Brevet FR2002209A1 — publié le 19691017

L'invention fait partie du domaine des dispositifs fonctionnant par pression de fluide (F 15 b) et concerne notamment un dispositif de commande particulièrement approprié à être utilisé comme dispositif de pre—commande pour la vanne à commande principale d'un servomoteur hydraulique,dis— 5 positif de commande qui comporte au moins une canalisation, dont une extrémité peut être raccordée, par l'intermédiaire d'un rétrécissement, à une source de liquide à pression constante, alors que l'autre est munie d'au moins un orifioe d'écoulement devant lequel est disposé un plan mobile qui détermine la résistance à l'écoulement en fonction de sa position, et qui ■jO peut être déplacé par un mécanisme d'entraînement réagissant à un signal d'entrée, alors que la pression régnant dans la partie de iba canalisation comprise entre le rétrécissemeavt et l'orifice d'écoulement sert de signal de commande pour la vanne à commande principale. Un dispositif de commande du genre mentionné ci—dessus est connu (thèse de T.J. Viersma " Investigations into the accuracy of hydraulic servomotor^1 Delft.1961page 81). Un inconvénient inhérent au dispositif connu réside dans le fait que, pour obtenr un système de réglage fermé (dispositif de pré—commande,vanne à commande principale,servomoteur)il faut un système de mesure assurant 3a 20 contreréaction entre le signal de sortie (position réelle de la partie mobile du servomoteur)et le signal d'entrée (position désirée de la partie mobile du servomoteur). De plus, dans le cas d'une commande numérique, par exemple,il est assez souvent souhaitable que ledit signal d'entrée revête la forme d'un signal 25 appliqué à un moteur tournant. Dans ce cas la rotation de l'arbre du moteur doit être transformée en une translation du plan mobile. Etant donné la précision requise, une telle transformation,qui doit être pratiquement exempte de jeu, n'est pas ou guère réalisable avec des moyensr mécaniques. 30 L'invention fournit un dispositif de commande, du genre précité,d'une structure compacte et avantageuse dans lequel le mécanisme assurant l'entraînement du plan mobile peut être constitué par un moteur tournant et qui ne requiert pas de dispositif de mesure, ou seulement un dispositif de mesure très simple pour la contreréaction. 35 Le dispositif de commande conforme à l'invention est caractérisé en ce qu'il est muni d'un axe fileté couplé, éventuellement par l'intermédiaire d'une transmission,à un mécanisme d*entrainement réglable,tel qu'un moteur électrique, et que l'orifice d'écoulement est ménagé dans une pièce d'outillage, qui peut être déplacé dans la direction longitudinale par rapport audit axe fileté, orifice d'écoulement qui débouohe pratiquement à la face 69 04228 i 2002209 périphérique du filet avec lequel il coopère, alors que la pièce (^outillage déplaçable ou l'axe fileté sont accouplées à la partie mobile de la vanne à commande principale et/ou du servomoteur. Or, dans ce dispositif de commande, un signal d'entrée peut être ap-5 pliqué au moteur électrique.Suivant le signal reçu, le moteur électrique fait tourner l'axe fileté d'un angle déterminé. De ce fait, l'axe fileté ouvre davantage les orifices d'écoulement. La résistance à l'écoulement sis~ bit une variation, ce qui se traduit par une variation de la pression régnant dans la partie de canalisation comprise entre le rétrécissement t.-.; l'orifice d'écoulement. Par suite de cette variation de la pression, 1b position de la vanne à commande prinoipale varie, ce qui se traduit pev ".r? déplacement de la partie mobile du servomoteur. Du fait que la pièce de construction comportant les orifices à écoulement ou, éventuellementfl fileté sont oouplês à ladite pièce mobile, l'orifice d'éooulement et X»•;>. fileté se déplacent l'un par rapport à l'autre de façon à compenser 1" existant entre les signaux d'entrée et de sortie. L'orifice d'écoulems: ^ suit donc le filetage. Ainsi, on a obtenu un " écrou hydraulique la x: tation de l'axe fileté étant automatiquement transformée en une transxa»^^ du système. Une autre forme de réalisation oomporte plusieurs orifices d'éooulement pouvant communiquer avec la source de liquide à pression oonstante par l'intermédiaire d'un rétrécissement et répartie hélicoïdalement cur surface de l'axe fileté, l'angle d'inclinaison de l'hélioe ainsi form'c étant égal à celui du filet dudit axe fileté, le tout de façon que le? forces exercées sur l'axe fileté se oompenseht pratiquement. Si le dispositif comporte un seul orifice d'écoulement ou un seul 3 0 -pe d'orifioes d'écoulement répartis hélicoïdalement sur l'axe fileté9lo c les orifices d'éooulement coopèrent avec la face périphérique et la f'c-x-c antérieure du filet ou bien, avec la face périphérique et la face pent^ rieure du filet, suivant la façon dont s'effectue la contreréaction du h > vement du servomoteur.Ainsi, on obtient donc une seule pression de cosmr; de. Il est parfois désirable d'amener deux pressions de commande à 1& v; ne à commande principale, ces pressions variant en sens opposés dans le o;v; d'une perturbation de l'état d'équilibre. Afin d'obtenir ce résultat, une autre forme de réalisation du dispositif conforme à l'invention comporte deux orifices d'écoulement ou deux: groupes d'orifioes d'écoulement pouvant être raccordés par l'intermédiaire d!mj rétrécissement à la souroe de liquide à pression oonstante de façon que l'un des deux orifioes d'écoulement ou l'un des deux groupes d'orifices d'écoulement coopère avec la face périphérique et l'un des flancs du filet 69 04228 J- 3 2002209 tet l'autre orifice d'écoulement ou l'autre groupe d'orifices d'éooulement avec la face périphérique et l'autre flanc du filet,les orifices d'écoulement étant ménagés dans au moins une pièce outillage couplée à la partie mobile du servomoteur. Il en résulte que si l'un des deux orifioes d'éoou-5 lement ou bien les orifices de l'un des deux groupes d'orifioes d'écoulement est ou sont dégagés davantage, l'autre orifice d'écoulement ou les orifioes de l'autre groupe est ou sont obturés davantage. Les pressions de commande résultantes varient donc également en sens opposés. Dans une autre forme rite réalisation du dispositif de commande, le mé-10 canisme d'entraînement est constitué par un moteur électrique, fonctionnant par étapes. L'utilisation d'un tel moteur offre l'avantage de pouvoir faire effectuer, comme signal d'entrée, un nombre déterminé d'étapes,ce qui correspond à une rotation d'un angle déterminé de l'axe fileté. Suivant le pas du filet, on obtient alors directement une translation, préalablement dé-15 terminée, de la partie mobile du servomoteur. Dans ce das, un système de mesure assurant la contreréaction des signaux d'entrée et de sortie est devenu superflu. La description ci-après, en se référant au dessin annexé, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention 20 peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de ladite invention. La figure 1 représente schématiquement un servomécanisme hydraulique muni d'un dispositif de pré-commande, d'une vanne à commande principale et d'un servomoteur couplé à une pièce à déplacer. 25 La figure 2 représente schématiquement une autre forme de réalisation du dispositif de pré-commande représenté sur la figure 1. La figure 3 représente sohématiquement un servomécanisme hydraulique, le dispositif de pré-commande présentant, comme signaux de sortie,deux pressions de commande variant en opposition de phase. 30 Le système représenté sur la figure 1 comporte un servomoteur (l)qui est constitué par un cylindre (2) dans lequel on déplace un piston (3).Le Le piston (3) est relié par une tige de piston (4)et une pièce d'outillage (5) au chariot (6) d'une machine-outil. L'espaoe (7)ménagé d'un côté du piston (3) communique par l'intermédiaire d'une canalisation (8)avec un dis-35 positif de pompage non représenté sur le dessin, une pression de liquide pratiquement constante p régnant dans ladite canalisation (8). L'enceinte (9) ménagée de l'autre côté dudit piston (3) communique par l'intermédiaire d'un rétréoissement fixe (10) avec une enceinte ou une canalisation dans laquelle règne une pression basse pratiquement constante.Les enceintes (7) 40 et (9) communiquent entre elles par l'intermédiaire d'une canalisation (il) 69 04228 4 2002209 ménagée dans le piston (3), d'une vanne à commande principale constituée par un orifice d'écoulement (I2)et une membrane (13), de l'enceinte (14) et de l'orifice de communication (30).La résistance à l'écoulement de l'orifice (12) est déterminée par la distance comprise entre la membrane (13) 5 et ledit orifice (12)., Dans l'enceinte (7) règne donc continuellement la pression oonstante p , alors que la pression p régnant dans l'enceinte (9) s o est tributaire des forces statiques et dynamiques. L'enceinte (15) disposée du côté de la membrane (l3)situé à l'oppesé de l'orifice d'éooulement (12) communique par l'intermédiaire d'un canal 10 (16) avec un dispositif de pré-commande (l7),qui fournit une pression de commande p pour la membrane (13) Le dispositif de pré-commande (17) est constitué par un moteur électrique (18) fonctionnant par étapes, oouplé à un axe fileté (19).Au chariot (6) est reliée une pièce d'outillage (20) qui se prolongé prati(|uemen.t 15 jusqu'à l'extérieur du filet dudit axe (19) et dans laquelle est ménagé un orifioe d'écoulement (21). L'orifioe d'écoulement (21) communique par l'intermédiaire d'un rétrécissement (22) avec la canalisation flexible (23) que traverse du liquide à pression pratiquement constante. Le canal (16) est raccordé à la partie du canal comprise entre le rétrécissement (22) et 20 l'orifiee d'éooulement (21). Le dispositif fonctionne de la manière suivante : Du liquide à pression pratiquement constante est amené aux canalisations (8) et (23).Le liquide amené par l'intermédiaire de la canalisation (23) au dispositif de pré-commande (17) peut s'écouler par l'intermédiaire 25 du rétrécissement (22) et de l'orifioe d'écoulement (2l).La pression de liquide pp régnant entre le rétrécissement (22) et l'orifioe d'éooulement ( 21) est déterminée par la résistance à l'écoulement de l'orifioe (21),résistance qui,à son tour,est déterminée par la mesure dans laquelle oèt orifice (21) est fermé par l'extérieur du filet (25).Cette pression pp règne égale-30 ment dans l'enceinte (15) et détermine de ce fait la distance comprise entre la membrane (13) et l'orifice d'écoulement (12).A l'état d'équilibre (position de repos), la pression p^est tellement élevée que la distance comprise entre la membrane (13) et l'orifice d'écoulement (22) permet une circulation de liquide de l'enceinte (7) vers l'enceinte (9) en quantité tout 35 juste égale à celle du liquide traversant le rétrécissement (lO).Les pressions et les surfaoes de piston sont ohoisies de telle façon que les forGes exercées au piston (3) soient en équilibre. Or, si/ le moteur électrique (18) est chargé d'effectuer un nombre déterminé de pas dans la direction indiquée par la flèche, par exemple par commande numérique, l'axe fileté 40 (19) tourne d*un angle déterminé dans ladite direction,de sorte que le 69 04228 5 2002209 f-ilet commence à obturer l'orifice d'écoulement (21).I1 en résulte que la pression p^régnant entre le rétrécissement (22) et l'orifice (2l)augmente. Cette pression se produit également dans l'enceinte (I5)»ce qui a pour effet que la membrane (l3)se déplace vers la droite et que la résistance à l'écou-5 lement de l'orifice (l2)augmente. De ce fait, il se produit une différence entre le courant de liquide entrant dans le servomoteur et celui qui en sort, de sorte que le piston se déplace vers la droite. Etant donné que le piston (3) est de façon rigide couplé au chariot (6), ce dernier se déplace également vers la droite. De plus, la pièce d'outillage (20) est reliée 10 au chariot (6), ce qui z pour effet que cette pièce aussi se déplace vers la droite.De ce fait, l'orifice d'écoulement se dégage davantage jusqu'à ce que l'état d'équilibre initial soit rétabli et que le système s'arrêté.Par suite de la contreréaction du mouvement du piston (3)se produisant lorsque l'axe fileté (l9)est mis en rotation, la pièce d'outillage (20)comportait 15 l'orifice d'écoulement (2l)suivra donc le filet (25),faisant ainsi office d'écrou.Ainsi, le mouvement de rotation du moteur électrique (mécanisme d'entraînement)est transformé automatiquement en une translation, sans utilisation d'une transmission mécanique. Le choix du pas du moteur et de la réduction comprise entre la rotation de l'arbre du moteur et l'axe fileté, 20 ainsi que du pas du filet détermine directement le déplacement du chariot pas à pas.Un système de mesure assurant la contreréaction des signaux d'entrée et de sortie n'est donc pas nécessaire.Il est évident que cela offre des avantages notables, surtout dans le cas de commande numérique. Au lieu d'utiliser un moteur électrique fonctionnant pas à pas, il est également 25 possible de recourir à un autre mécanisme d'entraînement assurant la rotation de l'axe fileté. Dans le dispositif représenté sur la figure 1, le dispositif de pré-commande ne comporte qu'un seul orifice d'écoulement, afin de faciliter la compréhension du dessin. Le liquide exerce sur la face périphérique du fi-30 let une certaine pression que doit absorber l'arbre fileté, ce qui est parfois indésirable. Pour obvier à cet inconvénient, il est possible de ménager plusieurs orifices d'écoulement répartis sur la périphérie de l'axe fileté de la façon indiquée sur la figure 2.Evidemment, ces orifices d'écoulement doivent être ménagés suivant une hélice correspondant à celle du filet 35 de l'axe fileté. Ainsi, les forces radiales exercées par le liquide sur l'axe fileté sont compensées. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 1, l'orifice d'écoulement (2l)coopère avec la face périphérique et le flanc de droite du filet. De plus, il est possible de faire coopérer l'orifice d'écoulement 40 avec la face périphérique et le flanc de gauche dudit filet, à condition 69 04228 6 2002209 d'adapter la contreréaction du mouvement du piston (5)ou l'influence de la pression de commande PDde façon que l'orifioe d'écoulement suive le filet. La figure 3 représente schématiquement un servomécanisme à commande à deux étages, le dispositif de précommande fournissant, en opposition de phar se, deux pressions de commande p^ et Pg. Ce système comprend le servomoteur (31), une vanne à commande principale (32), ainsi qu'un dispositif de précommande (33) • Le servomoteur comprend un piston (34), solidaire de la pièce fixe (35)«Le piston (34) est logé dans un cylindre déplaçable (36),fixé à une machine-outil à commander (37), qui est représentée par un ciseau pour la clarté du dessin. L'enceinte (38)disposée du coté droit du piston (34)c°m-munique par l'intermédiaire du canal (39) et de l'enceinte (40)avec le canal (41) contenant du liquide sous une pression élevée pratiquement constante. L'enceinte (42) disposée de l'autre côté du piston (34) communique avec l'enceinte (44) par l'intermédiaire d'un canal (43). La vanne à commande principale (32) comprend une vanne (45)logée dans un corps (46) qui fait partie du cylindre (36). La vanne (45) comprend trois pièoes en forme de piston (47),(48),(49)• La pièce en forme de piston (47) limite par sa surface de droite une enceinte (50)alors que la pièce (49) limite par sa surface de gauche une enceinte (51)» Entre les pièces (48) et (49) se trouve une enceinte (52) qui communiqué par l'intermédiaire d'un canal (53) avec un réservoir à pression basse pratiquement oonstante, non représentée sur le dessin. Les ressorts (54) et (55) maintiennent la vanne (45) dans sa position centrale. Un déplacement de la vanne (45)à partir de ladite position centrale se traduit par une modification du passage des ouvertures annulaires (56) et (57) comprises entre l'enceinte (44)et, respectivement, les enceintes (52)et (40),ce qui influe sur le . rapport entre l'amenée de liquide à l'enceinte (54) et l'évacuation du liquide de ladite enceinte. De ce fait, le cylindre (36) est mis en mouvement Le dispositif de pré-commande (38) comprend un moteur fonctionnant pas à pas (60),couplé à un axe fileté (61).Autour de l'axe fileté est disposée,ici aussi, une pièce d'outillage (62)qui, à son tour, est couplée rigidement à la partir (46) du cylindre et par conséquent au cylindre (36). Dans cette pièce d'outillage sont ménagés plusieurs orifices d'écoulement, dont seuls les orifices (63) et (64) sont représentés sur le dessin. Ces orifices d'écoulement communiquent, par l'intermédiaire respectivement des rétrécissements (65) et (66),avec la canalisation (41) contenant du "liquide sous une pression élevée pratiquement constante.Lé canal (67) compris entre l'orifice d'écoulement (63) et le rétrécissement (65) communique par l'intermédiaire de la canalisation (68) avec l'enceinte (51) ménagée dans 69 04228 7 2002209 la vanne à commande principale, alors que le canal (69) compris entre l'orifioe d'écoulement (64) et le rétrécissement (66) communique par l'intermédiaire de la canalisation (?0) avec l'enceinte (50) ménagée dans la vanne à commande principale» 5 Chose ourieuse, les orifices d'écoulement (63) et (64) sont décalés l'un par rapport à l'autre, vus dans la direction longitudinale de l'axe fileté, de façon que l'orifioe (63) coopère avec la faoe périphérique et le flanc de droite du filet de l'orifioe (64) avec la face périphérique et le flan de gauche dudit filet. D'une façon générale, l'orifioe (63)» 10 ou les orifioes (63) et l'orifioe (64) ou les orifices (64) sont situés suivant deux hélices correspondant au filet de l'axe fileté et la distance comprise entre ces deux hélioes est, environ, égale à l'épaisseur du filet ou environ à l'épaisseur du filet et un nombre entier de fois le pas du filet. 15 De ce qui précède, il résulte que dans le cas d'une rotation de l'axe fileté (61) dans la direction indiquée par la flèche, le filet obture davantage l'orifioe (63) et, dans une moindre mesure, l'orifice (64), ce qui a pour effet que la pression p,j régnant dans l'enceinte (67) augmente et que la pression p^régnant dans l'enceinte (69) diminue. Etant donné que 20 ces pressions sont transmises respectivement par les canalisations (68) et (70) aux enceintes (51) et (50), l'équilibre des forces exercées sur la vanne (45) est perturbé ét, de ce fait, ces dernières se déplaoent vers la droite. Il en résulte que l'ouverture annulaire (57) devient plus petite, alors que l'ouverture annulaire (56) devient plus grande ce qui a pour ef-25 fet qu'une plus petite quantité de liquide est amenée à l'enceinte (34) et qu'une plus grande quantité de liquide est évaouée de cette enceinte de sorte que le cylindre (36) se déplace vers la droite. Par suite de la contreréaction de ce mouvement sur le dispositif de pré-commande, la pièce d'outillage (62) se déplace également vers la droite.Il en résulte que l*o-30 rifice d'écoulement (63) est dégagé davantage par l'extérieur du filetj alors que l'orifice d'écoulement (64) est obturé davantage de la même façon," de sorte que la position initiale est rétablie. Les pressions p^ et Pg atteignent alors leur valeur initiale et la vanne (45) reprend également sa position initiale par rapport au corps. De ce fait, le système s'arrêté. 35 La pièce d'outillage (62) (et tout ce qui est solidaire de cette pièce) a suivi le filet à la façon d'un écrou mécanique. De ce qui précède, il est évident que l'invention fournit un dispositif de pré-commande étonnament simple, dans lequel une rotation servant de signaux d'entrée est automatiquement transformée en une translation sans 40 que cela nécessite l'utilisation d'un dispositif de transformation méoani- 69 04220 8 2002209 que avec tous les inconvénients qui lui sont inhérents. 69 04228 2002209 10 20 REVENDICATIONS (9) 1.) Dispositif de commande» particulièrement approprié à être utilisé comme dispositif de pré-commande pour une vanne à commande principale d'un servomoteur hydraulique, ce dispositif de commande comportant au moins une canalisation, dont une extrémité peut être raccordée, par l'intermédiaire d'un rétrécissement, à une source de liquide à pression constante, alors que l'autre est muni d'au moins un orifice d'écoulement, devant lequel est disposé un plan mobile qui détermine la résistance à l'écoulement, en.fonction de sa position et qui peut être déplacé par un dispositif d'entraînement réagissant à un signal d'entrée, la pression régnant dans la partie de la canalisation comprise entre le rétrécissement et l'orifice d'écoulement servant de signal de commande pour la vanne à commande principale, dispositif de commande caractérisé en ce qu'il est muni d'un aie fiMé couplé éventuellement par l'intermédiaire d'une transmission, à un mécanisme d'en- 15 J tramement réglable, tel qu'un moteur électrique, et que l'orifice d'écoulement est ménagé dans une pièce d'outillage, qui peut être déplacé dans la direction longitudinale par rapport audit axe fileté, orifice d'écoulement qui débouche pratiquement à l'extérieur du filet avec lequel il coopère, alors que la pièce de construction déplaçable ou l'axe fileté sont couplés à la partie mobile de la vanne à commande principale et/ou au servomoteur. 2.) Dispositif selon la revendication 1.) caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs orifices d'écoulement pouvant communiquer tous avec la source de liquide à pression constante par l'intermédiaire d'un rétrécissement et répartis hélicoïdalement sur la surface de l'axe fileté, l'angle d'inclinaison de l'hélice ainsi formée étant égal à celui du filet dudit axe fileté, le tout de façon que les forces exercées sur l'axe fileté se compensent pratiquement. 3.) Dispositif selon les revendications 1.) et 2.) caractérisé en ce qu'il comporte deux orifices d'écoulement ou deux groupes d'orifices d'écoulement pouvant être raccordés par l'intermédiaire d'un rétrécissement à la source de liquide à pression constante de façon que l'un des deux orifices d'écoulement ou l'un des deux groupes d'orifices d'écoulement coopère avec la faœ périphérique et l'un des flancs du filet et l'autre orifice d'écoulement ou l'autre groupe d'orifices d'éooulement avec la faoe périphérique et l'autre flanc du filet, les orifices d'écoulement étant ménagés dans au moins une pièce d'outillage couplée à la partie mobile du servomoteur. 4.) Dispositif d'entraînement pour un dispositif suivant les revendications 1.) 2.) ou 3») caractérisé en ce qu'il est constitué par un moteur électri-40 que fonctionnant pas à pas. 25 30 35