ES2624141T3 - Servoválvula de dos etapa y etapa de control adaptada a una servoválvula de este tipo - Google Patents

Servoválvula de dos etapa y etapa de control adaptada a una servoválvula de este tipo Download PDF

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Abstract

Servoválvula hidráulica (1) de dos etapas que comprende: - una etapa de potencia que comprende un órgano móvil de distribución de potencia (7), - una etapa de control que comprende un motor de par que comprende un rotor (3) unido a un emisor o un deflector de fluido hidráulico (4) y un órgano de retroacción (6) que se puede deformar y funcionalmente ligado al rotor (3) y al órgano móvil de distribución de potencia (7) para establecer entre ellos una unión mecánica caracterizada por que el órgano móvil de distribución de potencia (7) comprende medios de apriete (8) del órgano de retroacción (6) que son adecuados para permitir un desplazamiento de una parte apretada del órgano de retroacción (6) con relación al órgano móvil de distribución de potencia (7) por lo menos siguiendo una dirección transversal a un esfuerzo de apriete generado por los medios de apriete (8).

Description

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DESCRIPCION
Servovalvula de dos etapa y etapa de control adaptada a una servovalvula de este tipo
Ambito de la invencion
La invencion se refiere a una etapa de control de servovalvula, que puede servir de primera etapa en una servovalvula de dos etapas.
Estado de la tecnica
Una servovalvula clasica esta constituida por una etapa de control que controla un organo movil de distribucion de potencia de una etapa de potencia. La etapa de potencia tiene por funcion distribuir una presion o un caudal proporcional a una instruccion transmitida en la etapa de control, vease por ejemplo el documento US3814131.
La etapa de control comprende dos elementos hidraulicos, a saber un emisor hidraulico (tobera o eyector) y un receptor hidraulico (paleta, deflector o receptor fijo) en el cual la modificacion de su posicion relativa genera diferenciales de presion que son explotados para desplazar finalmente un organo movil de distribucion de potencia de la etapa de potencial de la servovalvula. Este organo movil de distribucion de potencia desliza en el interior de una camisa cilmdrica implantada en el interior del cuerpo de la servovalvula. Generalmente, la posicion del emisor o del receptor hidraulico esta controlada por un motor de par que desplaza uno de los elementos hidraulicos de la etapa de control enfrente del otro. El desplazamiento del organo movil de distribucion de potencia en el interior de la camisa pone entonces en comunicacion un conjunto de canales taladrados y de lumbreras cuya disposicion permite distribuir una presion o un caudal, proporcionales al desplazamiento de dicho organo movil de distribucion de potencia.
Estas servovalvulas comprenden una union mecanica entre el rotor del motor de par y el organo movil de distribucion de potencia, realizada con la ayuda de un organo de retroaccion. El organo de retroaccion esta igualmente conectado al organo movil de distribucion de potencia por medio de este y esta generalmente unido al elemento hidraulico asociado al rotor a traves de este ultimo. El organo de retroaccion sujeta la posicion del organo movil de distribucion de potencia al rotor de la servovalvula y genera sobre el motor de par un par que viene a sustraerse a la accion de mando.
En la mayona de los casos, el organo de retroaccion comprende un vastago o una lamina flexible funcionalmente unida al rotor en uno de sus extremos y que lleva una bola en su otro extremo. La bola del organo de retroaccion interactua con una garganta o un mandrinado situado en el centro del organo movil de distribucion de potencia. Un juego de funcionamiento permite la accion de rotula y el deslizamiento de la bola en el interior de la garganta permitiendo el desplazamiento del organo movil de distribucion de potencia en una direccion transversal al eje del vastago/lamina de retroaccion. Esta union permite un deslizamiento relativo de los dos elementos generando un poco de rozamiento de interferencia del organo movil de distribucion de potencia sobre la camisa que lo lleva, resultando en comportamientos de histeresis y resolucion de la servovalvula aceptables frente a las exigencias de los usuarios de estos equipos.
En cada desplazamiento del organo movil de distribucion de potencia, la bola se apoya y rueda sobre una o la otra de las caras de la garganta que la contienen. Los desplazamientos repetidos del organo movil de potencia, solicitando la interfaz entre la bola y la garganta que la contiene, provocando el desgaste de esta union que aumenta entonces el juego entre el organo movil de distribucion de potencia y la bola del organo de retroaccion. Este desgaste comporta un aumento del juego entre la corredera y el organo de retroaccion que viene a perturbar la servidumbre de la servovalvula. Esta perturbacion es el origen de numerosos retornos por defecto de las servovalvulas. La reduccion de este desgaste por rozamiento permite por lo tanto la fiabilidad de los equipos y mejorar su vida util.
Las soluciones para paliar esta debilidad pueden consistir en la seleccion de materiales mas duros o la realizacion de tratamientos de superficie locales que permitan reducir el desgaste provocado por los rozamientos. Las servovalvulas siendo equipos de volumen reducido que ponen en juego piezas de dimensiones pequenas, estas soluciones en la practica se hacen delicadas de poner a punto.
Se conocen igualmente dispositivos de union del organo de retroaccion al organo movil de distribucion de potencia por apriete del organo de retroaccion. En los dispositivos de este tipo, tornillos de presion montados segun un eje longitudinal en el interior del organo movil de distribucion de potencia sujetan el organo de retroaccion, suprimiendo asf cualquier juego entre estos dos elementos. El inconveniente importante de esta solucion reside en los esfuerzos radiales generados por esta union y que son el origen de importantes rozamientos del organo movil de distribucion de potencia contra la camisa cilmdrica en la cual desliza. Tales rozamientos deterioran rapidamente las superficies de deslizamiento entre el organo movil de distribucion de potencia y la camisa, comprometiendo la fiabilidad y la vida util de la servovalvula. Estos rozamientos tienen un impacto fuerte sobre la sensibilidad de la servovalvula y
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degradan especialmente su histeresis, pudiendo llegar hasta el bloqueo completo en los casos extremos.
A partir del documento US3814131 es conocido proporcionar al extremo del organo de retroaccion una contera conica que es recibida en deslizamiento en el interior de un casquillo de taladro conico homologo. El casquillo se extiende en el interior del organo movil de distribucion de potencia estando unido a este por resortes (en ocasiones de laminas flexibles) que permiten un giro del casquillo alrededor de un eje perpendicular al eje longitudinal del organo movil de distribucion de potencia. Asf en el momento de un desplazamiento del organo movil de potencia, la contera conica se desplaza en el interior del casquillo que sufre el mismo un giro permitido por la flexibilidad de las laminas. Esta solucion responde parcialmente al problema del desgaste de la union del organo de retroaccion con el organo movil de distribucion de potencia porque genera rozamiento entre el casquillo de la placa flexible y la contera conica del organo de retroaccion.
Objeto de la invencion
Un objetivo de la invencion es disminuir el desgaste generado por los movimientos relativos del organo de retroaccion y del organo movil de distribucion de potencia de una servovalvula conservando las caractensticas de resolucion y de histeresis aceptables.
Exposicion de la invencion
A este efecto, se preve, segun la invencion, una servovalvula hidraulica de dos etapas que comprende:
- una etapa de potencia que comprende un organo movil de distribucion de potencia,
- una etapa de control que comprende un motor de par que comprende un rotor unido a un emisor o un deflector de fluido hidraulico y un organo de retroaccion que se puede deformar y funcionalmente ligado al rotor y al organo movil de potencia para establecer entre ellos una union mecanica. Segun la invencion, el organo movil de distribucion de potencia comprende medios de apriete del organo de retroaccion que son adecuados para permitir un desplazamiento de una parte apretada del organo de retroaccion con relacion al organo movil de distribucion de potencia por lo menos siguiendo una direccion transversal a un esfuerzo de apriete generado por los medios de apriete.
La union realizada por apriete entre el organo movil de potencia y el organo de retroaccion se hace entonces sin juego y reduciendo el desgaste de la union entre las piezas.
Segun un modo de realizacion particularmente ventajoso, los medios de apriete son adecuados para permitir por lo menos un desplazamiento de una parte apretada del organo de retroaccion con relacion al organo movil de distribucion de potencia por lo menos siguiendo una direccion transversal al esfuerzo de apriete generado por los medios de apriete. Este tipo de apriete permite una union entre el organo movil de distribucion de potencia y el organo de retroaccion que limita la creacion de esfuerzos perjudiciales al desplazamiento del organo movil de distribucion de potencia en el interior de su camisa. Estos desplazamientos de preferencia obtienen por la utilizacion de vastagos metalicos delgados.
Otras caractensticas y ventajas de la invencion se pondran de manifiesto a partir de la lectura de la descripcion que sigue de modos de realizacion particulares no limitativos de la invencion.
Breve descripcion de los dibujos
Se hara referencia a los dibujos adjuntos entre los cuales:
- la figura 1 es una vista en corte siguiendo un plano normal al eje de desplazamiento del organo movil de distribucion de potencia de una servovalvula segun la invencion;
- la figura 2 es una vista en corte segun un plano quebrado A - A representado en la figura 1;
- la figura 3 es una vista analoga a aquella de la figura 2 que ilustra la etapa de potencia en el momento de un movimiento del organo movil de distribucion de potencia de la servovalvula;
- la figura 4 es una vista parcial en perspectiva del organo de retroaccion en el momento de un movimiento del organo movil de distribucion de potencia de la servovalvula.
Descripcion detallada de por lo menos un modo de realizacion de la invencion
Con referencia a las figuras 1 y 2, la servovalvula globalmente designada por 1 comprende una etapa de control 100 y una etapa de potencia 200. La etapa de control 100 comprende un motor de par MC que comprende un estator 2 y un rotor 3. El estator 2 comprender una jaula que rodea el rotor 3 que gira segun el eje Z. El rotor 3 comprende dos
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elementos principales:
- una paleta magnetica 19 solicitada por el campo magnetico desarrollado por el estator 2 y movil con relacion al cuerpo de la servovalvula 1;
- una columna 20 solidaria de la paleta magnetica 19 que se extiende segun el eje Z en voladizo del estator y que penetra en el interior del cuerpo de la servovalvula.
La columna 20 lleva un eyector de fluido 4 que esta encarado a un receptor fijo 5. La columna 20 esta alimentada con fluido y el eyector de fluido 4 envfa un chorro de fluido hidraulico hacia el receptor fijo 5 segun una orientacion angular en funcion del movimiento del rotor 3. La columna 20 esta acoplada a un organo elastico de retorno (no representado en este caso) hacia una posicion de equilibrio en la cual el eyector 4 esta sensiblemente enfrente del centro del receptor 5.
La etapa de potencia 200 comprende una camisa cilmdrica 10 fijada de manera estanca al bastidor de la servovalvula 1. Esta camisa comprende un mandrinado axial 12 mecanizado en su centro en el interior del cual desliza una corredera 7. La camisa 10 esta provista de canales taladrados y de lumbreras que comunican con los puertos hidraulicos de alimentacion de potencia (P), de salida (U1 y U2) y de retorno (R) de la servovalvula. La camisa 10 esta perforada con un segundo mandrinado 13 radial realizado en su parte media. Dos tapones 21 roscados sobre el cuerpo de la servovalvula 1, por una parte y por la otra de la camisa 10, participan en el mantenimiento de esta en el interior del cuerpo de la servovalvula 1 y aseguran la estanqueidad entre el mandrinado 12 y el exterior.
El receptor 5 esta conectado de forma fluida a camaras de control 9 situadas por una parte y por la otra de la corredera 7, de modo que un desplazamiento angular del eyector 4 enfrente del receptor 5 produce un diferencial de presion en el interior de las camaras de control 9 que induce sobre la corredera 7 un esfuerzo de desplazamiento.
La corredera 7 es de forma cilmdrica y esta perforada con dos mandrinados de los cuales un primer mandrinado axial 14 y un segundo mandrinado radial 15 realizado sensiblemente en su parte media.
Una lamina de retroaccion 6 unida mecanicamente a la corredera 7 y solidaria de la columna 20 atraviesa el mandrinado radial 13 de la camisa 10 y el mandrinado radial 15 de la corredera 7 de modo que un extremo de la lamina de retroaccion 6 se extiende en el interior del mandrinado axial 12 de la corredera 7.
En este caso, la lamina de retroaccion 6 tiene una forma sensiblemente triangular y comprende una base 23 que esta unida a un casquillo 11 zunchado sobre la columna 20. La punta de la lamina 6 forma un extremo 22 que se extiende a traves de los mandrinados radiales 13 y 15 de la camisa de y de la corredera 7.
Segun la invencion, el extremo 22 de la lamina de retroaccion 6 esta apretada por medios de apriete 8 solidarios de la corredera 7. En este caso los medios de apriete 8 comprenden tornillos de presion 16 roscados en la corredera 7 en el interior de taladros de esta coaxiales al mandrinado 12. Los tornillos de presion 16 empujan sobre elementos de apriete 17 montados deslizantes en el interior del mandrinado 12 y que llevan vastagos metalicos 18 que se extienden en voladizo para apretar el extremo 22 de la lamina de retroaccion 6.
El apriete de la lamina de retroaccion 6 se realizaba por el roscado de los tornillos de presion 16 que ejercen un esfuerzo sobre los elementos de apriete 17, que transmiten este esfuerzo a los vastagos 18. Los extremos de los vastagos 18 aprietan la lamina de retroaccion 6 asegurando la union entre esta y la corredera 7.
Las operaciones de montaje comprenden preferentemente la sucesion de etapas siguiente:
- montaje de la corredera 7 en el interior de la camisa 10 ya bloqueada en el interior del cuerpo de la servovalvula 1;
- montaje de la etapa de control 100 sobre el cuerpo 1 de la servovalvula, la lamina de retroaccion 6 estando introducida a traves de los mandrinados 13 y 15;
- colocacion de los elementos de apriete 17 y de los tornillos de presion 16 en el interior del mandrinado 14;
- sujecion de los tornillos de presion 16 sobre el extremo 22 de la lamina de retroaccion 6;
- montaje y sujecion de los tapones 21.
El funcionamiento del conjunto se explica ahora. En respuesta a una solicitud de un usuario, una instruccion bajo la forma de una corriente electrica es enviada al estator 2 del motor de par. Esta instruccion genera un movimiento angular del rotor 3 alrededor del eje Z. La torsion ejercida por el motor de par sobre la columna 20 a traves del rotor 3 modifica la posicion relativa del eyector 4 y del receptor fijo 5 y genera un diferencial de presion entre las camaras
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9 situadas a una parte y la otra de la corredera 7. Esta se desplaza entonces un valor sensiblemente proporcional a la instruccion electrica recibida por el motor de par. El desplazamiento de la corredera 7 en el interior de la camisa
10 pone entonces en comunicacion un conjunto de canales taladrados y de lumbreras cuya disposicion permite distribuir una presion o un caudal proporcionales al desplazamiento de dicho organo de distribucion de potencia 7. La base 23 de la lamina de retroaccion 6 incorporada en la columna 20 es entonces sometida a un desplazamiento angular en un sentido y su extremo apretado es sometido a un desplazamiento de la corredera 7 en un sentido opuesto, como se ilustra en la figura 4. La lamina de retroaccion 6 ejerce entonces un retorno elastico que hace la funcion de servidumbre entre la corredera 7 y el rotor 3 (a traves de la columna 20), generando sobre el rotor 3 un par que se sustrae a la accion de mando.
El desplazamiento del extremo apretado 22 de la lamina de retroaccion 6 siguiendo el eje de desplazamiento de la corredera 7 (que es paralelo al esfuerzo de apriete) somete la lamina de retroaccion 6 a un esfuerzo de flexion y genera entonces un desplazamiento del extremo apretado segun una direccion normal a este eje asf como, en el ejemplo ilustrado, un desplazamiento angular de dicho extremo como se ilustra por las flechas en la figura 4. Este desplazamiento se hace posible por la flexibilidad de los medios de apriete 8 que tiene su origen en la flexibilidad de los vastagos metalicos 18, sin que esfuerzos adicionales sean transmitidos al organo movil de distribucion de potencia.
Asf, el desplazamiento relativo de la corredera 7 y de la lamina de retroaccion 6 se efectua sin rozamiento entre estas piezas, reduciendo asf el desgaste de estas.
Por supuesto, la invencion no esta limitada a los modos de realizacion descritos sino que engloba cualquier variante que entre dentro del ambito de la invencion tal como se define por las reivindicaciones.
En particular:
- los medios de apriete 8 del organo de retroaccion 6 pueden comprender un unico tornillo de presion 16 que apriete, por ejemplo, el organo de retraccion contra una parte fija;
- la flexibilidad de los medios de apriete del organo de retroaccion descritos en este caso puede estar asegurada por organos que se pueden deformar como por ejemplo resortes, elementos de polfmero o a partir de latex, un amortiguador hidraulico, o todavfa arandelas Belleville;
- el organo de retroaccion 6 puede estar unido al rotor a traves de la columna 20 o por union mecanica con el eyector o la tobera de la etapa de control;
- aunque el casquillo 11 que une el organo de retroaccion a la columna 20 este zunchado sobre esta, la invencion se aplica igualmente a otros modos de fijacion tal como la soldadura o mediante chaveta;
- aunque el organo movil de potencia en este caso sea una corredera 7, la invencion se aplica igualmente a una servovalvula equipada con otros tipos de organos moviles de potencia tales como, el ejemplo, valvulas giratorias;
- aunque el organo de retroaccion sea en este caso una lamina de retroaccion 6, la invencion se aplica igualmente a una servovalvula equipada con otros tipos de organos de retroaccion tales como, por ejemplo, vastagos de retroaccion;
- finalmente, aunque el emisor hidraulico este ligado al rotor del motor por una columna la invencion no esta limitada a esta configuracion y se aplica a otros tipos de servovalvulas en las cuales la posicion del emisor hidraulico con relacion al receptor este fijada por ejemplo por una excentrica o todavfa una bieleta unidas a la parte movil del motor.

Claims (7)

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    REIVINDICACIONES
    1. Servovalvula hidraulica (1) de dos etapas que comprende:
    - una etapa de potencia que comprende un organo movil de distribucion de potencia (7),
    - una etapa de control que comprende un motor de par que comprende un rotor (3) unido a un emisor o un deflector de fluido hidraulico (4) y un organo de retroaccion (6) que se puede deformar y funcionalmente ligado al rotor (3) y al organo movil de distribucion de potencia (7) para establecer entre ellos una union mecanica caracterizada por que el organo movil de distribucion de potencia (7) comprende medios de apriete (8) del organo de retroaccion (6) que son adecuados para permitir un desplazamiento de una parte apretada del organo de retroaccion (6) con relacion al organo movil de distribucion de potencia (7) por lo menos siguiendo una direccion transversal a un esfuerzo de apriete generado por los medios de apriete (8).
  2. 2. Servovalvula segun la reivindicacion 1 en la cual los medios de apriete (8) comprenden por lo menos un tornillo de presion (17).
  3. 3. Servovalvula segun la reivindicacion 1 en la cual los medios de apriete (8) comprenden dos tornillos de presion (17) montados en oposicion.
  4. 4.Servovalvula segun la reivindicacion 1 en la cual los medios de apriete (8) comprenden vastagos metalicos (18) que se extienden en voladizo y que tienen extremos que aprietan el organo de retroaccion (6), de manera que permiten el desplazamiento de la parte apretada del organo de retroaccion (6) bajo el efecto de una flexion de los vastagos metalicos (18).
  5. 5. Servovalvula segun la reivindicacion 1 en la cual el organo movil de distribucion de potencia (7) que es sensiblemente cilmdrico, los medios de apriete (8) estan implantados en un mandrinado (14) realizado en el interior de este organo movil de potencia siguiendo un eje de revolucion de dicho organo (7).
  6. 6. Servovalvula segun la reivindicacion 1 en la cual el organo de retroaccion (6) es un vastago.
  7. 7. Servovalvula segun la reivindicacion 1 en la cual el organo de retroaccion (6) es una lamina.
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