FR2563289A1

FR2563289A1 - Dispositif de commande a servo-valves

Info

Publication number: FR2563289A1
Application number: FR8406099A
Authority: FR
Inventors: Jean-Yves Bezard; Jean-Marie Brocard; Christian Parisel
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 1984-04-18
Filing date: 1984-04-18
Publication date: 1985-10-25
Also published as: EP0159949B1; FR2563289B1; EP0159949A1; DE3561256D1; US4561470A

Abstract

LES DISPOSITIFS CONNUS DE COMMANDE HYDRAULIQUE PAR SERVO-VALVE, EN PARTICULIER DU TYPE BUSE-PALETTE, PRESENTENT L'INCONVENIENT D'ETRE FRAGILES ET TRES SENSIBLES A LA POLLUTION. L'INVENTION PERMET D'AUGMENTER LA FIABILITE DE TELLES COMMANDES EN ASSOCIANT DEUX SERVO-VALVES 20, 30 TRAVAILLANT CHACUNE SUR LA MEME CHAMBRE 17 DE L'ORGANE COMMANDE DE TELLE SORTE QU'UNE SEULE SERVO-VALVE SOIT ACTIVE A LA FOIS, L'AUTRE RESTANT AU REPOS EN OFFRANT UNE SECTION DE PASSAGE FIXE. LORSQUE LE CIRCUIT ELECTRONIQUE 100 DE COMMANDE DES SERVO-VALVES DETECTE UNE PANNE DU SYSTEME, IL COMMUTE LA COMMANDE SUR LA SERVO-VALVE INITIALEMENT NEUTRE, LA SERVO-VALVE INITIALEMENT ACTIVE VENANT EN POSITION NEUTRE. ON REALISE AINSI UN DISPOSITIF DE COMMANDE HYDRAULIQUE SIMPLE, CONSERVANT INTEGRALEMENT SES PERFORMANCES APRES UNE PREMIERE PANNE.

Description

DISPOSITIF DE COMMANDE A SERVO-VALVES

L'invention se rapporte à la commande, au moyen de servo-

valves, d'un organe actionné hydrauliquement.

Un organe de ce type, par exemple un tiroir de distribu-

teur dans le cas d'un système à deux étages, ou un vérin, un doseur, dans le cas d'un système à un seul étage, est associé à au moins une chambre soumise à une pression d'asservissement, pilotée par une servo-valve, assurant

son positionnement.

On connaît les dispositifs de commande à servo-valve comprenant une palette montée à l'extrémité d'une tige logée à l'intérieur d'un tube ressort fixé sur une embase, supportant a son extrémité libre un élément transversal mobile dans l'entrefer de bobines d'excitation; suivant le courant appliqué aux bobines, la palette se déplace entre deux buses reliant chacune des chambres de commande de l'organe A la basse pression et détermine de la sorte

sa position.

De tels dispositifs ont l'inconvénient d'être très sensi-

bles à la pollution; ceci à cause de la faible course de la palette entre les deux buses qui est de l'ordre de quelques centièmes de millimètres seulement. Si, en effet, une particule de cet ordre de grandeur, transport6e par le fluide d'asservissement, vient s'insérer entre la buse et la palette, elle a tendance à s'y coincer et paralyser la

palette dans une position décentrée.

Ces dispositifs ont également l'inconvénient d'être sensi-

bles aux vibrations en raison de la fragilité du tube-

ressort dont la rupture conduit A la perte totale de la commande. Un remède à ces inconvénients a 6té de réaliser un montage

prévoyant une redondance des moyens de commande.

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Du fait que la plupart des servo-valves possèdent un double enroulement, il est aisé de réaliser une redondance

électrique. Il est plus difficile de doubler les servo-

valves pour la commande d'un même organe, car dans un tel système, il est nécessaire de prévoir un moyen d'isola-

tion hydraulique afin de mettre hors circuit la servo-

valve défectueuse. Sans cette isolation, la servo-valve défectueuse empêche la seconde de remplir entièrement son rôle. Le brevet GB 1 369 441 par exemple montre bien un

système de commande électro-hydraulique o deux servo-

valves en parallèle reçoivent les mêmes signaux électri-

ques de commande et agissent simultanément sur les mêmes

chambres de pression d'un organe de manoeuvre; un dispo-

sitif est prévu qui permet de détecter une différence de fonctionnement entre les deux servo-valves et d'engendrer un signal d'erreur. Cependant, avec un tel système les seules actions possibles en cas de défaillance de l'une des servo-valves sont soit le verrouillage de l'organe de

manoeuvre en position soit la mise en oeuvre d'une com-

mande de secours amenant l'organe dans une position déter-

minée, soit l'isolation de l'une des servo-valves au moyen

d'un tiroir de commutation hydraulique.

Un objet de l'invention est donc de réaliser un dispositif de commande hydraulique capable de supporter la premiere

panne de la servo-valve pilote sans perte d'asservis-

sement.

Un second objet de l'invention est de réaliser un dispo-

sitif de commande hydraulique redondant simplifié ne

nécessitant pas de tiroir de commutation.

Conformément à l'invention, on associe deux servo-valves du même type réagissant chacune à un signal de commande pour modifier le signal de pression d'asservissement pour la commande hydraulique; le dispositif ccmprend également

un moyen pour produire lesdits signaux de commande en ré-

ponse à des signaux de consigne de sorte qu'une seule servo-valve soit pilote l'autre restant neutre, ledit moyen réagissant à un moyen de détection de mauvais fonc- tionnement pour commuter la commande et rendre pilote la

servo-valve neutre, neutre la servo-valve pilote.

Suivant un mode préféré de réalisation, les servo-valves sont du type monobuse et palette qui en position neutre

offrent une section de passage prédéterminée.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention

ressortiront de la description se référant aux dessins

annexés, et donnée à titre d'exemple: - la figure 1 représente un dispositif de commande à servo-valve, connu, - la figure 2 représente un premier mode de réalisation de l'invention,

- la figure 3 représente un exemple de réalisation du sys-

tème électronique de commande des servo-valves,

- la figure 4 représente un deuxième mode de réalisation.

Sur la figure 1, on a représenté un schéma de principe d'un mode de réalisation connu de la commande d'un tiroir 1 de distributeur par une servo-valve 2 à palette 5 et

double buse 6 et 6'.

Les deux extrémités libres du tiroir forment des pistons de sections égales délimitant deux chambres 3 et 3' avec le cylindre dans lequel le tiroir est logé. Ces chambres sont

alimentées en fluide par l'intermédiaire d'un potentio-

mètre hydraulique constitué entre une source haute pres-

sion HP et une bâche basse pression BP par deux diaphrag-

mes fixes 4 et 4' en parallèle et deux buses à section variable 6 et 6' chacune en série avec l'un des diaphrag- mes 4 et 4'. Le fluide d'alimentation des chambres 3 et 3' est pris entre un diaphragme et une buse si bien que la pression régnant dans les chambres est une pression intermédiaire entre les valeurs de HP et BP. Les deux buses sont montées l'une en face de l'autre de part et d'autre de la palette mobile parallèlement à leur axe de façon à réduire, respectivement augmenter la section d'écoulement du fluide vers 1L basse pression; ainsi une pression différentielle est créée entre les chambres 3 et

3' entrainant le déplacement du tiroir.

La palette 5 est solidaire d'une tige 7 montée à l'inté-

rieur d'un tube flexible 8 réalisé en un métal à ressort non magnétique de faible épaisseur. Le tube est solidarisé

au support, non représenté, par sa base. Il supporte égale-

ment un barreau de fer doux 9 mobile à l'intérieur des bobinages d'excitation B1, B2. Ainsi suivant le courant d'excitation la palette se déplace dans un sens ou dans l'autre ou est ramenée dans une position intermédiaire

par le tube-ressort 8.

Un dispositif comme celui-ci a l'inconvénient d'être très sensible à la pollution car la distance séparant les buses est très faible, de l'ordre de quelques centièmes de

millimètres seulement. Une simple particule venant s'insé-

rer entre une buse et la palette bloque tout mouvement de cette dernière et rend toute la commande inopérante. Une seconde cause de panne est la rupture du tube ressort en raison de sa grande fragilité due à la faible épaisseur de

la paroi.

L'invention permet de remédier à ces inconvénients; la figure 2 en représente le schéma d'un premier mode de réalisation. On reconnaît en 15 un tiroir de distributeur terminé par deux pistons à sections différentielles; ce tiroir commande lui-même l'alimentation en fluide de

travail d'un vérin entrainant un corps à positionner.

Ceci est donné à titre d'exemple, l'invention s'applique également à la commande d'un système à un seul étage tel

qu'un doseur ou un vérin ou tout autre organe à fonc-

tionnement équivalent. De même aucun retour mécanique de position du tiroir n'est représenté, il est toujours possible d'introduire des ressorts de contre effort dans les chambres de commande. La chambre 16 dont la section est la plus petite, communique directement avec la source

de fluide 18 à pression maintenue constante par un régula-

teur de pression. Seule la pression dans la chambre oppo-

sée 17 est modulée, elle est prise entre le diaphragme fixe 19 et le diaphragme à section variable constitué par

deux servo-valves monobuse identiques disposées en paral-

lèle 20, 30, débouchant sur la basse pression. Les deux servo-valves sont construites sensiblement sur le même principe que la servo-valve décrite précédemment, mais chaque palette 21, 31 commande à présent la section de

passage d'une seule buse 22, 32, et son mouvement d'ouver-

ture est limité par une butée mécanique 23, 33. La posi-

tion de la butée est ajustée de sorte que la palette lui soit tangente sous l'action du tube ressort uniquement, en

absence de courant d'excitation du moteur couple, déter-

minant ainsi une section de passage maximale. Les éléments constitutifs sont dimensionnés de sorte qu'en cas de rupture du tube ressort, la palette vienne également en

appui contre la butée.

Le bobinage du moteur couple de chacune des servo-valves

est relié à un système électronique de commande 100.

Ce système est conçu pour ne commander qu'une seule des deux'servo-valves à la fois laissant l'autre au repos en position pleine ouverte. Ainsi, en fonctionnement normal, la pression à l'intérieur de la chambre 17 est modulée par la commande de la section de la seule buse 22 par exemple,

la buse 32 délivrant un débit de fuite constant et prédé-

terminé. En cas de panne qui peut être due à une défail-

lance de la chaîne électrique de commande de la servo-

valve, à la rupture du tube ressort, à l'insertion d'une particule entre buse et palette, la servo-valve ne peut plus assurer sa fonction; l'organe commandé s'éloigne de sa position de consigne quelque soit l'ordre donné à la servo-valve. Le système électronique détecte alors cet écart et opère une commutation; la servo-valve pilote n'étant plus alimentée devient neutre et la servo-valve initialement neutre devient pilote. Dans ce nouveau mode de fonctionnement o la commande des servo- valves est inversée, rien n'est changé pour le tiroir car la buse 22 dont la section était modulée délivre maintenant un débit de fuite constant égal au débit précédent de la buse 32 et la commande est assurée par la buse 32 comme elle l'était

précédemment par la buse 22.

La figure 3 montre un exemple non limitatif de système de commande électronique capable d'assurer cette fonction de

commutation en cas de panne. On retrouve le circuit hydrau-

lique avec la source de pression 18, les servo-valves 20,

, et le diaphragme fixe 19, déterminant la pression d'as-

servissement pour un distributeur 15. Ce dernier commande l'alimentation d'un vérin d'entrainement du corps commandé X dont on mesure le déplacement au moyen de détecteurs. Le

système de commande comprend deux lignes électriques entiè-

rement séparées 200, 300 comportant chacune respectivement

des entrées 201, 301 pour les signaux de consigne, un cir-

cuit électronique 202, 302 et une ligne reliée au bobinage du

moteur couple de la servo-valve correspondante 20, 30.

Chacune des lignes reçoit également les signaux de détecteurs de position de l'organe commandé 203, 204 et

303, 304.

Chaque circuit comprend deux calculateurs identiques, 205, 206 pour le circuit 202 et 305, 306 pour le circuit 302, définissant la position à atteindre en fonction des données reçues en 201 et 301. Dans chaque circuit le ler calculateur 205, 305 est utilisé pour la commande, il

fournit un signal qui est comparé en 211, 311 respective-

ment à un signal correspondant à la position réelle du corps, produit par le premier détecteur 203, 303; le

signal de 1 valeur d'écart est amplifié dans un amplifi-

cateur 207, 307 dont la sortie est reliée au bobinage du moteur couple correspondant par l'intermédiaire d'un interrupteur 208, 308; ce dernier réagit à un signal fourni par un amplificateur additionneur 209, 309 qui comporte en entrée le signal de sortie de l'amplificateur 309, 209 de l'autre ligne et le signal correspondant à la valeur d'écart, produit en 210 et 310 entre la valeur de consigne calculée par le second calculateur 206, 306 et la valeur de la position du corps commandé fourni par un

second détecteur 204, 304.

Le système est redondant électroniquement, chacune des lignes reçoit les mêmes signaux en entrée et produit des signaux de commande identiques; mais en fonctionnement normal, l'interrupteur 208 est fermé, et l'interrupteur 308, dont la commande est inversée par rapport à 208, est

ouvert si bien que seule la servo-valve reliée à la pre-

mière ligne est pilote, l'autre restant neutre, en position ouverte. Si une panne survient, le signal d'écart entre la valeur calculée par 206 respectivement 306 et la valeur fournie par 204 respectivement 304 augmente jusqu'à dépasser un seuil prédéterminé. Alors les amplificateurs 209 et 309 produisent des signaux de commande qui vont

inverser la position des interrupteurs 308 et 208 respec-

tivement. La servo-valve 20, n'étant plus alimentée, devient neutre et la palette est ramenée en appui contre la butée mécanique. La servo-valve 30, quant à elle, devient pilote. La commutation d'une ligne à l'autre est bi-stable de telle façon que la commande ne rebascule pas sur la lère ligne lorsque le signal d'écart reprend une valeur inférieure au

seuil de déclenchement des circuits 209, 309.

Ce circuit électronique de commande n'est donné qu'à titre

d'exemple. Au lieu d'un système redondant, on peut conce-

voir une seule ligne avec commutation du signal sur la seconde servovalve en cas de mauvais fonctionnement si les

servo-valves sont moins fiables que l'électronique.

La figure 4 montre une variante de montage des deux servo-

valves appliquant le même principe de l'invention. On re-

trouve les mêmes éléments que précédemment disposés diffé-

remment, les références ont été affectées d'un signe prime.

Dans ce cas les servo-valves ne sont plus montées en paral-

lèle mais en série. Le fluide d'asservissement s'écoule depuis la pression HP jusqu'à la pression BP dans un circuit comprenant en série le diaphragme fixe 19', la première servo-valve 20' et la seconde servovalve 30'; la chambre 17' du distributeur communique avec le circuit, entre 19' et 20'. En fonctionnement normal, la pression dans cette chambre est pilotée par la seule servo-valve '. La servo-valve 30' étant neutre, la palette en appui contre la butée mécanique définit un diaphragme fixe

correspondant à la sedtion de la buse. Si une panne sur-

vient, altérant le fonctionnement normal de la servo-valve ', le système électronique interrompt son alimentation

et transfère le signal sur la deuxième servo-valve.

En résumé, grâce à l'invention, on réalise un dispositif de commande électrohydraulique tolérant la première panne de pollution ou la première panne mécanique du type rupture du tube vibrant, en conservant 100 % de la capacité du dispositif. Ce dispositif est en même temps simple, la redondance est réalisée en conservant le même nombre de buses qu'une servo-valve habituelle, elle ne nécessite pas de tiroir de commutation hydraulique, cette dernière étant

obtenue dès la commutation électrique.

Ce dispositif est auto-dépannant dans une certaine mesure.

En effet, le seul fait de commuter sur la seconde commande fait passer la première commande en butée, l'augmentation

du jeu buse-palette qui en résulte peut très bien permet-

tre à la particule polluante éventuelle de s'éliminer seule; la première commande redevient alors disponible en cas

de panne de la seconde commande.

Claims

REVENDICATIONS

1) Dispositif de commande d'un organe actionné hydrauli-

quement du type comprenant un piston mobile dans un cylindre délimitant une chambre soumise à un signal de pression d'asservissement obtenu; entre une zône haute

pression et une zone basse pression par un potentiomè-

tre hydraulique constitué par un étranglement fixe et un moyen d'étranglement à section variable caractérisé en ce que ce moyen d'étranglement est défini par deux servo-valves du même type (20-30, 20'30') réagissant chacune à un signal de commande pour modifier le signal de pression d'asservissement, le dispositif comprenant également un moyen pour produire lesdits signaux de commande en réponse à des signaux de consigne de sorte qu'une seule servo-valve soit pilote, l'autre restant neutre, ledit moyen réagissant à un moyen de détection de mauvais fonctionnement pour commuter la commande afin de rendre pilote la servovalve neutre et neutre

la servo-valve pilote.

2) Dispositif de commande d'un organe hydraulique selon la revendication'l caractérisé en ce que les servo-valves sont du type monobuse (22-32, 22'-32') et palette (21-31,

21'-31').

3) Dispositif de commande d'un organe hydraulique selon

l'une des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que, en

position neutre, les servo-valves offrent une section de

passage déterminée.

4) Dispositif de commande d'un organe hydraulique selon

les revendications 2 et 3 caractérisé en ce que, en

position neutre, la palette est rappelée en appui contre

une butée mécanique (23-33, 23'-33').

) Dispositif de commande d'un organe hydraulique selon

l'une des revendications précédentes caractérisé en ce

que les servo-valves (20-30) sont disposées en parallèle. 6) Dispositif de commande d'un organe hydraulique selon

l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que

les servo-valves (20', 30') sont disposées en série.

7) Dispositif de commande d'un organe hydraulique selon

l'une des revendications précédentes caractérisé en ce

que le moyen produisant les signaux de commande comprend deux circuits électroniques indépendants reliés chacun

a une servo-valve par l'intermédiaire d'un interrup-

teur (208, 308), lesdits interrupteurs étant commandés en fonction de l'apparition d'une panne sur l'un des circuits.