Brevet FR2392873A1 — publié le 19781229

La présente invention est relative à une commande de débit du fluide hydraulique pour le fonctionnement d'un appareil à gouverner les navires. Le secteur technique de l'invention est celui des appareillages me- caniques à fonctionnement hydraulique. On connaît des appareils à gouverner asservis en position et qui comportent deux boucles d'asservissement. La premiere boucle constitue la "télécommande" et comporte : soit un télémanipulateur hydraulique situé dans la timonerie et un telé-recepteur hydraulique situé dans le local de l'appareil à gouverner; soit un télé-mani- pulateur électrique situé dans la timonerie et un télé-récepteur situé dans le local de l'appareil à gouverner, ledit télérécepteur pouvant etre électrique ou hydraulique. Dans ces deux derniers cas, le télé-récepteur entralne un transmetteur de réponse" qui indique en permanence la "position" du télérécepteur au télé-manipulateur. La deuxième boucle qui asservit la "position" de la mèche du gouvernail à la "position " du télé-récepteur comprend un télé-récepteur, lequel donne l'ordre à une (ou deux) pompe(s) à débit variable des presses1 ou vérins de l'appareil à gouverner, et un dispositif d'asservissement comprenant : un levier flottant, une bielle de rappel et une bielle de commande du débit de ladite (ou des dites) pompe(s). Ce genre d'appareil d'uretechnologie ancienne présente les inconvénients suivants : précision moyenne et surtout,temps de réponse important entre tordre et sa réalisation. On connaît encore d'autres appareils à gouverner asservis en position, d'un autre type, qui comportent une seule boucle d'asservissement tout ou rien". Selon ce genre d'appareil, le télé-manipulateur est électrique et agit directement sur une ou deux électrovalves, lesquelles commandent directement le flux d'huile dans les presses (ou vérins) de l'appareil à gouverner par l'émission d'un signal électrique "tout ou rien". Un transmetteur de réponse relié mécaniquement à la mèche du gouvernail indique en permanence la "position" de celui-ci au télé-manipulateur, Lorsque l'angle commandé est atteint, le signal électrique est annulé. I1 resulte de cette disposition que le flux d'huile est soit nul, soit maximal. Afin d'éviter des à-coups, on introduit une temporisation au plan hydraulique. Les inconvénients de ce genre d'appareil se situent d'une part au niveau de la précision qui est médiocre et d'autre part du fait de son manque de sensibilité. On connaît enfin des appareils à gouverner asservis en "position" et qui comportent une seule boucle d'asservissement progressive. Dans ce genre d'appareil, le télémanipulateur est électrique et agit progressivement sur un moteur-couple, lequel commande le flux d'huile dans les presses, ou vérins, de l'appareil à gouverner, par l'émission d'un signal électrique progressif. Un transmetteur de réponse relié mécaniquement à la mèche du gouvernail indique en permanence la "position" de celui-ci au télé-manipulateur. Lorsque l'angle commandé est sur le point d'être atteint, le signal électrique diminue progressivement et devient nul quand l'angle commandé est atteint. Un tel dispositif a pour avantage un bon temps de réponse, mais présente un certain nombre d'inconvénients : une précision alléatoire et une mauvaise stabilité. Il est possible de pallier ces inconvénients et d'y re médier partiellement en introduisant une deuxième boucle d'asservissement au niveau de la commande de débit de la pompe. La présente invention vise à remédier les inconvénients des appareillages connus. L'objectif à atteindre est un dispositif pour commander le débit du fluide hydraulique pour le fonctionnement d'un appareil à gouverner dont les composants disposés sur un circuit formant une seule boucle soient à me- me d'assurer le fonctionnement de l'appareil à gouverner avec un temps de réponse minimum et une précision accrue en regard des appareils connus actuellement. Cet objectif est atteint grâce à la commande de débit du fluide hydraulique selon l'invention, pour le fonctionnement d'un appareil à gouverner les navires, lequel se compose d'une traverse de mèche comportant des bras radiaux qui coopèrent avec les prolongements des pistons d'au moins un ensemble comprenant deux vérins disposés en opposition, laquelle commande est caractérisée en ce que lesdits vérins sont reliés à au moins une pompe à débit variable, dite "pompe principale" dont le débit est commandé par un vérin à double effet dans le corps duquel est disposé un piston qui délimite deux chambres, chacune de ces chambres recevant un fluide hydraulique débité par une pompe à débit constant dite "pompe auxiliaire" et fonctionnant en circuit fermé à partir d'une réserve de fluide, l'accroissement de la pression du fluide hydraulique dirigé dans l'une ou l'autre chambre du vérin, pour provoquer le déplacement du piston dans un sens ou dans l'autre, étant obtenu au moyen d'un électro-régulateur de pression disposé sur chacun des circuits des chambres entre le vérin et chacunedesdites pompes auxiliaires et en ce que ledit vérin qui commande le débit de la pompe principale comporte des moyens pour ramener son piston dans sa position d'origine précise, lequel piston ne pouvant se déplacer qu'après que la pression dans l'une ou l'autre chambre ait atteint un seuil. Le résultat de l'invention consiste en une commande de débit de fluide hydraulique pour appareil à gouverner les navires, laquelle commande comporte une seule boucle d'asservissement. Les avantages de la commande de débit selon l'invention sont d'une part d'autoriser la manoeuvre directe du gouvernail sans avoir recours à d'autres dispositifs auxiliaires méeaniques et hydrauliques,d'où il résulte une simplification des appareils actuellement en service, et d'autre part de permettre le contrôle de l'angle de marchessans glissement, avec une précision accrue par rapport aux appareils connus. On comprendra mieux l'invention à la lecture de la description suivante uniquement donnée à titre d'exemple non limitatif en référence au dessin annexé sur lequel - la figure I est une vue de dessus schématique d'un appareil à gouverner les navires, - la figure 2 est une vue schématique d'une commande de débit de fluide selon l'invention pour le fonctionnement d'un appareil à gouverner selon la figure 1. Selon un mode de réalisation, un appareil à gouverner les navires illustré à la figure 1 du dessin, se compose essentiellement d'une partie mécanique 1 fonctionnant sous la poussée d'un fluide mis en pression par un ou plusieurs appareillages hydrauliques 2, par exemple au nombre de deux. La partie mécanique comprend une traverse de mèche composée d'un moyeu la, formé de deux parties, sur lequel moyeu sont soudés quatre bras lb, lesquels bras sont radiaux et sont superposés deux à deux, délimitant ainsi entre eux un espace. La mèche du gouvernail est calée sur le moyeu la de ma nière à être entraînée en rotation par celui-ci et est ainsi dans une position perpendiculaire à la traverse de mèche. Les bras lb comportent a leur extrémité des lumières lc formant glissières, lesquelles sont superposées deux à deux et coopèrent avec des dés Id montés tournant autour d'un axe perpendiculaire augpistons plongeurs le des pots de presses ou vérins 1f. Les pots de presses if sont ainsi en opposition deux à deux et coopèrent ensemble avec le piston plongeur le qui leur est commun. La partie hydraulique comporte deux groupes comprenant chacun une pompe principale 2a à vitesse de rotation constante et à débit variable et comportant une pompe de gavage incorporée. L'inversion du sens de la eirculation du fluide est obtenue au moyen d'un vérin à double effet dit de "culbutage" et d'un amplificateur d'effort hydraulique dont il sera plus amplement question lors de la description de la figure 2. Les pompes 2a sont entraînées chacune par un moteur électrique 2b, la liaison se faisant par un accouplement semi-élastique.Chaque groupe hydraulique et son circuit comporte en outre deux pompes auxiliaires ou une pompe à double corps 2c, deux électro-régula- teurs de pression 2d, une électro-valve de sécurité 2e, ainsi que des robinets d'isolement des pompes et des presses, des soupapes de sécurité, clapet de compensation et manomètres de pression. Les pots de presses ou vérins If, sont reliés deux à deux par une tuyauterie 3 représentée sur le dessin en trait plein et 4 représentée en trait double, de telle sorte que le fluide admis dans lesdits pots, exerce des forces F ou F1 qui sont appliquées sur la traverse de mèche sous la forme de couples. La tuyauterie 3 est reliée à la pompe principale 2a de chacun des groupes hydrauliques par une tubulure 5. La tuyauterie 4 est reliée à la pompe 2a par une autre tubulure 6. Ainsi, en fonction des besoins et de la manoeuvre des robinets d'isolement répartis sur les circuits 3/5-4/6, on comprend qu'il est possible d'utiliser indifféremment l'un ou l'autre, ou les deux groupes hydrauliques ainsi que deux ou quatre presses If. L'appareil comporte également un dispositif de pilotage automatique avec compas gyroscopique 7, un dispositif de pilotage manuel asservi en position 8, un dispositif de secours "tout ou rien" 9, lesquels sont reliés électriquement à un sélecteur 10. Ledit sélecteur 10 est en liaisonavec deux amplificateurs 11, un par groupe hydraulique, reliés chacun d'une part à un démarreur 12 assurant la mise en route de chacun des groupes hydrauliques, et aux électrorégulateurs de pression 2d, et d'autre part à un transmetteur de réponse 13, lui-meme relié au pilote automatique 7 et lié mécaniquement à la traverse de mèche du gouvernail par l'intermédiaire d'une tringlerie 14. On se reporte mainenant à la figure 2 du dessin qui représente d'une manière schématique les éléments essentiels d'une commande de débit du fluide hydraulique selon l'invention, pour un appareil à gouverner illustré à la figure 1, lesquels éléments sont disposés en combinaison dans chacun des groupes repérés 2 sur ladite figure 1. Chaque commande de débit fonctionne en circuit fermé à partir d'une caisse à huile 15. Elle se compose d'une pompe principale à débit variable 16 et de deux pompes auxiliaires 17 à débit constant fonctionnant ensemble. Ces pompes 16 et 17 sont entralnées à vitesse constante par un moteur électrique 18, lequel est accouplé en prise directe 19 à la pompe principale 16 et attaque les pompes auxiliaires 17 par l'intermédiaire d'une transmission à poulies et courroies 20. L'inversion du sens du débit de l'huile dirigée vers l'appareil à gouverner 1, canaliséepar les tubulures l6a/Ibest obtenue au moyen d'un vérin à double effet 21 dit vérin de "culbutage", lequel est en liaison avec la pompe principale 16 par l'intermédiaire d'un amplificateur d'effort hydraulique 22. Le vérin 21 et l'amplificateur 22 sont équipés d'un ressort dit de "recentrage" 23/24 qui a pour fonction de ramener avec precision et à leur position médiane initiale, d'une part le piston du vérin 21 et d'autre part l'organe mobile de l'amplificateur hydraulique 22. Chacune des pompes auxiliaires 17 est reliée à la caisse 15 et au vérin de culbutage 21. Unedes pompes auxiliaires 17, celle située à gauche sur le dessin, est reliée à la caisse 15 par une tubulure 25 qui plonge en partie basse de la caisse dans le fluide hydraulique, et est reliée au vérin 21 par une tubulure 26 qui admet le fluide dans l'une des chambres dudit vérin, celle située à droite sur le dessin, et qui est délimitée par le corps du vérin et son piston. L'autre pompe 17,située à droite sur la figure 2, est comme la pré cédente, reliée à la caisse 15 en partie basse par une tubulure 27 qui plonge dans l'huile, et reliée au vérin 21 par une autre tubulure 28 qui admet le fluide dans l'autre chambre du vérin, située à gauche sur le dessin et qui est délimitée par le corps et le piston de celu-ci. Un électro-régulateur de pression 29 est monté en bout du circuit 25/26, un autre régulateur 30 est monté en bout du circuit 27/28 Ces deux électro-régulateurs 29/30 sont reliés ensemble à une canalisation 31 de retour à la caisse d'huile 15. Le fonctionnement du dispositif selon l'invention est le suivant L'une des pompes hydrauliques 2 étant en service, chaque chambre du vérin de culbutage 21 de la pompe principale 16 est alimentée par l'une des pompes auxiliaires 17 qui lui est associée. Le circuit de retour de lthuile au réservoir de chacune desdites chambres du vérin 21 traverse un électro-régulateur de pression 29/30. On notera ici quesdans son principe, un électro-régulateur de pression est comparable à une soupape de sûreté dont le ressort a été remplacé par un solénoïde et une masse magnétique. La force qui applique le clapet sur son siège est proportionnelle à l'intensité du courant électrique qui parcourt le solénoïde. il est ainsi possible,par la télécommande, de régler à distance et d'une manière continue la pression dans les chambres du vérin de culbutage 21, qui agit sur chaque pompe principale 16 par l'intermédiaire de l'amplif i- cateur d'effort 22 et done de réguler le débit desdites pompes, cette régulation se caractérisant par le fait que la pompe principale 16 ne commence à débiter que lorsque la pression P réglée par l'électro-régulateur de pression 29/30 a atteint le seuil de début de mise en débit : par exemple pour l'appareil précédemment décrit, ce seuil est de trois bars pour une valeur en intensité dans le solénoïde des électro-régulateurs de pression de 0,4 Ampère délivré par les amplificateurs Il représentés à la figure 1. En l'absence de signal électrique, donc lorsque les pressions sont en équilibre dans les deux capacités du vérin de culbutage 21, la pompe principale 16 est maintenue à débit nul par les ressorts de recentrage 23/24 et l'appareil à gouverner est immobile. Quand on commande une abattée dans un sens déterminé, le signal progressif émis par la télécommande manuelle 8, ou par le pilote automatique 7, agit sur l'électro-régulateur de pression 29/30 correspondant au sens d'orientation du gouvernail désiré. Cet électro-régulateur de pression 29/30 provoque une variation de pression dans la chambre du vérin 21 à laquelle il est relié par les conduites 26/28 et la pompe principale 16 débite de l'huile d'une fa çon progressive et continue dans les pots de presses ou vérins If de l'appareil à gouverner 1 (figure 1). Dans son mouvement, ce dernier entraîne le transmetteur de réponse 13 qui tend à annuler le signal émis par la télécommande manuelle 8 > ou le pilote automatique 71et en conséquence, à ramener la pompe 16 en position de débit nul. L'appareil à gouverner arrête sa rotation lorsque l'angle commandé est atteint. Un appareil à gouverner équipé d'une telle commande de débit allie l'avantage de permettre la manoeuvre directe du gouvernail sans l'interme- diaire de divers dispositifs mécaniques et hydrauliques auxiliaires. il résulte une très grande simplification de manoeuvre et un meilleur contrôle de l'angle de marche, sans glissement et avec plus de précision que ne Ie font-les appareils à commande directe. En commande locale, le pivotement du gouvernail est obtenu par action directe sur les électro-régulateurs de pression au moyen d'organes à manoeuvre manuelle. Bien entendu, sans sortir du cadre de l'invention, diverses modifications pourront être apportées par l'Homme de l'Art au dispositif qui vient d'être decrit uniquement à titre d'exemple. REVENDICATIONS I - Commande de débit du fluide hydraulique pour le fonctionnement d'un appa reil à gouverner les navires, lequel se compose d'une traverse de mèche comportant des bras radiaux qui coopèrent avec les prolongements des pis tons d'au moins un ensemble comprenant deux vérins disposés en opposition, caractérisée en ce que lesdits vérins sont reliés à au moins une pompe à débit variable, dite "pompe principale" dont le débit est commandé par un vérin à double effet dans le corps duquel est disposé un piston qui déli- mite deux chambres, chacune de ces chambres recevant un fluide hydrauli que débité par une pompe à débit constant dite "pompe auxiliaire" et fonc tionnant en circuit fermé à partir d'une réserve de fluide, l'aecroisse- ment de la pression du fluide hydraulique dirigé dans l'une ou l'autre chambre du vérin.pour provoquer le déplacement du piston dans un sens ou dans l'autre. étant obtenu au moyen d'un électro-régulateur de pression disposé sur chacun des circuits des chambres, entre le vérin et chacune desdites pompes auxiliaires et en ce que ledit vérin qui commande le dé bit de la pompe principale comporte des moyens pour ramener son piston dans sa position d'origine précise, lequel piston ne pouvant se déplacer qu'après que la pression dans l'une ou autre chambre ait atteint un seuil. 2 - Commande de débit selon la revendication 1, caractérisée en ce que les dits moyens consistent en un ressort helicoldal dit "ressort de recentra ge" monte autour de la tige dudit piston, lequel piston est en appui sur deux sièges portés par ladite tige. 3 - Commande de débit selon la revendication 1, caractérisée en ce que les dites pompes auxiliaires à débit constant sont entraînées simultanément par le même arbre et en ce que le retour du fluide à sa réserve s'effec tue après son passage dans les électro-régulateurs de pression. 4 - Commande de débit selon les revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la pompe principale et les pompes auxiliaires sont entraînées à une vites se constante par le même moteur. 5 - Commande de débit selon la revendication 4, caractérisée en ce que ledit moteur est en prise directe avec la pompe principale et entraîne les pom pes auxiliaires au moyen d'une transmission à courroie. 6 - Commande de débit selon l'une quelconque des revendications I à 5, carac térisee en ce que le vérin a double effet commande le débit de la pompe principale par l'intermédiaire d'un amplificateur d'effort hydraulique.