FR2471504A1 - Fluid actuator for inching hydraulic movement - comprises multiple inlet ports to control movement of centre and annular coaxial pistons - Google Patents

Fluid actuator for inching hydraulic movement - comprises multiple inlet ports to control movement of centre and annular coaxial pistons Download PDF

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Abstract

The fluid actuator comprises a cylindrical body (11) defining an interior chamber (14) within which is located a piston assembly (15). This isolates a fluid outlet (5) at one end (12) of the chamber from a fluid inlet (1,2,3,4) at the other end (13) of the chamber. The piston assembly (15) comprises a central cylindrical piston element (15D) concentrically surrounded by at least one annular piston element (15A, 15B, 15C) and is resiliently urged by spring (16) to seat against the end of the body. Face seals (L, K, M and N) are provided at end (13) for respective piston elements (15A,15B,15C,15D) and individual inlet ports (1,2,3,4) penetrate the seals to provide for fluid delivery against individual piston elements.

Description

La présente invention concerne les actionneurs à fluide. The present invention relates to fluid actuators.

Dans la commande de dispositifs actionnés par un fluide, comme des moteurs, des vérins, des convertisseurs de mouvement de rotation en mouvement linéaire, etc, on désire souvent effectuer un déplacement de l'élément mobile contenu dans le dispositif qui ne soit qu'une fraction du déplacement complet possible. On a jusqu'à présent réalisé ceci au moyen de limitations mécaniques externes, comme des butées définissant des positions, des embrayages et des freins, en fonction de la nature du dispositif actionné par un fluide. In the control of devices actuated by a fluid, such as motors, jacks, converters of rotation movement to linear movement, etc., it is often desired to effect a displacement of the mobile element contained in the device which is only one fraction of complete displacement possible. This has so far been achieved by means of external mechanical limitations, such as stops defining positions, clutches and brakes, depending on the nature of the device actuated by a fluid.

Un but de l'invention est de réaliser un actionneur à fluide destiné à être utilisé avec un dispositif actionné par un fluide qu'on puisse faire fonctionner d'une manière sélective pour effectuer des déplacements fractionnaires sélectifs de l'élément mohile contenu dans le dispositif. An object of the invention is to provide a fluid actuator intended for use with a device actuated by a fluid which can be operated selectively to effect selective fractional displacements of the mohile element contained in the device .

Conformément à l'invention, un actionneur à fluide comprend un corps qui définit une chambre dans laquelle se trouve un ensemble de pistons qui isole des moyens de sortie de fluide situés à une extrémité de la chambre par rapport à des moyens d'entrée de fluide situés à l'autre extrémité de la chambre. Cet ensemble est sollicité de façon élastique vers les moyens d'entrée de fluide et il comprend un élément de piston cylindrique central qui est entouré de façon concentrique par au moins un élément de piston annulaire.Les moyens entrée de fluide comprennent plusieurs orifices d'entrée qui sont respectivement disposés de façon à fournir du fluide destiné à agir contre les éléments de piston, avec une configuration telle que l'application sélective d'un fluide sous pression aux orifices d'entrée a pour effet de déplacer un ou plusieurs éléments de piston vers les moyens de sortie de fluide. According to the invention, a fluid actuator comprises a body which defines a chamber in which there is a set of pistons which isolates fluid outlet means located at one end of the chamber relative to fluid inlet means located at the other end of the room. This assembly is resiliently biased towards the fluid inlet means and it comprises a central cylindrical piston element which is concentrically surrounded by at least one annular piston element. The fluid inlet means comprise several inlet ports which are respectively arranged so as to supply fluid intended to act against the piston elements, with a configuration such that the selective application of a pressurized fluid to the inlet ports has the effect of displacing one or more piston elements towards the fluid outlet means.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels
La figure 1 représente l'ensemble de pistons en butée contre les moyens d'entrée de fluide, et
La figure 2 montre une position différente de l'ensemble de pistons.The invention will be better understood on reading the following description of an embodiment and with reference to the accompanying drawings in which
FIG. 1 represents the set of pistons in abutment against the fluid entry means, and
Figure 2 shows a different position of the piston assembly.

Sur les dessins, l'actionneur à fluide comprend un corps 10 qui est formé par un cylindre creux 11 et des parois d'extrémité 12, 13 définissant ainsi une chambre intérieure 14. Un orifice de sortie de fluide 5 est situé dans la paroi 12 et des orifices d'entrée de fluide 1, 2, 3, 4 sont situés dans la paroi 13. La chambre 14 contient un ensemble de pistons 15 qui isole l'orifice 5 de chacun des orifices 1, 2, 3 et 4. L'ensemble 15 comprend un élément de piston cylindrique central 15D qui est entouré de façon concentrique par des éléments de- piston annulaires 15C, 15B et 15A. Les éléments de piston 15A, 15B, 15C, 15D peuvent coulisser les uns par rapport aux autres et des joints d'étanchéité annulaires sont placés entre.les éléments adjacents et entre l'élément 15A et le cylindre 11. In the drawings, the fluid actuator comprises a body 10 which is formed by a hollow cylinder 11 and end walls 12, 13 thus defining an interior chamber 14. A fluid outlet orifice 5 is located in the wall 12 and fluid inlet ports 1, 2, 3, 4 are located in the wall 13. The chamber 14 contains a set of pistons 15 which isolates the port 5 from each of the ports 1, 2, 3 and 4. L the assembly 15 comprises a central cylindrical piston element 15D which is concentrically surrounded by annular piston elements 15C, 15B and 15A. The piston elements 15A, 15B, 15C, 15D can slide relative to each other and annular seals are placed between the adjacent elements and between the element 15A and the cylinder 11.

Un ressort à boudin 16 est logé dans la paroi d'extrémité 12 et il porte contre l'élément de piston 15A de façon à solliciter cet élément vers la paroi 13. L'élément de piston 15A présente un accouplement mécanique unidirectionnel avec l'élément 15B, à cause d'un rebord 15F, faisant saillie radialement, qui recouvre une partie de l'élément de piston 15B, si bien que la force élastique que le ressort 16 exerce sur l'élément 15A est transmise à l'élément 15B lorsque le rebord 15F est en contact avec l'élément de piston 15B. Des accouplements unidirectionnels similaires sont établis entre les éléments de piston 15B et 15C et les éléments de piston 15C et 15D. La contre-pression dans la chambre 14 aide l'action du ressort 16 qui peut donc avoir une force minimale. A coil spring 16 is housed in the end wall 12 and it bears against the piston element 15A so as to urge this element towards the wall 13. The piston element 15A has a unidirectional mechanical coupling with the element 15B, due to a flange 15F, projecting radially, which covers part of the piston element 15B, so that the elastic force that the spring 16 exerts on the element 15A is transmitted to the element 15B when the flange 15F is in contact with the piston element 15B. Similar one-way couplings are established between the piston elements 15B and 15C and the piston elements 15C and 15D. The back pressure in the chamber 14 helps the action of the spring 16 which can therefore have a minimum force.

Les orifices d'entrée 1, 2, 3, 4 sont respectivement alignés avec les éléments de piston 15A, 15B, 15C et 15D, et des joints d'étanchéité annulaires L, K, M et N, portant sur leurs faces, sont placés entre la paroi d'extrémité 13 et les éléments de piston respectifs, de façon que l'élément de piston 15A porte contre une face du joint L, que l'élément 15B porte contre une face du joint K, que l'élément 15C porte contre une face du joint M et que l'élement 15D porte contre une face du joint N. The inlet ports 1, 2, 3, 4 are respectively aligned with the piston elements 15A, 15B, 15C and 15D, and annular seals L, K, M and N, bearing on their faces, are placed between the end wall 13 and the respective piston elements, so that the piston element 15A bears against one face of the seal L, that the element 15B bears against one face of the seal K, that the element 15C carries against one face of the seal M and that the element 15D bears against one face of the seal N.

Au cours du fonctionnement, un fluide sous pression provenant d'une source (non représentée) est appliqué sélectivement à l'un des orifices. d'entrée 1, 2, 3 ou 4, afin de déplacer un ou plusieurs des éléments de piston. Par exemple, lorsqu'un fluide est appliqué à l'orifice 2, comme le montre la figure 2, l'élément de piston 15B est déplacé vers l'orifice de sortie 5 et, du fait de l'accouplement mécanique unidirectionnel avec l'élément de piston 15A, ce dernier élément est également déplacé vers l'orifice de sortie 15. Le déplacement de fluide total que produit l'actionneur 10 est égal au produit de la course longitudinale des éléments de piston 15A, 15B par l'aire de section droite combinée du côté d'évacuation des éléments de piston 15A, 15B.Lorsque la pression qui est appliquée à l'orifice d'entrée 2 est supprimée, le ressort 16 ramène les éléments de piston 15A, 15B à la position de la figure 1. On notera que la face avant d'un piston est chanfreinée au niveau de l'accouplement unidirectionnel entre les éléments de piston adjacents, par exemple en 18. Grâce à ceci, le fluide sous pression qui se trouve dans la chambre 14 peut agir des deux côtés du rebord recouvrant, par exemple 15F, ce qui exclut l'aire du rebord de l'expression qui définit le déplacement de fluide de l'actionneur. During operation, a pressurized fluid from a source (not shown) is selectively applied to one of the ports. 1, 2, 3 or 4 to move one or more of the piston elements. For example, when a fluid is applied to the orifice 2, as shown in FIG. 2, the piston element 15B is moved towards the outlet orifice 5 and, due to the unidirectional mechanical coupling with the piston element 15A, this latter element is also displaced towards the outlet orifice 15. The displacement of total fluid produced by the actuator 10 is equal to the product of the longitudinal stroke of the piston elements 15A, 15B by the area of combined cross section on the discharge side of the piston elements 15A, 15B. When the pressure which is applied to the inlet orifice 2 is removed, the spring 16 brings the piston elements 15A, 15B back to the position of the figure 1. It will be noted that the front face of a piston is chamfered at the level of the unidirectional coupling between the adjacent piston elements, for example at 18. Thanks to this, the pressurized fluid which is in the chamber 14 can act on both sides of the overlapping rim, for example 15F, which excludes t the area of the edge of the expression which defines the movement of the actuator fluid.

Dans le cas où on désire limiter ou faire varier la course de l'ensemble 15, on peut ajuster une paroi réglable 19 à l'intérieur de la chambre 14, au moyen d'un accouplement fileté sur une embase 20, concentrique à l'orifice de sortie 5, comme il est représenté en pointillés sur la figure 1. In the case where it is desired to limit or vary the stroke of the assembly 15, an adjustable wall 19 can be adjusted inside the chamber 14, by means of a threaded coupling on a base 20, concentric with the outlet 5, as shown in dotted lines in FIG. 1.

On peut utiliser l'actionneur 10 pour permettre un mouvement pas à pas ou incrémentiel d'un moteur hydraulique, par exemple, en branchant l'orifice 5 à un té placé dans la conduite hydraulique entre le moteur hydraulique, la source d'énergie hydraulique et le robinet d'arrêt qui est utilisé pour le fonctionnement continu normal du moteur. The actuator 10 can be used to allow stepping or incremental movement of a hydraulic motor, for example, by connecting the orifice 5 to a tee placed in the hydraulic line between the hydraulic motor, the source of hydraulic energy and the shut-off valve which is used for normal continuous engine operation.

Dans ces conditions, pour réaliser une correction de position en rotation du moteur, lorsqu'il est au repos et que le robinet d'arrêt est fermé, on peut faire fonctionner l'actionneur 10 en appliquant de l'énergie sous forme d'un fluide (hydraulique ou pneumatique) à un orifice d'entrée sélectionné 1, 2, 3- ou 4, afin de fournir un volume hydraulique sélectionné au moteur, entraînant ainsi une rotation incrémentielle de valeur correspondante du moteur. Cette configuration ne gêne pas le fonctionnement normal du moteur du fait que l'ensemble de pistons 15 dè l'actionneur 10 isole les orifices d'entrée 1, 2, 3, 4 de l'orifice de sortie 5.Under these conditions, to make a correction in the rotational position of the motor, when it is at rest and the stop valve is closed, the actuator 10 can be operated by applying energy in the form of a fluid (hydraulic or pneumatic) at a selected inlet 1, 2, 3- or 4, in order to provide a selected hydraulic volume to the motor, thus causing an incremental rotation of corresponding value of the motor. This configuration does not interfere with normal operation of the engine because the set of pistons 15 of the actuator 10 isolates the inlet ports 1, 2, 3, 4 from the outlet port 5.

On peut apporter diverses modifications à l'actionneur décrit ci-dessus. Par exemple, il n'est pas nécessaire que les éléments de piston soient au nombre de quatre et on pourrait utiliser n'importe quel nomb-re. On pourrait utiliser une forme différente de configuration de rappel à ressort et ce rappel pourrait en fait être appliqué individuellement aux éléments de piston, évitant ainsi la nécessité de l'accouplement unidirectionnel entre pistons. Various modifications can be made to the actuator described above. For example, the piston elements do not have to be four in number and any number could be used. A different form of spring return configuration could be used, and this return could in fact be applied individually to the piston elements, thus avoiding the need for one-way coupling between pistons.

On pourrait modifier les dimensions relatives des diverses pièces représentées et, par exemple, l'aire des faces des éléments de piston du côté d'entrée de l'actionneur pourrait être supérieure à l'aire correspondant au côté de sortie, ce qui procurerait une amplification de pression du fluide.One could modify the relative dimensions of the various parts represented and, for example, the area of the faces of the piston elements on the inlet side of the actuator could be greater than the area corresponding to the outlet side, which would provide a amplification of fluid pressure.

I1 va de soi que de nombreuses autres modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention.  It goes without saying that many other modifications can be made to the device described and shown, without departing from the scope of the invention.

Claims (5)

REVENDICATIONS 1. Actionneur à fluide caractérisé en ce qu'il comprend un corps (11) qui définit une chambre (14) dans laquelle se trouve un ensemble de pistons (15) qui isole des moyens de sortie de fluide (5) situés à une extrémité de la chambre (14) par rapport à des moyens d'entrée de fluide (1, 2, 3, 4) situés à l'autre extrémité de la chambre (14), cet ensemble (15) est sollicité de façon élastique vers les moyens d'entrée de fluide (1, 2, 3, 4) et il comprend un élément de piston cylindrique central (15D) qui est entouré de façon concentrique par au moins un élément de piston annulaire (15A, 15B, 15C), les moyens d'entrée de fluide (1, 2, 3, 4) comprennent plusieurs orifices d'entrée qui sont respectivement conçus de façon à fournir un fluide agissant contre les éléments de piston (15A, 15B, 15C, 15D), et la configuration est telle que l'application sélective de fluide sous pression aux orifices d'entrée (1, 2, 3, 4) déplace un ou plusieurs des éléments de piston (15A, 15B, 15C, 15D) vers les moyens de sortie de fluide (5). 1. Fluid actuator characterized in that it comprises a body (11) which defines a chamber (14) in which there is a set of pistons (15) which isolates fluid outlet means (5) located at one end of the chamber (14) relative to the fluid inlet means (1, 2, 3, 4) located at the other end of the chamber (14), this assembly (15) is resiliently biased towards the fluid inlet means (1, 2, 3, 4) and it comprises a central cylindrical piston element (15D) which is concentrically surrounded by at least one annular piston element (15A, 15B, 15C), the fluid inlet means (1, 2, 3, 4) includes a plurality of inlet ports which are respectively designed to supply a fluid acting against the piston elements (15A, 15B, 15C, 15D), and the configuration is such that the selective application of pressurized fluid to the inlet ports (1, 2, 3, 4) displaces one or more of the piston elements (15A, 15B, 15C, 15D) towards the fluid outlet means (5). 2. Actionneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la face de chaque élément de piston (15A, 15B, 15C, 15D) qui est adjacente aux moyens d'entrée de fluide (1, 2, 3, 4) peut venir en contact avec un joint d'étanchéité annulaire (L, K, M, NY qui est porté par les moyens d'entrée de fluide et qui est traversé par l'orifice d'entrée associé (1, 2, 3, 4). 2. Actuator according to claim 1, characterized in that the face of each piston element (15A, 15B, 15C, 15D) which is adjacent to the fluid inlet means (1, 2, 3, 4) can come in contact with an annular seal (L, K, M, NY which is carried by the fluid inlet means and which is crossed by the associated inlet orifice (1, 2, 3, 4). 3. Actionneur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les joints d'étanchéité annulaires (L, K, M, 3. Actuator according to claim 2, characterized in that the annular seals (L, K, M, N) sont mutuellement décalés dans la direction axiale de la chambre (14) et les éléments de piston (15A, 15B, 15C, 15D) ont des longueurs axiales respectives telles que la face de l'ensemble de pistons (15) qui se trouve du côté de l'ori- fice de sortie de fluide (5) soit pratiquement plane lorsque les éléments de piston (15A, 15B, 15C, 15D) portent respectivement contre les joints d'étanchéité annulaires (L, K, M,N) are mutually offset in the axial direction of the chamber (14) and the piston elements (15A, 15B, 15C, 15D) have respective axial lengths such that the face of the piston assembly (15) which is located on the side of the fluid outlet orifice (5) is practically flat when the piston elements (15A, 15B, 15C, 15D) bear respectively against the annular seals (L, K, M, N).NOT). 4. Actionneur selqn l'une quelconque des revendi cations 1 à 3, caractérisé en ce qu'un organe de rappel (16) sollicite de façon élastique l'un des éléments de piston (15A) vers les moyens d'entrée de fluide (1, 2, 3, 4) et les éléments de piston adjacents (15A, 15B) comportent un accouplement mécanique unidirectionnel (15F), grâce à quoi tous les éléments de piston sont sollicités vers les moyens d'entrée de fluide (1, 2, 3, 4). 4. Actuator according to any of claims 1 to 3, characterized in that a return member (16) resiliently biases one of the piston elements (15A) towards the fluid inlet means ( 1, 2, 3, 4) and the adjacent piston elements (15A, 15B) have a one-way mechanical coupling (15F), whereby all the piston elements are biased towards the fluid inlet means (1, 2 , 3, 4). 5. Actionneur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la chambre (14) comporte une paroi d'extrémité (19) réglable en position, ce qui permet de régler la course maximale de l'ensemble de pistons (15).  5. Actuator according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the chamber (14) comprises an end wall (19) adjustable in position, which makes it possible to adjust the maximum stroke of the set of pistons (15).
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