Brevet FR2020548A1 — publié le 19700717

La présente invention a pour objet une vanne de réglage proportionnel avec un étage d'entrée magnétique et avec un étage de sortie hydraulique, pour des installations hydrauliques qui exigent un positionnement exact de l'élément entrainé, comme c'est par exemple le cas dans les machines-outils, les machines d'emballage, les trains transfert et similaires.Jusqu'ici, on a utilisé à cet effet des dispositions coûteuses de servovannes, permettant certes d'éviter les chocs de démarrage et de freinage mais présentant d'autre part la caractéristique que leur fonctionnement donne lieu d un courant permanent d' huile de fuite qui se révèle très néfaste pour les installations hydrauliques, par exemple dans le cas d'un circuit de commande comprenant des accumulateurs de pression ou dans le cas de pompes de faible puissance, entre autres en raison du fait que l'accroissement de la température dans la chambre de régulation des vannes fait également varier la viscosité du courant d'huile de fuite. En outre, plusieurs vannes sont nécessaires, étant donné que la mise en marche ou l'arret du courant de fluide de pression et la commande des voies ne peuvent etre exécutés avec la meme vanne. On a également déåà proposé de réaliser des vannes de. réglage proportionnel de manière telle que le piston de commande hydraulique est déplacé par voie électro-magnétique, la quantité de fluide de pression commandée étant, en fonction de l'intensité du courant, proportionnelle a la -section transversale libérée par la course du piston. L'étage de commande hydraulique était constitué par une vanne à quatre voies, dont le tiroir est déplacé par un moteur ss couple constant. Le sens du déplacement était déterminé par la polarité du moteur. Toutefois, cette vanne présente l'inconvénient considérable résidant dans le fait que pour les deux cotés consommateurs de l'étage de sortie hydraulique, aucune possibilité d'ajustage individuel n'existe, ce qui veut dire qu'il n'est pas possible de compenser les différenees de dimension inévitables dans le cas d'une fabrication en série. I1 en résulte que les tolérances de fabrication extrêmement strictes nécessaires conduisent à un fort rebut, qui augmente considérablement le prix de revient des différentes pièces. En outre, le commutation de polarité nécessaire de la source de potentiel est défavorable pour le moteur à couple constant et, par exemple dans le cas d'une exploitation avec batterie, n'est en généra; pas possible, étant donné qu'ici un des polies de la batterie est toujours mis à la masse. Conformément à l'invention, la vanne à plusieurs voies de l'étage de sortie hydraulique aura des lors la forme d'une vanne magnétique, dont les aimants sont calculés de manière telle que pour une intensité ou une tension égale, leur course engendre les mêmes forces antagonistes à l'action d'un fluide de pression élastique à caractéristique élastique déterminée. Comme le prevoit encore l'invention, le piston de commande en plusieurs parties de la vanne à plusieurs voies présentera, outre les éléments réglant l'admission vers le consommateur dans l'un ou l'autre sens,des éléments qui règlent le courant de retour vers le consommateur.Les arêtes de commande des éléments de piston présentent de préférence une forme déterminant l'augmentation ou la diminution du débit conformément à un facteur de proportionnalité prédéterminé, et les aretes de commande du piston fonctionneront avec chevauchement. La vanne de réglage proportionnel suivant l'in vention est par exemple commandée à l'aide de deux potentiomètres couplés en montage en pont, dont l'un est déplacé en fonction de la position de l'objet à positinnner, tandis qu'à l'aide de l'autre est injectée la valeur de consigne ou une grandeur réglante, la tension prélevée au pont étant alimentée en parallèle à deux amplificateurs électroniques analogi ques action inverse, dont le point de travail est situé dans le coude inférieur de la caractéristique et dont l'organe de réglage est précédé de deux vannes magnétiques produisant des actions antagonistes lors de leur manoeuvre, vannes magnétiques dont les bobines magnétiques sont chacune disposées dans le circuit de sortie d'un amplificateur analogique. Grâce à la séparation des étages d'entrée électro-magnétiques, rendue possible dans cette forme de réalisation de vanne proportionnelle, il est possible d'ajuster individuellement la force dLinductivité des aimants par la modification de la profondeur d'immersion, et d'adapter la force de poussée aux caractéristiques des ressorts-utilisés.Des organes de réglage mécaniques ajustables et blocables entre l'armature magnétique et le piston de commande ainsi que des éléments à ressorts réglables s'appliquant contre les faces frontales du piston de commande et contre le carter de la vanne permettent alors d'ajuster le piston tant en ce qui concerne sa position par rapport au carter de la vanne et par rapport à l'armature intéressée, compte tenu des différences dimensionnelles engendrées lors de la fabrication et aussi d'harmoniser les forces élastiques des deux côtés par rapport aux aimants correspondants. L'invention est maintenant décrite plus en détail avec référence à une forme de réalisation représentée par le dessin. La Fig. 1 est une vue en élévation latérale en coupe axiale partielle de la vanne. La Fig. 2 représente un détail de la Fig. 1. La Fig. 3 est un diagramme-bloc de la vanne avec les organes de commande. La Fig. 4 est un diagramme des caractéristiques. Dans la Fig. 1, le carter ou boîtier de la anne est désigné par le chiffre de référence 31. Dans l'alésage central du carter est disposée une boite dite flottante 32 assujettie axialement dans l'alésage à l'aide des anneaux à ressorts 33. Dans la boite est guidé le piston de commande 34 avec les éléments de piston 35, 36 et 37. Sur les deux côtés extérieurs du carter 31 de la vanne sont bridés les aimants 38 et Dg dont les poussoirs 40 et 41 sont, par l'intermédiaire de la reliées disposition à vis réglable 42 et 43 > /auxextrémites 45 et 46 du piston de commande 34. A l'extérieur de la boite flottante 32 et de part et d'autre de la boite, des coins de réglage 47 et 48 présentant un filetage extérieur sont vissés dans l'alé-- sage du carter de vanne 31, de telle sorte que ces coins sont réglables axialement. Ces coins de réglage servent de butée réglable pour les ressorts 49 et 50 disposés entre les faces frontales du piston de commande 34 et les coins de réglage47, 48, les ressorts ne s'appliquant pas directement contre les faces frontales du piston de commande > mais contre une plaque intermédiaire 51 et 52 respectivement. Les aimants 38 et 39 sont connectés par l'intermédiaire des conducteurs SI et S2 au dispositif de réglage électrique. L'huile est alimentée par l'intermédiaire du raccord P à la chambre de la vanne et passe, avec régulation du débit d'huile, au travers l'une ou l'autre arête de l'élément de piston 36, par la conduite V1 ou V2, vers un côté de travail du consommateur, tandis que l'huile refoulée de l'autre côté du consommateur retourne par la conduite appropriée V2 ou V1 dans la chambre de la vanne, la quantité d'huile de retour étant également réglée par l'arête de l'élément de piston 35 ou 37, vers la conduite de retour-R. Les arêtes de commande des éléments de piston 35, 36 et 37 peuvent avoir la forme d'incisions 53 repésentées à la Fig. 2. Comme le montre la Fig. 1, la position du piston 34 par rapport aux armatures 40, 41 peut être ajustée individuellement au moyen des éléments de réglage 42, 43, et la force des ressorts 49 ou 50 peut, à l'aide des coins de réglage 47 ou 48, grace à la rotation de ces coins dans le filet de l'alésage du carter,être harmonisée avec les forces de l'aimant correspondant 38 ou 39. Le circuit suivant le diagramme-bloc de la Fig. 3 montre un cylindre hydraulique à double action, dont le piston produit, au moyen d'une tige de piston 2 représentée partiellement, le positionnement d'un objet non représenté. A la tige du piston est en outre relié, par un moyen représenté symboliquement par une ligne en traits interrompus à la figure, un potentiomètre de positionnement 3, dont les résistances des prises de courant sont fonction, dans le cadre de tolérances étroites, de la course de commande ou de l'angle. Le potentiomètre de positionnement 3 est alimenté à partir des bornes 4 et 5 d'une source de courant, bornes auxquelles est également connecté le potentiomètre de réglage 6, dont les tolérances sont aussi étroites que celles qu potentiomètre de positionnement.Les résistances de dérivation des potentiomètres constituent dès lors un montage en pont alimenté par la source de courant, dont le diagonale est formée par les branchements des potentiomètres. Les branchements des potentiomètres sont connectés avec les deux circuits d'entrée 7 et 8, qui précèdent les entrées 9 et 10 des amplificateurs analogiques électroniques Il et 12 montés en parallèle Dans la forme de réalisation représentée, les amplificateurs analogiques 11 et 12 sont similaires, ils présentent chacun deux entrées inverses, désignées par a et b. Les sorties des amplificateurs 11 et 12 sont reliées aux aimants 38 et 39 (voir la Fig. 1) de la vanne magnétique y représentée. La vanne magnétique est alimentée par la pompe hydraulique 17.En cas d'excitation de l'aimant 38, la vanne magnétique s'ouvre et relie la pompe 17 à la chambre de cylindre supérieure 18 de l'organe de réglage 1, tandis qu' en même temps elle relie la chambre inférieure 19, aux fins de son soulagement, également avec réglage de débit, comme déjà décrit plus haut, au carter d'huile 20. L'excitation de l'aimant 39 produit dès lors une course de descente de la tige de piston 2. Lorsque par contre c'est l'aimant 38 qui est excité, le fluide de pression agit dans la chambre inférieure 19 et la chambre supérieure du cylindre est soulagée, de telle sorte que la tige de piston 2 se déplace vers le haut. Pour améliorer le comportement de réglage, on a prévu despotentiomètres 21 et 22 dont les branchements réglables permettent de dériver des tensions partielles qui par l'intermédiaire de résistances préalables peuvent être injectées en complément aux circuits d'entrée 7 et 8, et qui permettent de modifier le point de travail des amplificateurs analogiques Il et 12. Le fonctionnement de ces potentiomètres est expliqué avec référence à la Fig. 4. La Fig. 4 représente, dans un système de coordonnées, des caractéristiques des amplificateurs 11 et 12.La caractéristique en trait plein de l'amplificateur il est représentée dans le premier quadrant tandis que celle de l'amplificateur 12 à action inverse est, tée par rapport à l'axe des Y et à l'axe des X, représenté en traits interrompus dans le troisième quadrant.Le réglage des potentiomètres 21 et 22 est choisi de manière telle que les caractéristiques des deux amplificateurs commencent sensiblement à l'origine des coordonnées et que la zone des tensions de réglage fournie par le pont, zone pour laquelle aucun des deux aimants 38 et 39 n'est excité, est extrêmement réduite. Le moindre écart entre la valeur de consigne et la valeur instantanée a déjà pour conséquence l'excitation d'une des deux bobines magnétiques et dès lors le commencement d'une course de correction de la tige de piston 2. Lorsque des tolérances aussi-étroites ne sont pas nécessaires, un réglage des potentiomètres 21 et 22 permet de modifier la tension de polarisation des amplificateurs Il et 12, de telle sorte que la gamme de tolérance 23 de la tension de réglage Ur fournie par le pont devient sensiblement plus large et que de petits écarts de réglage ne produisent pas directement une réaction e la disposition de réglage. La Fig. 4 montre en outre que la largeur de réglage des amplificateurs Il et 12 est limitée et que, pour les courants fournis I 38 et I 39, il existe des valeurs seuil.Les caractéristiques représentées en trait plein ou en traits interrompus des potentiomètres 21 et 22, pour un premier réglage, révèlent une limite de saturation plus basse que celle des caractéristiques représentées en traits mixtes ou en pointillé des potentiomètres 21 et 22 après un réglage : le réglage de la limite de saturation a été obtenu séparément a l'aide des organes de réglage prévus dans les amplificateurs Il et 12. Dans la figure sont illustrées les caractéristiques statiques des amplificateurs. Dans de nombreux cas il est souhaitable d'obtenir un comportement dynamique déterminé des amplificateurs Cela peut être réalisé au moyen des dérivations 24 et 25 qui, dans la forme de réalisation représentée, connectent l'entrée utilisée d'un des amplificateurs à sa sortie.Les dérivations peuvent fonctionnr comme contre-réaction positive ou négative; il est également possible d'utiliser les dérivations tant pour la contreréaction positive que pour la contre-réaction négative c'est ainsi par exemple que pour des tensions de réglage qui ne varient que dans de faibles limites, et dont le du-dt est faible, on peut réaliser une contre-réaction, tandis que pour un grand dU-dt on obtient une contre-réaction positive. La disposition de réglage suivant l'invention présente par rapport aux dispositions connues une série d'avantages substantiels. L'opération de réglage proprement dite est produite électroniquement et permet les interventions désirées. Grâce d la présence de deux amplificateurs analogiques à action inverse,il est possible d'influencer d volonté les caractéristiques des deux amplificateurs. C'est ainsi par exemple que par un réglage des courants de saturation, il est possible de fixer les vitesses maximales du positionnement. Le décalage du coude inférieur de a caractéristique permet, comme on l'a déjà signalé plus haut, de régler la gamme de tolérance. Les facteurs d'amplification des deux amplificateurs peuvent être réglés conjointement ou individuellement, aux fins d'une adaptation à des conditions d'exploitation imposées. Il est possible par exemple, par une action sur les branches d'amplificateur séparées, de procéder à une compensation de la composante de poids agissant dans le sens du déplacement de l'objet à positionner, et il est possible de tenir compte des conditions d'avance différentes imposées pour les différents sens de déplacement.Au surplus, le comportement dynamique de la disposition de réglage peut être influencé par des moyens de commande électrique simples. I1 est en outre avantageux que la disposition peut être alimentée par une source de courant continu. Dans le cas d'installations mobiles t le réseau électrique de bord est suffisant dans de nombreux cas, sans que des prises de courant centrales ou des embranchements centraux de la tension d'alimentation deviennent nécessaires. L'invention n'est toutefois pas limitée à l'alimentation par courant continu du pont inclus dans la disposition de réglage. En cas de nécessité on peut utiliser des tensions d'une fréquence désirée prélevées d'un réseau électrique alternatif ou d'une génératrice de courant alternatif. L'emploi d'un simple amplificateur électrique de puissance, en tant qu'amplificateur analogique, permet l'utilisation de vannes magnétiques robustes et peu coûteuses, même lorsqu'elles ont une consommation d'excitation élevée. L'utilisation d'un intégrateur électrique ou d'une calculatrice de grandeurs de guidage permet non seulement d'obtenir une accélération déterminée ou maximale de l'élément de réglage ou de l'opération de positionnement, mais également, le cas échéant, de régler son allure dans le temps. Les dérivations permettent, à volonté, l'établissement d'un réglage à contre-réaction PI ou PID, de telle sorte que dans le cas de grands écarts entre la valeur instantannée et la valeur de consigne > il se produit une contre-réaction rapide limitée à des valeurs désirées, et que l'emplacement imposé est approché de manière douce et sans chocs. REVENDICATIONS 1.- Vanne de réglage proportionnel avec un étage d'entrée magnétique et un étage de sortie hydraulique, caractéresée par le fait que la vanne a plusieurs voies de llekage de sortie hydraulique a la forme d'une vanne magnétique > dont les aimants (38, 39) sont calculés de maniere telle que par leur course, pour une intensité ou une tension identique, ils produisent des forces égales antagonistes à l'action d'un fluide de pression élastique (49, 50) à caractéristique d'élasticité déterminée. 2.- Vanne de réglage proportionnel suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que le piston de commande (34) en plusieurs parties présente, outre l'élément de piston (36) commandant l'admission vers le consommateur dans l'un ou l'autre sens, d'autres éléments de piston (35 et 37) réglant le flux de retour depuis le consommateur. 3.- Vanne de réglage proportionnel suivant les revendications lvetfou 2, caractérisée par le fait que les arêtes de réglage des éléments de piston (35, 36, 37) ont une forme (53) en elle-même connue déterminant l'augnentation ou la diminution du débit conformément à un facteur de proportionnalité imposé. 4.- Vanne de réglage proportionnel suivant l'une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les arêtes de réglage des pistons fonctionnent à chevauchement. l'une quelconque 5.- Vanne de réglage proportionnel suivant/des revendications 1 à 4 caractérisée par la présence d'organes de réglage (42, 43) mécaniques ajustables et réglables entre l'armature de l'aimant (40, 41) et le piston de commande (34). 6.- Vanne de réglage proportionnel suivant lTune quel~ conque - des revendications précédentesa caractérisée par la présence d'éléments R ressort (49 > 50) appliqués contre les faces frontales du piston de commande (34) et le carter de vanne (31). 7.- Vanne de réglage proportionnel suivant la revendication 6, caractérisée par le fait que la butée des ressorts 49 > 50) est constituée par un coin de réglage (47 > 48) vissé dans l'alésage central fileté du carter de vanne (31) 8.- Commande tour des vannes de réglage Dronortionnel l'une quelconque suiv ni/des revendlcations 1 à 7, avec deux potentiomètres couplés en montage en pont, dont l'un est réglé en fonction de la position de ltobjet à positionner, tandis qu'au moyen de l'autre est injectée la valeur de consigne ou une grandeur de gui- dage, caractérisée en ce que la tension prélevée sur le pont est alimentée en parallèle à deux amplificateurs électroniques analogiques (11, 12) à action inverse, dont le point de travail est situé dans le coude inférieur de la caractéristique, et en ce que leur organe de réglage est précédé d'une vanne magnétique (31, 34) produisant lors de sa manoeuvre des actions antagonistes, vanne dont les aimants (38, 39) sont chacun disposés dans le circuit de sortie d'un des amplificateurs analogiques. 9.- Disposition de réglage suivant la revendication 8 > caractérisée en ce qu'aux entrées (9, 10) des amplificateurs analogiques (11, 12) sont associés des organes de réglage (potentiomètres 21, 22) polarisant ces amplificateurs. 10.- Disposition de réglage suivant les revendications 8 ou 9, caractérisée en ce que la modulation maximale des amplificateurs analogiques-(11, 12) dépasse leur gamme d'amplification linéaire. 11.- Disposition de réglage suivant la revendication 10, caractérisée en ce que la limite de saturation des amplificateurs analogiques (11, 12) est réglables. l'une quelconque 12.- Disposition de réglage suivant des revendications 8 à 11, caractérisée en ce que les amplificateurs analogiques (11, 12) présentent chacun une dérivation (24, 25) réagissant de préférence à la pente du flanc de variations de tension.