Brevet FR2529635A1 — publié le 19840106

La présente invention concerne un distributeur électromagnétique proportionnel, avec un organe de commande mobile, qui commande au moins la liaison entre un orifice d'entrée et un orifice de sortie, qu'un ressort de rappel déplace vers une position de repos et qu'un dispositif de manoeuvre déplace en sens inverse vers une position de travail, le dispositif de manoeuvre comprenant au moins un électroaimant de commutation modulé, qu'un dispositif de commande électrique à modulation d'impulsions en durée attaque avec un facteur de durée variable, ainsi qu'avec des chambres de commande affectées aux deux sens de déplacement de l'organe de commande. L'invention part d'un distributeur électromagnétique proportionnel. Un tel distributeur est décrit dans la demande de brevet de la République fédérale d'Allemagne publiée sous le n" 22 32 566; avec un étage de commande comprenant un tiroir de commande fixé par des ressorts et attaqué par un étage de pilotage électrohydraulique. L'étage de pilotage fonctionne avec deux distributeurs de commande de la pression, avec chacun un électroaimant de commutation qu'un dispositif de commande électrique par modulations d'impulsions en durée attaque à une fréquence de base fixe et avec un facteur de durée variable. Une fréquence de vobulation, tres supérieure à la fréquence de base, est en outre superposée à cette dernière pour réduire l'hystérésis de friction du tiroir de commande. Il est ainsi possible d'obtenir une commande proportionnelle en utilisant des électroaimants de commutation simples et économiques, mais les coûts de l'étage de pilotage supplémentaire sont relativement élevés. Les éléments de commutation modulés et économiques servent ainsi à la manoeuvre de distributeurs de commande de la pression à trois voies. Des moyens supplémentaires sont en outre nécessaires pour la production et le traitement de la fréquence de vobulation. La demande de brevet de la République fédérale d'Allemagne publiée sous le n" 18 15 459 décrit par ailleurs un distributeur électromagnétique qui permet une commande proportionnelle de débit malgré l'emploi d'un simple électroaimant de commutation modulé. L'organe de commande, chargé par un ressort et influencant la liaison entre un orifice d'entrée et un orifice de sortie, et piloté hydrauliquement dans ce cas. Pour ce faire, un distributeur de pilo tage, actionné par l'électroaimant de commutation modulé, est inséré dans un flux d'huile de commande. Ce dispositif de commande pro portionnel présente l'inconvénient de fonctionner, par suite de son pilotage, avec un flux d'huile de commande presque permanent, qui entraîne des pertes d'énergie. Les coûts du pilotage et les pertes d'énergie ne sont pas admissibles dans de nombreuses applications. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, l'arma ture de l'électroaimant de commutation est accouplée à l'organe de commande par un ressort de manoeuvre; et les deux chambres de commande sont réunies par un canal contenant au moins un étrangleur qui limite la vitesse de l'organe de commande. Le distributeur selon l'invention permet une commande proportionnelle à des coûts réduits. C'est ainsi qu'il est possible de conserver les électroaimants de commutation modulés et économiques, l'étage de pilotage hydraulique étant remplacé par un simple ressort de manoeuvre. L'accouplement direct de l'électroaimant de commutation modulé au tiroir de commande produit une hystérésis par friction extrêmement faible, sans qu'une fréquence de vobulation supplémentaire soit nécessaire dans le dispo sitif de commande électrique. Cet accouplement direct à l'aide des ressorts de manoeuvre rend en outre le distributeur pratiquement indépendant de la caractéristique et des tolérances de la force magnétique.Dans ce montage, le ressort de manoeuvre produit en outre, par l'intermédiaire de la course du tiroir, une force de manoeuvre décroissante, et le ressort de rappel produit une force de rappel croissante, de sorte qu'un positionnement stable du tiroir est obtenu en fonction du facteur de durée du signal d'entrée de l'électroaimant. Selon une autre caractéristique de l'invention, des moyens sont prévus pour le désaérage des chambres de commande. Cette réalisation accroit la sécurité de fonctionnement du distributeur. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'étrangleur est constitué par deux étranglements disposés en série dans le canal, dont la région comprise entre les deux étranglements est reliée, pour le désaérage automatique des chambres de commande, à un niveau de pression dif férente de celle régnant dans la chambre de retour adjacente à la seconde chambre de commande. Cette réalisation permet d'obtenir un désaérage particulièrement avantageux des chambres de commande d'un distributeur équipé pour une fonction à double effet. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous de deux exemples de réalisation et des dessins annexés sur lesquels la figure 1 est une coupe longitudinale simplifiée d'un distributeur proportionnel à deux voies; la figure 2 représente la caractéristique des ressorts en fonction de la course de l'organe de commande du distributeur selon figure 1; et la figure 3 est une coupe longitudinale simplifiée d'un distributeur pour une fonction à double effet. La figure 1 représente un distributeur proportionnel électromagnétique 10, dont le corps 11 comporte un orifice d'entrée 12 et un orifice de sortie 13. Un alésage 14 de tiroir est usiné dans le corps 11 et traverse une chambre d'alimentation 15, reliée à l'ori- fice d'entrée 12, et une chambre de vidange 16 adjacente, reliée à l'orifice de sortie 13. Un tiroir de commande 17, du type piston, est guidé en glissement dans l'alésage 14, avec étanchéité. Il est équilibré par rapport aux pressions régnant dans les chambres 15 et 16 et commande par son arête 18 la liaison entre les deux chambres 15, 16. Le tiroir de commande 17 comporte un premier piston 19 et un second piston 21, sur lequel se trouve l'arrête de commande 18. Le premier piston 19 délimite avec un électroaimant de commutation 22, fixé sur le corps 11, une première chambre de commande 23 dans l'alésage 14 du tiroir. A l'extrémité opposée de l'alésage 14, le second piston 21 délimite avec un couvercle 24 du corps une seconde chambre de commande 25 dans un tronçon élargi de l'alésage 14. La seconde chambre de commande 25 contient un ressort de rappel 26, qui prend appui d'un côté sur le couvercle 24 du corps et de l'autre côté sur une coupelle 27, qui s'applique sur un épaulement 28 du corps et sur la face frontale du second piston 21. Le tiroir de commande 17 est ainsi centré dans sa position de repos, dans laquelle son arete de commande 18 interrompt la liaison entre les deux chambres 15 et 16. Une armature non représentée de l'électroaimant de commutation 22 pénètre par un poussoir 29 dans la chambre de commande 23 et actionne une coupelle 31 dans le premier piston 19 creux. Le piston creux 19 contient un ressort de manoeuvre 32. Ce dernier est bandé et applique la coupelle 31 sur un anneau 33 fixe dans le premier tronçon 19. Les- deux chambres de commande 23 et 25 sont réunies par un canal 34 dans lequel est inséré un étrangleur 35. Pour le désaérage, les deux chambres de commande 23, 25 sont reliées à un réservoir 38 par le canal 34 et une canalisation de désaérage 36 munie d'un robinet d'arrêt 37. Le second piston 21 forme avec l'alésage 14 du tiroir un interstice annulaire 40 de fuite d'huile, reliant la seconde chambre de commande 25 à la chambre de vidange 16. L'orifice d'entrée 12 du distributeur 10 est relié à la sortie d'une pompe 39, qui aspire du fluide sous pression dans le réservoir 38. L'orifice de sortie 13 est relié à un récepteur hydraulique 41, qui renvoie du fluide sous pression dans le réservoir 38. L'électro- aimant de commutation 22 est attaqué par un dispositif de commande électrique 42 à modulation d'impulsions en durée, dont le signal de sortie présente une fréquence de base, fixe ou variable, et un facteur de durée variable, proportionnel à la valeur du signal d'entrée 43 du dispositif de commande 42. Le fonctionnement du distributeur 10 est décrit ci-dessous à l'aide des figures 1 et 2. Quand le distributeur 10 est en service, un signal électrique 43, analogique et proportionnel, est appliqué au dispositif de commande électrique 42, qui le convertit à sa sortie en impulsions polarisées, à fréquence de répétition constante ou variable et à durée variable. Sur la figure 1, le signal de sortie du dispositif de commande 42 est représenté en 44 sous forme d'impulsions positives de durée croissante. Llélectroailant de commutation 22 est par suite actionné de façon répétée, le temps de séjour de son armature avec le poussoir 29 et la coupelle 31 dans la position de manoeuvre sortie augmentant avec la durée des impulsions. L'électroaimant de commutation 22 fonc tionne ainsi selon une caractéristique "tout ou rien", de sorte que la force de l'électroaimant 22 alimenté n'est pas proportionnelle, bien que le signal d'entrée 43 du dispositif de commande électrique 42 soit proportionnel. L'accouplement du tiroir 17 à l'armature de l'électroaimant par le ressort de manoeuvre 32 permet néanmoins une déviation du tiroir proportionnelle au facteur de durée du signal de sortie 44.Cette action non proportionnelle de l'électroaimant de commutation 22 permet l'emploi d'un électroaimant économique de commutation et l'hystérésis est en outre pratiquement négligeable en service. L'électroaimant 22 étant alimenté, l'armature soulève la coupelle 31 de l'anneau 33 par l'intermédiaire du poussoir 29 et comprime encore davantage le ressort de manoeuvre 32 bandé, de sorte que la force de manoeuvre de l'électroaimant de commutation 22 est transmise par le ressort de manoeuvre 32 au tiroir de commande 17. La seule force de manoeuvre s'exerçant sur le tiroir 17 est celle du ressort de manoeuvre 32 correspondant à la position du tiroir 17. Cette force du ressort de manoeuvre 32 s'oppose à celle du ressort de rappel 26. La force transmise par le ressort de manoeuvre 32 étant toujours supérieure à celle exercée parle ressort de rappel 26, le tiroir de commande 17 est soumis à une force différentielle 45 qui, sur la figure 1, tend à le repousser vers la droite. Tant que cette force différentielle 45 s'exerce sur le tiroir de commande 17, ce dernier refoule du fluide de pression de la seconde chambre de commande 25 dans la première chambre de commande 23, par le canal 34. Outre l'intensité de la force différentielle 45, la section de passage de l'étrangleur 35 inséré dans le canal 34 exerce une influence importante sur la vitesse de positionnement du tiroir de commande 17. La force différentielle 45 est, pour une position définie du tiroir de commande 17, représentée de façon détaillée à la figure 2, sur laquelle la force F du ressort est portée en fonction de la course s du tiroir de commande 17. La course s du tiroir est comprise entre les deux états "en" et "hors". La caractéristique supérieure 46 est celle du ressort de manoeuvre 32 bandé, l'électroaimant 22 étant alimenté, et la caractéristique inférieure 47 celle du ressort de rappel 26. Comme le montre nettement la figure 2, le ressort de manoeuvre 32 est dimensionné de façon que sa force, pour une course maximale du tiroir et l'électroaimant étant branché, soit toujours supérieure à celle du ressort de rappel 26.On voit en outre que lorsque la course s du tiroir augmente, la force exercée par le ressort de rappel 26 croît (caractéristique 47), tandis que celle du ressort de manoeuvre 32 diminue (caractéristique 46). Les caractéristiques 46 et 47 sont linéaires et convergent quand la course du tiroir augmente. La figure 2 montre en outre qu'à la force différentielle 45 dans la position sl définie correspond une force de rappel 48 qui, l'électroaimant 22 étant coupé, tend à repousser le tiroir de commande 17 sur la gauche de la figure 1 et à refouler du fluide sous pression de la première chambre de commande 23 dans la seconde chambre de commande 25 par létranglement 35. Lorsqu'après le branchement du distributeur 10, le dispositif de commande 42 délivre à l'éleotroaimant de commutation 22 une impulsion rectangulaire 47 répétitive, correspondant à l'amplitude du signal analogique 43, les impulsions de force produites par l'électroaimant 22 sur le tiroir de commande 17 par l'intermédiaire du ressort de manoeuvre 32 sont plus grandes que les impulsions de force exercées par le ressort de rappel 26 quand l'électroaimant 22 est coupé.Le tiroir de commande 17 se déplace donc vers la droite de la figure 1 jusqu a ce que s'établisse entre la surface décroissante des impulsions selon la caractéristique décroissante 46 du ressort de manoeuvre 32 et les surfaces croissantes des impulsions selon la caractéristique croissante 47 du ressort de rappel 26 un rapport égal au facteur de durée de l'impulsion rectangulaire 49. Pour un facteur de durée déterminé des impulsions rectangulaires, il s'établit ainsi une position moyenne autour de laquelle le tiroir de commande 17 effectue un léger mouvement de va-et-vient à la fréquence de modulation. La position moyenne du tiroir est stable et ne dépend que du facteur de durée; c'est ainsi que pour l'impulsion rectangulaire 49, le tiroir de commande 17 occupe la position sl puis, pour la durée maximale des impulsions rectangulaires, la posi tion "en" selon figure 2. Malgré l'emploi d'un électroaimant 22 de commutation, la position du tiroir de commande 17 est commandée proportionnellement à l'amplitude du signal d'entrée 43 analogique, de même par suite que le débit de la pompe 39 vers le récepteur hydraulique 41. La disposition du ressort de manoeuvre 32 rend la commande du distributeur 10 indépendante de la caractéristique et des tolérances de la force produite par l'électroaimant de commutation 22. Les caractéristiques convergentes 469 47 du ressort de manoeuvre 32 et du ressort de rappel 26 permettent en outre un positionnement stable du tiroir de commande 17. Par suite de la modulation de l'électroaimant de commutation 22, son armature et le tiroir de commande 17 sont en outre constamment en mouvement, de sorte que l'hystérésis due à'la friction est extrêmement faible. Le dispositif de commande 42 par modulation d'impulsions en durée fonctionne avantageusement avec une fréquence de modulation maximale d'environ 30 Hz, de sorte que l'amplitude d'oscillation du tiroir est d'environ 5 Z de sa course.Un tel mouvement oscillant du tiroir de commande 17 n'est pas genant dans de nombreuses applications, et en particulier dans le cas des distributeurs de réglage utilisés par exemple dans des équipements de régulation électrohydraulique du mécanisme de levage de tracteurs.- Un désaérage des chambres de commande 23 et 25 est nécessaire pour limiter la vitesse de positionnement du tiroir de commande 17. Un tel désaérage peut être effectué dans ce cas par le robinet d'arrêt 37. Dans la mesure où la pression dans la chambre de vidange 16 est supérieure à celle dans les chambres de commande 23, 25, du fluide sous pression peut, quand le robinet d'arrêt 37 est ouvert, s'écouler par l'interstice de fuite d'huile 40 dans les chambres de commande 23, 25 et les désaérer. La figure 3 représente un second distributeur 60, qui diffère essentiellement du distributeur 10 selon figure 1 par sa réalisation pour une fonction à double effet et une réalisation différente du dispositif de désaérage des chambres de commande. Le second distributeur 60 diffère par ailleurs comme suit du distributeur 10, les pièces identiques étant désignées par les mêmes références sur les figures 1 et 3. Par suite de la fonction à double effet, le corps 11 du distributeur 60 porte un second électroaimant de commutation 61, auquel sont affectés un second ressort de manoeuvre 62 et un second ressort de rappel 63. Par suite de la constitution symétrique du distributeur 60, le second ressort de rappel 63 est logé avec le premier ressort de manoeuvre 32 dans la première chambre de commande 23, tandis que la seconde chambre de commande 25 contient le premier ressort de rappel 26 et le second ressort de manoeuvre 62. Le distributeur de commande 64 connu d'un distributeur proportionnel à quatre voies traverse dans le corps 11 trois chambres de circulation 65, 66, 67 centrales, deux chambres motrices 68, 69 disposées de part et d'autre des précédentes, et deux chambres de retour 71, 72 extérieures.Les trois chambres de circulation 65 à 67 font partie d'un canal de circulation neutre 73 reliant la pompe 39 au réservoir 38. Le canal 34 reliant les deux chambres de commande 23, 25 est relié au tronçon du canal de circulation neutre 73 situé en aval du tiroir de commande 64. Un étranglement 75 ou 76 est en outre inséré entre le point 74 et chaque chambre de commande 23 ou 25. Du fait du mode de construction du distributeur 60, un interstice de fuite d'huile 77 ou 78 relie chaque chambre de commande 23, 25 à une chambre de retour 71, 72. Le second distributeur 60 fonctionne selon le meme principe que le premier distributeur 10, mais peut être dévié par ses deux électroaimants de commutation modulés 22, 61 de la position centrale représentée vers des positions de travail si tuées des deux côtés et dans lesquelles le tiroir de commande 64 commande des flux de fluide sous pression proportionnels au signal d'entrée 43. Le désaérage est différent de celui du premier distributeur 10, car le point 74 du canal 34 est relié au tronçon du canal de circulation neutre 73 situé en aval. La pression régnant en ce point 74 est toujours supérieure à celle régnant dans les chambres de retour 71, 72. Ce niveau de pression au point 74 peut provenir de la résistance à l'écoulement des canalisations en aval, de récepteurs en aval, d'étranglements ou d'autres moyens.Pendant les mouvements oscillants du tiroir de commande 64, des flux de perte d'huile s'écoulent des chambres de commande 23, 25 dans les chambres de retour 71, 72 par les interstices de fuite d'huile 77, 78; ils sont constamment remplacés par du fluide sous pression provenant du point 74 par l'étranglement 75 ou 76. Les deux chambres de commande 23 et 25 sont ainsi désaérées automatiquement de façon avantageuse. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux distributeurs représentés, sans sortir du cadre de l'invention. C'est ainsi que d'autres types de distributeurs que ceux représentés sur les figures 1 et 3 sont utilisables sans modifier le principe d'action par un éledtroaimant de commutation modulé et un ressort de manoeuvre sur un tiroir de commande chargé par ressort, dont la vitesse de positionnement est influencée hydrauliquement et pour lequel le rapport des forces élastiques varie avec la course. Bien que la figure 3 représente un désaérage automatique particulièrement avantageux des chambres de commande, il est possible de réaliser un dispositif de désaérage avec des chambres à pression plus élevée voisines des chambres de commande et produisant des flux de fuite d'huile dans ces dernières. Revendications 1. Distributeur électromagnétique proportionnel, avec un organe de commande mobile, qui commande au moins la liaison entre un orifice d'entrée et un orifice de sortie, qu'un ressort de rappel déplace vers une position de repos et qu'un dispositif de manoeuvre déplace en sens inverse vers une position de travail, le dispositif de manoeuvre comprenant au moins un électroaimant de commutation modulé, qu'un dispositif de commande électrique à modulation d'impulsions en dérue attaque avec un facteur de durée variable, ainsi qu'avec des chambres de commande affectées aux deux sens de déplacement de l'organe de commande, ledit distributeur étant caractérisé en ce que l'armature (29, 31) de l'électroaimant de commutation (22) est accouplée à l'organe de commande (17) par un ressort de manoeuvre (32); et les deux chambres de commande (23, 25) sont réunies par un canal (34) contentant au moins un étrangleur (34) qui limite la vitesse de l'organe de commande (17). 2. Distributeur selon revendication 1, avec une chambre supplémentaire voisine de la chambre de commande et reliée à la chambre de commande voisine par un interstice de fuite formé par l'organe de commande et l'alésage correspondant du tiroir, ledit distributeur étant caractérisé par des moyens (36, 37; 34, 74) prévus pour le désaérage des chambres de commande (23, 25). 3. Distributeur selon une des revendications 1.ou 2, caractérisé en ce qu'il est réalisé pour commander une fonction à double effet. 4. Distributeur selon revendication 3, caractérisé en ce que l'organe de commande est un tiroir longitudinal (64), qui commande l'ouverture des liaisons entre une chambre d'alimentation (65, 67) et une des chambres motrices (68, 69), pendant qu'il décharge la seconde chambre motrice (69, 68) dans une chambre de retour (72, 71); et le tiroir longitudinal (64) est centré par ressort dans sa position de repos et accouplé par un second ressort de manoeuvre (62) à un second électroaimant de commutation modulé (61). 5. Distributeur selon revendications 1 et 4, caractérisé en ce que l'étrangleur est constitué par deux étranglements (75, 76) disposés en série dans le canal (34), dont la région comprise entre les deux étranglements (75, 76) est reliée, pour le désaérage automatique des chambres de commande (23, 25), à un niveau (74) de pression diffé rente de celle régnant dans la chambre de retour (69) adjacente à la chambre de commande (25). 6. Distributeur selon revendication 5, caractérisé en ce que la pression est prélevée sur un tronçon (74) d'un canal de circulation neutre (73), situé en aval du tiroir de commande (64), et par suite supérieure à la pression régnant dans la chambre de retour (71, 72). 7. Distributeur selon une quelconque des revendications 1à 6, caractérisé en ce que la force exercée par le ressort de manoeuvre (32) est, dans toute position de l'organe de cormnando (17; 64), supérieure à celle exercée par le ressort de rappel (26). 8. Distributeur selon une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le ressort de manoeuvre (32) et le ressort de rappel (26) présentent des caractéristiques force-déplacement liné aires (46, 47), qui convergent quand la course de l'organe de commande (17) augmente. 9. Distributeur selon une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le ressort de manoeuvre (32); 62 est bandé. 10. Distributeur selon une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'électroaimant de commutation (22) fonctionne avec une fréquence de modulation maximale d'environ 40 Hz.