EP1548287B1

EP1548287B1 - Dispositif de commande en position d'un actionneur hydraulique et plaque interface de servovalve mettant en oeuvre un tel dispositif

Info

Publication number: EP1548287B1
Application number: EP04292928A
Authority: EP
Inventors: Daniel Charles-Bernaud; Philippe Grelat; Franck Pollet
Original assignee: Nexter Systems SA
Current assignee: Nexter Systems SA
Priority date: 2003-12-23
Filing date: 2004-12-09
Publication date: 2009-04-08
Anticipated expiration: 2024-12-09
Also published as: ATE428056T1; ES2325395T3; PL1548287T3; US20050132876A1; FR2864178A1; DE602004020440D1; EP1548287A1; FR2864178B1

Description

Le domaine technique de l'invention est celui des dispositifs permettant la commande en position d'un actionneur hydraulique.
Ces dispositifs comprennent habituellement un circuit hydraulique incorporant une pompe (par exemple à cylindrée variable) qui alimente l'une ou l'autre des deux chambres de l'actionneur par l'intermédiaire d'une servovalve.
On connaît déjà par le brevet US3184920 un dispositif de commande en position d'un actionneur hydraulique. Un tel dispositif comporte un circuit hydraulique comprenant une pompe alimentant à partir d'une bâche les deux chambres de l'actionneur par l'intermédiaire d'une servovalve. Chaque voie de la servovalve étant reliée à une chambre de l'actionneur par l'intermédiaire d'un clapet antiretour et les voies de sortie de la servovalve sont également reliées à la bâche par un gicleur calibré.
Un tel dispositif présente cependant l'inconvénient de nécessiter une réalisation spécifique et coûteuse de chaque élément.
La revue « Der Hydraulik Trainer Band 1 concerne les moteurs hydrauliques et on indique que les fonctions nécessaires dans la chaîne de transmission d'un actionneur hydraulique sont réalisées au moyen de différentes valves set que ces différentes fonctions peuvent être réunies dans une même plaque hydraulique. Aucune alimentation complète en fluide sous pression n'est décrite, ni un circuit de fuite, ni un gicleur calibré, ni clapet anti-retour.
Le brevet US-3763889 décrit un système de distribution hydraulique comportant un ensemble de trois plaques soudées ensemble et réalisant une plaque interface destinée à s'appliquer à une ou plusieurs valves directionnelles à plusieurs voies. Ce brevet ne décrit ni une sortie de bâche de réserve, ni un circuit de fuite.
La servovalve est un composant classique du commerce qui comprend un tiroir mobile par l'action d'un moteur couple. Ce tiroir peut occuper au moins trois positions différentes: une position centrale dans laquelle les circuits sont fermés et deux positions symétriques permettant de relier l'une ou l'autre des chambres de l'actionneur à la pompe hydraulique tandis que l'autre chambre est reliée à une bâche ou réserve hydraulique. Le tiroir peut également occuper, en fonction de la commande donnée par le moteur couple, n'importe quelle position intermédiaire entre la position centrale et l'une ou l'autre des positions extrêmes, chaque position intermédiaire correspondant à un débit de fluide différent délivré par la servovalve.
Une telle servovalve est utilisée d'une façon classique dans les commandes d'actionneurs en boucle fermée, c'est à dire les commandes avec asservissement de position. On peut également utiliser une telle servovalve pour une commande d'actionneur en boucle ouverte c'est à dire sans asservissement de position.
Dans tous les cas, afin d'éviter un maintien de la pompe hydraulique en fonctionnement permanent, on dispose généralement un clapet antiretour piloté entre chaque chambre de l'actionneur et la servovalve. Ainsi la pression qui règne dans chaque chambre de l'actionneur se trouve maintenue indépendamment du niveau de l'alimentation. Ce clapet permet par ailleurs d'améliorer la précision du positionnement de l'actionneur en boucle ouverte. Cependant cette solution présente des inconvénients, aussi bien lors d'un fonctionnement en boucle fermée qu'en boucle ouverte. En effet les sections des chambres de l'actionneur sont différentes (en raison notamment de la présence de la tige du vérin dans une des chambres). Il en résulte un petit à-coup en fin de ralliement qui conduit à une imprécision au niveau du positionnement final de l'actionneur.
Ainsi lorsque l'actionneur est un vérin assurant le pointage d'une arme en site, l'angle de ralliement en site obtenu est erroné par rapport à la consigne donnée et l'arme est mal pointée.
Par ailleurs lors d'un fonctionnement en boucle ouverte on observe une dérive de positionnement de l'actionneur.
L'invention a pour but de pallier de tels inconvénients en proposant un dispositif de commande en position d'un actionneur hydraulique permettant une commande aussi bien en boucle fermée qu'en boucle ouverte tout en assurant la précision du positionnement et la vitesse du ralliement.
L'invention permet également d'assurer ce positionnement avec des composants standards du commerce et peu coûteux.
Ainsi l'invention a pour objet un dispositif de commande en position d'un actionneur hydraulique, dispositif comprenant un circuit hydraulique comprenant une pompe alimentant à partir d'une bâche ou réserve hydraulique les deux chambres de l'actionneur par l'intermédiaire d'une servovalve, chaque voie de sortie de la servovalve étant reliée à une chambre de l'actionneur par l'intermédiaire d'un clapet antiretour, au moins une des voies de sortie de la servovalve qui est raccordée à une chambre de l'actionneur étant également reliée à la bâche hydraulique par un gicleur calibré en amont du clapet antiretour, caractérisé en ce que le dispositif comporte en outre une plaque interface de servovalve comportant au moins quatre perçages transversaux destinés coopérant avec les quatre ouvertures ou connexions hydrauliques (A, B, P, T) de la servovalve, c'est-à-dire une alimentation en fluide sous pression à partir d'une pompe, une sortie vers une bâche de réserve, une première voie de commande d'une première chambre de l'actionneur et une seconde voie de commande d'une seconde chambre de l'actionneur, ladite plaque comportant au moins un circuit de fuite reliant une des voies de commande à la sortie bâche, circuit dans lequel est disposé ledit gicleur calibré.
Selon une caractéristique du dispositif de commande, la plaque comporte deux circuits de fuite comprenant un gicleur calibré, chaque circuit reliant une des voies de commande à la sortie bâche.
Selon une autre caractéristique du dispositif de commande, le ou les circuits de fuite sont réalisés sous 1a forme de trous perpendiculaires les uns aux autres et perpendiculaires aux perçages transversaux correspondants aux différentes voies.
Selon encore une autre caractéristique du dispositif de commande, le débouché de chaque trou à l'extérieur de la plaque est obturé par un bouchon.
Selon encore une autre caractéristique du dispositif de commande, le ou les gicleurs sont réalisés sous la forme de vis comprenant un orifice axial calibré.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre d'un mode particulier de réalisation de l'invention, description faite en référence aux dessins annexés et dans lesquels :

la figure 1 est un schéma hydraulique simplifié d'un dispositif de commande selon l'invention,
la figure 2 est un schéma simplifié de la plaque interface selon l'invention,
les figures 3a, 3b et 3c sont trois vues d'un mode de réalisation d'une plaque interface, les figures 3a et 3b étant des coupes suivant respectivement les plans AA et BB visibles sur la figure 3c.

La figure 1 représente le schéma d'un dispositif 1 de commande en position d'un actionneur hydraulique 2, par exemple un vérin comprenant un piston 2c solidaire d'une tige 2d et délimitant deux chambres 2a et 2b. Le vérin assure le positionnement en site ou en gisement d'un tube d'arme (non représenté). Ce dispositif comprend un circuit hydraulique incorporant une pompe 3 qui alimente les deux chambres 2a, 2b de l'actionneur 2 par l'intermédiaire d'une servovalve 4.
Cette dernière est une servovalve classique du commerce dite à "centre fermé - départ fermé".
Elle comporte quatre connexions notées de façon conventionnelle A, B, P et T. La connexion T est destinée au retour vers la bâche 5, la connexion d'entrée P à l'alimentation en fluide à partir de la pompe 3, les connexions de sortie A et B étant destinées à relier la servovalve 4 aux deux chambres 2a et 2b du vérin 2.
La pompe 3 se trouve ainsi reliée par une canalisation amont 6a à la bâche hydraulique 5 (ou réserve de fluide) et elle débite par une canalisation aval 6b vers la connexion d'entrée P de la servovalve 4.
La servovalve 4 est représentée de façon conventionnelle sur la figure 1 dans sa position fermée (bloc médian 4c dans le circuit) dans laquelle les quatre connexions A, B, P et T sont obturées.
Le tiroir de la servovalve peut occuper au moins deux positions actives extrêmes différentes :

une première (bloc de gauche 4a dans le circuit) dans laquelle la connexion d'entrée P est reliée à la connexion de sortie A tandis que l'autre sortie B est reliée à la bâche 5 via la connexion T,
une seconde (bloc de droite 4b dans le circuit) dans laquelle la connexion d'entrée P est reliée à la connexion de sortie B tandis que l'autre sortie A est reliée à la bâche 5 via la connexion T.

Les déplacements du tiroir de la servovalve sont commandés de façon classique par un moteur couple 4d intégré à la servovalve, moteur couple qui est piloté par une unité de commande électronique 7.
Les positions extrêmes 4a,4b correspondent aux débits maximaux de fluide fournis par la servovalve. Le tiroir peut d'une façon classique occuper des positions intermédiaires entre la position fermée et l'une ou l'autre des deux positions extrêmes. Ces positions intermédiaires correspondent à des débits de fluide différents transmis selon l'une ou l'autre des voies de commande.
Les connexions de sortie A et B de la servovalve 4 sont reliées par des canalisations 8a et 8b aux chambres 2a et 2b du vérin 2 par l'intermédiaire de deux clapets antiretour pilotés 9a, 9b.
Ces clapets sont représentés ici sous la forme d'un seul bloc hydraulique 9 comportant quatre sorties C, D, E et F. Chaque clapet 9a,9b comprend une bille appliquée sur un siège par la pression qui règne du côté de l'actionneur 2. La bille peut être écartée du siège par une pression de commande.
Le clapet 9a est interposé entre les sorties C et E et il relie la chambre 2a de l'actionneur et la connexion A de la servovalve 4. Le clapet 9b est interposé entre les sorties D et F et il relie la chambre 2b de l'actionneur et la connexion B de la servovalve 4. Des liaisons hydrauliques 9c et 9d (représentées en pointillés) assurent la commande des clapets 9b et 9a respectivement.
Ainsi une arrivée de pression en D s'écoule naturellement vers F au travers du clapet 9b et soulève également la bille du clapet 9a autorisant ainsi un passage de fluide de E vers C. Inversement une arrivée de pression en C s'écoule vers E et autorise un passage de fluide de F vers D.
Les clapets 9a et 9b permettent le maintien en position du vérin 2 lorsqu'il est commandé en boucle ouverte ou en boucle fermée.
Conformément à l'invention on dispose au moins un gicleur calibré reliant une des connexions de sortie A ou B de la servovalve 4 et la bâche hydraulique 5.
Dans le mode de réalisation représenté à la figure 1 on prévoit deux gicleurs 10a et 10b.
Un premier gicleur 10a est relié par une canalisation 11a à la canalisation 8a et il dérive vers la bâche 5 une partie du fluide circulant dans celle ci.
Un deuxième gicleur 10b est relié par une canalisation 11b à la canalisation 8b et il dérive vers la bâche 5 une partie du fluide circulant dans celle ci.
Les gicleurs seront constitués par des ajutages de calibres bien définis. Les calibres seront choisis de façon à assurer une baisse de pression dans la canalisation 8a ou 8b qui est inactive sans pour autant diminuer le débit dans la canalisation 8b ou 8a qui commande le mouvement. On choisira par exemple des sections de fuite pour les gicleurs qui permettront d'assurer un débit de fuite compris entre 4% et 7% du débit de fluide fourni par la pompe 3.
Les gicleurs 10a et 10b ne perturbent donc pas le fonctionnement normal de la servovalve 4 car ils n'occasionnent pas de perte de débit notable dans une canalisation alimentée par la pompe 3.
Néanmoins lorsque la servovalve 4 se trouve dans sa position fermée représentée à la figure 1, les gicleurs assurent un abaissement de la pression de fluide dans les canalisations 8a et 8b, en amont de la soupape 9.
Cet abaissement de pression permet de stabiliser les clapets antiretour 9a et 9b. En effet, le maintien de la pression dans les chambres de l'actionneur est assuré par les billes qui sont appliquées sur leur siège par la pression côté vérin. Ces billes voient de l'autre côté de leur siège la pression des canalisations 8a ou 8b.
Grâce aux gicleurs 10a et 10b, la pression dans les canalisations 8a et 8b au niveau des entrées C et D est inférieure à celle qui se trouve respectivement aux entrées E et F. Les billes restent donc appliquées sur leurs sièges et on évite tout rebond qui conduirait à un à-coup de positionnement du vérin.
Le pointage est donc obtenu avec précision lors d'un asservissement de positionnement du vérin en boucle fermée et la position est maintenue sans dérive lors d'un asservissement en boucle ouverte.
On prévoira au moins un gicleur raccordé sur la canalisation opposée au mouvement que l'on souhaite accélérer. On prévoira de préférence deux gicleurs, un raccordé sur chaque canalisation.
Concrètement il est possible de mettre en oeuvre l'invention avec un montage des canalisations 11a et 11b qui seraient raccordées directement en n'importe quel point des canalisations 8a et 8b.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention on la mettra en oeuvre en prévoyant une plaque interface particulière 13 solidaire de la servovalve 4.
La figure 2 montre un schéma hydraulique simplifié de la plaque interface 13 et les figures 3a, 3b et 3c montrent un mode de réalisation particulier de cette plaque interface.
Une servovalve 4 est concrètement réalisée sous la forme d'un composant comportant une embase parallélépipédique 12 qui porte sur une même face supérieure 12a les ouvertures (ou connexions) d'entrées et sorties A, B, T et P.
La plaque interface 13 est donc elle aussi réalisée sous la forme d'un bloc parallélépipédique dont une face inférieure 13a est destinée à être appliquée sur la face 12a de la servovalve. Cette face comporte quatre ouvertures Ta, Aa, Ba et Pa destinées à se trouver en regard respectivement des ouvertures T, A, B et P de la servovalve 4. D'une façon classique et non représentée, chaque ouverture (Ta,Aa,Ba,Pa) de la plaque interface 13 comporte un lamage qui permet de loger un joint torique. Ce joint sera appliqué lors du montage contre la face 12a de la servovalve et assurera l'étanchéité.
Une face supérieure 13b de la plaque 13 porte quatre ouvertures Tb, Ab, Bb et Pb sur lesquelles seront raccordées les différentes canalisations du circuit hydraulique. Les canalisations 8a et 8b qui conduisent au vérin sont fixées aux ouvertures Ab et Bb, la canalisation 6b qui vient de la pompe 3 est fixée à l'ouverture Pb et la canalisation 18 qui retourne à la bâche hydraulique 5 est fixée à l'ouverture Tb. Les fixations se font à l'aide de raccords hydrauliques appropriés.
On pourra également appliquer la face 13b contre un bloc hydraulique (non représenté) qui portera des trous correspondant aux ouvertures Tb, Ab, Bb et Pb. Ces dernières ouvertures porteront alors aussi des lamages (non représentés) permettant de loger des joints toriques qui assureront l'étanchéité du raccordement avec le bloc. Le bloc sera relié par des canalisations appropriées au vérin, à la pompe et à la bâche.
Les différentes ouvertures de la face inférieure 13a sont reliées aux ouvertures de la face supérieure 13b par des perçages usinés dans le matériau de la plaque 13.
Ainsi l'ouverture Ta est reliée à l'ouverture Tb par le perçage 14, l'ouverture Aa est reliée à l'ouverture Ab par le perçage 15, l'ouverture Ba est reliée à l'ouverture Bb par le perçage 16 et l'ouverture Pa est reliée à l'ouverture Pb par le perçage 17.
A l'intérieur de la plaque, un premier circuit de fuite hydraulique contrôlée 19a est formé par un canal sur lequel est disposé le gicleur 10a, et qui relie le perçage 15 et le perçage 14. La plaque renferme par ailleurs un deuxième circuit de fuite 19b formé par un autre canal sur lequel est disposé le gicleur 10b. Ce deuxième circuit de fuite 19b relie le perçage 16 et le perçage 14.
Ainsi la plaque 13 permet de convertir d'une façon extrêmement simple la servovalve 4 pour lui adjoindre les gicleurs proposés par l'invention. Le circuit hydraulique peut donc aisément être modifié sans qu'il soit nécessaire de prévoir des canalisations supplémentaires.
Comme cela est plus particulièrement visible aux figures 3a, 3b et 3c, les circuits de fuite 19a et 19b sont réalisés sous la forme de trous orthogonaux. Une telle disposition permet de faciliter la fabrication de la plaque interface 13.
Afin d'éviter toute interférence, les trous sont réalisés dans deux plans parallèles.
Ainsi le plan AA (figure 3a) comprend deux trous orthogonaux 19a1 et 19a2 qui forment le premier circuit de fuite 19a. Le trou 19a2 renferme le premier gicleur 10a qui est réalisé sous la forme d'une vis dotée d'un orifice axial calibré.
Le plan BB (figure 3b) comprend quatre trous 19b1, 19b2, 19b3 et 19b4 qui sont orthogonaux deux à deux et forment ainsi un rectangle. Ces quatre trous constituent le deuxième circuit de fuite 19b. Le trou 19b1 renferme le deuxième gicleur 10b qui est lui aussi réalisé sous la forme d'une vis dotée d'un orifice axial calibré.
Tous les différents trous sont obturés de façon étanche par des bouchons filetés 20.
On voit qu'il est aisé de modifier les caractéristiques de fuite du dispositif selon l'invention sans démontages complexes. Il suffit de dévisser les gicleurs 10a et 10b et de les remplacer par des gicleurs ayant des diamètres de fuite différents. Les diamètres de fuite des gicleurs seront choisis en fonction des caractéristiques de l'actionneur, de la charge et de la pression du circuit de l'asservissement en position.
Des perçages 21 traversant la plaque interface 13 de part en part sont prévus pour permettre la fixation de la plaque sur la servovalve 4 par des vis (non représentées).
A titre de variante, il est bien entendu possible de ne prévoir qu'un seul gicleur reliant une des voies d'alimentation du vérin à la bâche. Dans ce cas on remplacera l'autre gicleur par une vis non percée.
Cette variante permet d'accélérer d'une façon préférentielle un des mouvements du vérin.

Claims

Dispositif de commande (1) en position d'un actionneur hydraulique (2), dispositif comprenant un circuit hydraulique comprenant une pompe (3) alimentant à partir d'une bâche ou réserve hydraulique (5) les deux chambres (2a, 2b) de l'actionneur par l'intermédiaire d'une servovalve (4), chaque voie de sortie de la servovalve étant reliée à une chambre de l'actionneur par l'intermédiaire d'un clapet antiretour (9a, 9b), au moins une des voies de sortie (8a, 8b) de la servovalve (4) qui est raccordée à une chambre (2a, 2b) de l'actionneur étant également reliée à la bâche hydraulique (5) par un gicleur calibré (10a, 10b) en amont du clapet antiretour (9a, 9b), caractérisée en ce que le dispositif comporte en outre une plaque interface (13) de servovalve comportant au moins quatre perçages transversaux (14, 15, 16, 17) coopérant avec les quatre ouvertures ou connexions hydrauliques (A, B, P, T) de la servovalve, c'est-à-dire une alimentation en fluide sous pression à partir d'une pompe (3), une sortie vers une bâche de réserve (5), une première voie de commande (8a) d'une première chambre (2a) de l'actionneur et une seconde voie de commande (8b) d'une seconde chambre (2b) de l'actionneur, ladite plaque comportant au moins un circuit de fuite (19a, 19b) reliant une des voies de commande à la sortie bâche (5), circuit dans lequel est disposé ledit gicleur calibré (10a, 10b).
Dispositif de commande (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la plaque comporte deux circuits de fuite (19a, 19b) comprenant un gicleur calibré (10a, 10b), chaque circuit reliant une des voies de commande à la sortie bâche (5).
Dispositif de commande (1) selon une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le ou les circuits de fuite sont réalisés sous la forme de trous (19al, 19a2, 19b1, 19b2, 19b3, 19b4) perpendiculaires les uns aux autres et perpendiculaires aux perçages transversaux (14, 15, 16) correspondants aux différentes voies.
Dispositif de commande (1) selon la revendication 3, caractérisée en ce que le débouché de chaque trou à l'extérieur de la plaque est obturé par un bouchon (20).
Dispositif de commande (1) selon une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le ou les gicleurs (10a, 10b sont réalisés sous la forme de vis comprenant un orifice axial calibré.