Brevet FR2433664A1 — publié le 19800314

La présente invention concerne une servo-valve munie d' au moins un servo-moteur soumis à l'action d'un fluide sous pression pour déplacer un tiroir coulissant à l'intérieur-du corps de valve, qui porte des faces de travail mobiles, sollicitées par la pression du fluide dont la circulation est réglée par la valve et coopèrent avec des faces de travail fixes, solidaires du corps, pour régler cette circulation. On connaît déjà des servo-valves de ce type dont les servo-moteurs comportent des membranes (brevet U.S. N0 3 794 075). Les membranes sont munies de logements moules pour recevoir une tete placée à une extrémité du tiroir et ce dernier porte d'autres membranes, fixées par leur périphérie au corps de la valve et présentant une partie centrale renforcée. La face en bout de ce dernier sert de face de travail radiale mobile de la servovalve et coopère avec une face de travail radiale fixe, solidaire du corps. Ces servo-valves connues présentent l'inconvénient que le tiroir n'est, dans le sens radial, pas guidé avec assez de précision pour de nombreuses applications. I1 en résulte notamment l'impossibilité de réaliser des servo-valves de ce type pour plus de deux positions entre lesquelles le tiroir est commuté. Un type de distributeur utilisé fréquemment, à savoir le distributeur 5/3, qui sert à faire communiquer indifféremment, en "va-et-vient", l'une ou l'autre des deux chambres de travail d' un vérin à double effet avec une source de fluide sous pression et une conduite de retour de ce fluide, ainsi que pour le verrouillage hydraulique ou le déverrouillage complet du vérin (position neutre), ne peut être réalisé avec de tels servo-moteurs à membrane pour la manoeuvre du tiroir. L'invention a donc pour objet de réaliser une servovalve dans laquelle les extrémités du tiroir sont guidées avec précision et maintenues par une tension initiale dans une position bien définie. A cet effet, dans la servo-valve selon l'invention, les servo-moteurs comportent des pistons guidés dans une partie de l'alésage du corps où coulisse le tiroir et qui portent chacun à une extrémité une des faces radiales mobiles de travail et sont maintenus chacun, par l'intermédiaire de moyens à ressort prenant appui sur le corps, avec une tension initiale, dans une position correspondant aux positions neutres du tiroir. La servo-valve selon l'invention peut être réalisée sans problème pour trois positions de travail, la commutation d'une position à l'autre y est améliorée, car les faces de travail mobiles en se déplaçant vers les faces de travail fixes et en s'appliquant contre elles ne peuvent "basculer" hors de leur position normale. Dans une forme d'exécution de cette servo-valve, les pistons sont conformés en pistons étagés, dont la partie de plus petit diamètre porte la face de travail radiale et dont la partie de plus grand diamètre peut, par l'intermédiaire d'une valvepilote, être soumise à la pression du fluide sous pression dont la circulation est réglée. On peut ainsi utiliser la pression du fluide dont la circulation est réglée pour agir directement sur les servo-moteurs qui assurent le déplacement du tiroir, bien que les pistons de ces moteurs soient, par l'alésage du corps, soumis directement à cette pression. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la partie de plus grand diamètre du piston et les moyens à ressort associés à ce dernier sont constitués par une membrane élastique reliée à la partie de plus petit diamètre du piston. On obtient ainsi une construction particulièrement simple de la servo-valve, car il n'est pas nécessaire d'utiliser des ressorts séparés et les opérations de tournage pour les différents diamètres des pistons sont supprimées. Un autre avantage d'une servo-valve ainsi conformée est que le piston doit vaincre une résistance de frottement moins grande lors de son déplacement, que la partie de 1' alésage du corps qui reçoit la partie de grand diamètre du piston nta plus à être usinée avec une grande précision et que celle qui reçoit la partie de plus petit diamètre n'a pas à être parfaitement coaxiale à elle. Dans une forme d'exécution avantageuse, les moyens à ressort associés à chaque piston sont constitués par deux ressort à lame qui s'étendent radialement et dont les extrémités, au repos, se trouvent sensiblement dans un même plan. L'avantage de cette forme d'exécution est qu'on peut, de façon simple, obtenir par le choix du profil radial, une force de rappel plus ou moins grande lors du déplacement du tiroir. Les moyens à ressort peuvent aussi être constitués par un ressort à gaz ou par un ressort hélicoldal. Ile peuvent aussi être formés par une rondelle élastique orientée radialement et munie de passages pour le fluide nous pression. Les extrémités intérieure et extérieure de chacun des ressorts qui constituent les moyens à ressort peuvent être repliées à 1800 environ vers l'intérieur et l'une vers l'autre. Dans ce cas, chaque ressort présente une partie centrale ò peu près parallèle à l'axe du tiroir, dont les deux parties extrêmes sont repliées à peu près à angle droit, l'une vers l'extérieur, l'autre vers l'intérieur, et se raccordent ainsi aux extrémités libres, repliées à 1800, du ressort. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé, représentant, à titre d'exemples non limitatifs, plusieurs formes d'exécution de cette servo-valve: Fig. 1 est une vue en coupe axiale d'une première forme d'exécution d'une servo-valve selon l'invention conformée en distributeur 5/3; Fig. 2 est une vue en coupe axiale d'une seconde forme d'exécution de cette servo-valve, également conformée en distributeur 5/3, mais dans laquelle les servo-moteurs pour le déplacement du tiroir ont été modifiés. Dans les deux figures, la servo-valve est représentée dans une de ses positions de travail. Le corps de la servo-valve représentée à la fig. 1 comprend un corps principal, un couvercle supérieur et un couvercle inférieur. Le corps principal 10 présente un premier orifice 16, raccordable à une source de fluide sous pression non représentée, un deuxième orifice 18, raccordable à la banche, un troisième orifice 20, qui est également raccordable à la bâche, puis un quatrième orifice 22, qui peut être raccordé à une première chambre de travail d'un vérin à double effet (non représenté) et une cinquième orifice 24, raccordable à la seconde chambre de travail de ce vérin. il va de soi que les deux orifices de départ 22 et 24 peuvent aussi être raccordés à deux charges, par exemple deux vérins à simple effet, actionnées alternativement en sens inverse l'une de l'autre. Le corps principal 10 est, du point de vue de la fonction, partagé en deux parties parfaitement symétriques par le plan transversal contenant l'axe dé l'orifice 16; du point de vue de la construction, la seule différence consiste en ce qu'une partie de l'alésage axial du corps, située au-dessous de ce plan transversal dans-la figure, est définie par deux pièces rapportées intérieures 26 et 28, disposées axialement l'une à la suite de l'autre, de façon étanche, dans la moitié inférieure, épaulée, de l'alésage du corps, ceci pour simplifier le montage du tiroir. En raison de la symétrie, parfaite à ce détail près, de la construction de la servo-valve, il suffira de décrire la partie qui se trouve au-dessus du plan transversal précité.Les pièces ou parties identiques de la moitié inférieure seront, lorsque cela est nécessaire, désignées par la même référence suivie de la lettre a. L'alésage axial de la servo-valve, qui présente plusieurs épaulements intérieurs, comprend une première partie 34, qui se trouve en regard de l'orifice 16 et communique avec lui, une deuxième partie 36, de plus petit diamètre, qui communique avec-l'orifice 22, une troisième partie 38, de diamètre encore plus petit, une quatrième partie 40, de plus grand diamètre, qui communique avec l'orifice 18, et une cinquième partie 42, de diamètre encore plus grand que la précédente, qui communique avec un canal de décharge 44. Dans l'alésage de la servo-valve est monté un tiroir, désigné par la référence générale 46, dont la partie centrale porte un joint d'étanchéité à double lèvre 48, serré entre deux collerettes 50 et 50a. Les deux lèvres 52 et 52a du joint 48 ont, vues en coupe axiale, une section triangulaire qui s'amincit vers l'extérieur dans le sens radial, de sorte qu'elles peuvent être rabattues vers l'axe du tiroir par déformation élastique. La lèvre 52 coopère avec un siège annulaire 54, formé dans la zone de transition entre les parties 34 et 36 de l'alésage. La lèvre 52a coopère avec un siège similaire 54a, formé à l'une des extrémités de la pièce rapportée 26. Lorsque le joint 48 est au repos, la distance axiale entre les faces en bout extérieures des lèvres 52 et 52a est légèrement supérieure à celle qui sépare les deux sièges 54 et 54a. A l'extrémité supérieure du tiroir 46 est monté un piston étagé 56, serré entre une autre collerette 58 du tiroir et un écrou 60, vissé sur un filetage de la dite extrémité. La partie de plus petit diamètre 62 du piston coulisse dans la partie 40 de l'alésage, l'étanchéité entre les parois en contact étant assurée par un joint annulaire 64. Dans la face en bout de la partie de piston 62 est monté un joint annulaire 66, dont la fa ce annulair-e constitue une face de travail qui coopère avec un siège 68, formé dans la zone de transition entre les parties 38 et 40 de l'alésage et qui constitue la face de travail radiale solidaire du corps. La partie de piston de plus grand diamètre 70 coulisse dans la partie 42 de l'alésage avec interposition d'un joint annulaire 72 et elle présente un prolongement conique 74, muni d'une gorge 76. Dans cette gorge est logée une première extrémité de ressortsà lame incurvés en S 78, dont l'autre extrémité est fixée dans une rondelle d'étanchéité élastique 80. Cette dernière est logée dans un lamage 82 du corps principal 10 et présente une ouverture centrale 84. A la fig. 1, les ressorts à lame 78 sont représentés déviés dans un sens, tandis que ceux 78a, à l'autre extrémité de la servo-valve, sont déviés dans le sens opposé. A 1' état non sollicité, c'est-à-dire dans la position neutre du tiroir, les extrémités intérieure et extérieure de chaque ressort à lame 78 ou 78a se trouvent pratiquement dans un même plan perpendiculaire à l'axe du tiroir.Ce système de ressorts 78, 78a sollicite le tiroir vers sa position neutre. Pour déplacer le tiroir à partir de cette position neutre, il est prévu deux servo-moteurs à fluide sous pression, conformés en vérins, dont les pistons sont les pistons étagés 56 et 56a et dont les cylindres sont formés par les parties 42 et 42a de l'alésage, ainsi que par un évidement 86, 86a de chaque couvercle 12, 14, qui est situé dans l'alignement de l'alésage. Le cylindre du servo-moteur supérieur peut être mis en communication avec la partie 34 de l'alésage et donc avec l'orifi- ce 16 par un canal 88, une valve pilote désignée par la référence générale 90, et par d'autres canaux 92, 94 et 96. La valve pilote 90 comporte un obturateur plat 102 logé dans un lamage 100 débouchant sur la face en bout extérieure du couvercle 12 et qui est solidaire de l'armature d'un électroaimant non représenté, et un siège 104 pour cet obturateur. La servo-valve qui vient d'être décrite fonctionne de la manière suivante: Si aucun des électro-aimants de commande des valves pilotes 90 et 90a n'est excité, le tiroir 46 est maintenu par les systèmes de ressorts à lames dans sa position neutre, dans laquelle il est disposé symétriquement par rapport au plan transversal médian de la servo-valve. La distance entre le joint 66 et le siè ge 68 est alors exactement la moitié de celle représentée à la fig. 1; le joint 66a se trouve à la même distance du siège 68a. Les orifices 22 et 24 communiquent avec les orifices 18 et 20 et, par conséquent, avec le côté basse pression. Dans la position neutre1 la lèvre 52 sensiblement la forme sous laquelle est représentée la lèvre 52a à la fig. 1. Elle est appliquée contre le siège 54, tandis que la lèvre 52a est en contact avec le siège 54a. Comme les parties 36 et 36a de l'alésage communiquent avec le retour et que la partie 34 est sous pression, les lèvres 52 et 52a sont appliquées fortement par l'action du fluide contre leurs sièges respectifs 54 et 54a. Pour amener le tiroir 46 de sa position neutre dans celle représentée à la fig. 1, on excite l'électro-aimant associé à la valve pilote 90a. La pression de fluide qui règne à l'orifice 16 peut donc, agir sur la grande face en bout (la face inférieure) dans la figure, du piston étage 56a. Ce piston se déplace alors vers le haut, la lèvre 52a décolle du siège 54a et la lèvre 52 est rabattue de plus en plus par son siège vers l'axe du tiroir. L'orifice 24 peut maintenant communiquer avec l'orifice 16 et donc avec la source de pression; l'orifice 22 continue de commu niquer avec Orifice 18 (mais par un passage de plus grande sec- tion). I1 va de soi que la face en bout supérieure du piston 56a est également soumise à la pression du fluide qui arrive par la partie d'alésage 36a dès que la lèvre 52a s'écarte de son siège. Mais, comme cette face est plus petite que la face en bout inférieure tournée vers l'évidement 86a, le piston 56a peut continuer son déplacement vers le haut jusqu'à ce que le joint 66a vienne s'appliquer contre le siège 68a. Cette même différence de pression maintient le tiroir dans cette position de travail. Le déplacement du tiroir de sa position neutre à son autre position de travail sseffectue de façon analogue en excitant l'électro-aimant associé à la valve pilote 90. On peut donc voir que la servo-valve qui vient d'être décrite, bien que n'utilisant que deux servo-moteurs a simple effet pour le déplacement du tiroir, comporte trois positions données bien précises. On peut voir aussi que l'augmentation et la diminution de la pression aux orifices de départ 22 et 24 lors du déplacement du tiroir de sa position neutre à une position de travail et inversement ne sont jamais brutales, car un étranglement du courant de fluide de l'orifice 16 vers l'un des orifi ces 18 et 20 est toujours maintenu dans les positions intermédiaires du tiroir. La servo-valve représentée à la fig. 2 ne diffère de celle qui vient d'être décrite en référence à la fig. 1 que par la conformation des servo-moteurs qui agissent sur le tiroir et sa description ne concernera donc que ces derniers. Le servo-moteur supérieur à la fig. 2 est comparable au servo-moteur supérieur à la fig. 1 en ce qui concerne la pression différentielle qui agit sur son piston. Ce piston 106 correspond à la partie 62 du piston 56 et il est également muni d'un joint 64, qui assure l'étanchéité de son coulissement dans la partie 40 de l'alésage. La partie de grand diamètre du piston est toutefois remplacée par une membrane 108, de diamètre extérieur correspondant, qui est rendue solidaire du piston au moyen de l'écrou 60, avec interposition d'une rondelle 110. Un bourrelet périphérique 112 de la membrane 108 est pressé par une douille 114, qui s'appuie contre la rondelle 80, contre l'épaulement qui forme la trafr sition entre les parties 42 et 40 de l'alésage.L'espace compris entre la membrane 108 et le dit épaulement communique avec l'atmosphère par le canal de décharge 44. L'arrivée du fluide sous pression dans l'évidement 86 et son action sur la membrane 108 s'effectuent comme dans la forme d'exécution représentée à la fig. 1. La membrane élastique 108 remplace en outre les ressorts à lame 78 et sollicite le piston 106 vers la position qui correspond à la position neutre du tiroir. Lorsque ce dernier quitte sa position neutre pour prendre la position représentée à la fig. 2, la matière de la membrane est sollicitée en traction. Le servo-moteur inférieur (à la fig. 2) est une autre variante. Tout d'abord, | valve pilote 90a n'est pas située sur l'axe du tiroir, mais sur le bord du couvercle 14', qui est conformé différemment, suivant un axe perpendiculaire à celui du tiroir, de sorte que l'électro-aimant associé peut être monté sur la face périphérique du corps.Le canal 88a communique par un canal 116 avec l'évidement 86a du couvercle 14'. Cette disposition de la valve pilote 90a, qui présente les avantages de diminuer l'encombrement-axial de la servo-valve et de donner à celleci des faces en bout planes, peut naturellement être utilisée aussi pour la valve pilote supérieure. Le piston 118 du servo-moteur inférieur présente deux faces en bout de même surface à l'action de la pression du fluide. il est maintenu malgré tout dans la position de travail représentée à la fig. 2, dans laquelle le joint 66a est appliqué contre le siège 68a, par le fait que dans cette position le fluide nta- git pas sur toute la face en bout supérieure du piston 118, mais seulement sur la partie de cette face correspondant à la section de la partie 38a de l'alésage, qui est plus petite que celle de l'alésage 40a. Pendant le déplacement du piston 118 vers la position représentée à la fig. 2, la résultante des forces est orientée en direction de cette position, car toute la pression de la source n'agit pas sur la face supérieure du piston, aussi longtemps qu'il existe une liaison directe avec la bâche par l'orifi- ce 20 et que par ailleurs du fluide est dirigé vers la charge. La force élastique qui sollicite le piston vers la position neutre du tiroir est fournie ici par un ressort hélicoïdal 120, dont une extrémité agit sur un épaulement 122 du piston 118 et dont l'autre extrémité est centrée par une saillie 124 de la face interne du couvercle 14', au centre de l'évidement 86a. La servo-valve qui vient d'être décrite en référence à la fig. 2 fonctionne exactement comme celle représentée à la fig. 1. On peut voir que le corps principal 10, les rondelles d'étanchéité 80 et 80a, ainsi que le tiroir 46, sont identiques dans les deux formes d'exécution. Seuls les pistons des servomoteurs et les moyens qui les sollicitent élastiquement sont différents. En outre, la disposition de la valve pilote 90a n'est pas tout à fait la même. Pour que malgré tout une rondelle unique 80 puisse être utilisée pour les deux formes de construction, cette rondelle présente deux ouvertures 126 et 128, qu'on peut indifféremment, en faisant tourner la rondelle, amener dans une position alignée sur le canal 94, comme à la fig. 1, ou sur le canal 94', parallèle au canal 94, mais décalé par rapport à lui, comme-à la fig. 2. Celle des ouvertures qui n'est pas utilisée est alors fermée par le fond de l'évidement 82, 82a et par le cou verclè 14 ou 14'. On peut voir enfin à la fig. 1 que les ressorts a lame 78, 78a, qui constituent les moyens à ressort, ont chacun une partie centrale parallèle à l'axe longitudinal du tiroir, partie dont les zones extrêmes sont repliées à angle droit, l'une vers l'extérieur, l'autre vers l'intérieur, dans le sens radial, celles tournées vers l'intérieur étant les plus éloignées du plan transversal médian de la servo-valve, tandis que celles tournées vers l'extérieur sont les plus rapprochées de ce plan. Ces zones extrêmes sont raccordées aux extremités libres du ressort, qui sont repliées à 1300 vers l'intérieur et l'une en direction de l'autre. - REVENDICATIONS 1.- Servo-valve munie d'au moins un servo-moteur sur lequel agit un fluide sous pression pour déplacer un tiroir coulissant dans l'alésage axial d'un corps de valve, qui porte des faces de travail radiales mobiles, sollicitées par la pression du fluide dont la circulation est réglée par la valve et coopèrent avec des faces de travail radiales fixes, solidaires du corps, pour régler la dite circulation, caractérisée en ce que les servo-moteurs comportent des pistons (62; 106; 118) guidés dans une partie (40) de l'alésage du corps et qui portent chacun à une extrémité une des faces radiales mobiles de travail (66) et sont maintenus chacun, par l'intermédiaire de moyens à ressort (78; 108; 120) prenant appui sur le corps (10 à 14), avec une tension initiale, dans une position correspondant aux positions neutres du tiroir (46). 2.- Servo-valve selon la revendication 1, caractérisée en ce que les pistons sont conformés en pistons étagés (56), dont la partie de plus petit diamètre (64) porte la face radiale mobile de travail et dont la partie de plus grand diamètre (70) peut, par l'intermédiaire d'une valve pilote (90), être soumise à la pression du fluide sous pression dont la circulation est réglée par la servo-valve. 3.- Servo-valve selon la revendication 2, caractérisée en ce que la partie du piston de plus grand diamètre et les moyens à ressort associés à ce dernier sont constitués par une membrane élastique (108) reliée à la partie du piston de plus petit diamètre (106). 4.- Servo-valve selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les moyens à ressort associés à chaque piston sont constitués par deus ressorts à lame (78) qui s'étendent dans le sens radial et dont les extrémités, au repos, se trouvent sensiblement dans un même plan. 5.- Servo-valve selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les moyens à ressort sont constitués par un ressort à gaz. 6.- Servo-valve selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les moyens à ressort sont constitués par une rondelle élastique orientée radialement et munie de passages pour le fluide sous pression. 7.- Servo-valve selon l'une quelconque des revendica tions 1 à 3, caractérisée en ce que les moyens à ressort sont constitués par un ressort hélicoïdal (120). 8.- Servo-valve selon la revendication 4, caractérisée en ce que les extrémités, intérieure et extérieure, de chacun des ressorts qui constituent les moyens à ressort sont repliées à 1800 environ vers l'intérieur et l'une vers l'autre. 9.- Servo-valve selon la revendication 8, caractérisée en ce que chaque ressort présente une partie centrale à peu près parallèle à l'axe longitudinal du tiroir, dont les deux parties extrêmes sont repliées à peu près à angle droit, l'une vers l'intérieur, l'autre vers l'extérieur, dans le sens radial, et se raccordent ainsi aux extrémités libres, repliées à 1800, du ressort.