Brevet FR3103863A1 — publié le 20210604

L’invention porte sur un dispositif (12) de contrôle du positionnement d’une tige (3,4) d’un piston (3p,4p) d’un vérin (2) à double effet, comportant une première chambre (5) et une deuxième chambre (7). Ce dispositif de contrôle (12) est caractérisé en ce qu’il comporte au moins un réservoir cylindrique (12a) renfermant un piston libre (13) et dont un premier compartiment (14) est destiné à être raccordé par une liaison hydraulique (11) à la deuxième chambre (7) du vérin (2), et un second compartiment (15) est destiné à être raccordé au circuit hydraulique de commande du vérin (2). Le réservoir (12a) comporte au moins deux capteurs (C1,C2,C3,C4) aptes à détecter le passage du piston libre (13) devant lui. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 1 Dispositif de contrôle de la position d’une tige de vérin et actionneur linéaire hydraulique comportant un tel dispositif. Le domaine technique de l'invention est celui des actionneurs linéaires mus hydrauliquement, tels que les vérins hydrauliques, mono ou multitiges, et à double effet. Pour translater jusqu’à une position précise une charge il est classiquement connu d’utiliser un vérin linéaire hydraulique associé à des moyens permettant de connaître le positionnement longitudinal de la tige. Le positionnement longitudinal de la tige est par exemple connu par des capteurs qui sont disposés le long de la course de la tige en sortie ou bien disposés sur le corps du vérin qui détecte ainsi la position du piston poussant la tige. Cependant, lorsque le vérin est destiné à fonctionner dans un espace réduit tel que dans un tube de diamètre interne proche de celui du vérin, l’instrumentation du vérin est impossible. Une telle configuration se rencontre en particulier avec les vérins permettant d’assurer la mise à poste des obus dans un tube d’arme. Les obus peuvent être de longueurs différentes, et il est important d’arrêter la poussée du vérin à une position adaptée. Le vérin n’étant pas destiné à rester dans la chambre de l’arme, toute instrumentation autour du vérin est impossible. Par ailleurs il est nécessaire, dans ce contexte où un contrôle visuel est impossible, d’assurer que la tige du vérin est sortie d’une longueur minimale assurant un positionnement donné de l’obus contre le cône de forcement. Cela afin d’assurer la possibilité de poursuivre la séquence de tir sans risques. L’invention propose de résoudre ce problème de localisation d’une tige de vérin linéaire dans un espace restreint en particulier pour un vérin multitige double effet. Ainsi, l’invention a pour objet un dispositif de contrôle du positionnement d’une tige d’un piston d’un vérin à double effet comprenant une première chambre dont le remplissage sous pression au niveau d’un premier connecteur pousse au moins un piston qui fait sortir au moins une tige et une deuxième chambre dont le remplissage sous pression fait rentrer au moins une tige, dispositif de contrôle caractérisé en ce qu’il comporte au moins un réservoir cylindrique renfermant un piston libre qui sépare le réservoir en deux compartiments, un premier compartiment qui est destiné à être raccordé par une liaison hydraulique à la deuxième chambre du vérin, et un second compartiment qui est destiné à être raccordé au circuit hydraulique de commande du vérin, le piston libre étant apte à coulisser dans le réservoir pour faire varier le volume de chaque compartiment sous l’effet de la pression hydraulique exercée dans l’un ou l’autre des deux compartiments, réservoir comportant au moins deux capteurs disposés longitudinalement le long du réservoir et raccordés à une unité de traitement, chaque capteur étant apte à détecter le passage du piston libre devant lui, le déplacement du piston libre étant proportionnel au volume de fluide passant de la deuxième chambre du vérin au premier compartiment, donc au déplacement longitudinal de la tige. Avantageusement, le réservoir comporte au moins trois capteurs disposés longitudinalement le long du réservoir et raccordés à l’unité de traitement, au moins deux capteurs donnant les positions extrêmes d’entrée et de sortie de la tige du vérin, et le troisième capteur donnant une position assurant une sortie de tige minimale. Avantageusement, les capteurs sont de type inductif. Avantageusement, le piston libre comporte une boite à clapet qui autorise le passage de fluide hydraulique du second au premier compartiment seulement lorsque le piston libre est poussé contre une première extrémité du réservoir. Avantageusement, la boite à clapet pourra comporter une paire de clapets dont un premier clapet se trouvera mécaniquement libéré lorsque le piston libre sera poussé contre une première extrémité du réservoir, laissant ainsi le fluide passer au travers du piston libre du second au premier compartiment et un second clapet qui interdira le passage de fluide du premier au second compartiment et autorisera le passage de fluide sous pression en sens inverse. L’invention porte également sur un actionneur linéaire hydraulique comportant un vérin à double effet, vérin comportant une première chambre dont le remplissage sous pression par au niveau d’un premier connecteur pousse au moins un piston qui fait sortir au moins une tige et une deuxième chambre dont le remplissage sous pression fait rentrer au moins une tige, actionneur linéaire caractérisé en ce que la deuxième chambre est raccordée au circuit hydraulique de commande du vérin par l’intermédiaire d’un dispositif de contrôle du positionnement de la tige du piston selon une des caractéristiques précédentes. Avantageusement, un piston de la tige comporte au moins un orifice de fuite calibré faisant correspondre la première chambre et la deuxième chambre. Avantageusement, l’actionneur comporte au moins une seconde tige équipée d’un second piston, la seconde tige et le second piston étant coaxiaux à la première tige dans laquelle ils coulissent. L’invention sera mieux comprise à lecture de la description suivante, description faite au regard des dessins annexés, dessins dans lesquels : représente une vue en coupe transversale d’un actionneur selon l’invention et de son dispositif de contrôle du positionnement de tige dans une première phase d’utilisation. représente une vue en coupe transversale de cet actionneur dans une deuxième phase d’utilisation. représente une vue en coupe transversale de cet actionneur selon l’invention dans une troisième phase d’utilisation. représente une vue en coupe transversale de cet actionneur selon l’invention dans une quatrième phase d’utilisation. représente une vue de détail en coupe transversale d’un réservoir selon l’invention, montrant le piston libre et la boîte à clapets. Selon la figure 1, un tube d’arme 100 contient au voisinage d’une première extrémité (ou extrémité arrière), un projectile 101 et une zone de coincement 102 (ou cône de forcement)située à distance de cette première extrémité. La zone de coincement 102 est une zone de rétreint du diamètre interne du tube 100 qui est destinée à coincer le projectile 101 pour le maintenir en place dans le tube 100. La mise en place du projectile 101 jusque dans la zone de coincement 102 se fait par poussée grâce à un actionneur linéaire hydraulique 1. L’actionneur 1 comporte un vérin hydraulique 2 à double tige et double effet classiquement connu de l’Homme du Métier. Ce vérin 2 comporte une première tige 3 poussée par un premier piston 3p grâce à l’alimentation en fluide hydraulique pressurisé d’une première chambre 5 depuis un premier connecteur hydraulique A situé à une première extrémité du vérin 2 et relié alternativement par un distributeur à un compresseur ou à une bâche à liquide hydraulique (compresseur, distributeur et bâche non représentés). Coaxialement à la première tige 3 se situe une seconde tige 4 poussée par un second piston 4p coulissant dans la première tige 3. Le second piston 4p est également soumis à la pression hydraulique présente dans la première chambre 5. L’extrémité de la seconde tige 4 située en dehors du vérin 2 comporte un tampon 6 en contact avec la face arrière du projectile 101 de manière à transmettre l’effort de poussée du vérin 2 sur le projectile 101. Le volume existant entre la première tige 3 et le corps du vérin 2 constitue une deuxième chambre 7, alors que le volume existant entre la première tige 3 et la seconde tige 4 constitue une troisième chambre 8. On note que la première tige 3 comporte deux parois 3a et 3b entre lesquelles s’étend un espace 9 qui relie la deuxième chambre 7 et la troisième chambre 8 grâce à un premier groupe d’évents 10a situés dans la paroi externe 3a de la première tige 3, au voisinage du premier piston 3p et par un second groupe d’évents 10b pratiqués au travers de la paroi interne 3b de la première tige 3 au voisinage de l’autre extrémité de la tige 3. Le corps du vérin 2 comporte au niveau de sa seconde extrémité un deuxième connecteur hydraulique B communiquant entre la deuxième chambre 7 et l’extérieur du vérin 2 Ce deuxième connecteur B est relié au moyen d’une canalisation flexible 11 à une première extrémité d’un dispositif 12 de contrôle du positionnement des tiges du vérin 2. Ce dispositif de contrôle 12 comporte un réservoir 12a sur lequel la canalisation 11 se fixe grâce à un troisième connecteur hydraulique C. Grâce à cette canalisation 11, le dispositif de contrôle 12 peut être placé à distance du vérin 2 selon une position et une orientation qui paraissent les plus commodes à l’Homme du Métier en fonction de l’environnement du canon 100 et du vérin 2. L’intérieur du réservoir 12a est sensiblement cylindrique de manière à pouvoir permettre le coulissement d’un piston 13, dénommé piston libre 13 du fait qu’il ne comporte pas de tige. Le piston libre 13 divise l’intérieur du réservoir 12a en un premier compartiment 14 et un second compartiment 15. Le premier compartiment 14 est défini par le volume situé entre une première extrémité 12b du réservoir 12a et une première face 13a du piston libre 13. Le second compartiment 15 est défini par le volume situé entre une seconde extrémité 12c du réservoir 12a et une seconde face 13b du piston libre 13. La seconde extrémité 12c du réservoir 12a porte un quatrième connecteur hydraulique D qui peut être relié alternativement à un compresseur ou à une bâche à huile (compresseur et bâche non représentés). Bien entendu compresseur et bâche font partie du circuit hydraulique de commande du vérin 2. Ce sont les mêmes compresseur et bâche qui sont reliés au premier connecteur hydraulique A et au quatrième connecteur hydraulique D par l’intermédiaire d’un distributeur à tiroir non représenté. Il est bien entendu que, lorsque le compresseur alimente le circuit hydraulique par le premier connecteur A, c’est le quatrième connecteur D qui est relié à la bâche et inversement. Le dispositif 12 de contrôle du positionnement de la tige du vérin est donc interposé dans le circuit hydraulique de commande du vérin double effet 2 entre le deuxième connecteur B assurant la commande de rétraction du vérin et le distributeur assurant la liaison avec le compresseur ou la bâche. On note que des capteurs C1 à C4 sont disposés le long du réservoir 12a. Ces capteurs C1 à C4 sont aptes à détecter la présence du piston libre 13 (par induction par exemple) lorsque celui-ci est situé devant eux et ils sont reliés à une unité de traitement logique 19, tel qu’un calculateur. L’ensemble des cavités (chambres, espace, compartiments, canalisation et connecteurs) sont remplis d’un même fluide hydraulique. Toujours selon la figure 1, la première et la seconde tige 3 et 4 sont enfoncées dans le corps de vérin 2 plaçant celui-ci à sa course minimale. Le piston libre 13 est situé contre la première extrémité 12b du réservoir 12a. Comme visible à la figure 2, l’arrivée de fluide hydraulique pressurisé par le premier connecteur hydraulique A communiquant avec la première chambre 5 exerce une pression sur les pistons des tiges 3 et 4. Le premier piston 3p ayant la plus grande surface exposée à la pression bouge en premier et fait sortir la première tige 3 qui entraine la seconde tige 4 et pousse le projectile. L’avancée du premier piston 3p engendre l’augmentation de volume de la première chambre 5 et en conséquence le rétrécissement de la deuxième chambre 7. Le fluide contenu dans la deuxième chambre 7 est expulsé du vérin 2 via le deuxième connecteur B situé à la seconde extrémité du vérin 2. Le volume ainsi expulsé est transféré dans le premier compartiment 14 du réservoir 12a provoquant l’expansion de ce compartiment et la translation du piston libre 13. Au terme de la course du premier piston 3p, le piston libre 13 arrive en regard du deuxième capteur C2, indiquant ainsi au calculateur 19 la fin de course du premier piston 3p et donnant donc une information sur la position du projectile 101 dans le tube 100. L’arrivée en continu de fluide hydraulique dans la première chambre 5 engendre désormais la translation de la seconde tige 4 seule. Ce faisant, la première chambre 5 augmente encore de volume et c’est la troisième chambre 8 qui se réduit en expulsant le fluide hydraulique quelle contient vers le réservoir 12a en passant successivement entre les parois 3a et 3b de la première tige puis au travers de la deuxième chambre réduite 7 via les évents 10b puis 10a. Comme on le voit à la figure 3, le volume ainsi expulsé dans le réservoir 12a pousse le piston libre 13 jusqu’au bout du réservoir 12a, positionnant le piston libre 13 en regard d’un quatrième capteur C4. Le calculateur 19 détecte ainsi que la seconde tige est au bout de sa course de sortie et que le projectile 100 est à poste au niveau de la zone de coincement 102 et que l’effort de poussée du vérin 2 doit être arrêté. La rétractation successive des tiges 4 et 3 peut alors être commandée en injectant du fluide sous pression dans le second compartiment 15 via le quatrième connecteur hydraulique D. La pression repousse alors le piston libre 13 progressivement vers la première extrémité 12b du réservoir 12a ce qui engendre le processus inverse de circulation de fluide précédemment décrit et donc la rétractation des tiges 3 et 4. On aura pris soin auparavant de mettre le premier connecteur hydraulique A du vérin à l’échappement pour avoir un retour du fluide à la bâche hydraulique. La figure 4 illustre le cas où l’on désire mettre à poste un projectile 101 plus long. Dans ce cas, un troisième capteur (ou capteur intermédiaire) C3 est placé le long du réservoir 12a. La longueur du projectile 101 étant supérieure, la sortie des tiges 3 et 4 du vérin 2 est moindre que dans le cas précédemment exposé. De ce fait le volume de fluide hydraulique injecté depuis les deuxième et troisième chambres 7 et 8 du vérin 2 dans le premier compartiment 14 est moindre. Le piston libre 13 sera donc repoussé jusqu’à une position située entre le second capteur C2 et le quatrième capteur C4, position en regard du troisième capteur C3 qui fournit alors au calculateur 19 une information d’atteinte de la position de coincement du projectile le plus long. Il est alors nécessaire d’arrêter l’effort de poussée du vérin. On comprend donc que c’est la détermination d’un volume précis de fluide hydraulique évacué hors du vérin 2 par le deuxième connecteur hydraulique B qui permet de connaître la position longitudinale des tiges. Les dessins joints sont volontairement exagérés pour faciliter la compréhension. En réalité les écarts de longueur des projectiles ne sont pas très importants (de l’ordre de 40mm). La présence du troisième capteur C3 entre le capteur C2 et le capteur C4 permet de détecter une position de sortie minimale de la tige du vérin 2 correspondant au cas où les projectiles sont les plus longs. Cette position permet de garantir la sécurité du tir. Le calculateur 19 pourra être relié à un calculateur gérant la commande de la séquence de tir. La séquence de tir se trouvant stoppée si la sortie minimale de la tige n’est pas détectée. On remarque donc que le contrôle du positionnement de la tige du vérin nécessite au moins deux capteurs : un premier capteur C1 correspondant à la position rentrée de la tige et un capteur C3 donnant la position de sortie minimale de la tige assurant la possibilité du tir. Le deuxième capteur C2 n’est pas indispensable mais permet de détecter la sortie maximale de la première tige 3 pour un vérin à tiges télescopiques, ce qui peut permettre de détecter un incident au niveau du vérin. Le quatrième capteur C4 permet de détecter la sortie maximale de la deuxième tige 4 pour un vérin télescopique ce qui donne une sécurité de fin de course. Parfois, il arrive qu’avec les variations de températures dues à l’usage ou bien aux conditions environnementales le fluide hydraulique circulant entre la deuxième chambre 7 et le premier compartiment 14 se dilate ou se contracte, faisant ainsi varier les volumes. Dès lors, la correspondance entre la position du piston libre 13, relevée par les capteurs, et la position effective des tiges n’est plus cohérente. En effet, on peut par exemple avoir toutes les tiges rentrées mais le piston libre n’est plus en face du premier capteur C1 ce qui risque d’engendrer un dysfonctionnement du vérin 2. Selon une variante de réalisation, le premier piston 3b pourra comporter un orifice de fuite calibrée 16 qui permet une circulation permanente à très faible débit du fluide hydraulique entre la deuxième chambre 7 et la première chambre 5 du vérin 2. Par ailleurs, le piston libre 13 comporte alors une boite à clapets 17 qui comporte ici une paire de clapets 17a et 17b. Le premier clapet 17a empêche le passage du fluide du second compartiment 15 vers le premier compartiment 14 alors qu’à l’inverse, le second clapet 17b empêche le passage du fluide du premier compartiment 14 vers le second compartiment 15. Par défaut aucun fluide ne peut passer d’un compartiment à l’autre. Cependant, le premier clapet 17a est à commande mécanique et il comporte ainsi un toucheau 18 d’ouverture qui est solidaire du premier clapet 17a et qui peut être en saillie sur la première face 13a du piston libre 13. Ainsi lorsque le toucheau 18 vient en appui sur la première extrémité 12b du réservoir 12a, ceci a pour effet d’ouvrir le premier clapet 17a. La mise en appui du toucheau 18 résulte de la mise en pression du second compartiment 15 qui provoque l’ouverture du second clapet 17b et pousse le premier clapet 17a en position de fermeture, provoquant la saillie du toucheau 18 par rapport à la première face 13a du piston libre 13. En fin de course du piston libre 13, le toucheau 18 vient donc en contact contre la première extrémité 12b du réservoir 12a, ce qui provoque l’ouverture du premier clapet 17a. L’ouverture des deux clapets 17a et 17b permet alors le passage du fluide hydraulique du second compartiment 15 vers le premier compartiment 14 comme illustré à la figure 5. En l’absence de la boîte à clapet 17, deux cas de figure seraient susceptibles de provoquer des incohérences de positions entre le piston libre 13 et les tiges 3,4. Dans un premier cas de figure, le piston libre 13 pourrait être plaqué contre la première extrémité 12b du réservoir 12a alors que les tiges 3 et 4 ne seraient pas rétractées complètement. Comme nous venons de le voir, la position du piston libre 13 contre la première extrémité 12b du réservoir 12a (on considère que cette position est atteinte dès que le toucheau 18 est enfoncé) permet la circulation de fluide sous pression du second compartiment 15 au travers du piston libre 13, donc aussi au travers de tout le circuit précédemment décrit jusqu’à la deuxième chambre 7 et à la troisième chambre 8 qui font alors rétracter les tiges 3 et 4. Pour être sûr que les tiges 3 et 4 soient totalement rétractées, l’Homme du Métier veillera à mettre une temporisation adaptée avant d’arrêter la mise en pression du second compartiment 15. Cette temporisation commencera à l’atteinte de la position du capteur C1 par le piston libre 13 et s’arrêtera au bout d’une durée équivalente au temps de rétractation nécessaire lorsque les deux tiges 3 et 4 sont totalement sorties. Dans un second cas de figure, les première et deuxième tiges 3 et 4 pourraient être totalement rentrées mais le piston libre 13 n’occuperait pas la position souhaitée en regard du premier capteur C1. Dans ce cas, la pression est maintenue dans le second compartiment 15. Le piston libre 13 a sa boite à clapet 17 qui est fermée par le premier clapet 17a. Le piston 13 glisse alors progressivement en direction de la première extrémité 12b du réservoir 12a ce qui provoque le transfert progressif du fluide hydraulique depuis le second compartiment 15 et la deuxième chambre 7 au travers de la fuite calibrée 16 et jusqu’à la bâche hydraulique. La remise en cohérence des positions est obtenue lorsque le piston libre 13 arrive en regard du premier capteur C1. L’invention permet donc d’avoir un actionneur 1 linéaire double effet dont on peut connaître différents positionnements des tiges, sans accès visuel et sans qu’il soit nécessaire d’aménager le vérin 2 avec des capteurs. Cet actionneur permet d’accroître la sécurité d’emploi lorsqu’il est en particulier mis en œuvre dans un système de chargement d’obus dans un tube d’arme. Dispositif (12) de contrôle du positionnement d’une tige (3,4) d’un piston (3p,4p) d’un vérin (2) à double effet comprenant une première chambre (5) dont le remplissage sous pression au niveau d’un premier connecteur (A) pousse au moins un piston (3p,4p) qui fait sortir au moins une tige (3,4) et une deuxième chambre (7) dont le remplissage sous pression fait rentrer au moins une tige (3,4), dispositif (12) de contrôle caractérisé en ce qu ’il comporte au moins un réservoir cylindrique (12a) renfermant un piston libre (13) qui sépare le réservoir (12a) en deux compartiments (14,15), un premier compartiment (14) qui est destiné à être raccordé par une liaison hydraulique (11) à la deuxième chambre (7) du vérin (2), et un second compartiment (15) qui est destiné à être raccordé au circuit hydraulique de commande du vérin (2), le piston libre (13) étant apte à coulisser dans le réservoir (12a) pour faire varier le volume de chaque compartiment (14,15) sous l’effet de la pression hydraulique exercée dans l’un ou l’autre des deux compartiments (14,15), réservoir (12a) comportant au moins deux capteurs (C1,C2,C3,C4) disposés longitudinalement le long du réservoir (12a) et raccordés à une unité de traitement (19), chaque capteur (C1,C2,C3,C4) étant apte à détecter le passage du piston libre (13) devant lui, le déplacement du piston libre (13) étant proportionnel au volume de fluide passant de la deuxième chambre (7) du vérin (2) au premier compartiment (14), donc au déplacement longitudinal de la tige (3,4). Dispositif (12) de contrôle du positionnement d’une tige (3,4) d’un piston (3p,4p) d’un vérin (2) à double effet selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réservoir (12a) comporte au moins trois capteurs (C1,C2,C3,C4) disposés longitudinalement le long du réservoir (12a) et raccordés à l’unité de traitement (19), au moins deux capteurs (C1,C4) donnant les positions extrêmes d’entrée et de sortie de la tige (3,4) du vérin (2), et le troisième capteur (C3) donnant une position assurant une sortie de tige (3,4) minimale. Dispositif de contrôle (12) du positionnement d’une tige (3,4) d’un piston (3p,4p) d’un vérin (2) à double effet selon une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les capteurs (C1,C2,C3,C4) sont de type inductif. Dispositif de contrôle (12) du positionnement d’une tige (3,4) d’un piston (3p,4p) d’un vérin (2) à double effet selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le piston libre (13) comporte une boite à clapet (17) qui autorise le passage de fluide hydraulique du second (15) au premier compartiment (14) seulement lorsque le piston libre (13) est poussé contre une première extrémité (12b) du réservoir (12a). Dispositif de contrôle (12) du positionnement d’une tige (3,4) d’un piston (3p,4p) d’un vérin (2) à double effet selon la revendication 4, caractérisé en ce que la boite à clapet (17) comporte une paire de clapets (17a,17b) dont un premier clapet (17a) qui se trouve mécaniquement libéré lorsque le piston libre (13) est poussé contre une première extrémité (12b) du réservoir (12a), laissant ainsi le fluide passer au travers du piston libre (13) du second (15) au premier (14) compartiment et un second clapet (17b) qui interdit le passage de fluide du premier (14) au second (15) compartiment et autorise le passage de fluide sous pression en sens inverse. Actionneur linéaire hydraulique (1) comportant un vérin (2) à double effet, vérin (2) comportant une première chambre (5) dont le remplissage sous pression au niveau d’un premier connecteur (A) pousse au moins un piston (3p,4p) qui fait sortir au moins une tige (3,4) et une deuxième chambre (7) dont le remplissage sous pression fait rentrer au moins une tige (3,4), actionneur linéaire (1) caractérisé en ce que la deuxième chambre (7) est raccordée au circuit hydraulique de commande du vérin (2) par l’intermédiaire d’un dispositif de contrôle (12) du positionnement de la tige (3,4) du piston (3p,4p) selon une des revendications 1 à 5. Actionneur linéaire (1) hydraulique selon la revendication 6 et mettant en œuvre un dispositif de contrôle (12) selon la revendication 4, caractérisé en ce qu’un piston (3p,4p) de la tige (3,4) comporte au moins un orifice de fuite calibré (16) faisant correspondre la première chambre (5) et la deuxième chambre (7). Actionneur linéaire hydraulique (1) selon une des revendications 6 à 7, caractérisé en ce qu’il comporte au moins une seconde tige (4) équipée d’un second piston (4p), la seconde tige (4) et le second piston (4p) étant coaxiaux à la première tige (3) dans laquelle ils coulissent.