Brevet FR2393961A1 — publié le 19790105

la présente invention concerne tous les vérins hydrauliques asservis, permettant à partir d'un mouvement de rotation à faible couple, d'obtenir la commande d'un déplacement linéaire à grande force, engendrée par la pression appliquée sur la surface d'un vérin hydraulique. Les dispositifs actuellement connus de ce genre, comportent soit un appareillage d'asservissement extérieur comprenant généra -lement des installations hydrauliques et des systèmes de commandes complexes -basés généralement sur l'utilisation des servovalvessoit des dispositifs internes au vérin qui, de ce fait, a une construction spéciale, plus compliquée et plus difficile à l'entre- -tien. tes deux types de construction mentionnés, obligent à la réalisation d'un appareillage spécial et coûteux et ne permettent pas une adaptation sur des vérins hydrauliques standards ou du commerce. De même, la construction du vérin asservi où on prévoit la valve Incorporée dans son fond et fonctionnant par l'intermédiaire d'une barre filetéè se vissant dans un écrou fixé dans la tige, presente à la fois des inconvénients dans sa réalisation et des limites dans son utilisation. A ce propos, il est à rappeler l'inconvénient majeur que le vérin est de construction spéciale du fait qu'il comporte des pièces adaptées en plus du dispositif d'asservissement qui lui est incorporé. Sa réalisation, son prix, de même que son entretien sont sensiblement désavantagés. Autrement les performances, notamment les vitesses, les accélérations, etc... de même que les dimensions -notamment la longueur de la course d'un tél type de vérin asservi, sont limitées du fait de l'insuffi -sance du couple qui doit être fourni par les servomoteurs de come -mande, pour entraîner en rotation la vis d'asservissement, le tiroir de la valve et le mécanisme de transmission, etc... Tous ces désavantages sont éliminés pour le cas de la présente invention. Le dispositif selon l'invention constitue un ensemble indépendant et de construction standardisée, robuste et facile d'entretien qui se fixe aisément sur l'extérieur de tout vérin hydraulique de construction courante. L'appareil constitué par l'assemblage du vérin avec le disposi -tif d'asservissement, permet le contrôle parfait et continu -à partir d'un mouvement de rotation à très faible couple- du déplace -ment de la vitesse et de la position de la tige du vérin hydraulique, avec une précision inhabituelle pour ce genre d'appareils. Il en résulte des importants gains d'investissements par la suppression des dispositifs de commandes et des centrales hydrau -liques complexes. Autrement, la possibilité d'assembler séparément du verin hydraulique, les dispositifs d'asservissement à partir de compo -sants de séries standardisees, permet de réaliser dans des condi -tions avantageuses, les appareils qui conviennent pour la plupart des cas rencontrés dans la pratique. La conception du dispositif d'asservissement selon l'invention n'implique aucune limitation quant aux dimensions ou à la course du vérin, de même qu'en ce qui. concerne les performances envisagées (vitesse, accélération, etc...) qui sont obtenues sans difficultés pour tous les cas d'utilisation, par une commande nécessitant de très faibles couples d'entrainement. Ce dernier avantage permet aussi la réduction sensible des servomoteurs ainsi que la simplification des installations électroniques de commande. L'appareil assemblé, mis au point et essayé dans l'usine du constructeur, est protégé de l'extérieur par sa construction robuste et fermée et, par conséquent, est assuré d-'une sécurité de fonctionnement exceptionnelle. Les problèmes de maintenance -généralement délicats pour l'appareillage asservissement connu -actuellement- sont pratiquement évités- pour l'utîlisateur,dans le cas du dispositif de la présente invention. Deux formules de construction de l'invention sont décrites ci-après à titre indicatif et nullement limitatif, en se référant aux dessins annexés. La planche I-2 représente le dispositif d'asservissement adapté pour la commande d'un vérin hydraulique alimenté en différentiel. Le dispositif d'asservissement est fixé sur le vérin hydrau -lique 1 (qui est de construction courante, standardisée et sans avoir-aucune particularité spéciale) par l'intermédiaire de ses supports 2 et 3. Le dispositif comporte un cylindre 4 à l'intérieur duquel coulisse la tige 5 qui est solidarisée à la tige 6 du vérin 1 par l'intermédiaire de la pièce d'entraînement 7. La tige 5 est prévue avec un écrou à bille 8, dans laquelle se visse la vis réversible 9, qui est libre de tourner dans le palier 10, mais qui est empêchée de se déplacer axialement. Le tiroir 12 de la valve est prévu avec un embout fileté, qui se visse dans l'écrou 13 solidaire de la vis 9. Le tiroir 12 peut tourner et se déplacer axialement dans le corps de la valve 14, qui est prévu avec 3 orifices : l'orifice 15 lié à la pompe d'alimentation 16, l'orifi- -ce 17 relié au réservoir 18 et l'orifice 19 relié au fond du vérin 20. L'axe d'entraînement 21 transmet la rotation commandée soit par le servomoteur 22, soit par tout autre système d'entraînement, au tiroir 12 de la valve, tout en lui permettant son déplacement axial. Le vérin I travaille en différentiel, la chambre annulaire 23 côté tête, étant constamment soumise à la pression du circuit d'alimentation, tandis que la grande section 24 côté fond, peut être mise en communication soit avec le circuit d'alimentation de la pompe 16, soit avec le réservoir 18, selon la position du tiroir 12, dans le corps de la valve 14. Pour la position intermé -diaire du tiroir 12, qui correspond à la position d'équilibre de la valve-, une légère fuite s'établit entre son orifice d'alimenta -tion 15 et I'orifice 17 relié au réservoir. Le déplacement de la tige 6 du vérin 1 est commandé par le servomoteur à faible couple 16 ou par tout autre mode d'entrane- -ment ou commande, selon la convenance de l'utilisateur. Ainsi, par la rotation transmise à l'axe de commande 21 au tiroir de la valve 12, celui-ci se visse dans l'écrou 13 et, de ce fait, se déplace axialement par rapport au corps de la valve 14, ce qui provoque, selon le sens du mouvement, une ouverture reliant la grande chambre 24 du vérin, soit avec le circuit d'alimentation de la pompe 16 par l'orifice 15, soit avec le réservoir 18 par l'orifice 17. Pour les deux cas, la pression à l'intérieur du vérin 1 déplace la tige 6 qui transmet, par l'intermédiaire de la pièce 7 un mouvement de translation à la tige 5 du dispositif d'asservis -sement et à son écrou à bille 8. La vis à bille réversible 9 et l'écrou 13 sont, de ce fait, entraînées dans un mouvement de rota -tion. Le tiroir 12 qui se visse dans l'écrou 13 se déplace pour les deux sens de mouvement du vérin, de façon que l'ouverture de la valve soit refermée et que l'ensemble reprenne sa position d'équilibre correspondant à une position déterminée par l'axe de commande 21 du dispositif d'asservissement et le servomoteur 22. La planche II-2 représente le cas du dispositif d'asservisse -ment prévu avec une valve intégrale c' est-à-dire avec la disposi -tion des orifices permettant la liaison de chacune des deux chambres 23 ou 24 du vérin ], soit au circuit d'alimentation de la pompe 16, soit au circuit de retour vers le réservoir 18. La conception du dispositif d'asservissement reste celle décri te précédemment en se référant à la planche I-2, sauf la construction de la valve et le branchement des circuits vers le vérin 1, qui sont modifiés. Le corps de la valve 14 est prévu avec l'orifice 11 relié par la tête 25 du vérin à la chambre annulaire 23 et l'orifice 19 relié par le fond 20 à la grande chambre 24. Le corps de la valve 14 est prévu de même avec l'orifice 15 relié au circuit d'alimen -tation de la pompe 16 et avec deux orifices 17 raccordés sur le circuit de retour vers le réservoir 18. Pour la position intermédiaire (telle que représentée sur la planche II-2) et qui correspond à la position d'équilibre de la valve, une légère fuite s 'établit entre l'orifice d'-alimentation 15 et les deux orifices 17 reliés au réservoir. Par la rotation transmise par l'axe de commande 21 -au tiroir de la valve 12, celui-ci se visse (ou se dévisse) dans l'écrou 13 et, de ce fait, se déplace par rapport au corps de la valve 14. Par le déplacement du tiroir 12 vers le bas, on relie simultanément la chambre annulaire 23 du vérin 1 au circuit d'alimenta -tion de la pompe 16 et sa grande section 24 au réservoir 18. La tige 6 du vérin se déplace dans ce cas vers le haut. Par le déplacement du tiroir 12 vers le haut, on relie simul -tanément la grande chambre 24 du vérin au circuit d'alimentation de la pompe 16 et la chambre annulaire 23 au réservoir 18. La tige 6 du vérin se déplace dans ce cas vers le bas. Pour les deux cas, tel que décrit précédemment, la pression à l'intérieur du vérin en déplaçant la tige 6 transmet un mouve -ment de translation à la tige 5 du dispositif d'asservissement et à son écrou à bille 8. La vis à bille réversible 9 et l'écrou 13, sont, de ce fait, entraînés dans un mouvement de rotation. Le tiroir 12 qui se visse dans l'écrou 13, se déplace dans les deux sens de mouvement du vérin, de façon que les ouvertures de la valve soient refermées et que l'ensemble reprenne sa position d'équilibre correspondant à la position déterminée par l'axe de commande 21 du dispositif d'asservissement et le servomoteur 22. Il est bien entendu que la présente invention n'est pas limi -tée aux modes de réalisations décrites et représentées, qui constituent seulement des exemples auxquels de nombreuses modifi -cations peuvent être apportées. Le dispositif de la présente invention peut être utilisé dans tous les cas où est nécessaire le contrôle précis du mouvement, de la vitesse ou de la position d'un vérin hydraulique, quelles que soient ses dimensions, sa charge ou ses performances. Des applications particulièrement intéressantes peuvent être envisagées pour les vérins à grande course, pour ceux dont les vitesses et les accélérations sont importantes et, en général, là où les conditions d'exploitation difficiles imposent un matériel fiable et d'entretien facile. REVENDICATIONS 10 - Dispositif hydromécanique d'asservissement permettant de commander à partir d'un mouvement de rotation de très faible couple, le mouvement, la vitesse et la position'de la tige d'un vérin hydraulique, caracterise par le fait qu'il constitue' un ensemble extérieur accouplé au vérin et qui est composé par l'association d'une valve hydraulique à tiroir avec une vis à bille réversible libre en rotation dans son palier mais empêchée de se déplacer axialement. 20 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le tiroir de la valve, qui est entraîné en rotation par le dispositif de commande, est prévu avec un embout fileté qui se visse -dans un écrou solidaire de la vis à bille réversible et, de ce fait, se déplace axialement dans le corps de la valve et provoque des ouvertures qui relient les alimentations du vérin, dont la tige se déplace selon le cas dans un sens ou dans l'autre. 30 - Dispositif selon les revendications 1 et 2,.caractérisé par le fait que la tige du vérin est solidaire de l'écrou de la vis à bille réversible et, de ce fait, à chaque déplacement du vérin commandé par le déplacement du tiroir entraîné préalablement en rotation par le dispositif de commande, succède un mouvement de rotation en sens inverse de la vis à bille, ce qui fait reprendre au tiroir de la valve, sa position initiale d'équilibre où les orifices vers le vérin sont fermés. 40 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le vérin hydraulique-commandé par l'ensemble d'asservis -sement, est de construction standardisée et ne nécessite aucune particularité spéciale par rapport aux vérins actuelle -ment connus et utilisés dans toutes les applications courantes. 50 - Dispositif selon les revendications 1 et 4, caractérisé par le fait que le dispositif d'asservissement est un ensemble autonome, indépendant du vérin et réalisé séparément par l'assemblage des composants standardisés. 60 - Dispositif selon les revendications 1 et 3, caractérisé par le fait que l'effort nécessaire pour effectuer le mouvement et l'accélération en rotation de la vis d'asservissement et de son mécanisme, est fourni par la force du vérin hydraulique et que le servomoteur ne sert qu'à fournir seulement le couple nécessaire pour la rotation du tiroir de la valve hydraulique. 70 - Dispositif selon l'une des revendications 1, 4, 5 et 6, caractérisé par le fait que le dispositif d'asservissement est un ensemble compact, de faible encombrement et facilement adaptable à tout vérin hydraulique quelles que soient ses dimensions, ceci par la simple fixation latérale sur le vérin et par l'adjonction d'une pièce de liaison avec sa tige. 80 - Dispositif selon l'une des revendications 1, 4, 6 et 7, caractérisé par le fait que le dispositif d'asservissement convient pratiquement à toutes les utilisations de vérins hydrauliques asservis envisagés dans les applications courantés, sans aucune limitation concernant les dimensions -notamment la course du vérin- ou les performances exigées particulièrement les accélérations, les vitesses et la précision du mouvement. 9 - Dispositif selon les revendications ] et 5, caractérisé par le fait que la construction mécano de l'ensemble du dispositif d'asservissement, prévoit l'adaptation selon le cas de deux types de valves permettant soit l'alimentation du vérin en différentiel, soit l'alimentation où chacune des deux chambres du vérin peut être liée au circuit de pression de la pompe ou au retour vers le réservoir. 100- Dispositif selon les revendications 1 et 6, caractérisé par le fait que le couple nécessité pour l'entraînement du dispositif d'asservissement est minime, ce qui permet 1 'utili- -sation des servomoteurs à dimensions très réduites, ainsi que la simplification considérable des installations électro -niques de commande. J