also compact, low in weight and cost, as well as highly reliable.
  • the servo motor according to the invention will apply to the precise or powerful displacement or positioning of any controlled member, such as control valves, tools of machine tools, etc.
  • the servo motor comprises a double-acting cylinder 1 and double rod, the piston 2 being provided with two rods 31, 3 2 of the same sec- which are intended to be connected to the organ to be enslaved.
  • the chambers 1 1 and 1 2 delimited by the piston 2 are of the same section so as to obtain an identical displacement of the piston 2 in one direction or another for the same volume of fluid introduced through the end orifices 4 1 , 4 2 of the cylinder 1.
  • the vibrator pump 6, as well as the solenoid valve 8 are supplied from the AC voltage U of the sector by means of reversing relays 9 1 , 9 2 themselves controlled by the time pulses coming from a computer.
  • the solenoid valve 7 which is open when it is not energized, is supplied directly by the voltage U of the mains or other network and is therefore normally closed.
  • the vibrator pump 6 When the computer supplies a control pulse C + to relay 9 1 , the vibrator pump 6 is energized, the vibrations of this pump being established for the duration of the control pulse C + and at a frequency corresponding to the frequency of the mains voltage.
  • the spring 11 disposed in the chamber 1 1 1 of the cylinder and acting on the piston 2, moves the piston in the opposite direction of the arrow F at a controlled rate by the section of the calibrated orifice 10.
  • the solenoid valve 8 has been replaced by a second vibrator pump 12 which is in head-to-tail position relative to the pump 6.
  • one of the two pumps 6 or 12 is supplied by the mains voltage U via the relays 9 1 or 9 2 , depending on the control pulse C + or C-coming from the computer.
  • the circuit 5 comprises four solenoid valves 7 1 , 7 2 , 8 1 , 8 2 which are closed when they are not energized, that is to say when they are at rest.
  • the diagonal of the bridge is formed by the vibrator pump 6, and the chambers 1 1 and 1 2 of the jack are isolated, the piston 2 being stationary.
  • the vibrator pump sends the liquid to the chamber 1 2 of the jack by the following circuit, chamber 1 1 , port 4 2 , solenoid valve 8 1 , pump 6, solenoid valve 7 2 which being supplied is open and port 4 1
  • the fluid circuit is supplied by a reservoir 13 and the actuator cylinder 14 is a ram single-acting, the piston 15 comprises a single control rod 15 1.
  • This jack comprises a single compression chamber 16 delimited by the piston 15,. while a spring 17 acts on this piston 15 to ensure either one of the directions of control of the rod 15 1 by tensioning and therefore opening of the solenoid valve 8, or the return of this rod 15 1 towards the safety position when the solenoid valve 7 is cut off.

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Abstract

a) Servo-moteur hydraulique comprenant un vérin (1, 14) destiné à être relié par sa tige (31, 32, 151) à un organe mobile à déplacer et à positionner avec précision, ce vérin étant complètement repli de liquide; b) servo-moteur caractérisé en ce que le déplacement du piston (2) est réalisé par le transfert direct du liquide d'une chambre à l'autre du vérin par au moins une pompe électrique à vibreur (6) alimentée à partir d'une source de courant alternatif et en ce qu'une électrovanne (7) dite de sécurité ouverte au repos, est raccordée pour mettre en commutation les deux chambres du vérin; c)l'invention concerne les servo-moteurs hydrauliques.

Description

  • L'invention concerne un servo-moteur hydraulique, avec déplacement par transfert direct du liquide.
  • L'évolution de l'informatique a permis le développement de systèmes numériques adaptés à la conduite de procédés industriels et qui sont capables de prendre en charge un nombre important de boucles de régulation analogiques, pour piloter des unités de productions industrielles du genre chaudière, unités chimiques ou pétrolières, machines à papier, cimenteries, etc...
  • Ceci en remplacement des boucles de régulation classiques, avec une meilleure optimisation, mais avec l'obligation de conversion numérique/analogique pour le positionnement des vannes de régulation modulantes, ces vannes étant actionnées par servo-moteur pneumatique, elles imposent une nouvelle conversion électro/pneumatique.
  • Vis-à-vis de ces dispositifs connus, la présente invention concerne un servo-moteur hydraulique comprenant un vérin destiné à être relié par sa tige à un organe mobile à déplacer et à positionner avec précision, ce vérin étant complètement rempli de liquide, servo-moteur caractérisé en ce que le déplacement du piston est réalisé par transfert direct du liquide d'une chambre à l'autre du vérin par au moins une pompe électrique à vibreur alimentée à partir d'une source de courant alternatif et en ce qu'une électrovanne dite de sécurité, ouverte au repos est raccordée pour mettre en communication les deux chambres du vérin.
  • Suivant une autre caractéristique de l'invention, le vérin est un vérin à double effet et à double tige.
  • Suivant une autre caractéristique de l'invention, un ressort est disposé entre le cylindre et le piston du vérin, afin de tendre constamment à ramener le piston vers une extrémité du cylindre.
  • Suivant une autre caractéristique de l'invention, une électrovanne dite d'inversion du sens de déplacement est raccordée pour mettre en communication les deux chambres du . vérin.
  • L'invention est représentée, à titre d'exemple non limitatif, sur les dessins ci-joints, dans lesquels :
    • - la figure 1 représente, de manière schématique, un servo-moteur conforme à l'invention pourvu d'une seule pompe vibrante et d'un vérin à double effet et à double tige ;
    • - la figure 2 est une variante de la figure 1, le servo-moteur comportant deux pompes à vibreur
    • - la figure 3 représente un servo-moteur comportant un circuit d'alimentation en pont fermé ;
    • - la figure 4 représente un servo-moteur comportant un vérin à simple effet.
  • La présente invention a pour but la réalisation d'un servo-moteur hydraulique qui assure un asservissement direct aux ordres venant d'un calculateur de procédé sans conversion analogique, ni appareils annexes, sans nécessiter un réseau de liquide sous pression et dont la consommation en énergie électrique est faible et limitée dans le temps à la durée des impulsions de commande du servo-moteur.
  • En outre, le servo-moteur conforme à l'invention est d'une grande précision de déplacement ou de positionnement, tandis que la vitesse de déplacement ou la puissance est aisément adaptable.
  • Egalement, l'inversion du sens de déplacement est instantanée, sans zone morte, et assure donc la proportionnalité de l'effet obtenu par rapport à l'ordre de commande.
  • En outre, le déplacement obtenu est parfaitement linéaire, tandis que le couple de poussée disponible est très important.
  • Ce servo-moteur est également d'un encombrement, d'un poids et d'un coût réduits, ainsi que d'une grande fiabilité.
  • Le servo-moteur conforme à l'invention s'appliquera au déplacement ou au positionnement précis et puissant de tout organe commandé, tel que des vannes de régulation, des outils de machines-outils etc..
  • Suivant l'exemple de réalisation de la figure 1, le servo-moteur comprend un vérin 1 à double effet et double tige, le piston 2 étant pourvu de deux tiges 31, 32 de même sec- qui sont destinées à être reliées à l'organe à asservir.
  • Du fait des sections identiques des tiges 31 et 32, les chambres 11 et 12 délimitées par le piston 2 sont de même section de façon à obtenir un déplacement identique du piston 2 dans un sens ou dans un autre pour un même volume de fluide introduit par les orifices d'extrémité 41, 42 du cylindre 1.
  • Ces orifices 41, 42 sont reliés par les conduits 5 d'un circuit hydraulique qui comprend en parallèle une pompe à vibreur 6, une électrovanne 7 à position ouverte hors tension et une électrovanne 8 à position fermée hors tension.
  • La pompe à vibreur 6, ainsi que l'électrovanne 8 sont alimentées à partir de la tension alternative U du secteur par l'intermédiaire de relais inverseur 91, 92 eux-mêmes commandés par les impulsions de temps provenant d'un calculateur.
  • Par contre, l'électrovanne 7 qui est ouverte lorsqu'elle n'est pas sous tension, est alimentée directement par la tension U du secteur ou autre réseau et est donc normalement fermée.
  • Le fonctionnement de ce servo-moteur est le suivant :
    • Au repos, la pompe à vibreur 6 et l'électrovanne 8 ne sont pas alimentées si bien que la pompe 6 ne débite pas dans le circuit 5, tandis que l'électrovanne 8 est fermée.
  • De même, l'électrovanne 7 étant sous tension, elle est également fermée.
  • Lorsque le calculateur fournit une impulsion de commande C+ au relais 91, la pompe à vibreur 6 est mise sous tension, les vibrations de cette pompe s'établissant pendant la durée de l'impulsion de commande C+ et à une fréquence correspondant à la fréquence de la tension secteur.
  • Le volume déplacé à chaque cycle de la pompe étant rigoureusement constant, on obtient ainsi un déplacement du piston 2 du cylindre qui est rigoureusement proportionnel à la durée de l'impulsion de commande C+.
  • Par contre, lorsque le relais 92 est excité par l'impulsion de commande C-, dans ce cas, la pompe 6 n'est plus alimentée mais l'électrovanne 8 est mise sous tension de façon à relier les deux orifices 41, 42 par l'intermédiaire d'un orifice calibré 10 constituant un limiteur de débit.
  • Dans ce cas, le ressort 11, disposé dans la chambre 11 du cylindre 1 et agissant sur le piston 2, déplace ce piston dans le sens contraire de la flèche F à une vitesse réglée par la section de l'orifice calibré 10.
  • Pour ce sens de déplacement du piston 2, on obtient donc également un déplacement linéaire rigoureusement proportionnel à la durée de l'impulsion C-, l'inversion du sens de déplacement se faisant en outre sans inertie et sans temps mort, du fàit de la mise sous tension immédiate soit de la pompe à vibreur 6, soit de l'électrovanne 8.
  • En outre, cet asservissement précis du piston 2 du vérin est assuré avec une consommation d'énergie minimum qui n'intervient que pendant les temps de commande de la pompe 6 ou de l'électrovanne 8, la position du piston étant maintenue en dehors de cette période de commande du fait de l'incompressibilité du liquide.
  • Lorsqu'il se produit une coupure de l'alimentation de la tension secteur U, l'alimentation de l'électrovanne 7 est interrompue et elle s'ouvre, ce qui a pour effet de mettre en communication les orifices 41 et 42 de façon que le ressort 11 déplace le piston 2 dans le sens contraire de la flèche F jusqu'à l'extrémité du cylindre 1, ce qui correspond à une position de sécurité de l'organe commandé.
  • Dans l'exemple de réalisation de la figure 2, l'électrovanne 8 a été remplacée par une seconde pompe à vibreur 12 qui est en position tête-bêche par rapport à la pompe 6.
  • Dans ce cas, l'une des deux pompes 6 ou 12 est alimentée par la tension secteur U par l'intermédiaire des relais 91 ou 92, en fonction de l'impulsion de commance C+ ou C-provenant du calculateur.
  • On obtient donc le même résultat que dans le cas de la figure 1 chacun des sens de déplacement du piston 2 étant obtenu par l'une des deux ppmpes 6 ou 12.
  • Dans le cas de la figure 3, le circuit 5 comporte quatre électrovannes 71, 72, 81, 82 qui sont fermées lorsqu'elles ne sont pas mises sous tension, c'est-à-dire lorsqu'elles sont au repos.
  • Dans ce cas, et comme représenté sur cette figure 3, la diagonale du pont est constituée par la pompe à vibreur 6, et les chambres 11 et 12 du vérin sont isolées, le piston 2 étant immobile.
  • Lorsque le calculateur amène sur le relais 91 une impulsion destinée à produire un déplacement du piston 2 dans le sens de la flèche F, ce relais met sous tension les électrovannes en diagonale 81 et 72 qui s'ouvrent et la pompe à vibreur 6.
  • Dans ce cas, la pompe à vibreur envoie le liquide dans la chambre 12 du vérin par le circuit suivant, chambre 11, orifice 42, électrovanne 81, pompe 6, électrovanne 72 qui étant alimentée est ouverte et orifice 41
  • Lorsque le calculateur envoie au relais 92 une impulsion demandant le mouvement inverse, le circuit s'établit par l'électrovanne 82, la pompe 6 et l'électrovanne 71 qui est ouverte.
  • Dans l'exemple de réalisation de la figure 4, le circuit de fluide est alimenté par un réservoir 13 et le vérin du servo-moteur est un vérin 14 à simple effet dont le piston 15 comporte une seule tige de commande 151.
  • Ce vérin comporte une seule chambre de compression 16 délimitée par le piston 15,. tandis qu'un ressort 17 agit sur ce piston 15 pour assurer soit l'un des sens d'asservissement de la tige 151 par mise sous tension et donc ouverture de l'électrovanne 8, soit le retour de cette tige 151 vers la position de sécurité lors de la coupure de l'alimentation de l'électrovanne 7.
  • Le fonctionnement de ce mode de réalisation est donc identique à celui de la figure 1.

Claims (7)

1°) Servo-moteur hydraulique comprenant un vérin (1, 14) destiné à être relié par sa tige (31, 32, 151) à un organe mobile à déplacer et à positionner avec précision, ce vérin étant complètement rempli de liquide, servo-moteur caractérisé en ce que le déplacement du piston (2) est réalisé par le transfert direct du liquide d'une chambre à l'autre du vérin par au moins une pompe électrique à vibreur (6) alimentée à partir d'une source de courant alternatif et en ce qu'une électrovanne (7) dite de sécurité ouverte au repos, est raccordée pour mettre en communication les deux chambres du vérin.
2°) Servo-moteur conforme à la revendication 1, caractérisé en ce 'que le vérin (1) est un vérin à double effet et à double tige.
3°) Servo-moteur conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un ressort (11, 17) est disposé entre le cylindre et le piston (2) du vérin afin de tendre constamment à ramener le piston (2) vers une extrémité du cylindre.
4°) Servo-moteur conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une électrovanne (8) dite d'inversion du sens de déplacement est branchée entre le vérin (1) et la pompe à vibreur (6), cette électrovanne étant fermée au repos.
5°) Servo-moteur conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte deux pompes à vibreur (6, 12) disposées tête-bêche.
6°) Servo-moteur conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'électrovanne (8) d'inversion est disposée en série avec un orifice de fuite (10) à diamètre calibré.
7°) Servo-moteur conforme à l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte quatre électrovannes (71, 72Y 81, 82) branchées en pont ferme dont la diagonale est occupée par la pompe électrique à vibreur (6), ces électrovannes étant alimentées en diagonale, le piston du vérin étant immobilisé lorsqu'aucune des électrovannes n'est mise sous tension.
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