Brevet FR2677082A1 — publié le 19921204

Dispositif pour commander un servomoteur à fluide sous pression du type à piston axial La présente invention concerne un dispositif pour commander la position de déplacement d'un servomoteur à fluide sous pression du type à piston axial, avec un cylindre de travail divisé en une première et une seconde chambres de pression de travail par un piston de travail à double effet, avec un orifice de commande de première position finale, prévu sur le cylindre de travail et débouchant dans la première chambre de pression de travail dans la région de la première position finale de déplacement du piston de travail, avec un orifice de commande de seconde position finale, prévu sur le cylindre de travail et débouchant dans la seconde chambre de pression de travail dans la région de la seconde position finale de déplacement du piston de travail, avec une première arête de commande, prévue sur la circonférence du piston de travail et située dans la première chambre de travail, avec une seconde arête de commande, prévue sur la circonférence du piston de travail et située dans la seconde chambre de travail, avec deux orifices de commande de position médiane, prévus à dis- tance axiale mutuelle dans la région d'une position médiane de dépla- cement du piston de travail et coopérant avec les arêtes de commande, avec une soupape d'isolement qui peut être commutée entre une pre- mière et une seconde position et qui raccorde les deux orifices de commande de position médiane à une conduite de pression commune, menant à un réservoir de fluide sous pression, de sorte qu'un orifice de commande de position médiane est relié à la conduite de pression dans la première position de la soupape d'isolement, mais en est isolé dans la seconde position de la soupape, avec une source de pression et une conduite de pression utilisée comme retour à un réservoir de stockage déchargé en pression, avec une soupape de commutation pour les positions finales du pis- ton de travail, à laquelle sont raccordés les deux orifices de commande de positions finales, la source de pression et la conduite de pression utilisée comme retour, avec une première position de la soupape de commutation, dans la- quelle l'orifice de commande de première position finale est relié à la source de pression et l'orifice de commande de seconde position finale à la conduite de pression utilisée comme retour, et avec une seconde position de la soupape de commutation, dans la- quelle l'orifice de commande de première position finale est relié à la conduite de pression utilisée comme retour et l'orifice de commande de seconde position finale à la source de pression. Dans un dispositif connu de ce type pour un servomoteur fonc- tionnant à l'air comprimé (brevet français N O 13 97 486), les deux ori- fices de commande de position médiane sont disposés à une plus grande distance mutuelle que les arêtes de commande, de sorte que les orifices de commande, dans la position médiane de déplacement du pis- ton de travail, sont chacun reliés à une chambre de pression de tra- vail associée Par ailleurs, les deux orifices de commande de position médiane sont, par l'intermédiaire d'une soupape d'isolement sélectrice, reliés à un réservoir d'expansion en soi fermé de telle sorte que, dans la position médiane du piston de travail, la chambre de pression de travail reliée à la source de pression est reliée au réservoir d'expansion, tandis que l'autre chambre de pression de travail est iso- lée de la soupape d'isolement sélectrice Afin de pouvoir positionner le piston de travail dans sa position médiane, il faut utiliser un crantage qui doit remplir, en plus de sa fonction de maintien à l'état exempt de pression, une fonction de freinage du piston de travail, attendu qu'on ne peut obtenir un freinage par la seule pression de travail Dans ce dispositif connu, il faut en outre déconnecter à temps la pression de travail à l'atteinte de la position médiane de déplacement, avant que le réservoir d'expansion ne soit rempli, car sinon le piston de travail se remet en mouvement et quitte à nouveau sa position médiane Un ré- servoir d'expansion de volume indéfini, ou la décharge de la conduite de pression associée vers l'atmosphère, aurait pour conséquence que le piston de travail ne pourrait plus quitter sa position médiane. Dans un dispositif connu, différent du type mentionné en intro- duction, pour la commande d'un servomoteur à fluide sous pression du type à piston axial (brevet allemand né 712 340), deux chambres de commande annulaires, concentriques à l'axe du piston et axialement voi- sines, sont configurées sur la circonférence du piston de travail afin de le positionner dans deux positions médianes de déplacement dif- férentes et elles sont reliées, par un perçage de commande respectif dans le piston de travail, à la chambre de pression de travail respec- tivement voisine de l'autre chambre de commande La structure du piston de travail et l'alimentation en pression du cylindre de travail sont ainsi compliquées, de même que la structure du distributeur com- mandant l'alimentation en pression. On connaît par le brevet américain N O 3 312 146 un dispositif, différent du type mentionné en introduction, pour la commande de la position de déplacement d'un servomoteur à fluide sous pression du type à piston axial, dans lequel le piston de travail est en outre fixé dans sa position médiane par deux pistons auxiliaires, qui sont chacun disposés dans l'une des deux chambres de pression de travail traver- sées par la tige de piston continue du piston de travail Les pistons auxiliaires peuvent coulisser tant par rapport au cylindre de travail que par rapport au piston de travail, de sorte que le piston de travail est soutenu dans ses positions finales de déplacement par le piston auxiliaire respectivement associé, alors déchargé en pression par l'in- termédiaire d'un distributeur de commande 5/3 voies, tandis qu'il est tenu dans sa position médiane par les pistons auxiliaires, alors alimen- tés en pression par le distributeur L'autre piston auxiliaire qui, dans les positions finales de déplacement, est respectivement disposé dans la chambre de pression de travail exposée à la pression de travail, s'applique, en étant désaccouplé du piston de travail, contre une butée de boîtier définissant la position médiane de déplacement, une arête de commande présente sur le piston auxiliaire isolant de sa chambre de pres- sion de travail l'orifice de commande de position médiane associé du cy- lindre de travail, orifice qui, en contournant le distributeur de com- mande, est constamment relié à la conduite de retour détendue Les pis- tons auxiliaires augmentent la dépense constructive et réduisent la cour- se utile du piston de travail et la section utile du cylindre de travail. La présente invention a pour but de configurer un dispositif pour commander la position de déplacement d'un servomoteur à fluide sous pression du type mentionné en introduction de façon qu'un servomoteur du type à piston axial, utilisant un fluide de travail hy- draulique, puisse être positionné dans une position médiane par moyens simples, mais fonctionnellement fiables. L'invention atteint ce but d'une manière avantageuse par le fait que la disposition des arêtes de commande du piston de travail par rapport aux orifices de commande de position médiane est telle que, dans la position médiane du piston de travail, les deux orifices de commande de position médiane sont isolés ou étranglés par rapport aux chambres de pression de travail, que la conduite de pression, utilisée comme retour au réservoir de stockage déchargé en pression, est raccordée à la soupape d'isolement comme conduite de pression commune menant à un réservoir de fluide sous pression, que, dans la première position de la soupape d'isolement, les deux ori- fices de commande de position médiane sont reliés à la conduite de pression utilisée comme retour, que, dans la seconde position de la soupape d'isolement, les deux ori- fices de commande de position médiane sont isolés de la conduite de pression utilisée comme retour, et qu'un moyen de soupape de commutation est prévu pour la position médiane de déplacement et permet de raccorder les deux orifices de commande de positions finales en synchronisme à la source de pression. Le dispositif selon l'invention se distingue notamment par une commande simple et fonctionnellement fiable de l'obtention et du main- tien de la position médiane de déplacement du piston de travail Dans le dispositif selon l'invention, les deux orifice de commande de posi- tions finales sont alimentés en pression en synchronisme, les deux ori- fices de commande de position médiane étant alors ouverts v ers l'atmosphère Lorsque le piston de travail se trouve dans l'une de ses positions finales, le liquide hydraulique, amené par l'orifice de com- mande associé à l'autre position finale, est évacué vers le retour ié- chargé en pression, par l'intermédiaire d'un des orifices de commande de position médiane, ou des deux La différence de pression apparais- sant alors sur le piston de travail dans les deux chambres de pression de travail engendre le déplacement du piston de travail jusqu'à ce qu'il ferme par ses arêtes de commande les deux orifices de commande de posi- tion médiane, et qu'un équilibre de pression s'établisse sur le piston de travail Les forces de pression des deux chambres de pression de tra- vail maintiennent le piston de travail dans sa position médiane. Pour les mouvements de déplacement du piston de travail entre ses trois positions, on a prévu une adaptation des étranglements dis- posés dans la région des orifices de commande dans les conduites de pression. Le crantage du piston de travail permet de déconnecter la pres- sion sur les orifices de commande de positions finales au bout d'une durée quelconque Cela présente l'avantage que l'ensemble du système de commande est sans pression et donc exempt de fuites. Dans le dispositif selon l'invention, il faut seulement commander trois conduites de pression entre le cylindre de travail et le distribu- teur, attendu que les deux orifices de commande de position médiane peuvent être reliés par une conduite de pression commune, menant au distributeur On n'a donc pas besoin de chambres de commande parti- culières sur le piston de travail pour obtenir la position médiane de déplacement. En détail, des caractéristiques supplémentaires de l'in- vention peuvent être les suivantes: la soupape d'isolement et le moyen de soupape de commutation pour la position médiane de déplacement coopèrent de telle sorte que les deux orifices de commande de positions finales ne peuvent être reliés en synchronisme à la source de pression que si les deux orifices de commande de position médiane sont raccordés à la conduite de pression utilisée comme retour; la soupape d'isolement et la soupape de commutation pour les posi- tions finales de course coopèrent de telle sorte que, lorsqu'un seul orifice de commande de position finale est relié à la source de pres- sion, les deux orifices de commande de position médiane sont isolés de la conduite de pression utilisée comme retour; des étranglements sont disposés entre les orifices de commande de positions finales et de position médiane d'une part et les soupapes d'isolement et de commutation d'autre part; les positions de course du piston de travail sont crantées; la soupape d'isolement et les soupapes de commutation pour les posi- tions de déplacement du piston de travail sont réunies en un distri- buteur 5/3 voies qui présente une position de distribution médiane, commutée par des moyens élastiques, pour la position médiane de dé- placement du piston de travail; enfin, le distributeur 5/3 voies peut être amené dans ses deux autres positions de distribution par une force auxiliaire de commande, notamment par des organes de commande électromagnétiques. L'exposé qui suit décrit en détail l'invention à l'aide de deux exemples de réalisation représentés schématiquement sur les dessins annexés, dans -lesquels - la figure 1 représente, à la manière d'un schéma-blocs hydrau- lique, une première forme de réalisation d'un dispositif selon l'invention et la figure 2 est une représentation de détail du servomoteur du dispositif de la figure 1, avec une variante de configuration des ori- fices de commande de position médiane. Un servomoteur 10 du type à piston axial présente un cylindre de travail 5 dans lequel est reçu en coulissement axial, de la manière ha- bituelle, un piston de travail 11 qui est fixé à une tige de piston continue 34 et qui divise l'intérieur du cylindre en deux chambres de pression de travail 3 et 4 et peut être amené, de façon commandée, dans deux positions finales 7 et 8 et une position médiane 9 de déplacement par un distributeur 5/3 voies 28. Un orifice 6 de commande de première position finale du cylindre de travail 5 débouche dans la chambre de pression de travail 3 dans la région de la première position finale 7; il est isolé par une première arête de commande associée 13 sur la circonférence du piston de tra- vail 11, juste avant que le piston de travail puisse buter métallique- ment contre l'extrémité correspondante du cylindre L'orifice 6 de com- mande de première position finale est relié par une conduite de pres- sion 35 à un orifice de distribution du distributeur 5/3 voies 28. Un orifice 12 de commande de seconde position finale du cylindre de travail 5 débouche dans l'autre chambre de pression de travail 4 dans la région de la seconde position finale 8; il est isolé par une se- conde arête de commande associée 14 sur la circonférence du piston de travail 11, juste avant que le piston de travail puisse buter métalli- quement contre l'autre extrémité du cylindre L'orifice 12 de commande de seconde position finale est relié par une conduite de pression 36 à un orifice de distribution du distributeur 5/3 voies 28. Deux orifices 15 et 16 de commande de position médiane débou- chent à l'intérieur du cylindre de travail 5 dans la région de la posi- tion médiane de déplacement 9; ils sont raccordés à une conduite de pression commune 37, menant à un orifice de distribution du distribu- teur 5/3 voies 28 Les deux orifices 15 et 16 de commande de position médiane sont, dans leur disposition tant mutuelle que par rapport aux arêtes de commande 13 et 14, adaptés de telle sorte que le piston de travail 11, dans sa position médiane 9, isole les deux orifices de commande 15 et 16 des chambres de pression de travail 3 et 4, tandis que, lorsqu'il quitte sa position médiane 9, dès qu'un petit déplacement a été accompli, un des deux orifices de commande 15 et 16 est relié à la chambre de pression de travail respectivement déchargée en pression. Un étranglement respectif 27, prévu dans la conduite de pression correspondante, est disposé opérationnellement entre les orifices de commande 6, 12, 15 et 16 d'une part et le distributeur 5/3 voies 28 d'autre part. Dans la forme de réalisation de la figure 1, on utilise comme ori- fices de commande de position médiane deux orifices distincts 15 et 16 dotés chacun d'un étranglement 27; par contre, dans la forme de réali- sation de la figure 2, une rainure de commande axiale 38 est prévue sur la paroi intérieure du cylindre de travail 5, et ses deux délimita- tions radiales terminales coopèrent avec les arêtes de commande 13 et 14 en tant qu'arêtes de commande i 5 a et 16 a, de la même manière que les orifices distincts 15 et 16 de la figure 1. Au reste, les exécutions des figures 1 et 2 sont identiques. La tige de piston 34 est dotée, pour chacune des positions 7 à 9 du piston, d'un cran respectif 39 dans lequel s'engage une bille de crantage 40 sollicitée par ressort. Une conduite 21 de retour à un réservoir de stockage déchargé en pression 20, et une conduite de pression 22 alimentée par une source de pression non représentée, sont en outre raccordées au distributeur /3 voies 28. Le distributeur 5/3 voies 28 peut être amené dans deux posi- tions de distribution 24 et 25 par un organe de commande électro- magnétique respectif 32,33, ainsi que dans une position de distribution médiane 31 par des moyens élastiques 29 et 30. Une fonction de soupape d'isolement est incorporée dans le dis- tributeur 5/3 voies 28 sous la forme d'un passage intérieur 19, qui ouvre la conduite de pression commune 37 des orifices de commande de position médiane 15 et 16 ou I 5 a et 16 a vers la conduite de retour 91 dans une première position 17, mais l'en isole dans une seconde posi- tion 18. De plus, une fonction de soupape de commutation pour la position médiane 9 du piston de travail 11 est incorporée dans le distributeur 5/3 voies 28 sous la forme d'un passage intérieur 26 qui, dans une première position (qui coïncide avec la position de distribution 31 du distributeur 5/3 voies 28), réalise une liaison entre les conduites de pression 22, 35 et 36, c'est-à-dire relie les orifices de commande de positions finales 6 et 12 à la source de pression Par contre, cette fonction de soupape de commutation est déconnectée dans une seconde position, qui est prise par le passage 26 dans les positions de distri- bution 24 et 25 du distributeur 5/3 voies 28. Enfin, le distributeur 5/3 voies 28 incorpore la fonction de sou- pape de commutation habituelle 23 pour les deux positions finales du piston de travail 11 Dans la première position 24 de la soupape de commutation 23, qui est commutée par l'organe de commande électro- magnétique 32 pour la position finale 8, la conduite de pression 22 de la source de pression est reliée à la conduite de pression 35 de la chambre de pression de travail 3, et la conduite de retour 21 à la conduite de pression 36 de la chambre de pression de travail 4 Dans la position 25 de la soupape de commutation 23 qui est commutée par l'électro-aimant 33, la conduite de pression 22 de la source de pression est reliée à la conduite de pression 36 de la chambre 4, et la conduite de retour 21 à la conduite de pression 35 de la chambre 3. Dans les deux dernières positions de distribution citées, 24 et 25, non seulement le passage 26 est isolé (fonction de commutation de la position médiane de déplacement 9), mais le passage de soupape 19 (fonction d'isolement) l'est également (position 18). On obtient donc le mode de fonctionnement suivant pour le dispo- sitif selon l'invention. Lorsque les deux électro-aimants 32 et 33 sont désexcités, le dis- tributeur 5/3 voies 28 se trouve dans sa position de distribution nié- diane 31 sous l'action des moyens élastiques 29 et 30 Comme les deux orifices de commande de positions finales 6 et 12 sont reliés à la source de pression (conduite de pression 22) et les deux orifices de commande de position médiane 15 et 16 à la conduite de retour 21, un équilibre de pression s'est établi sur le piston de travail 11, av-en positionnement de ce dernier dans sa position médiane 9. Lorsqu'un des électro-aimants 32,33 est excité, les orifices de commande de position médiane 15 et 16 sont isolés par l'intermédiaire de la conduite de pression commune 37, et le piston de travail 11 est amené de façon asservie, d'une manière connue, dans sa position finale correspondante 7 ou 8 par l'intermédiaire des orifices de commande de positions finales 6 et 12. Lorsque le piston de travail 11 se trouve dans l'une de ses posi- tions finales, par exemple dans la position 8 selon la figure 1, et qu'on coupe l'excitation de l'électro-aimant correspondant 32, les deux ori- fices de commande de positions finales 6 et 12 sont, conformément à la position de distribution 31, reliés à la source de pression (conduite de pression 22) et les deux orifices de commande de position médiane 15 et 16 à la conduite de retour 21 La chambre de pression de travail 3 est ainsi, au moins par l'intermédiaire de l'orifice de commande de po- sition médiane 15, également reliée à la conduite de retour 21, de sorte qu'une différence de pression, qui déplace le piston de travail 11 jus- qu'à sa position médiane 9, résulte sur le piston de travail Il de la pression plus élevée de la chambre de pression de travail 4, non re- liée à la conduite de retour 21, et de la pression plus basse de la chambre de pression de travail 3. Les trois fonctions de distribution 19 (isolement), 23 (commande des positions finales) et 26 (commande de la position médiane) pour- raient aussi être réalisées par des distributeurs séparés, si le coût de commande accru qui en résulte est justifié. Les orifices de commande de positions finales 6 et 12 sont res- pectivement reliés par un orifice de commande de dérivation étranglé 6 a et 12 a à l'extrémité de la chambre de pression de travail associée 3 ou 4, afin de permettre également de solliciter en pression le piston de travail dans ses positions finales, en vue de son rappel à la posi- tion médiane 9. La figure 2 représente en pointillés une variante selon laquelle, dans la position médiane 9, les paires d'arêtes de commande eo- opérantes 13/15 b et 14/16 b autorisent encore une liaison étrangclée entre la chambre de pression de travail respective 3 ou 4 et la conduite de pression commune 37. REVENDICATIONS 1 Dispositif pour commander la position de déplacement d'un servomoteur à fluide sous pression du type à piston axial, avec un cylindre de travail divisé en une première et une seconde chambres de pression de travail par un piston de travail à double effet, avec un orifice de commande de première position finale, prévu sur le cylindre de travail et débouchant dans la première chambre de pression de travail dans la région de la première position finale de déplacement du piston de travail, avec un orifice de commande de seconde position finale, prévu sur le cylindre de travail et débouchant dans la seconde chambre de pression de travail dans la région de la seconde position finale de déplacement du piston de travail, avec une première arête de commande, prévue sur la circonférence du piston de travail et située dans la première chambre de travail, avec une seconde arête de commande, prévue sur la circonférence du piston de travail et située dans la seconde chambre de travail, avec deux orifices de commande de position médiane, prévus à dis- tance axiale mutuelle dans la région d'une position médiane de dépla- cement du piston de travail et coopérant avec les arêtes de commande, avec une soupape d'isolement qui peut être commutée entre une pre- mière et une seconde position et qui raccorde les deux orifices de commande de position médiane à une conduite de pression commune, menant à un réservoir de fluide sous pression, de sorte qu'un orifice de commande de position médiane est relié à la conduite de pression dans la première position de la soupape d'isolement, mais en est isolé dans la seconde position de la soupape, avec une source de pression et une conduite de pression utilisée comme retour à un réservoir de stockage déchargé en pression, avec une soupape de commutation pour les positions finales du pis- ton de travail, à laquelle sont raccordés les deux orifices de commande de positions finales, la source de pression et la conduite de pression utilisée comme retour, avec une première position de la soupape de commutation, dans la- quelle l'orifice de commande de première position finale est relié à la source de pression et l'orifice de commande de seconde position finale à la conduite de pression utilisée comme retour, et avec une seconde position de la soupape de commutation, dans la- quelle l'orifice de commande de première position finale est relié à la conduite de pression utilisée comme retour et l'orifice de commande de seconde position finale à la source de pression, caractérisé en ce que la disposition des arêtes de commande ( 13,14) du piston de travail ( 11) par rapport aux orifices de commande de position médiane ( 15,16 ou 15 a,16 a ou 15 b,16 b) est telle que, dans la position médiane de déplacement ( 9) du piston de travail ( 11), les deux orifices de commande de position médiane ( 15,16 ou 15 a,16 a ou 15 b,16 b) sont isolés ou étranglés par rapport aux chambres de pression de travail ( 3,4), en ce que la conduite de pression ( 21), utilisée comme retour au ré- servoir de stockage déchargé en pression ( 20), est raccordée à la soupape d'isolement ( 19) comme conduite de pression commune menant à un réservoir de fluide sous pression, en ce que, dans la première position ( 17) de la soupape d'isolement ( 19), les deux orifices de commande de position médiane ( 15,16 ou a,16 a ou 15 b,16 b) sont reliés à la conduite de pression ( 21) utilisée comme retour, en ce que, dans la seconde position ( 18) de la soupape d'isolement ( 19), les deux orifices de commande de position médiane ( 15, 16 ou 15 a, 16 a ou 15 b, 16 b) sont isolés de la conduite de pression ( 21) utilisée comme retour, et en ce qu'un moyen de soupape de commutation ( 26) est prévu pour la position médiane de déplacement ( 9) et permet de raccorder les deux orifices de commande de positions finales ( 6,12) en synchronisme à la source de pression (conduite de pression 22). 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la soupape d'isolement ( 19) et le moyen de soupape de commutation ( 26) pour la position médiane de déplacement ( 9) coopèrent de telle sorte que les deux orifices de commande de positions finales ( 6,12) ne peu- vent être reliés en synchronisme à la source de pression (conduite de pression 22) que si les deux orifices de commande de position médiane ( 15,16 ou 15 a,16 a ou 15 b,16 b) sont raccordés à la conduite de pression ( 21) utilisée comme retour. 3 Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la soupape d'isolement ( 19) et la soupape de commutation ( 23) pour les positions finales de déplacement ( 7,8) coopèrent de telle sorte que, lorsqu'un seul orifice de commande de position finale ( 6 ou 12) est re- lié à la source de pression (conduite de pression 22), les deux orifices de commande de position médiane ( 15,16 ou 15 a,16 a ou 15 b,16 b) sont isolés de la conduite de pression ( 21) utilisée comme retour. 4 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, ca- ractérisé en ce que des étranglements ( 27) sont disposés entre les orifices de commande de positions finales et de position médiane ( 6,12, ,16 ou 15 a,16 a ou 15 b,16 b) d'une part et les soupapes d'isolement et de commutation ( 19,23,26) d'autre part. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, ca- ractérisé en ce que les positions de déplacement ( 7 à 9) du piston de travail ( 11) sont crantées. 6 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, ca- ractérisé en ce que la soupape d'isolement ( 19) et les soupapes de commutation ( 23,26) pour les positions de déplacement ( 7 à 9) du piston de travail ( 11) sont réunies en un distributeur 5/3 voies ( 28) qui pré- sente une position de distribution médiane ( 31), commutée par des moyens élastiques ( 29,30), pour la position médiane de déplacement ( 9) du piston de travail ( 11). 7 Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le distributeur 5/3 voies ( 28) peut être amené dans ses deux autres positions de distribution ( 24,25) par une force auxiliaire de commande, notamment par des organes de commande électromagnétiques ( 32,33).