Brevet FR2560337A1 — publié le 19850830

Soupape de contrôle à compensation de coincement. La présente invention concerne des soupapes et, en particulier, des soupapes destinées à contrô- ler des actionneurs hydrauliques. Les actionneurs hydrauliques tels que ceux utilisés pour positionner des dispositifs actionnés, par exemple, des gouvernes d'avions, sont fréquemment employés par paires, chaque actionneur de la paire étant à même de positionner indépendamment le disposi- tif, de telle sorte qu'un des actionneurs puisse main- tenir ce dernier sous contrôle en dépit d'une défail- lance de l'autre actionneur. L'homme de métier com- prendra que des actionneurs hydrauliques tels que des actionneurs à piston-cylindre à double effet, doivent être capables de positionner le dispositif actionné, tout en déplaçant en même temps le piston associé d'un actionneur redondant inopérant, cette impossibi- lité de fonctionnement étant due, par exemple, à une défaillance d'une soupape de contrôle associée à l'actionneur inopérant. La pratique adoptée dans la technique antérieure a consisté à équiper ces soupa- pes de contrôle d'un moyen permettant de purger un actionneur associé en cas de défaillance de la sou- pape de contrôle, par exemple, à la suite d'un coince- ment de cette dernière, de telle sorte que l'action- neur opérant ne doive pas surmonter la mise-sous pres- sion de l'actionneur inopérant en déplaçant le piston de celui-ci, tout en positionnant le dispositif ac- tionné. Ces mécanismes de soupapes de contrôle de la technique antérieure destinés à purger un actionneur hydraulique en cas de coincement de la soupape de contrôle ont jusqu'à présent généralement nécessité des orifices et des passages intérieurs de fluide de configurations assez complexes. L'usinage d'orifices et de passages intérieurs ayant de telles configura- tions dans la structure interne de la soupape s'est avéré difficile, de longue haleine et coûteux, sans compter que leur aménagement nécessite une importante longueur de soupape. Dans des applications relatives au domaine de l'aviation o la compacité est souvent de la plus haute importance, une telle longueur peut ne pas être tolérable. De plus, ces orifices et pas- sages intérieurs de purge de la technique antérieure contribuent à rendre la soupape complexe, si bien qu'ils peuvent, dans certains cas, en altérer la fia- bilité. En conséquence, un objet principal de la présente invention est de fournir une soupape de con- trôle à compensation de coincement perfectionnée qui remédie aux déficiences de la technique antérieure. Un autre objet de la présente invention est de pourvoir une telle soupape de contrôle d'un réseau non compliqué d'orifices et de passages de fluide pour la purge fiable d'un actionneur associé en cas de fonctionnement défectueux de la soupape de contrôle. Un autre objet encore de la présente inven- tion est de fournir une soupape de contrôle du type précité caractérisée par une structure simple et une fabrication économique. Suivant un aspect de la présente invention, une soupape de contrôle destinée à être utilisée avec un actionneur hydraulique est pourvue d'un réseau de passages pour la purge de l'actionneur en cas de fonc- tionnement défectueux de la soupape, ces passages étant ménagés dans la surface extérieure d'un des élé- ments constitutifs de la soupape afin de rendre la fabrication de cette dernière plus économique, d'en simplifier la structure et d'en améliorer la fiabili- té. Plus spécifiquement, la soupape de contrôle com- prend un manchon intérieur dans lequel sont ménagés des passages radiaux d'entrée et de sortie destinés à communiquer normalement avec des passages d'entrée et de sortie correspondants prévus dans un logement. Le contrôle de l'écoulement d'un fluide hydraulique à travers ces passages est assuré par un simple tiroir cylindrique monté pour coulisser à l'intérieur du man- chon. Le manchon est maintenu normalement en aligne- ment avec le logement à l'intervention de deux res- sorts concentriques retenus dans une extrémité de la soupape. Dans la surface extérieure du manchon, est prévu le réseau de passages de purge précité qui com- prend un ensemble non compliqué de gorges circonfé- rentielles de purge disposées sur les cotés opposés des passages de sortie et intersectées par une rainure de purge longitudinale décalée angulairement par rap- port aux passages de sortie. Un coincement du tiroir cylindrique et du manchon a pour effet de leur impri- mer un mouvement axial de jonction, mettant ainsi les gorges circonférentielles de purge (et, partant, la rainure longitudinale) en communication avec les pas- sages de sortie radiaux du logement afin de purger l'actionneur associé. La compacité de la soupape est améliorée grâce à la disposition concentrique des res- sorts, ainsi qu'à une configuration du manchon exté- rieur dans laquelle on utilise des bagues d'étanchéité circonférentielles pour assurer l'étanchéité entre le manchon extérieur et le logement. Dans les dessins annexés: la figure 1 est une élévation latérale de la soupape de contrôle de la présente invention, ainsi qu'une illustration schématique d'un actionneur hydrau- lique associé et d'un dispositif actionné positionné par ce dernier; la figure 2 est une vue isométrique de la soupape de contrôle de la présente invention, laquelle est partiellement élaguée afin d'illustrer des dé- tails de construction; et la figure 3 est une vue en coupe de la sou- pape de contrôle de la présente invention, prise sui- vant la ligne 3-3 de la figure 2. On se référera à présent à ces dessins et, spécifiquement, à la figure 1 qui illustre un action- neur hydraulique à double effet 5 comprenant un cylin- dre 10 et un piston 15, lequel peut effectuer un mou- vement rectiligne de va-et-vient à l'intérieur du cylindre en réponse à sa mise sous pression au moyen d'un fluide hydraulique approprié. Le piston 15 com- porte une tige longitudinale 20 qui y est solidarisée et qui, à son extrémité libre, est reliée à un dis- positif actionné 25 à l'intervention de n'importe quel moyen approprié tel qu'un accouplement 30. Pour les besoins de l'illustration, on supposera que le dispositif actionné 25 est une gouverne d'avion ou un élément semblable. Le cylindre 10 est mis sous pres- sion et purgé, à ses extrémités opposées (côtés oppo- sés du piston 15) via des canalisations 35 et 40 re- liées à la soupape de contrôle 45 de la présente in- vention. Lors de la mise en service, lorsqu'on souhai- te la mise en action du dispositif 25 par un mouve- ment du piston 15 vers la droite, on fait pénétrer le fluide hydraulique dans l'actionneur par la canalisa- tion 35 moyennant un réglage approprié de la soupape , mettant ainsi sous pression le côté de gauche du cylindre alors que le fluide se trouvant dans le côté de droite de ce dernier est évacué par la conduite 40. De la même manière, une mise en action du dispositif moyennant un mouvement du piston 15 vers la gauche est obtenue par la mise sous pression du côté de droi- te du cylindre 10 via la conduite 40 et par la purge du côté de gauche du cylindre 10 via la conduite 35 moyennant un réglage approprié de la soupape 45. La soupape 45 comprend un logement 50, des manchons concentriques 55 et 60 disposés à l'inté- rieur du logement 50, ainsi qu'un tiroir cylindrique mobile 65 disposé à l'intérieur du manchon 60 dans le- quel il peut coulisser en un mouvement de va-et-vient dans des conditions de fonctionnement normales. Dans la forme de réalisation illustrée, le logement 50 est généralement cylindrique avec une extrémité élargie filetée intérieurement 67. Le loge- ment comporte un orifice d'entrée 70 par lequel un fluide hydraulique provenant d'une source appropriée (non représentée) pénètre dans la soupape via une ca- nalisation 75, ainsi que deux orifices de sortie 80 qui communiquent avec les canalisations 35 et 40. Le manchon extérieur 55 comprend un organe généralement cylindrique dans lequel sont ménagées des gorges circonférentielles 85, 90 et 95 qui définis- sent des plats espacés 100, 105, 110 et 115. Les gor- ges 85 et 95 sont forées radialement en 120 et 125 pour définir des premiers passages de sortie qui, con- jointement avec les gorges 85 et 95, sont alignées axialement avec les orifices 80 ménagés dans le loge- ment extérieur 50. La gorge 90 est forée radialement en 130, les alésages ainsi définis comprenant des pre- miers passages d'entrée en alignement avec l'orifice d'entrée 70. Le manchon extérieur 55 comprend égale- ment, à son extrémité de droite, une bride 135 s'éten- dant radialement vers l'extérieur et qui comporte un épaulement 140 prenant appui contre une surface ali- gnée correspondante définie à l'intérieur du logement extérieur 50. Chacun des plats 100, 105,. 110 et 115 comporte, dans sa surface, une gorge circonférentiel- le destinée à recevoir une bague d'étanchéité 145 et, éventuellement, une bague d'expansion 150, la bague d'étanchéité 145 minimisant les fuites en travers des surfaces extérieures radiales des plats. Le manchon intérieur 60 vient se loger dans le manchon extérieur 55, tandis qu'il est foré et frai- sé radialement pour définir des passages de sortie 160 et 165, ainsi que des passages de purge 170 et 172, tout en étant foré radialement pour définir des passa- ges d'entrée 175. Dans la surface extérieure du man- chon 60, sont ménagées des gorges circonférentielles 180 et 182 qui sont juxtaposées par rapport aux pas- sages de sortie 160 et 165. En outre, des gorges cir- conférentielles de purge sont définies par des parties de diamètre réduit (à rétrécissement vers le bas) 185 et 190 légèrement espacées des passages de sortie 160 et 165. Les parties de diamètre réduit et les gorges de purge circonférentielles sont toutes intersectées par des rainures de purge longitudinales 195 (figu- re 3) s'étendant sur toute la longueur du manchon. Le manchon 60 comporte également une bride 200 s'éten- dant radialement vers l'extérieur et venant se loger par glissement dans une partie fraisée correspondante du manchon 55. A son extrémité de droite, le manchon supporte deux dispositifs de retenue deressortses- pacés 205 et 210, le dispositif de retenue 205 pouvant coulisser vers la droite le long de la surface du man- chon, mais en étant empêché de se déplacer vers la gauche par la bride 200 et une partie intérieure ra- diale de la bride 135 de la partie de logement 55. Le dispositif de retenue deressort 210 est fixé au man- chon 60, par exemple, au moyen d'une broche 215 ou de n'importe quel élément de fixation semblable. L'extrémité de droite de la soupape 45 est fermée par un chapeau 220 vissé dans l'extrémité élar- gie de la partie de logement 55, tout en y étant scellé au moyen d'une bague d'étanchéité 225 venant se loger dans une gorge circonférentielle ménagée dans la surface intérieure du chapeau 220 à l'extrémité de gauche de ce dernier. Comme le montrent les des- sins, l'extrémité de gauche de la soupape 45 est ou- verte en vue de la purge, l'extrémité de gauche du logement 50 définissant un orifice de purge. Toute- fois, on comprendra que cette extrémité peut être fer- mée de différentes façons connues, par exemple, au moyen d'un chapeau fileté du type décrit ci-dessus, auquel cas, un orifice de purge discret pourrait être prévu. Le manchon 60 est maintenu en alignement axial avec le manchon 55 au moyen de deux ressorts concentriques 230 et 235. Le ressort extérieur 230 est intercalé entre le dispositif de retenue de res- sort 205 et un épaulement intérieur du chapeau fileté 220, tandis qu'il pousse le manchon 60 à l'encontre du mouvement de celui-ci, vers la droite suite à la compression du ressort due au mouvement conjoint du dispositif de retenue 205 et du manchon. Le ressort intérieur 235 est retenu entre les dispositifs de retenue 205 et 210, tandis qu'il pousse le manchon 50 à l'encontre de son mouvement vers la gauche suite à la compression du ressort due au mouvement conjoint du dispositif de retenue de ressort 210 et du manchon. Le tiroir cylindrique 65 comprend des plats cylindriques espacés 240 et 245 réunis par une partie de diamètre réduit 250. Comme illustré dans les des- sins, dans une position d'équilibre, les plats fer- ment hermétiquement les passages 160, 165, 170 et 172 du manchon et, ainsi qu'on le décrira ci-après, ils ouvrent et ferment sélectivement un passage d'écoule- ment entre les passages d'entrée 175 et les passages de sortie 160, 165. La soupape 45 fonctionne de la manière sui- vante: Dans la position illustrée, la soupape est en équilibre, c'est-à-dire qu'elle bloque l'écoule- ment du fluide hydraulique à la fois vers et à par- tir de l'actionneur 5, maintenant ainsi la tige de piston 20 et, partant, le dispositif actionné 25 dans la position illustrée. Si l'on désire reposi- tionner le dispositif actionné 25 d'une manière cor- respondant à un mouvement de la tige 20 vers la droi- te, le tiroir cylindrique 65 est déplacé vers la gauche, ce qui a pour effet d'ouvrir un conduit d'écoulement depuis le passage d'entrée 175 jusqu'aux passages de sortie 160 via la partie extérieure du tiroir cylindrique comprise entre les plats 240 et 245. Il en résulte une mise sous pression supplémen- taire de l'extrémité de gauche du cylindre 10 via le passage 120, l'orifice de sortie 80 et la canalisa- tion 35, la pression accrue ayant pour effet de pous- ser le piston 15 vers la droite. A mesure que le piston se déplace vers la droite, il expulse le flui- de hors du cylindre 10 via la canalisation 40,le passage et le passage 172 du manchon 55, lequel est découvert par le mouvement du tiroir cylindrique vers la gauche. Lors- que le piston 15 a atteint la position désirée, le tiroir cylindrique est une fois de plus déplacé dans la position illustrée afin de bloquer complètement les passages 160, 165, 170 et 172. De la même maniè- re, un mouvement du piston 15 vers la gauche est ob- tenu par un mouvement du tiroir cylindrique 65 vers la droite, mettant ainsi sous pression l'extrémité de droite du cylindre 10 via les passages 130, 175, 165, et la canalisation 40, tandis que l'extrémité de gauche de l'actionneur est purgée via la canalisation , ainsi que les passages 120 et 170. En cas de coincement entre le manchon 60 et le tiroir cylindrique 65 à la suite de l'introduction de matières étrangères, le mouvement du tiroir cylin- drique 65 vaincra finalement les forces de poussée des ressorts 230 et 235 en vue de déplacer le manchon longitudinalement avec le tiroir cylindrique. Ce mouvement longitudinal du manchon 60 aura pour effet d'aligner les gorges circonférentielies de purge 180 et 182, ainsi que les parties de diamètre réduit 185 et 190 avec les passages de sortie 120 et 125 de la partie de logement 55, raccordant ainsi l'actionneur au système de purge. Plus spécifiquement, un mouve- ment du tiroir cylindrique et du manchon 60 vers la droite mettra en alignement la gorge de droite 182 et le passage 125, ainsi que la partie de diamètre ré- duit 185 et le passage 120, si bien que le fluide sera purgé de l'actionneur 5 via les deux canalisa- tions 35 et 40, les passages de sortie 120 et 125, ainsi que les gorges de purge allant aux rainures axiales de purge 195, pour sortir finalement par l'ex- trémité de gauche de la soupape. De la même manière, un mouvement du manchon intérieur et du tiroir cylin- drique vers la gauche a pour effet d'aligner la par- tie de diamètre réduit 190 du manchon et la gorge 180 avec les passages de sortie 125 et 120, respective- ment, en vue d'une purge semblable des deux extrémités de l'actionneur. D'après la description ci-dessus, on compren- dra que la présence des gorges de purge circonféren- tielles et de la rainure axiale de purge assure une purge efficace de l'actionneur en réponse à un coin- cement entre le tiroir cylindrique 65 et le manchon , cependant que cette purge est obtenue entièrement avec des passages ménagés en surface. En conséquence, les passages intérieurs de purge compliqués associés aux éléments de soupapes de contrôle de la technique antérieurs sont superflus, si bien que la soupape de la présente invention peut être fabriquée économique- ment. Le décalage angulaire entre les passages frai- sés du manchon 60 et la rainure longitudinale de pur- ge permet d'éviter toute interférence entre ces con- duits de fluide. Le montage des ressorts concentri- ques de centrage à l'intérieur du chapeau 220 permet de maintenir de manière simple et compacte le man- chon intérieur 60 en alignement avec le manchon exté- rieur 55, tandis que les bagues d'étanchéité prévues dans les plats 100, 105, 110 et 115 réduisent au mi- nimum et de manière compacte les fuites entre les gorges ménagées dans l'organe de logement 55. Bien qu'une forme de réalisation particu- lière de la présente invention ait été illustrée et décrite ci-dessus, on comprendra que cette illustra- tion et cette description suggéreront, à l'homme de métier, diverses variantes pour la mise en oeuvre de la présente invention, les revendications ci-après étant destinées à couvrir toutes ces variantes dans la mesure o elles rentrent dans le cadre et l'esprit réel de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Soupape de contrôle conçue pour contrôler la mise sous pression d'un actionneur hydraulique (5), cette soupape de contrôle (45) comprenant un orifice d'entrée (70) destiné à être relié à une source de fluide hydraulique sous pression, des orifices de sor- tie (80) destinés à être reliés au cylindre (10) de l'actionneur hydraulique (5), un orifice destiné à purger ce dernier, ainsi qu'un tiroir cylindrique mo- bile (65) destiné à ouvrir et fermer sélectivement un passage d'écoulement entre les orifices d'entrée et de sortie (70,120,125), caractérisée par: un manchon extérieur (55) dans lequel sont ména- gés des premiers passages radiaux d'entrée et de-sor- tie (120,125,130); et un manchon intérieur (60) venant se loger dans le manchon extérieur (55) par rapport auquel il est nor- malement fixe, ce manchon intérieur (60) comprenant des seconds passages radiaux d'entrée et de sortie (160,165,175) qui sont normalement en alignement avec les premiers passages d'entrée et de sortie, le man- chon intérieur comprenant en outre, dans sa surface, des gorges de purge (180,182,185,190) adjacentes aux seconds passages de sortie (160,165), ainsi qu'une rai- nure de purge (195) communiquant avec l'orifice de purge et intersectant les gorges de purge; le tiroir cylindrique (65) étant, lors d'un fonc- tionnement normal, disposé pour coulisser à l'inté- rieur du manchon intérieur (60) en vue de bloquer et de débloquer sélectivement les seconds passages-ra- diaux d'entrée et de sortie (160,165,175) afin d'assu- rer une mise sous pression sélective de l'actionneur hydtaulique; un mouvement axial de jonction du manchon inté- rieur (60) et du tiroir cylindrique (65-) dû à un coin- cement entre eux ayant pour effet de relier les gorges de purge (180,182, 185,190) et, partant, la rainure de purge (195) aux premiers passages de sortie (120, ) en vue de supprimer la mise sous pression de l'actionneur moyennant une purge de ce dernier. 2. Soupape de contrôle selon la revendica- tion 1, caractérisée en ce que les gorges de purge (180,182,185,190) sont orientées circonférentielle- ment par rapport au manchon intérieur (60) et en juxtaposition avec les seconds passages de sortie (160,165) sur les côtés opposés de ces derniers. 3. Soupape de contrôle selon la revendica- tion 1, caractérisée en ce que la rainure de purge (195) s'étend longitudinalement par rapport au man- chon intérieur (60) et est décalée angulairement par rapport aux seconds passages de sortie (160,165). 4. Soupape de contrôle selon la revendica- tion 1, caractérisée par un logement (50) dans lequel sont disposés les otifices d'entrée et de sortie (70,80), ainsi que l'orifice de purge, ce logement (50) comportant un alésage cylindrique dans lequel sont disposés le manchon intérieur (60), le manchon extérieur (55) et le tiroir cylindrique (65), les premiers passages d'entrée et de sortie (120,125, 130) du manchon extérieur (55) communiquant avec les ori- fices d'entrée et de sortie (70,80) via des gorges circonférentielles (85,90,95) ménagées dans la surfa- ce latérale du manchon extérieur (55), ces gorges définissant, entre elles, des plats en saillie (105, ) supportantdans leurs surfaces extérieures, des bagues d'étanchéité (145) destinées à étancher les gorges adjacentes (85,90,95) du manchon extérieur (55) vis-à-vis d'une communication d'écoulement de fluide entre elles. 5. Soupape de contrôle selon la revendica- tion 1, caractérisée en ce que les extrémités adjacen- tes du manchon intérieur (60),du manchon extérieur (55) et du tiroir cylindrique (65) sont fermées par un chapeau (67) dans lequel sont logés deux ressorts (230,235) destinés à maintenir l'alignement normal des manchons extérieur et intérieur (55,60), un pre- mier (230) de ces ressorts étant retenu entre le man-' chon intérieur (60) et le chapeau (67) en vue de pousser ce manchon intérieur (60) à l'encontre d'un mouvement longitudinal dans une direction, tandis que le second ressort (235) est retenu entre le man- chon intérieur (60) et le manchon extérieur (55) en vue de pousser celuici à l'encontre d'un mouvement longitudinal dans une direction opposée. 6. Soupape de contrÈle selon la revendica- tion 5, caractérisée en ce que les ressorts (230,235) sont des ressorts hélicoïdaux concentriques, le pre- mier ressort (230) étant disposé entre une surface intérieure du chapeau (67) et un premier dispositif de retenue (205) supporté par le manchon intérieur (60), ce premier dispositif de retenue (205) étant empêché de se déplacer dans la direction opposée par le manchon extérieur (55), tandis que le second res- sort (235) est disposé entre le premier dispositif de retenue (205) et un second dispositif de retenue (210) fixé au manchon intérieur (60).