Brevet FR2738040A1 — publié le 19970228

DISPOSITIF POUR LA REGULATION DE LA VITESSE DE L'ORGANE D'ACTIONNEMENT D'UN ACTIONNEUR PNEUMATIOUE. La présente invention concerne un dispositif pour la régulation de la vitesse de l'organe d'actionnement d'un actionneur pneumatique, dans lequel l'organe d'actionnement délimite deux chambres étanches l'une par rapport à l'autre et est déplacé sous l'effet de la pression d'un gaz sous pression injecté à l'intérieur de l'une des deux chambres, tandis que l'autre chambre est mise en communication avec l'atmosphère. Elle s'applique notamment, mais non exclusivement, à la régulation de la vitesse de déplacement du piston d'un vérin pneumatique linéaire de type simple ou double effet. Bien entendu, elle pourrait également s'appliquer à de nombreux autres types d'actionneurs tels que, par exemple, des vérins rotatifs à crémaillère basés sur un principe de fonctionnement similaire. Elle a plus particulièrement pour but la réalisation d'un dispositif d'asservissement très simple, peu coûteux, et qui puisse être entièrement pneumatique de manière à n'utiliser pour son fonctionnement que l'énergie développée par le gaz sous pression nécessaire au fonctionnement de l'actionneur, et ce, à l'exclusion de toute autre source d'énergie. L'invention part de la constatation que le déplacement de l'organe d'actionnement engendré par l'admission dans la chambre de travail d'un gaz sous pression, engendre dans l'autre chambre, appelée ci-après chambre connexe, une variation de volume et donc un débit d'air à l'atmosphère en relation avec la vitesse dudit déplacement.Elle propose donc un dispositif pneumatique d'asservissement comprenant des moyens permettant d'utiliser ce débit d'air en tant que grandeur représentative de la vitesse de l'organe d'actionnement, des moyens permettant de comparer ce paramètre avec une grandeur représentative d'une vitesse de consigne que l'on souhaite obtenir, et des moyens permettant de régler la pression de gaz injectée dans la chambre de travail en fonction de l'écart entre ces deux grandeurs, pour maintenir la vitesse de l'organe d'actionnement à la vitesse de consigne. Avantageusement, ce dispositif d'asservissement pourra faire intervenir - des moyens de limitation de débit équipant le circuit de mise à l'atmosphère de la chambre connexe, de manière à ce que la pression en sortie de ladite chambre soit représentative du débit d'air circulant dans le circuit, et donc de la vitesse de l'organe d'actionnement, - un régulateur pneumatique qui commande l'admission du gaz sous pression à l'intérieur de la chambre de travail et dont l'entrée de commande est connectée au circuit de mise à l'atmosphère, en amont des moyens de limitation de débit. Des modes d'exécution de l'invention seront décrits ciaprès, à titre d'exemples non limitatifs, avec référence aux dessins annexés dans lesquels La figure 1 est un schéma de principe d'un dispositif de régulation équipant un vérin linéaire à simple effet La figure 2 est un schéma similaire d'un dispositif de régulation pour vérin linéaire à double effet. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, le vérin, de type classique, comprend un cylindre 1 à l'intérieur duquel coulisse de façon étanche un piston 2. Celui-ci délimite à l'intérieur du cylindre deux chambres, à savoir - une chambre de travail 3, refermée par un fond au travers duquel coulisse avec étanchéité la tige 4 du piston 2, cette chambre 3 étant munie d'une ouverture d'admission 5 (et/ou d'échappement) d'air sous pression provenant d'un circuit d'admission 12 alimenté par une source d'air comprimé 6, et - une chambre connexe 7 refermée par un fond et communiquant avec l'atmosphère par l'intermédiaire d'un circuit de mise à l'atmosphère 8. Dans cet exemple, la tige 4 du vérin 1 porte un crochet 9 sur lequel vient s'accrocher un câble 10 solidaire d'une charge 11 reposant sur le sol, le vérin 1 étant alors destiné à soulever la charge 11. Le circuit d'admission 12 comprend successivement, à partir de la source 6, un dispositif de régulation de pression 13 commandable dont la fonction sera expliquée ci-après. Le circuit de mise à l'atmosphère 8 comprend, quant à lui, (à partir du cylindre 1) un limiteur de débit réglable 16 et une vanne d'arrêt 17 commandée par poussoir qui sert à obturer le circuit 8 ou bien à le mettre à l'atmosphère. Conformément à l'invention, la pression régnant dans la chambre 7 du cylindre 1 et dans la portion 8' de circuit 8 reliant le cylindre 1 au limiteur de débit 16, est utilisée pour assurer la commande du dispositif de régulation 13. A cet effet, la portion de circuit 8' est connectée à l'entrée de contre-réaction du dispositif de régulation 13 par l'intermédiaire d'un simple conduit 17 (représenté en traits interrompus). Ce dispositif de régulation 13 comprend ici un régulateur de pression "à pilotage" 18 (par exemple de type R11808 de la Société NORGREEN) monté en série sur le circuit d'admission 12 et dont l'orifice de commande est connecté à l'orifice de sortie d'un régulateur pilote asservi 19, à compensation externe (par exemple de type 11204 de la Société NORGREEN) dont l'entrée de puissance est reliée à la source 6. L'entrée de commande de ce régulateur, dont la pression de consigne peut être réglée par un bouton rotatif, est raccordée au conduit 17. Le fonctionnement du dispositif précédemment décrit est alors le suivant En vue de soulever la charge 11, l'air comprimé de la source 6 est appliqué à l'entrée du régulateur 18, les vannes 14, 17 étant ouvertes. Initialement, la pression à l'entrée de commande EC du dispositif de régulation 13 est à la pression atmosphérique, donc à une pression inférieure à la pression de consigne du régulateur 19 (qui correspond à une valeur de vitesse du vérin 1). Le régulateur pilote 19 commande donc la pleine ouverture du régulateur 18. Sous l'effet de la pression qui s'établit dans la chambre de travail 3, le piston 2 se déplace en refoulant l'air contenu dans la chambre 7. Grâce au limiteur de débit 16, ce refoulement se traduit par une élévation de pression dans la portion de circuit 8' et donc à l'entrée du régulateur pilote 19. Ce dernier agit donc sur le régulateur 18 pour limiter la pression dans la chambre de travail 3 à une pression engendrant la vitesse de déplacement désirée du piston et donc une pression dans la portion de circuit 8' égale à la pression de consigne. Si la charge du vérin 1 augmente brutalement (tension du câble 10), la vitesse du piston 2 décroît un court instant, ce qui a pour effet de causer une réduction de la pression dans la chambre 7. Le régulateur 19 réagit alors sur le régulateur 18 pour accroître la pression dans la chambre de travail 3, jusqu'a ce que la pression dans la portion de circuit 8' revienne à la pression de consigne. Un processus inverse se produirait dans le cas d'une diminution de charge. Ce système réagit donc de manière à maintenir constants le débit du limiteur 16 et de ce fait la vitesse du vérin 1. L'arrêt immédiat du vérin 1 peut être obtenu en refermant la vanne 17 située en aval du limiteur 16. En effet, cette fermeture engendre un accroissement brutal de la pression dans la portion de circuit 8' et donc une réaction du dispositif de régulation 13 qui ajuste la pression de la chambre de travail 3 à la valeur nécessaire pour maintenir le piston en équilibre statique. I1 apparaît donc que l'invention permet de réguler la vitesse de déplacement du piston 2 indépendamment de la charge 11, sans nécessiter de circuit électronique ou de système hydraulique associé. Par ailleurs, elle permet d'obtenir un arrêt rapide en n'importe quel point de la course du piston 2. La distribution et la régulation de ce dispositif s'effectuent à l'aide de composants pneumatiques classiques disponibles dans le commerce. Dans l'exemple représenté sur la figure 2, le vérin est de type à double effet. Il présente une structure mécanique similaire à celle du vérin précédemment décrit. Toutefois, dans ce cas, les chambres 3 et 7 sont chacune utilisables en tant que chambre de travail ou inversement de chambre connexe. A cet effet, les deux chambres 3, 7 du vérin sont raccordées à la source 6 par un circuit de distribution comprenant un dispositif de régulation 13 commun dont la sortie est appliquée à l'entrée d'un distributeur D1 dont les deux sorties sont respectivement connectées aux deux chambres 3, 7 par l'intermédiaire de deux circuits comprenant chacun une vanne d'arrêt 14, 17 commandée par poussoir et un limiteur de débit 15, 16. Le distributeur D1 est conçu de manière à prendre deux positions sous l'effet d'un circuit de commande utilisant deux poussoirs P1, P2, à savoir - une première position dans laquelle il connecte le circuit 12 à la sortie du dispositif de régulation 13 et il met le circuit 8 à l'atmosphère, en vue de déplacer le piston 2 dans un premier sens S1, - une deuxième position dans laquelle il connecte le circuit 8 à la sortie du dispositif de régulation 13 et il met le circuit 12 à l'atmosphère, en vue de déplacer le piston 2 dans un deuxième sens S2. Le dispositif de régulation 13 est identique à celui utilisé dans le mode d'exécution de la figure 1. Toutefois, dans ce cas, l'orifice de commande du dispositif de régulation 13 est relié soit à la portion de circuit 8' située en amont du limiteur de débit 16, soit à la portion de circuit 8" située en amont du limiteur de débit 15 par l'intermédiaire d'un distributeur D2. La commande du distributeur D2 est assurée au moyen du même circuit de commande que le distributeur D1 (poussoirs P1, P2) de manière à ce que lorsque le distributeur D1 alimente une chambre 3 ou 7 en air comprimé, tandis qu'il met à l'atmosphère l'autre chambre, l'orifice de commande EC soit connecté au circuit de mise à l'atmosphère 8 ou 12 de cette dernière chambre. Pour chacun des sens de déplacement du piston 2 (sélectionné grâce aux poussoirs P1 et P2), le fonctionnement du dispositif de régulation est le même que celui précédemment décrit, et ne sera donc pas expliqué à nouveau. Dans cet exemple, le piston 2 provoque la rotation d'un levier L dont une extrémité porte une charge 11, tandis que l'autre extrémité est articulée sur une structure support fixe. Ce dispositif a la particularité d'exercer sur la tige du piston un effort qui s'annule puis s'inverse dans le milieu de la course du piston 2. I1 permet de vérifier la constance de la vitesse de déplacement du piston en dépit des variations et de l'inversion de l'effort résistant. Bien entendu, l'invention ne se limite pas au mode d'exécution précédemment décrit. En effet, le dispositif de régulation de vitesse pourrait s'appliquer à la régulation de vérins pneumatiques différents tels que vérins rotatifs à crémaillère ou à palette. En outre, il pourrait être utilisé pour assurer un asservissement en position (grossier) d'un organe mobile tel que, par exemple, le degré d'ouverture d'une vanne. Revendications 1. Dispositif pour la régulation de la vitesse de l'organe d'actionnement d'un actionneur pneumatique (1) dans lequel l'organe d'actionnement (2) délimite deux chambres (3, 7) étanches l'une par rapport à l'autre et est déplacé sous l'effet de la pression d'un gaz sous pression injecté dans l'une des deux chambres (3), qui constitue alors une chambre de travail, tandis que l'autre chambre (7), dite chambre connexe, est mise en communication avec l'atmosphère et subit une variation de volume, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit pneumatique d'asservissement (13, 16, 17) utilisant le débit d'air engendré par la variation de volume de la chambre connexe (7) en tant que grandeur représentative de la vitesse de l'organe d'actionnement, ce circuit comprenant des moyens (19) pour comparer cette grandeur à une grandeur de consigne et des moyens (18) permettant de régler la pression injectée dans la chambre de travail (3) en fonction de l'écart entre ces deux grandeurs, de manière à maintenir la vitesse de l'organe d'actionnement (2) à la vitesse de consigne. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'asservissement pneumatique comprend - des moyens de limitation de débit (16) équipant le circuit de mise à l'atmosphère (8) de la chambre connexe (7), de manière à ce que la pression en sortie de ladite chambre (7) soit représentative du débit d'air circulant dans le circuit (8), et donc de la vitesse de l'organe d'actionnement (2), - un régulateur pneumatique (13) qui commande l'admission du gaz sous pression à l'intérieur de la chambre de travail (3) et dont l'entrée de commande (EC) est connectée au circuit de mise à l'atmosphère (8), en amont des moyens de limitation de débit (16). 3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit de mise à l'atmosphère (8) comprend une vanne d'arrêt (17) située en aval du limiteur de débit (16). 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'actionneur est un vérin à simple effet dans lequel le piston délimite la susdite chambre de travail (3) et la susdite chambre connexe (7). 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le susdit actionneur est un vérin à double effet comprenant deux chambres (3, 7) utilisées alternativement en tant que chambre de travail et que chambre connexe. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les chambres (3, 7) du vérin sont alternativement raccordées à la sortie d'un régulateur commun (13) raccordé à la source de gaz sous pression, par l'intermédiaire d'un premier distributeur (D1) et de deux circuits (8, 12) comprenant chacun un limiteur de débit (15, 16), de manière à alimenter l'une des chambres (3, 7) en gaz sous pression et à mettre à l'atmosphère l'autre chambre et inversement, et en ce que l'entrée de commande (EC) du régulateur (13) est connectée à l'un ou l'autre des deux circuits (8, 12), en amont des limiteurs de débit (15, 16), par l'intermédiaire d'un deuxième distributeur (D2).