Brevet FR2525292A1 — publié le 19831021

L'invention concerne un servo-moteur hydrauliques avec déplacement par transfert direct du liquide. L'évolution de l'informatique a permis le dévelop- pement de systèmes numériques adaptés à la conduite de procédés industriels et qui sont capables de prendre en charge un nombre important de boucles de régulation analogiques, pour piloter des unités de productions industrielles du genre chau- dière, unités chimiques ou pétrolières, machines à papier, cimenteries, etc Ceci en remplacement des boucles de régulation classiques, avec une meilleure optimisation, mais avec l'obli- gation de conversion numérique/analogique pour le positionnement des vannes de régulation modulantes, ces vannes étant actionnées par servomoteur pneumatique, elles imposent une nouvelle conversion électro/pneumatique. Vis-à-vis de ces dispositifs connus, la présente invention concerne un servo-moteur hydraulique comprenant un vérin destiné à être relié par sa tige à un organe mobile à déplacer et à positionner avec précision, ce vérin étant complè- tement rempli de liquide, servo-moteur caractérisé en ce que le déplacement du piston est réalisé par transfert direct du liquide d'une chambre à l'autre du vérin par au moins une pompe électrique à vibreur alimentée à partir d'une source de courant alternatif et en ce qu'une électrovanne dite de sécurité, ouverte au repos est raccordée pour mettre en communication les deux chambres du vérin. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le vérin est un vérin à double effet et à double tige. Suivant une autre caractéristique de l'invention, un ressort est disposé entre le cylindre et le piston du vérin, afin de tendre constamment à ramener le piston vers une extrémité du cylindre. Suivant une autre caractéristique de l'invention, une électrovanne dite d'inversion du sens de déplacement est raccordée pour mettre en communication les deux chambres du vérin. L'invention est représentée, à titre d'exemple non limitatif, sur les dessins ci-joints, dans lesquels: la figure 1 représente, de manière schématique, un servo-moteur conforme à l'invention pourvu d'une seule pompe vibrante et d'un vérin à double effet et à double tige; la figure 2 est une variante de la figure 1, le servo-moteur comportant deux pompes à vibreur; la figure 3 représente un servo-moteur comportant un circuit d'alimentation en pont fermé; la figure 4 représente un servo-moteur comportant un vérin à simple effet. La présente invention a pour but la réalisation d'un servo-moteur hydraulique qui assure un asservissement direct aux ordres venant d'un calculateur de procédé sans conversion analogique, ni appareils annexes, sans nécessiter un réseau de liquide sous pression et dont la consommation en énergie élec- trique est faible et limitée dans le temps à la durée des impulsions de commande du servo-moteur. En outre, le servo-moteur conforme à l'invention est d'une grande précision de déplacement ou de positionnement, tandis que la vitesse de déplacement ou la puissance est aisément adaptable. Egalement, l'inversion du sens de déplacement est instantanée, sans zone morte, et assure donc la proportion- nalité de l'effet obtenu par rapport à l'ordre de commande. Bn outre, le déplacement obtenu est parfaitement linéaire, tandis que le couple de poussée disponible est très important. Ce servo-moteur est également d'un encombrement, d'un poids et d'un coût réduits, ainsi que d'une grande fiabilité. Le servo-moteur conforme à l'invention s'appliquera au déplacement ou au positionnement précis et puissant de tout organe commandé, tel que des vannes de régulation, des outils de machines-outils etc Suivant l'exemple de réalisation de la figure 1, le servo-moteur comprend un vérin 1 à double effet et double tige, le piston 2 étant pourvu de deux tiges 31, 32 de même section qui sont destinées à être reliées à l'organe à asservir. Du fait des sections identiques des tiges 31 et 32 les chambres 11 et 12 délimitées par le piston 2 sont de même section de façon à obtenir un déplacement identique du piston 2 dans un sens ou dans un autre pour un même volume de fluide introduit par les orifices d'extrémité 41 42 du cylin- dre 1. Ces orifices 41 42 sont reliés par les conduits 5 d'un circuit hydraulique qui comprend en parallèle une pompe à vibreur 6, une électrovanne 7 à position ouverte hors tension et une électrovanne 8 à position fermée hors tension. La pompe à vibreur 6, ainsi que l'électrovanne 8 sont alimentées à partir de la tension alternative U du secteur par l'intermédiaire de relais inverseur 91 92 eux-mêmes commandés par les impulsions dle temps provenant d'un calculateur. Par contre, l'électrovanne 7 qui est ouverte lorsqu'elle n'est pas sous tension, est alimentée directement par la tension U du secteur ou autre réseau et est donc norma- lement fermée. Le fonctionnement de ce servo-moteur est le suivant: Au repos, la pompe à vibreur 6 et l'électrovanne 8 ne sont pas alimentées si bien que la pompe 6 ne débite pas dans le circuit 5, tandis que l'électrovanne 8 est fermée. De même, l'électrovanne 7 étant sous tension, elle est également fermée. Lorsque le calculateur fournit une impulsion de commande C+ au relais 91 la pompe à vibreur 6 est mise sous tension, les vibrations de cette pompe s'établissant pendant la durée de l'impulsion de commande C+ et à une fréquence corres- pondant à la fréquence de la tension secteur. Le volume déplacé à chaque cycle de la pompe étant rigoureusement constant, on obtient ainsi un déplacement du piston 2 du cylindre qui est rigoureusement -proportionnel à la durée de l'impulsion de commande C+. Par contre, lorsque le relais 92 est excité par l'impulsion de commande C, dans ce cas, la pompe 6 n'est plus alimentée mais l'électrovanne 8 est mise sous tension de façon à relier les deux orifices 41 ' 42 par l'intermédiaire d'un orifice calibré 10 constituant un limiteur de débit. Dans ce cas, le ressort 11, disposé dans la chambre Il du cylindre 1 et agissant sur le piston 2, déplace ce piston dans le sens contraire de la flèche P à une vitesse réglée par la section de l'orifice calibré 10. Pour ce sens de déplacement du piston 2, on obtient donc également un déplacement linéaire rigoureusement proportionnel à la durée de l'impulsion C-, l'inversion du sens de déplacement se faisant en outre sans inertie et sans temps mort, du fait de la mise sous tension immédiate soit de la pompe à vibreur 6, soit de l'électrovanne 8. En outre, cet asservissement précis du piston 2 du vérin est assuré avec une consommation d'énergie minimum qui n'intervient que pendant les temps de commande de la pompe 6 ou de l'électrovanne 8, la position du piston étant maintenue en dehors de cette période de commande du fait de l'incompressibilité du liquide. Lorsqu'il se produit une coupure de l'alimentation de la tension secteur U, l'alimentation de l'électrovanne 7 est interrompue et elle s'ouvre, ce qui a pour effet de mettre en communication les orifices 41 et 42 de façon que le ressort 11 déplace le piston 2 dans le sens contraire de la flèche P jus- qu'à l'extrémité du cylindre 1, ce qui correspond à une position de sécurité de l'organe commandé. Dans l'exemple de réalisation de la figure 2, l'électrovanne 8 a été remplacée par une seconde pompe à vibreur 12 qui est en position tête-bêche par rapport à la pompe 6. Dans ce cas, l'une des deux pompes 6 ou 12 est alimentée par la tension secteur U par l'intermédiaire des relais 91 ou 92 ' en fonction de l'impulsion de commance C+ ou C- provenant du calculateur. On obtient donc le même résultat que dans le cas de la figure 1, chacun des sens de déplacement du piston 2 étant obtenu par l'une des deux pompes 6 ou 12. Dans le cas de la figure 3, le circuit 5 comporte quatre électrovannes 71 b 72 ' 81 î 82 qui sont fermées lorsqu'elles ne sont pas mises sous tension, c'est-à-dire lorsqu'elles sont au repos. Dans ce cas, et comme représenté sur cette figure 3, la diagonale du pont est constituée par la pompe à vibreur 6, et les chambres 11 et 12 du vérin sont isolées, le piston 2 étant immobile. Lorsque le calculateur amène sur le relais 9 une impulsion destinée à produire un déplacement du piston 2 dans le sens de la flèche F, ce relais met sous tension les électrovannes en diagonale 81 et 72 qui s'ouvrent et la pompe à vibreur 6. Dans ce cas, la pompe à vibreur envoie le liquide dans la chambre 12 du vérin par le circuit suivant, chambre 11, orifice 42 ' électrovanne 81, pompe 6, électrovanne 72 qui étant alimentée est ouverte et orifice 41 Lorsque le calculateur envoie au relais 92 une impulsion demandant le mouvement inverse, le circuit s'établit par l'électrovanne 82, la pompe 6 et l'électrovanne 71 qui est ouverte. Dons l'exemple de réalisation de la figure 4, le circuit de fluid est alimenté par un réservoir 13 et le vérin du servo-moteur est un vérin 14 à simple effet dont le piston 15 comporte une seule tige de commande 151. Ce vérin comporte une seule chambre de compres- sion 16 délimitée par le piston 15, tandis qu'un ressort 17 agit sur ce piston 15 pour assurer soit l'un des sens d'asservissement de la tige 151 par mise sous tension et donc ouverture de l'4 lec- trovanne 8, soit le retour de cette tige 151 vers la position de sécurité lors de la coupure de l'alimentation de l'électro- vanne 7. Le fonctionnement de ce mode de réalisation est donc identique à celui de la figure 1. REVENDICATIONS ) Servo-moteur hydraulique comprenant un vérin ( 1, 14) destiné à être relié par sa tige ( 31, 32 151) à un organe mobile à déplacer et à positionner avec précision, ce vérin étant complètement rempli de liquide, servo-moteur caractérisé en ce que le déplacement du piston ( 2) est réalisé par le transfert direct du liquide d'une chambre à l'autre du vérin par au moins une pompe électrique à vibreur ( 6) alimentée à partir d'une source de courant alternatif et en ce qu'une électrovanne ( 7) dite de sécurité ouverte au repos, est raccordée pour mettre en communication les deux chambres du vérine 2 ) Servo-moteur conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le vérin ( 1) est un vérin à double effet et à double tige. 3 0) Servo-moteur conforme à 1 'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un ressort ( 11, 17) est disposé entre le cylindre et le piston ( 2) du vérin afin de tendre constamment à ramener le piston ( 2) vers une extrémité du cylindre. 4 ) Servo-moteur conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une élec- trovanne ( 8) dite d'inversion du sens de déplacement est branchée entre le vérin ( 1) et la pompe à vibreur ( 6), cette électrovanne étant fermée au repos. 5 ) Servo-moteur conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte deux pompes à vibreur ( 6, 12) disposées tête-bêche. 6 ) Servo-moteur conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'électro- vanne ( 8) d'inversion est disposée en série avec un orifice de fuite ( 10) à diamètre calibré. 7 ) Servo-moteur conforme à l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte quatre électrovannes ( 71, 72, 81, 82) branchées en pont ferme dont la diagonale est occupée par la pompe électrique à vibreur ( 6), ces électrovannes étant alimentées en diagonale, le piston du vérin étant immobilisé lorsqu'aucune des électrovannes n'est mise sous tension.