ES2219540T3 - Sistema de accionamiento hidraulico de mando electrico. - Google Patents

Sistema de accionamiento hidraulico de mando electrico.

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ES2219540T3 ES01949553T ES01949553T ES2219540T3 ES 2219540 T3 ES2219540 T3 ES 2219540T3 ES 01949553 T ES01949553 T ES 01949553T ES 01949553 T ES01949553 T ES 01949553T ES 2219540 T3 ES2219540 T3 ES 2219540T3
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Dominique Alain Van Den Bossche
Jean-Marc Francois Michel Ortega
Christophe Lionel Rene Casse
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Airbus Operations SAS
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Abstract

Sistema de accionamiento hidráulico de mando eléctrico (1, 40) que comporta: - un servomando (2), destinado a controlar al menos un órgano móvil (3) y que comprende un cilindro (4) en cuyo interior puede desplazarse un pistón (5) al cual está unido dicho órgano móvil, separando dicho pistón dicho cilindro en dos cámaras (6, 7), estando cada una de ellas provista de un orificio de conexión hidráulica (8, 9) y estando dicho servomando provisto de una válvula de mando (18) unida a un circuito hidráulico (17) en el cual circula un fluido hidráulico bajo presión; - una bomba hidráulica bidireccional (23), accionada en rotación por un motor eléctrico (24) controlado por un dispositivo electrónico de potencia (25); y - un dispositivo de conmutación (26, 28, 41) que permite unir dichos orificios de conexión (8, 9) de las cámaras (6, 7), ya sea a dicha válvula de mando (18), ya sea a dicha bomba (23), caracterizado porque dicho dispositivo de conmutación (26, 28, 41) es apto además para conectar dichos orificios de conexión hidráulica (8, 9) de las cámaras (6, 7) a la vez a dicha válvula de mando (18) y a dicha bomba (23), para permitir que proporcionen a dicho servomando (2) la suma de la potencia hidráulica proporcionada por dicho circuito hidráulico (17) y de la potencia hidráulica, de origen eléctrico, generada por dicha bomba accionada por dicho motor eléctrico (24).

Description

Sistema de accionamiento hidráulico de mando eléctrico.
La presente invención se refiere a un sistema de accionamiento hidráulico de mando eléctrico. Aunque no exclusivamente, está particularmente adaptado para ser utilizado a bordo de aeronaves, para el mando de órganos, tales como por ejemplo unos timones.
Se conocen actualmente unos sistemas de accionamiento hidráulico de mando eléctrico, que comportan:
-
un servomando, destinado a controlar al menos un órgano móvil, tal como un timón, y que comprende un cilindro en cuyo interior puede desplazarse un pistón al cual está unido dicho órgano móvil, separando dicho pistón dicho cilindro en dos cámaras, estando cada una de ellas provista de un orificio de conexión hidráulica, y estando dicho servomando provisto de una válvula de mando, por ejemplo del tipo servoválvula o válvula con mando directo, conectada a un circuito hidráulico en el cual circula un fluido hidráulico bajo presión;
-
una bomba hidráulica bidireccional, accionada en rotación por un motor eléctrico accionado por un dispositivo electrónico de potencia; y
-
un dispositivo de conmutación que permite unir dichos orificios de conexión hidráulica, ya sea a dicha válvula de mando, ya sea a dicha bomba.
En estos sistemas conocidos, el accionamiento de dicho órgano móvil es, en funcionamiento normal, llevado a cabo por dicho servomando alimentado en fluido hidráulico por dicho circuito, a través de dicha válvula y de dicho dispositivo de conmutación. Por el contrario, en caso de avería de dicho circuito hidráulico o de dicha válvula, el dispositivo de conmutación conecta dicho servomando a dicha bomba hidráulica. El accionamiento de dicho órgano móvil resulta entonces, en funcionamiento excepcional, de la alimentación del servomando por dicha bomba movida por el motor eléctrico, a través del dispositivo de conmutación.
Por ello, estos sistemas conocidos son generalmente llamados "accionadores hidráulicos de emergencia eléctrica" y designados por la abreviatura EBHA (para Electrical Back-up Hydraulic Actuator).
Naturalmente, tanto en funcionamiento normal (alimentación del sistema de accionamiento a partir del circuito hidráulico) como en funcionamiento de emergencia (alimentación del sistema de accionamiento a partir de la bomba del motor eléctrico), dichos sistemas conocidos deben poder asegurar las actuaciones máximas requeridas para accionar dicho órgano. Resulta entonces que, por una parte, el circuito hidráulico debe estar dimensionado para la potencia máxima del sistema de accionamiento y que por otra parte, aunque utilizados con poca frecuencia, dicha bomba y sus accesorios deben tener grandes dimensiones, lo que aumenta el coste y la masa. Por otra parte, precisamente porque son poco utilizados, pueden ser la fuente de averías difícilmente detectables.
La presente invención tiene por objeto remediar estos inconvenientes. Se refiere a un sistema de accionamiento hidráulico con mando eléctrico del tipo descrito más arriba en el cual no solamente el dimensionado de la bomba y de sus accesorios, sino también el del circuito hidráulico, de la válvula y de sus accesorios pueden ser reducidos, haciendo al mismo tiempo más visibles las eventuales averías de la bomba y de sus accesorios.
Con este fin, según la invención, el sistema de accionamiento hidráulico de mando eléctrico, del tipo mencionado más arriba, es notable porque dicho dispositivo de conmutación es apto además para unir dichos orificios de conexión hidráulica de dichas cámaras a la vez a dicha válvula de mando y a dicha bomba, para permitir proporcionar a dicho servomando la suma de la potencia hidráulica proporcionada por dicho circuito hidráulico y de la potencia hidráulica, de origen eléctrico, generada por dicha bomba accionada por dicho motor eléctrico.
Un tal sistema puede entonces ser calificado de "accionador hidráulico eléctricamente asistido" y ser designado con la abreviatura EAHA (por Electrically Assisted Hydraulic Actuator).
Así, gracias a la presente invención, es posible obtener los rendimientos máximos requeridos sumando la potencia hidráulica y la potencia eléctrica disponibles, poniéndose en marcha la potencia eléctrica solamente en el momento de fuertes demandas de potencia susceptibles de exceder la capacidad hidráulica. En otras palabras, el circuito hidráulico y la válvula de mando -que proporcionan la potencia hidráulica- son dimensionados para poder efectuar la gran mayoría de los accionamientos, que necesitan una potencia inferior a la exigida para los rendimientos máximos. Por el contrario, la bomba hidráulica y sus accesorios -que proporcionan la potencia de origen eléctrico- están dimensionados para proporcionar una potencia complementaria que, sumada a dicha potencia hidráulica, permite asegurar dichos rendimientos máximos. De esto resulta que cada elemento del sistema según la invención puede estar dimensionado en función de la potencia real -inferior a la potencia máxima de dicho sistema- que debe proporcionar. Además, ya que los elementos "eléctricos" del sistema, es decir el motor, la bomba y sus accesorios, son utilizados en el curso del funcionamiento de dicho sistema, sus averías no pueden quedar ocultas.
En el sistema según la presente invención, dicho dispositivo de conmutación puede estar constituido por un primer y segundo selectores de mandos específicos, pudiendo dicho primer selector estar interpuesto entre dicha válvula y dichos orificios de unión, mientras que el segundo selector puede estar dispuesto entre estos últimos y permitiendo dicha bomba y los mandos específicos de dichos primer y segundo selectores unir dichos orificios de unión hidráulica no sólo a dicha válvula de mando o dicha bomba, sino también, al mismo tiempo a dicha válvula de mando y a dicha bomba.
De preferencia, dicho primer selector:
-
puede tomar ya sea un estado pasante, ya sea un estado no pasante;
-
toma espontáneamente su estado no pasante; y
-
es forzado a su estado pasante por la acción de la presión del fluido hidráulico de dicho circuito hidráulico, a través de una válvula de solenoide accionada.
Por otra parte, según un primer modo de realización, dicho segundo selector:
-
puede tomar tanto un estado pasante, ya sea un estado no pasante;
-
toma espontáneamente su estado no pasante; y
-
es forzado a su estado pasante por la acción de un dispositivo de mando.
En una variante, dicho segundo selector:
-
puede tomar uno u otro de los tres estados, a saber un estado pasante, un estado no pasante y un estado pasivo para el cual dicho segundo selector establece una comunicación exterior con restricción entre dichos orificios de conexión hidráulica;
-
toma espontáneamente dicho estado pasivo;
-
es forzado a su estado pasante por la acción de un dispositivo de mando; y
-
es forzado a su estado no pasante por la acción de la presión del fluido hidráulico de dicho circuito hidráulico, a través de dicha válvula de solenoide accionada.
Se deducirá de las figuras del dibujo adjunto como puede realizarse la invención. En estas figuras, las referencias idénticas designan los elementos semejantes.
La figura 1 ilustra esquemáticamente un sistema de accionamiento hidráulico según la presente invención.
Las figuras 2, 3 y 4 ilustran respectivamente tres modos de funcionamiento del sistema de la figura 1.
La figura 5 ilustra esquemáticamente una variante de realización del sistema de accionamiento hidráulico según la presente invención, en un modo de funcionamiento pasivo.
Las figuras 6, 7 y 8 ilustran el sistema de la figura 5 en otros tres modos de funcionamiento.
El sistema de accionamiento hidráulico con mando eléctrico 1, mostrado por la figura 1 y según la presente invención, comporta un servomando 2 destinado a accionar al menos un órgano móvil 3, por ejemplo un timón de aeronave. El servomando 2 comporta un cilindro 4 en cuyo interior puede desplazarse un pistón 5 que separa dicho cilindro 4 en dos cámaras 6 y 7. Las cámaras 6 y 7 están provistas cada una de un orificio de conexión hidráulica 8 y 9, respectivamente. El pistón 5 es solidario de una varilla de pistón 10 articulada a un perno 11, solidario de dicho órgano móvil 3 en rotación alrededor de un eje 12 (ortogonal al plano de la figura 1). Se concibe fácilmente que, cuando dicha varilla de pistón 10 se desplaza coaxialmente a sí misma en uno u otro sentido, como se indica por la doble flecha 13, el órgano móvil 3 gira alrededor de dicho eje 12 en el sentido correspondiente, como se indica por la doble flecha 14.
Cada uno de los orificios de conexión 8 y 9 del servomando 2 puede estar unido tanto a la línea de alimentación 15, como a la línea de retorno 16 de un circuito hidráulico 17, en el cual circula un fluido hidráulico bajo presión, por medio de una válvula de mando 18, por ejemplo del tipo servoválvula o válvula con mando directo. La válvula de mando 18 es controlada por un dispositivo 19, por ejemplo del tipo solenoide. Bajo la acción de dicho dispositivo de mando 19, la válvula 18 puede tomar:
-
una posición para la cual la comunicación esté cortada entre el circuito 17 y el servomando 2 (posición representada en la figura 1);
-
una posición para la cual el orificio de conexión 8 está conectado a la línea de alimentación 15, mientras que el orificio de conexión 9 está unido a la línea de retorno 16; y
-
una posición para la cual el orificio de conexión 8 está conectado a la línea de retorno 16, mientras que el orificio de conexión 9 está unido a la línea de alimentación 15.
Además, dichos orificios de conexión 8 y 9 pueden estar unidos respectivamente a las salidas 21 y 22 de una bomba hidráulica bidireccional 23, accionada en rotación por un motor eléctrico 24, pilotado por un dispositivo electrónico de potencia 25.
Entre la válvula de mando 18 y los orificios de conexión 8 y 9 está montado un primer selector 26, cargado por un resorte 27. De modo espontaneo, dicho selector 16 toma, bajo la acción del resorte 27, su posición no pasante para la cual se interrumpe la comunicación entre la válvula de mando 18 y el servomando 2.
De igual modo, entre la bomba 23 y los orificios de conexión 8 y 9, está montado un segundo selector 28, cargado por un resorte 29. De modo espontáneo, dicho selector 28 toma, bajo la acción del resorte 29, su posición no pasante para la cual se interrumpe la comunicación entre la bomba 23 y el servomando 2. Por otra parte, un dispositivo de mando 30, por ejemplo del tipo solenoide, es apto para hacer pasar el selector 28 a su posición pasante estableciendo la comunicación entre la bomba 23 y el servomando 2, en oposición a la acción del resorte 29.
Una válvula de solenoide de dos posiciones 31, accionada por un dispositivo de mando 32 en oposición a la acción de un resorte 33, está interpuesta entre el circuito hidráulico 17 y el selector 26 y está unida a este último por una línea 31A. Cuando el dispositivo de mando 32, por ejemplo un solenoide, está en reposo, el resorte 33 oprime la válvula de solenoide 31 en su posición para la cual dicho selector 26 está unido a la línea de retorno 16 del circuito hidráulico 17. Por el contrario, cuando el dispositivo de mando 32 está activo, comprime el resorte 33 y la válvula de solenoide 31 está en su posición pasante para la cual el selector 26 está unido a la línea de alimentación 15 del circuito hidráulico 17. En esta última posición, la presión del fluido hidráulico en la línea 15 se sobrepone a la acción del resorte 27, de modo que el selector 26 pase a su posición pasante.
Los dispositivos de mando 19, 30, 32 y el dispositivo electrónico de potencia 25 pueden ser controlados por un dispositivo 34, por ejemplo un ordenador.
El sistema de accionamiento hidráulico 1 está completado por unas tapas de aislamiento 35 y 36, respectivamente montadas en las líneas 15 y 16 del circuito 17, así como por un acumulador hidráulico 37 y por unas tapas de realimentación 38 y 39.
En la figura 1, el sistema 1 está representado en su estado de reposo, no estando ninguno de los dispositivos de mando 19, 25, 30 y 32 activado por el ordenador 34.
Como se ilustra esquemáticamente en las figuras 2, 3 y 4, el sistema 1 puede funcionar según tres modos diferentes.
En el primer modo ilustrado por la figura 2, el ordenador 34 activa el dispositivo de mando 32 de la válvula de solenoide 31, pero deja el dispositivo de mando 30 desactivado. En estas condiciones, la válvula de solenoide 31 dirige la presión de la línea 15 al selector 26. Resulta que dicho primer selector 26 pasa a su posición pasante, oponiéndose dicha presión a la acción del resorte 27. Por consiguiente, los orificios de conexión 8 y 9 del cilindro 2 están aislados de la bomba 23, mientras que pueden ser puestos en comunicación con la red hidráulica 17, a través de la válvula de mando 18. Al ser el dispositivo de mando 19 de esta última accionado por el ordenador 34, el pistón 5 y el órgano 3 están entonces accionados a partir del único fluido hidráulico de la red 17.
En el segundo modo de funcionamiento del sistema 1, ilustrado esquemáticamente por la figura 3, el ordenador 34 activa el dispositivo de mando 30 del segundo selector 28, así como el dispositivo electrónico de potencia 25, pero deja desactivados los dispositivos de mando 19 y 32. Por consiguiente, la válvula de solenoide 31 y el primer selector 26 están en su posición no pasante y la válvula de mando 18 está inactiva. Por el contrario, el dispositivo de mando 30 se sobrepone a la acción del resorte 29 y el segundo selector 28 pasa a la posición pasante. Por consiguiente, los orificios de conexión 8 y 9 del cilindro 2 están aislados del circuito hidráulico 17, pero están unidos a la bomba bidireccional 23, a través del segundo selector 28. El pistón 5 y el órgano 3 son entonces accionados a partir de la bomba 23, por accionamiento del motor eléctrico 24 por el dispositivo electrónico de potencia 25, a su vez controlado por el ordenador 34.
En cuanto al tercer modo de funcionamiento del sistema 1, ilustrado por la figura 4, resulta de las activaciones concomitantes de los dispositivos de mando 19, 30, 32 y del dispositivo electrónico de potencia 25 por el ordenador 34. En estas condiciones:
-
la válvula de solenoide 31 y el primer selector 26 son pasantes, como en el primer modo de funcionamiento; y
-
el segundo selector 28 es igualmente pasante (como en el segundo modo de funcionamiento), por el hecho de que el dispositivo de mando 30 se sobrepone a la acción del resorte 29.
Por consiguiente, los orificios de conexión 8 y 9 del cilindro 2 están unidos, a su vez, al circuito 17, a través de la válvula de mando 18, y a la bomba 23. El pistón 5 y el órgano 3 son entonces accionados conjuntamente a partir del circuito hidráulico 17 y a partir de la bomba 23 movida eléctricamente.
La variante de realización 40 del sistema de la invención, representada en la figura 5, es idéntica al sistema 1 de las figuras 1 a 4, salvo en lo que se refiere al segundo selector. En el caso del sistema 40, dicho segundo selector 41 (que sustituye al segundo selector 28) comporta, además de posiciones pasante y no pasante, una posición pasiva para la cual dicho segundo selector 41 establece una comunicación exterior con restricción entre los orificios de conexión hidráulica 8 y 9 del cilindro 4. Esta posición pasiva (representada en la figura 5) existe cuando el primer selector 26 es no pasante y está definida por la acción de resortes antagonistas 42 y 43. Según el nivel de restricción del orificio 44 que realiza esta comunicación con restricción, se puede obtener una puesta en by-pass del cilindro 2, un amortiguamiento más o menos importante de los movimientos del pistón 5 y del timón 3, o incluso casi un bloqueo de dicho pistón 5.
La posición pasiva del segundo selector 41 se encuentra en posición intermedia entre la posición pasante y la posición no pasante. Un dispositivo de mando 45 (análogo al dispositivo 30), controlado por el ordenador 34, es apto para hacer pasar dicho segundo selector 41 de su posición pasiva a su posición pasante. Además, el segundo selector 41 puede pasar de su posición pasiva a su posición no pasante bajo la acción de la presión del fluido hidráulico en la línea de alimentación 15 a través de la válvula de solenoide accionada 31 y una conexión 31B.
Por consiguiente, el funcionamiento del sistema 40 es el siguiente:
-
según el primer modo, representado en la figura 6 y correspondiente a la figura 2, el dispositivo de mando 32 es activado por el ordenador 34, que deja el dispositivo de mando 45 no activado. En estas condiciones, la válvula de solenoide 31 dirige la presión de la línea 15 a los selectores 26 y 41. Resulta que dicho primer selector 26 toma la posición pasante y que dicho segundo selector 41 pasa a una posición no pasante bajo la acción de la presión de la línea 15, ayudada por el resorte 42 y sobreponiéndose a la acción del resorte 43. El timón 3 es entonces accionado por el circuito hidráulico 17 a través de la válvula de mando 18;
-
según el segundo modo, representado en la figura 7 y correspondiente a la figura 3, el ordenador 34 activa el dispositivo de mando 45, así como el dispositivo electrónico de potencia 25, quedando el dispositivo de mando 19 y 32 inactivado. Por consiguiente, la válvula de solenoide 31 y el primer selector 26 son no pasantes y la válvula de mando 18 está inactiva. Por el contrario, el dispositivo de mando 45, ayudado por el resorte 43, se sobrepone a la acción del resorte 42. El timón es entonces accionado por la bomba 23, a su vez controlada por el ordenador 34 y el dispositivo electrónico de potencia 25;
-
según el tercer modo, representado en la figura 8 y correspondiente a la figura 4, los dispositivos de mando 19, 32, 45 y el dispositivo electrónico de potencia 25 están accionados simultáneamente por el ordenador 34. Resulta entonces que la válvula de solenoide 31 y el primer selector 26 son pasantes y lo mismo ocurre con el segundo selector 41, cuyo dispositivo de mando 45, ayudado por el resorte 43, se opone a la acción del resorte 42 y de la presión en la línea 31B. Por consiguiente, el timón 3 es accionado conjuntamente por el circuito hidráulico 17 y por la bomba 23.

Claims (5)

1. Sistema de accionamiento hidráulico de mando eléctrico (1, 40) que comporta:
-
un servomando (2), destinado a controlar al menos un órgano móvil (3) y que comprende un cilindro (4) en cuyo interior puede desplazarse un pistón (5) al cual está unido dicho órgano móvil, separando dicho pistón dicho cilindro en dos cámaras (6, 7), estando cada una de ellas provista de un orificio de conexión hidráulica (8, 9) y estando dicho servomando provisto de una válvula de mando (18) unida a un circuito hidráulico (17) en el cual circula un fluido hidráulico bajo presión;
-
una bomba hidráulica bidireccional (23), accionada en rotación por un motor eléctrico (24) controlado por un dispositivo electrónico de potencia (25); y
-
un dispositivo de conmutación (26, 28, 41) que permite unir dichos orificios de conexión (8, 9) de las cámaras (6, 7), ya sea a dicha válvula de mando (18), ya sea a dicha bomba (23),
caracterizado porque dicho dispositivo de conmutación (26, 28, 41) es apto además para conectar dichos orificios de conexión hidráulica (8, 9) de las cámaras (6, 7) a la vez a dicha válvula de mando (18) y a dicha bomba (23), para permitir que proporcionen a dicho servomando (2) la suma de la potencia hidráulica proporcionada por dicho circuito hidráulico (17) y de la potencia hidráulica, de origen eléctrico, generada por dicha bomba accionada por dicho motor eléctrico (24).
2. Sistema según la reivindicación 1,
caracterizado:
-
porque dicho dispositivo de conmutación está constituido por un primer y un segundo selectores (26, 28, 41) con mandos específicos;
-
porque dicho primer selector (26) está interpuesto entre dicha válvula de mando (18) y dichos orificios de conexión hidráulica (8, 9), mientras que el segundo selector (28, 41) está dispuesto entre estos últimos y dicha bomba (23); y
-
porque los mandos específicos de dichos primer y segundo selectores (26, 28, 41) permiten conectar dichos orificios de conexión hidráulica (8, 9), no solamente a dicha válvula de mando (18) o dicha bomba (23), sino también a la vez a dicha válvula de mando (18) y a dicha bomba (23).
3. Sistema según la reivindicación 2,
caracterizado porque dicho primer selector (26):
-
puede tomar ya sea un estado pasante, ya sea un estado no pasante;
-
toma espontáneamente su estado no pasante; y
-
es forzado a su estado pasante por la acción de la presión del fluido hidráulico de dicho circuito hidráulico (17), a través de una válvula de solenoide accionada (31).
4. Sistema según una de las reivindicaciones 2 ó 3,
caracterizado porque dicho segundo selector (28):
-
puede tomar ya sea un estado pasante, ya sea un estado no pasante;
-
toma espontáneamente su estado no pasante; y
-
es forzado a su estado por la acción de un dispositivo de mando (30).
5. Sistema según la reivindicación 2,
caracterizado porque dicho segundo selector (41):
-
puede tomar uno u otro de los tres estados, a saber, un estado pasante, un estado no pasante o incluso un estado pasivo para el cual dicho segundo selector (41) establece una comunicación exterior con restricción (44) entre dichos orificios de conexión hidráulica (8, 9);
-
toma espontáneamente dicho estado pasivo;
-
es forzado a su estado pasante por la acción de un dispositivo de mando (45); y
-
es forzado a su estado no pasante por la acción de la presión del fluido hidráulico de dicho circuito hidráulico (17), a través de dicha válvula de solenoide accionada (31).
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