EP0113621B1 - Asservissement électro-mécanique d'une valve à tiroir - Google Patents

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EP0113621B1
EP0113621B1 EP83402419A EP83402419A EP0113621B1 EP 0113621 B1 EP0113621 B1 EP 0113621B1 EP 83402419 A EP83402419 A EP 83402419A EP 83402419 A EP83402419 A EP 83402419A EP 0113621 B1 EP0113621 B1 EP 0113621B1
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EP
European Patent Office
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servo
receiver
hydraulic
rod
valve
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EP83402419A
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German (de)
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EP0113621A1 (fr
Inventor
Claude Bouveret
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Compagnie Parisienne dOutillage a Air Comprime SA
Original Assignee
Compagnie Parisienne dOutillage a Air Comprime SA
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Publication date
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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
    • F15B9/00—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member
    • F15B9/02—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member with servomotors of the reciprocatable or oscillatable type
    • F15B9/08—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member with servomotors of the reciprocatable or oscillatable type controlled by valves affecting the fluid feed or the fluid outlet of the servomotor
    • F15B9/09—Servomotors with follow-up action, e.g. obtained by feed-back control, i.e. in which the position of the actuated member conforms with that of the controlling member with servomotors of the reciprocatable or oscillatable type controlled by valves affecting the fluid feed or the fluid outlet of the servomotor with electrical control means

Definitions

  • the present invention relates to a servo hydraulic servo-valve intended to transmit a positioning order of the mobile part of a hydraulic receiver and to verify the proper execution of this order, comprising a hydraulic distribution slide whose displacement in translation causes linking the receiver with a hydraulic pressure source and an exhaust, said hydraulic distribution slide being integral with a rod that is free in translation along its axis and rotated by an electric motor executing angle rotations proportional to l amplitude of movement that the mobile part of the receiver must perform, the rod being provided with a threaded portion engaging in a fixed nut in translation along the axis of the rod.
  • the hydraulic receiver is a jack which is mechanically secured to the servo valve and the nut is secured to a threaded rod which is rotated by the displacement of the piston of the jack.
  • Such a servo valve has several drawbacks.
  • the servo-valve according to the invention making it possible to avoid these drawbacks is characterized in that said nut is integral with the shaft of a second electric motor controlled by a detector producing a signal which is a function of the movement of the mobile part of the receiver so that said second motor performs a rotation in the opposite direction to the rotation of the first motor, and by an angle proportional to the amplitude of the movement actually effected by the receiver in execution of the command ordered.
  • the hydraulic servo-valve according to the invention is simple, reliable, and can be used in any type of installation.
  • the servo valve is connected by two outputs P and R to a high pressure source and to an exhaust. It has two outputs U 1 and U 2 connected to compartments 3 and 4 located on either side of the piston 5 of the jack 2.
  • the servo-valve comprises a first motor 11 receiving a control command from a control circuit 12, and a second motor 51, the amplitude of rotation of which is controlled by a detector 52 of displacement of the piston in response to the order transmitted by the servo valve.
  • Figure 2 shows the servo valve in a preferred embodiment.
  • the drawer 24A is integral in translation with a rod 25 thanks to a spring 26 resting on the flange 21 by means of a support plate 29 and on a step of the internal part of said drawer 24A and which maintains the drawer 24A pressed against a stop 27 fixed on the rod 25.
  • the rod 25 is susceptible to rotational and translational movements.
  • a ball stop 28 is placed between the stop 27 and the slide 24a.
  • the rod turns inside the drawer and the flange 21 which it crosses by a tight seal 30.
  • the rod is rotated by a motor 11, preferably a stepping motor.
  • the rod 25 has a threaded end 31 which engages in a nut 32.
  • the threading may have a different pitch depending on the desired opening law of the drawer 24a relative to the fur 24B.
  • the nut 32 is integral with the axis 34 of the motor 51, thanks to a pin 35.
  • the nut 32 is fixed in translation but mobile in rotation. Its maintenance inside the central body is ensured by ball bearings 36.
  • the operation of the servo-valve is as follows: an order to move the actuator by a given stroke value produced by the control circuit is transmitted to the motor 11 which rotates by a determined angle, proportional to the stroke.
  • the rod 25 rotates and, screwing into the nut 32, moves in translation which produces an identical translation of the drawer 24A.
  • This displacement is detected by the circuit detector 52 which produces a signal to start the motor 51 which rotates in the same direction as the motor 11, and of amplitude proportional to the observed displacement of the piston 5 of the jack 2.
  • the nut 32 rotates, which produces a displacement of the rod 25 towards its initial position.
  • the distribution slide 24a follows this movement and closes the fluid distribution orifices.
  • the servo valve has therefore fulfilled its role of order transmission and verification of its proper execution.
  • the rotations are determined by the number of steps produced by the control circuit 12 for the motor 11 and by the detector circuit 52 for the motor 51.
  • the enslavement can be done with extreme precision.
  • stepper motors controlled differently for example one at 400 steps per revolution, the other at 800 steps per revolution
  • an encoder having an appropriate definition so as to achieve the desired precision
  • a hydraulic motor can also be controlled in position.
  • the detector 52 can obviously be provided with means for modulating the frequency of the pulses delivered to the control motor 51 which has the effect of adjusting the speed and acceleration of the jack (or of the hydraulic receiver) according to the desired laws.
  • the position reached is always the one commanded, but we can get there with a speed law and an acceleration law that we can choose.
  • Stepper motors can, as an alternative embodiment, be replaced by DC motors associated with an encoder.
  • the reference 40 designates a part linked to the rod and provided with ramps 40A and 40B cooperating with a probe 41.

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Description

  • La présente invention est relative à une servo-valve hydraulique asservie destinée à transmettre un ordre de positionnement de la partie mobile d'un récepteur hydraulique et à vérifier la bonne exécution de cet ordre, comprenant un tiroir de distribution hydraulique dont le déplacement en translation provoque la mise en relation du récepteur avec une source de pression hydraulique et un échappement, ledit tiroir de distribution hydraulique étant solidaire d'une tige libre en translation selon son axe et mise en rotation par un moteur électrique exécutant des rotations d'angle proportionnel à l'amplitude du mouvement que la partie mobile du récepteur doit effectuer, la tige étant munie d'une portion filetée s'engageant dans un écrou fixe en translation selon l'axe de la tige.
  • Une telle servo-valve est décrite dans la revue allemande VDI-Nachrichten vol. 30, n° 25, Juin 1976 pages 16-17, figure 4.
  • Dans la servo-valve connue le récepteur hydraulique est un vérin qui est solidaire mécaniquement de la servo-valve et l'écrou est solidaire d'une tige filetée qui est entraînée en rotation par le déplacement du piston du vérin.
  • Une telle servo-valve présente plusieurs inconvénients.
  • Il est difficile d'adapter une telle servo-valve sur une installation déjà existante qui possède déjà ses propres récepteurs hydrauliques.
  • De plus étant donné qu'elles sont solidaires des récepteurs hydrauliques qu'elles pilotent, elles sont encombrantes et posent des problèmes délicats de tolérance tant pour l'alignement des axes de la servo-valve et du récepteur que pour les jeux des diverses pièces mobiles.
  • Enfin lorsque le récepteur hydraulique rencontre une forte résistance il n'est pas possible de régler le rattrapage pour limiter les accoups (réglage de la stabilité).
  • La servo-valve selon l'invention permettant d'éviter ces inconvénients est caractérisée par le fait que ledit écrou est solidaire de l'arbre d'un second moteur électrique commandé par un détecteur élaborant un signal fonction du déplacement de la partie mobile du récepteur de façon à ce que ledit second moteur exécute une rotation dans le sens inverse de la rotation du premier moteur, et d'un angle proportionnel à l'amplitude du mouvement effectué effectivement par le récepteur en exécution de l'ordre commandé.
  • La servo-valve hydraulique selon l'invention est à rebouclage simple, fiable et peut être utilisée dans tout type d'installation.
  • Dans cette servo-valve hydraulique dont le bon fonctionnement être vérifié sans que la valve soit reliée à la source de fluide hydraulique sous pression.
  • L'invention sera bien comprise par la description donnée ci-après d'un mode préféré de réalisation de l'invention, en référence au dessin dans lequel:
    • - la figure 1 est une vue générale schématique d'une initallation hydraulique pilotée par une servo-valve selon l'invention
    • - la figure 2 est une vue en coupe partielle d'une servo-valve selon un mode préféré de réalisation de l'invention. Dans la figure 1, la référence 1 désigne une servo-valve selon l'invention, destinée diloter un vérin 2.
  • La servo-valve est reliée par deux sorties P et R à une source de haute pression et à un échappement. Elle possède deux sorties U1 et U2 reliées aux compartiments 3 et 4 situés de part et d'autre du piston 5 du vérin 2.
  • La servo-valve comprend un premier moteur 11 recevant un ordre de commande d'un circuit de commande 12, et un second moteur 51, dont l'amplitude de la rotation est commandée par un détecteur 52 de déplacement du piston en réponse à l'ordre transmis par la servo-valve.
  • La figure 2 montre la servo-valve dans un mode préféré d'exécution.
  • Elle comprend un corps central de révolution creux 20, terminé par deux flasques 21 et 22. A l'intérieur du corpé central est insérée une fourrure 24B à l'intérieur de laquelle se déplace en translation un tiroir de distribution 24A, de type connu. Le déplacement du tiroir 24A permet d'ouvrir ou de fermer des conduits reliant l'intérieur du corps central au sorties R, U1, P et U2.
  • Le tiroir 24A est solidaire en translation d'une tige 25 grâce à un ressort 26 s'appuyant sur le flasque 21 par l'intermédiaire d'une plaque d'appui 29 et sur un redan de la partie interne dudit tiroir 24A et qui maintient le tiroir 24A plaqué contre une butée 27 fixée sur la tige 25.
  • La tige 25 est susceptible de mouvements de rotation et de translation. Une butée à billes 28 est placée entre la butée 27 et le tiroir 24a. La tige tourne à l'intérieur du tiroir et du flasque 21 qu'elle traverse par un joint étanche 30.
  • La tige est entraînée en rotation par un moteur 11, de préférence un moteur pas à pas.
  • La tige 25 possède une extrémité filetée 31 qui s'engage dans un écrou 32. Le filetage peut avoir un pas différent selon la loi d'ouverture désirée du tiroir 24a par rapport à la fourrure 24B.
  • L'écrou 32 est solidaire de l'axe 34 du moteur 51, grâce à une goupille 35.
  • L'écrou 32 est fixe en translation mais mobile en rotation. Son maintien à l'intérieur du corps central est assuré par des roulements à bille 36.
  • Le fonctionnement de la servo-valve est le suivant: un ordre de déplacement du vérin d'une valeur de course donnée élaboré par le circuit de commande est transmis au moteur 11 qui effectue une rotation d'un angle déterminé, proportionnel à la course.
  • La tige 25 tourne et, se vissant dans l'écrou 32, se déplace en translation ce qui produit une translation identique du tiroir 24A.
  • L'admission du fluide hydraulique provoque le déplacement du vérin.
  • Ce déplacement est détecté par le circuit détecteur 52 qui élabore un signal de mise en marche du moteur 51 qui effectue une rotation dans le même sens que le moteur 11, et d'amplitude proportionnelle au déplacement constaté du piston 5 du vérin 2.
  • L'écrou 32 tourne, ce qui produit un déplacement de la tige 25 vers sa position initiale.
  • Le tiroir de distribution 24a suit ce déplacement et referme les orifices de distribution de fluide.
  • La servo-valve à donc bien rempli son rôle de transmission d'ordre et de vérification de sa bonne exécution.
  • Dans le cas où les moteurs 11 et 51 sont des moteurs pas à pas les rotations sont déterminées par le nombre de pas élaborés par le circuit de commande 12 pour le moteur 11 et par le circuit détecteur 52 pour le moteur 51.
  • On voit que l'asservissement peut être fait avec une extrême précision. Par exemple, si les moteurs 11 et 51 sont identiques, du type pas à pas et codés à 400 pas par tour, et si le détecteur est du type à vis de recopie au pas de 10 mm, associe a un circuit codeur envoyant des impulsions de mise en marche du moteur 51 à une cadence correspondant à 400 impulsions par tour de vis de recopie, la position du vérin pourra être définie à 10: 400 = 0,025 mm.
  • Si on double la définition du circuit codeur (800 pas par tour de vis de recopie), on atteindra une précision de 0,012 mm.
  • On peut choisir des moteurs pas à pas pilotés de manière différente (par exemple l'un à 400 pas par tour, l'autre à 800 pas par tour) et un codeur ayant une définition appropriée de manière à atteindre la précision désirée.
  • L'exemple qui vient d'être donné relatif à l'asservissement de la position d'une tige de vérin n'est pas le seul cas d'application de la servo-valve de l'invention.
  • On peut également asservir en position un moteur hydraulique.
  • Le détecteur 52 peut bien évidement être muni de moyens pour moduler la fréquence des impulsions délivrées au moteur de commande 51 ce qui a pour effet de régler la vitesse et l'accélération du vérin (ou du récepteur hydraulique) selon les lois désirées.
  • La position atteinte est toujours celle commandée mais on peut y arriver avec une loi de vitesse et une loi d'accélération que l'on peut choisir.
  • Les moteurs pas à pas peuvent, en variante de réalisation être remplacés par des moteurs à courant continu associés à un codeur.
  • Dans la figure 2, la référence 40 désigne une pièce liée à la tige et munie de rampes 40A et 40B coopérant avec un palpeur 41.
  • On peut ainsi, par la simple mise en marche de l'un des moteurs 11 et 51, vérifier le bon coulissement du tiroir de distribution 24A, sans qu'il soit nécessaire de connecter la servo-valve l'à la pression hydraulique.

Claims (3)

1/ Servo-valve hydraulique (1) asservie destinée à transmettre un ordre de positionnement de la partie mobile (5) d'un récepteur hydraulique (2) et à vérifier la bonne exécution de cet ordre, comprenant un tiroir de distribution hydraulique (24A) dont le déplacement en translation provoque la mise en relation du récepteur (2) avec une source de pression hydraulique et un échappement, ledit tiroir de distribution hydraulique (24A) étant solidaire d'une tige (25) libre en translation selon son axe et mise en rotation par un moteur électrique (11) exécutant des rotations d'angle proportionnel à l'amplitude du mouvement que la partie mobile (5) du récepteur (2) doit effectuer, la tige (25) étant munie d'une portion filetée (31) s' engageant dans un écrou (32) fixe en translation selon l'axe de la tige (25), caractérisé en ce que ledit écrou (32) est solidaire de l'arbre d'un second moteur électrique (51) commandé par un détecteur (52) élaborant un signal fonction du déplacement de la partie mobile (5) du récepteur (2) de façon à ce que ledit second moteur (51) exécute une rotation dans le sens inverse de la rotation du premier moteur (11), et d'un angle proportionnel à l'amplitude du mouvement effectué effectivement par le récepteur (2) en exécution de l'ordre commandé.
2/ Servo-valve selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moteurs (11, 51) sont choisis parmi les moteurs pas à pas, les moteurs- couples.
3/ Servo-valve selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce quel a tige (25) est munie d'une pièce (40) portant des rampes et coopérant avec un palpeur (41), permettant de vérifier le fonctionnement de la servo-valve (1) même en l'absence de pression hydraulique.
EP83402419A 1982-12-15 1983-12-14 Asservissement électro-mécanique d'une valve à tiroir Expired EP0113621B1 (fr)

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FR8221014 1982-12-15

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EP0113621A1 EP0113621A1 (fr) 1984-07-18
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Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ENERGIE FLUIDE, vol. 21, no. 9, décembre 1982, Paris (FR) C. BOUVERET: "Une nouvelle génération de composants électro-hydrauliques", pages 20-31. *
V.D.I.-NACHRICHTEN, vol. 30, juin 1976, Düsseldorf (DE) "Geregelter Hydroverstärker", page 16. *

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