FR2508565A1 - Positionneur electrohydraulique, destine en particulier a la telecommande d'un distributeur - Google Patents
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Abstract
POSITIONNEUR ELECTROHYDRAULIQUE DE CONSTITUTION ASYMETRIQUE, FONCTIONNANT PAR COMPARAISON DE FORCES ET PRESENTANT UNE FONCTION DE SECURITE POSITIVE EN CAS DE DEFAILLANCE DE L'ELECTROAIMANT PROPORTIONNEL 11. LE TIROIR DE PILOTAGE 32, QUI COMPENSE LA FORCE ET COMMANDE L'ORGANE DE REGLAGE 15, PRESENTE A DISTANCE D'UN PREMIER COLLET DE COMMANDE 33 UN SECOND COLLET DE COMMANDE 34 QU'UN RESSORT TARE 48 AMENE A LA PLACE DU PREMIER COLLET 33 EN CAS DE DEFAILLANCE DU COURANT, DE SORTE QUE LE TIROIR DE PILOTAGE 32 EST REPOUSSE CONTRE UN RESSORT DE SECURITE POSITIVE 51, QUI EXERCE UNE FORCE ANTAGONISTE APPROPRIEE. LE RESSORT 51 EST ADAPTE A UN RESSORT TARE 48 ACCOUPLANT LE TIROIR DE PILOTAGE 32 A L'ORGANE DE REGLAGE 15, DE FACON A AMENER L'ORGANE DE REGLAGE 15 DANS SA POSITION NEUTRE EN CAS DE DEFAILLANCE DU COURANT, LE TIROIR DE COMMANDE 16 BLOQUANT ALORS HYDRAULIQUEMENT LE SERVOMOTEUR 19 ET INTERDISANT DES FONCTIONS INCORRECTES.
Description
La présente invention concerne un positionneur électrohydraulique, destiné en particulier à la télécommande d'un distributeur et comprenant un organe de~reglage mobile dans un corps, muni d'un piston différentiel qu'un étage de pilotage charge par un fluide sous pression et dans lequel un organe de pilotage dudit étage est actionné par un électroaimant proportionnel et prend appui par l'intermédiaire d'un ressort taré sur la grande surface effective du piston différentiel, dont la première chambre de pression, affectée à ladite grande surface, est reliée par des premières arêtes de commande de l'organe de pilotage à une arrivée ou à un retour d'huile de commande, ou est bloque par l'organe de pilotage se trouvant sur sa position neutre, tandis que la seconde chambre de pression, affectée à la petite surface effective, est reliée à l'arrivée d'huile de commande.
Le brevet de la République féderale d'Allemagne nO 22 13 439 décrit un tel positionneur blectrohydraulique, dans lequel un seul électroaimant proportionnel actionne un tiroir de pilotage, qui est par ailleurs accouplé par un ressort & un cylindre de positionnement, réalisé sous forme d'un piston différentiel, et le commande d la façon d'un demi-pont. te déplacement d'un étage de commande relié au cylindre de positionnement peut ainsi être commandé avec une amplitude et un sens quelconques, l'appareillage du dispositif fonctionnant sur la base d'un systeme comparateur de forces étant relativement faible.Un inconvénient de ce positionneur réside dans le fait que le tiroir de commande de l'étage principal n'est pas ramené dans sa position neutre dans le cas d'une défaillance du courant ou d'une coupure du positionneur, de sorte que des fonctions erronées risquent d'apparaitre sur la machine commandée. Une telle fonction de sécurité positive est toutefois souhaitée dans de nombreux cas.
La demande de brevet de la République fedérale d'Allemagne publiée sous le nO 28 40 831 décrit par ailleurs un distributeur électrohydraulique a sécurité positive Dans le cas d'une défaillance de courant, un ressort fait passer le tiroir de pilotage actionné par un électroaimant proportionnel dans une quatrième position, de sorte que le tiroir de commande centré par ressort peut occuper sa position neutre et interdire ainsi des fonctions erronées de la machine commandée. Ce distributeur travaille avec un tiroir de commande à centrage par ressort, de sorte que les moyens employés pour obtenir la fonction de sécurité positive ne sont pas transposables à un positionneur électrohydraulique asymétrique, qui fonctionne selon un système de comparaison de forces.
Selon une caractéristique essentielle de l'invention, un générateur de force de fonction incorrecte, antagoniste du ressort taré, est affecté à l'organe de pilotage qui présente des secondes arêtes de commande, à distance des premieres; et la distance entre les premières et les secondes arêtes de commande est adaptée aux caractéristiques du ressort taré et du générateur de force de fonction incorrecte de façon que les secondes arêtes de pilotage soient amenées dans une position de sécurité positive, commandant la première chambre de pression lorsque l'électroaimant proportionnel n'est pas alimenté. te positionneur électrohydraulique selon l'invention présente l'avantage de permettre une fonction de sécurité positive lors d'une défaillance ou d'une coupure du courant, même dans le cas d'un dispositif fonctionnant avec un système de comparaison de forces.Malgré la constitution asymétrique du positionneur, l'organe de réglage est amené dans la position dé sécurité positive sur une position médiane et le tiroir de commande qu'il actionne est amené dans une position neutre, sur laquelle il bloque une utilisation hydraulique raccordée et interdit ainsi des fonctions erronées. L'appareillage électrique est en outre notablement réduit, car le pilotage n'exige qu'un Eeul électroaimant et par suite une électronique plus simple, bien que l'étage de commande puisse être à double effet.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le générateur de force de fonction erronée est réalisé sous forme d'un ressort mécanique, permettant d'obtenir un positionneur particulièrement simple, compact et facile a ajuster.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous d'un exemple de réalisation et des dessins annexés sur lesquels la figure 1 est une coupe longitudinale d'un positionneur électrohydraulique pour télécommande d'un distributeur; et la figure 2 représente la force de pilotage F en fonction de la course m de l'organe de réglage du positionneur selon figure 1.
La figure 1 représente un positionneur electrohydraulique 10, essentiellement constitué par un électroaimant proportionnel 11, un étage de pilotage 12 et un cylindre de positionnement 13, tous logés dans un corps 14. Le cylindre de positionnement 13 comporte un organe de réglage 15, réalisé sous forme d'un piston différentiel qui actionne un tiroir de commande 16 d'un distributeur 17 constituant un étage de commande.Le distributeur 17 est un distributeur classique à 4 voies et fonctionnement proportionnel, qui peut commander l'entrée du fluide sous pression dél:-- par une pompe 18 dans une chambre au choix d'un servomoteur 19 a double ~3Zzat et décharger l'autre chambre vers le reservoir 20, et présente pour ce faire une premiere et une seconde position fonctionnelles 21, 22. Sur une position neutre 23 intermédiaire, le tiroir-de commande 16 bloque hydrauliquement le servomoteur 19.
L'étage de pilotage 12 comprend dans un corps 24 un alésage 25 de tiroir dans lequel est usinée une gorge annulaire 26. Cette derniere est reliée par un canal 27 dérive à une première chambre de pression 28 et une chambre 29 d'armature. La première chambre de pression 28 est affectée à la grande surface effective 31 du piston différentiel.
Un tiroir de pilotage 32 est guidé dans l'alésage 25 du corps 24 de pilotage et présente un premier collet de commande 33 et, à distance de cç dernier, un second collet de commande 34 identique. Dans la position neutre représentée du tiroir de pilotage 32, une arête de commande 35 situee du côté amont du premier collet de commande 33 interrompt la liaison entre une arrivée 36 d'huile de commande et la gorge annulaire 26, tandis qu'une arête de commande 37 située du côté aval du même collet de commande 33 bloque la liaison entre la gorge annulaire 26 et le retour 38 d'huile de commande. L'arrivée 36 est alimentée en huile de commande sous pression directement par la pompe 18 ou par l'intermédiaire d'un détendeur 42. Le second collet de commande 34 du tiroir de pilotage 32 présente de la même façon que le premier collet de commande 33 une arête de commande 43 en amont et une arête de commande 44 en aval. Les arêtes de commande 35, 37 du premier collet de commande 33 constituent les premieres arêtes de commande, tandis que celles (43, 44) du second collet de commande (34) constituent les secondes arêtes de commande. L'armature 46 de l'électroaimant proportionnel 51 actionne le tiroir de pilotage 32 par un tronçon de piston 45, voisin du premier collet de commande 33 et pénétrant dans la chambre 29 d'armature. Un second tronçon de piston 47 du tiroir de pilotage 32, voisin du second collet de commande 34, pénètre dans la première chambre de pression 28.Cette dernière contient un ressort taré 48, qui prend appui d'une part sur la grande surface effective 31 du piston différentiel 15 et d'autre part sur la face frontale du second tronçon de piston 47. Un ressort d'appui 49, concentrique au ressort taré 48, prend appui par le piston différentiel 15 sur le corps 24 de pilotage.
Un ressort de sécurité positive 51, fonctionnant en générateur de force de fonction incorrecte, est disposé dans la chambre 29 d'armature, du coté de l'armature 46 opposé au tiroir de pilotage 32. Un variateur 52 permet d'ajuster la caractéristique de ce ressort 51 de sécurité positive. Ce dernier prend appui d'une part sur le corps, tandis que son extrémite libre se trouve, dans la position neutre représentée du tiroir de pilotage 32, à une distance de l'armature 46 correspondant à une course à vide de pilotage 53.
Le fonctionnement du positionneur 10 est décrit ci-dessous l'aide de la figure 2. Cette dernière représente un diagramme fonctionnel, sur lequel la force de pilotage F ou le courant de pilotage électrique correspondant est porté en ordonnée, tandis que la course n de l'organe de réglage 15, correspondant aussi à une course de bandage du ressort taré 48, est portée en abscisse. Sur la figure 2, la position 60 est celle occupée par la caractéristique du ressort taré 48 quand le premier collet de commande 33 se trouve dans la position représentée sur la figure 1, pendant le fonctionnement normal.Sur la position neutre du tiroir de pilotage 32, représentée à la figure 1, l'éiectro- aimant proportionnel li exerce sur le tiroir de pilotage 32, par l'intermédiaire de l'armature 46, une force F M en équilibre avec une force oppose exercée par le ressort taré 48. L'organe de réglage 15 se trouve ainsi dans la position neutre M représentée, de sorte que le tiroir de commande 16 du distributeur 17 bloque hydrauliquement le servomoteur 19 raccorde dans la position neutre 23. Dans cette position neutre représentée du piston de réglage 15, la petite surface effective 41 est chargée directement par la pression de commande, délivrée par le détendeur 42.Une pression intermédiaire, inferieure à la pression de commande, s'exerce sur la grande surface effective 31 du piston de réglage 15; elle peut être augmentée par une charge à l'aide de la première arête-de commande 35 du côté amont du premier collet de commande 33, ou diminuée par une décharge a l'aide de la première arête de commande 37 du côté aval.
Une régulation continue de la pression dans la première chambre 28 est ainsi possible à l'aide du tiroir de pilotage 32, à la façon d'un demi-pont, selon l'écart entre la force instantanée du ressort taré 48 et la force de consigne de l'électroaimant proportionnel 11.
Une variation de l'intensité du courant alimentant l'électroaimant proportionnel 11 et par suite de la force exercée par l'armature 46 sur le tiroir de pilotage 32 fait varier en conséquence la caractéristique 60, la position du piston de réglage 15 et par suite celle du tiroir de commande 16. Lorsque l'armature 46 exerce la force de pilotage maximale, le tiroir de pilotage décharge la première chambre de pression 28 vers le retour 38, par la premiers arête de commande 37 du coté aval, jusqu'à ce que organe de réglage 15 se déplaçant vers la droite produise par l'intermédiaire du ressort taré 48 une force égale et opposée sur le tiroir de pilotage 32 et ramène son premier collet de commande 33 dans la position neutre représentée.
Le tiroir de commande 16 peut alors être déplacé jusqu'à la première position fonctionnelle 21, désignée par M21 sur la figure 2. Inversement, une diminution de la force de pilotage F permet d'augmenter la pression dans la première chambre 28 par la première arête de commande 35 du côté amont et par suite de déplacer le piston de commande 15 vers la gauche sur la figure 1. Pour la force de pilotage F minimale, le tiroir de commande 16 peut ainsi être amené dans sa seconde position fonctionnelle 22, indiquee par M22 sur la figure 2. il est ainsi possible de commander continûment le sens et la vitesse du servomoteur 19 raccordé ou la pression.Le positionneur fonctionne par un système de comparaison de forces, la force de l'électroaimant proportionnel 11 étant compensée par rapport a la position de organe de réglage 15 par la force du--ressort taré 48. Pendant ce fonctionnement normal, le ressort de sécurité positive 51 est découplé dans la chambre 29 de l'armature 46, d'une distance égale à la course à vide de pilotage 53 prévue, et n'agit donc pas.
Une fonction de sécurité positive agit dans le cas d'une défaillance ou d'une coupure du courant de l'électroaimant proportionnel 11 et interdit le déplacement du tiroir de commande 16 de sa position neutre 23 vers une position fonctionnelle et par suite une fonction incorrecte du servomoteur 19. Une défaillance ou coupure du courant fait d'autre part passer le tiroir de commande 16 de la position fonctionnelle instantanée dans la position neutre 23. Ce résultat est obtenu comme suit : lorsque la force exercée par l'électroaimant proportionnel 11 s'annule, le ressort taré 48 déplace le tiroir de pilotage 32 vers l'électroaimant proportionnel 11, jusqu'à ce que l'armature 46 s'applique sur le ressort de sécurité positive 51 et que ce dernier. exerce une force opposée suffisante.Le second collet de commande 34 occupe alors la place du premier collet de commande 33 dans la position neutre. Le ressort taré 48 présente alors la caractéristique 61, décalée parallèlement vers le bas sur la figure 2. Afin que l'organe de réglage 15 puisse se maintenir dans sa position neutre M, une force FS beaucoup plus faible suffit sur le tiroir de pilotage 32, selon la caractéristique 61, pour le maintenir dans une position de sécurité et par suite maintenir le second collet de commande 34 dans une position bloquant la premiere chambre de pression 28. Une telle force Fs, égale et opposée à la force du ressort taré 48, est alors exercée non plus par l'électroaimant proportionnel 11, mais par le ressort de sécurité positive 51 sur le tiroir de pilotage 32. La figure 2 représente aussi la caractéristique 62 du ressort de sécurité 51.
Un variateur 52 permet d'ajuster avec précision cette caractéristique 62 du ressort de sécurité positive 51, de sorte que l'organe de réglage 15 et par suite le tiroir de commande 16 atteignent la position neutre 23 avec précision. Lors de son passage de la position neutre représentée sur la figure 1, et dans laquelle le premier collet de commande 33 agit, dans la position de sécurité non représentée, surlaquelle le second collet de commande 34 agit, le tiroir de pilotage 32 effectue un échelon de pilotage 63, correspondant à la distance entre les arêtes de commande correspondantes 35 ou 43 des deux collets de commande 33 ou 34.Dans le cas d'une défaillance ou d'une coupure du courant de l'electroaimant proportionnel 11, le générateur de force de fonction incorrecte 51, 52 prédétermine ainsi une position définie du piston de réglage 15 et assure par suite une position neutre du tiroir de commande 16, ce qui interdit une fonction incor -recte du servomoteur 19.
Lors du rebranchement du positionneur 10, l'électroaimant proportionnel 11 est alimenté par un courant qui produit une force de pilotage FM et amene ainsi le tiroir de pilotage 32 dans la position neutre représentée, et maintient l'organe de réglage 15 et le tiroir de commande 16 dans la position neutre 23.
Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au principe et aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement a titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. Bien que la réalisation du générateur de force de fonction incorrecte sous forme d'un ressort mécanique apparaisse particulièrement simple et avantageuse, une solution hydraulique ou'pneumatique peut egalement convenir selon l'application considérée. L'utilisation du positionneur 10 ne se limite par ailleurs pas a la télécommande de distributeurs, mais peut également porter sur des régulateurs de pompes à cylindré variable ou à d'autres groupes posant des problemes similaires. L'électroaimant proportionnel peut de même être remplacé par un autre générateur de force de consigne (tel qu'un piston hydraulique).
Claims (6)
1. Positionneur électrohydraulique, destiné en particulier à la télécommande d'un distributeur et comprenant un organe de réglage mobile dans un corps, muni d'un piston différentiel qu'un étage de pilotage charge par un fluide sous pression et dans lequel un organe de pilotage dudit étage est actionné par un électroaimant proportionnel et prend appui par l'intermédiaire d'un ressort taré sur la grande surface effective du piston différentiel, dont la première chambre de pression, affectée à ladite grande surface, est reliée par des premieres arêtes de commande de l'organe de pilotage à une arrivée ou à un retour d'huile de commande, ou est bloquée par l'or- gane de pilotage se trouvant sur sa position neutre, tandis que la seconde chambre de pression, affectée à la petite surface effective, est reliée à l'arrivée d'huile de commande, ledit positionneur étant caractérisé en ce qu'un générateur de force de fonction incorrecte (51), antagoniste du ressort taré (48), est affecté à l'organe de pilotage (32) qui présente des secondes arêtes de commande (43, 44) à une distance (63) des premières (35, 37); et la distance (63) entre les premières (35, 37) et les secondes arêtes de commande (43, 44) est adaptée aux caractéristiques du ressort taré (48) et du générateur des force de fonction incorrecte (51) de façon que les secondes arêtes de commande (43 , 44) soient amenées sur une position de sécurité positive, commandant la premiere chambre de pression (28), lorsque l'électroaimant proportionnel (11) n'est pas alimenté.
2. Positionneur selon revendication 1, caractérisé par la réalisation du générateur de force de fonction incorrecte sous forme d'un ressort mécanique de sécurité positive (51), et en particulier d'un ressort muni d'un ajusteur (52).
3. Positionneur selon revendication 2, caractérisé en ce que le ressort de sécurité positive (51) et le ressort taré (48) sont disposés sur des faces frontales opposées de l'organe de pilotage (32); et l'armature (46) de l'électroaimant proportionnel (11) est placée entre le ressort de sécurité positive (51) et l'organe de pilotage (32).
4. Positionneur selon une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les premières arêtes de commande (35, 37) sont réalisées sur unpremier collet de commande (33) et les secondes arêtes de commande (43, 44) sur un second collet de commande (34) voisin, disposé entre le premier collet de commande (33) et le ressort taré (48).
5. Positionneur selon une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que sur la position neutre (23) du distributeur (17), le générateur de force de fonction incorrecte (51) est désaccouplé de l'armature (46) et situé à une distance de cette dernière égaie a la course à vide de pilotage (53).
6. Positionneur selon une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le montage du générateur de force de fonction incorrecte (51) coaxialement à l'axe longitudinal du positionneur (10).
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