FR3051027B1 - SERVOVALVE PILOTAGE STAGE, WHICH CAN SERVE AS A FIRST FLOOR IN A SERVOVALVE WITH TWO FLOORS. - Google Patents
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Abstract
Servovalve (100, 200) à étage de pilotage (20,120) comportant un élément hydraulique (30, 130) pour éjecter un jet de fluide et un élément hydraulique (6, 106) pour recevoir le jet de fluide, les éléments hydrauliques (30, 130, 6, 106) pouvant être déplacés l'un par rapport à l'autre de sorte à modifier leur position relative et à ainsi générer un différentiel de pression exploitable pour déplacer un organe de distribution de puissance (2, 102) de la servovalve (100, 200), l'un des deux éléments (6, 106) étant monté fixe sur un corps (1, 101) de la servovalve (100, 200) et l'autre des éléments (30, 130) étant monté en l'extrémité libre (29, 129) d'une tige (22, 122) solidarisée au corps (1, 101) de la servovalve (100, 200) par des moyens de solidarisation (23, 24, 67), l'étage de pilotage (20, 120) comprenant un actionneur linéaire (42, 80, 142) agencé pour exercer sélectivement sur la tige (22, 122) un effort tendant à modifier la position relative des éléments hydrauliques (30, 130, 6, 106).Servovalve (100, 200) having a driving stage (20, 120) having a hydraulic element (30, 130) for ejecting a jet of fluid and a hydraulic element (6, 106) for receiving the jet of fluid, the hydraulic elements (30, 130, 6, 106) being movable relative to each other so as to modify their relative position and thereby generate a usable pressure differential for moving a power distribution member (2, 102) of the servovalve (100, 200), one of the two elements (6, 106) being fixedly mounted on a body (1, 101) of the servovalve (100, 200) and the other of the elements (30, 130) being mounted in the free end (29, 129) of a rod (22, 122) secured to the body (1, 101) of the servovalve (100, 200) by securing means (23, 24, 67), the floor driving apparatus (20, 120) comprising a linear actuator (42, 80, 142) arranged to selectively exert on the rod (22, 122) a force tending to modify the relative position of the hydraulic elements (30, 130, 6, 106).
Description
DOMAINE DE L'INVENTION L'invention est relative à un étage de pilotage de servovalve, pouvant servir de premier étage dans une servovalve à deux étages.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION
Une servovalve classique est constituée d'un étage de pilotage pilotant un organe mobile de distribution de puissance d'un étage de puissance. L'étage de puissance a pour fonction de délivrer une pression ou un débit proportionnel à une instruction transmise à l'étage de pilotage. L'étage de pilotage comporte deux éléments hydrauliques, à savoir un émetteur hydraulique (buse ou éjecteur) et un récepteur hydraulique (palette, déflecteur ou récepteur fixe) dont la modification de leur position relative génère des différentiels de pression qui sont exploités pour déplacer finement un organe mobile de distribution de puissance de l'étage de puissance de la servovalve. Cet organe mobile de distribution de puissance coulisse dans une chemise cylindrique implantée dans le corps de la servovalve. Généralement, la position de l'émetteur ou du récepteur hydraulique est pilotée par un moteur couple qui déplace l'un des éléments hydrauliques de l'étage de pilotage en regard de l'autre. Le déplacement de l'organe mobile de distribution de puissance dans sa chemise met alors en communication un ensemble de canaux forés et de lumières dont l'agencement permet de délivrer une pression ou un débit, proportion nels au déplacement dudit organe mobile de distribution de puissance.
Les nombreuses pièces mobiles de la servovalve, notamment celles du moteur couple, induisent une fréquence propre suffisamment faible (entre 600 Hz et 1000 Hz dans l'axe fonctionnel, c'est-à-dire l'axe du déplacement de l'élément hydraulique mobilequi correspond à un axe passant par les deux orifices du récepteur hydraulique dans le cas d'une servovalve dont l'émetteur hydraulique est mobile) pour que la servovalve puisse être sollicitée en opération à cette fréquence et voir son fonctionnement perturbé. La fiabilité du fonctionnement de la servovalve et surtout sa sensibilité sont affectées par cette mise en résonance.
OBJET DE L'INVENTION L'invention a pour objet d'améliorer le comportement en vibration d'une servovalve.
BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION
En vue de la réalisation de ce but, on propose une servovalve à étage de pilotage comportant un élément hydraulique pour éjecter un jet de fluide et un élément hydraulique pour recevoir le jet de fluide. Les éléments hydrauliques peuvent être déplacés l'un par rapport à l'autre de sorte à modifier leur position relative et à ainsi générer un différentiel de. Selon l'invention, l'un des deux éléments est monté fixe sur un corps de la servovalve et l'autre des éléments est monté en l'extrémité libre d'une tige solidarisée au corps de la servovalve par des moyens de solidarisation, l'étage de pilotage comprenant au moins un actionneur linéaire agencé pour exercer sélectivement sur la tige un effort tendant à modifier la position relative des éléments hydrauliques.
Ainsi, l'élément mobile de la servovalve est actionné par un actionneur linéaire qui se révèle moins sensible aux vibrations qu'un actionneur moteur couple classique de l'art antérieur.
Avantageusement, l'élément hydraulique fixe est un récepteur de fluide et l'élément hydraulique porté par la tige est un éjecteur de fluide. On obtient ainsi une servovalve de type à éjecteur qui offre une meilleure tolérance à la pollution du fluide du fait d'une distance plus élevée entre 1'éjecteur à fluide et le récepteur. Selon un mode de réalisation particulier d'une telle servovalve, la tige comprend un conduit interne d'amenée de fluide à l'éjecteur de fluide.
Avantageusement encore, au moins une portion de la tige est de section carrée. Cette section offre de bonnes caractéristiques en raideur sans brider la course de l'actionneur linéaire.
Selon un mode de réalisation préféré, la tige est rigide et les moyens de solidarisation sont souples. On fait alors porter la déformation à l'origine du déplacement relatif des éléments hydrauliques sur les moyens souples et non la tige rigide. Ceci permet de facilement caractériser le lien entre l'effort appliqué par l'actionneur et le déplacement relatif des éléments hydrauliques. Avantageusement, les moyens de solidarisation d'une telle servovalve comprennent un conduit interne d'amenée de fluide en communication avec le conduit interne d'amenée de fluide de la tige, rendant le dispositif plus compact et plus fiable.
Alternativement, et pour les mêmes raisons que celles recherchées ci-dessus, la tige est souple et les moyens de solidarisation sont rigides.
Selon un mode de réalisation favori, l'actionneur linéaire comprend un actionneur piézo-électrique. Ces actionneurs sont fiables, légers et puissants et comportent très peu de pièces mobiles, offrant alors un excellent comportement en vibration. Il est également possible que l'étage de pilotage comprenne deux actionneurs piézoélectriques montés de part et d'autre d'une section de la tige élastique. Ceci permet une adaptation aisée d'un premier étage de pilotage d'une servovalve selon l'invention aux servovalves de l'art antérieur dont la position de sécurité (zéro hydraulique) correspond à l'équilibre magnétique des palettes et donc à une position médiane de 1'éjecteur hydraulique en regard du récepteur . D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lumière de la description qui suit de modes de réalisation particuliers non limitatifs de l'invention.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
Il sera fait référence aux figures annexées parmi lesquelles : - la figure 1 est une représentation schématique de l'application de l'invention à une servovalve selon un premier mode particulier de réalisation de l'invention; - la figure 2 est une vue de détail en coupe de la zone II-II identifiée sur la figure 1 ; - la figure 3 est une représentation schématique de l'application de l'invention à une servovalve selon un deuxième mode particulier de réalisation de l'invention; - la figure 4 est une vue identique à celle de la figure 2 d'un quatrième mode de réalisation de 1'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DES FIGURES
En référence aux figures 1 et 2, l'invention est ici illustrée en application à une servovalve de régulation de débit barométrique à deux étages dont un étage de pilotage. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à cette application, et pourra être utilisée pour d'autres types de servovalves.
La servovalve généralement désignée 100 comporte un corps 1 dans lequel un organe de distribution de puissance 2 est monté pour coulisser à étanchéité dans un logement 3 cylindrique en formant l'étage de distribution. L'organe de distribution de puissance 2 est mobile entre deux positions extrêmes et est conformé pour délimiter dans le logement 3 des chambres étanches Cl, C2, C3, C4 et C5 (pour mettre en communication respectivement, selon la position extrême de l'organe de distribution de puissance 2 par rapport à une position centrée (ou position neutre) : - soit un port d'alimentation P avec un premier port d'utilisation Ul, et un port de retour R avec un deuxième port d'utilisation U2, - soit le port d'alimentation P avec le deuxième port d'utilisation U2, et le port de retour R avec le premier port d'utilisation Ul.
Le contrôle du coulissement de l'organe de distribution de puissance 2 dans le logement 3 est assuré au moyen de chambres de pilotage 4,5 qui sont alimentées en fluide sous pression par un organe de répartition de pression, en l'occurrence ici un récepteur 6 fixe. Le récepteur 6 comprend deux orifices 7 et 8 respectivement en communication fluidique, via des conduits 10 et 11, avec les chambres de pilotage 4 et 5. Un réceptacle 9 situé sensiblement à l'aplomb du récepteur 6 collecte le fluide hydraulique lorsque celui-ci n'est dirigé vers aucun des orifices 7 ou 8. Le réceptacle 9 est relié au retour R par un conduit 12. Un capteur 13 linéaire de type LVDT mesure la position de l'organe mobile de distribution de puissance 2 dans son logement 3. Le noyau 14 du capteur 13 est relié à l'organe mobile de distribution de puis- sance 2 par une tige traversant une des extrémités du logement cylindrique 3. L'étage de pilotage 20 de la servovalve 1 comprend un cadre 21 de forme carrée rapporté par boulonnage sur le corps 1 de la servovalve 100. Une tige 22 venant en saillie du plan du cadre 21 est solidarisée à celui-ci par deux tourillons 23 et 24 torsibles venant en saillie de deux faces intérieures 21.1 et 21.2 parallèles du cadre 21. Les deux tourillons 23 et 24 sont, ici, usinés dans le même bloc que celui du cadre 21 et relient celui-ci a une portion 25 de section carrée de la tige 22. La tige 22 comprend également une portion 26 de section circulaire coaxiale à la section 25. La portion 26 de la tige 22 a une première extrémité 27 brasée sur une extrémité 28 de la portion 25 et une deuxième extrémité 29 libre sur laquelle est monté un éjecteur à fluide 30 qui vient en regard du récepteur 6. Comme visible en figure 2, la tige 22 comprend un conduit interne 31 d'amenée de fluide à l'éjecteur à fluide 30. Ce conduit interne 31 est alimenté par deux conduits internes 32 et 33 respectivement forés dans les tourillons 23 et 24. Les conduits internes 32 et 33 débouchent respectivement par des ports 34 et 35 sur une face du cadre 21. Les ports 34 et 35 sont reliés fluidiquement au port d'alimentation P de la servovalve 100 par un conduit 36. Un support 40 venant en saillie du plan du cadre 21 est situé à l'aplomb de la tige 22. Le support 40 est de forme parallélépipédique et comprend en son centre un logement cylindrique 41 qui accueille un actionneur 42 piézoélectrique. L'actionneur 42 comprend un poussoir 43 qui vient au contact de la portion 25 de la tige 22. L'extrémité 44 du poussoir 43 qui est en contact avec la portion 25 de la tige 22 est, ici, sphérique de grand rayon comparativement à la largeur du poussoir 43. L'actionneur 42 est relié à un régulateur PID 50 recevant un signal d'erreur provenant de la différence entre la consigne exercée sur une commande de pilotage 51, ici une commande de sortie de volet, et sur la mesure de la position de l'organe de distribution de puissance 2 transmise par le capteur 13 dont le signal est préalablement traité par un conditionneur 52.
Selon la tension appliquée aux bornes de 1'actionneur 42, celui-ci exerce un effort sur la tige 22 qui tend à déplacer l'éjecteur à fluide 30 monté sur l'extrémité 29 de la tige 22 en regard du récepteur 6. Comme représenté en figure 2, pour une tension nulle ou inférieure à la moitié de la tension maximale appliquée aux bornes de 1'actionneur 42, 1'éjecteur 30 éjecte un jet de fluide vers l'orifice8. Lorsque la tension appliquée aux bornes de l'actionneur 42 est égale à la moitié de la tension maximale applicable, 1'actionneur 42 s'étend à mi-course et 1'éjecteur 30 éjecte un jet de fluide à mi-chemin entre les deux orifices. Aucun différentiel de pression n'est créé entre les chambres de pilotage 4 et 5 et l'organe de distribution de puissance 2 demeure immobile
Lorsque la tension appliquée aux bornes de 1'actionneur 42 est supérieure à la moitié de la tension maximale applicable, 1'actionneur 42 s'étend au-delà de la demi-course et 1'éjecteur 30 éjecte un jet de fluide vers l'orifice 7. Le différentiel de pression ainsi créé entre les chambres de pilotage 4 et 5 entraine un déplacement de l'organe de distribution de puissance 2 dans son logement 3 vers la droite selon la représentation de la figure 1 (augmentation du volume de la chambre de pilotage 4) . Dans ce mode de réalisation, la tige 22 est rigide et les tourillons 23 et 24 sont comparativement souples. Cela signifie que l'on fait porter la déforma- tion sur les tourillons (déformation en torsion) et non sur la tige rigide.
Les éléments identiques ou analogues à ceux précédemment décrits porteront une référence numérique augmentée d'une centaine dans la description qui suit des deuxième et troisième modes de réalisation de 1'invention.
En référence à la figure 3, l'étage de pilotage 120 de la servovalve 200 comprend une platine 60 parallélépipédique rapportée par boulonnage sur le corps 101 de la servovalve 200. Une tige 122 comprise dans le plan de la platine 60 vient en saillie de la face 61 d'un côté 62 de la platine 60. Un encastrement 67 relie la tige 122 à la face 61 de la platine 60. La tige 122 et la platine 60 sont, ici, réalisées en une seule pièce par usinage dans la masse. La tige 122 comprend une portion 125 de section carrée à l'extrémité 128 de laquelle est brasée une portion 126 de section circulaire. Un éjecteur à fluide 130 est monté sur l'extrémité 129 libre de la tige 122 et vient en regard du récepteur 106. La tige 122 comprend un conduit interne 131 d'amenée de fluide à l'éjecteur à fluide 130. Ce conduit interne 131 est alimenté par un conduit interne 63 foré dans la platine 60 et débouchant par un port 64—sur la face inférieure 65 de la platine 60. Comme visible en figure 3, la face inférieure 65 est, ici, perpendiculaire au côté 62. Le port 64 est relié fluidiquement au port d'alimentation P de la servovalve 100 par un conduit 136. Un actionneur 142 piézoélectrique comprend un poussoir 143 qui vient au contact de la portion 125 de la tige 122. L'extrémité 144 du poussoir 143 qui est en contact avec la portion 125 de la tige 122 est, ici, sphérique de grand rayon.
Selon la tension appliquée aux bornes de l'actionneur 142, celui-ci exerce un effort sur la tige 122 qui tend à déplacer l'éjecteur à fluide 130 monté sur l'extrémité 129 de la tige 122 en regard du récepteur 106. Pour une tension nulle appliquée aux bornes de l'actionneur 142, l'éjecteur 130 éjecte un jet de fluide vers 1'orificel08 . Le différentiel de pression ainsi créé entre les chambres de pilotage 104 et 105 entraîne un déplacement de l'organe de distribution de puissance 102 dans son logement 103 vers la gauche selon la représentation de la figure 3 (augmentation du volume de la chambre de pilotage 5) . Le déplacement de l'organe de distribution de puissance 2 dans son logement 3 modifie les débits envoyés vers les ports de sortie U1 et U2.
Lorsque la tension appliquée aux bornes de l'actionneur 142 est égale à la moitié de la tension maximale applicable, l'actionneur 142 s'étend à mi-course et l'éjecteur 130 éjecte un jet de fluide à mi-chemin des deux orifices. Aucun différentiel de pression n'est créé entre les chambres de pilotage 104 et 105 et l'organe de distribution de puissance 102reste immobile Lorsque la tension appliquée aux bornes de l'actionneur 142 est supérieure à la moitié de la tension maximale applicable, l'actionneur 142 s'étend au delà de la demi-course et l'éjecteur 130 éjecte un jet de fluide vers 1'orificel07. Le différentiel de pression ainsi créé entre les chambres de pilotage 104 et 105 entraîne un déplacement de l'organe de distribution de puissance 102 dans son logement 103 vers la droite selon la représentation de la figure 3 (augmentation du volume de la chambre de pilotage 104). Dans ce mode de réalisation, la tige 122 est souple et l'encastrement de la tige 122 sur le platine 60 est comparativement rigide. Cela signifie que l'on fait porter la déformation sur la tige 122 (déformation en flexion) et non sur l'encastrement 67.
La figure 4 illustre un troisième mode de réalisation dans lequel le zéro hydraulique de l'étage de pilotage 120 correspond à une position de l'éjecteur 130 dans laquelle un même débit de fluide est envoyé vers chacun des orifices 107 et 108. Cette position correspond à la position d'équilibre de la tige 122 lorsqu'elle n'est soumise à aucun effort de commande. Ceci se produit notamment en cas de court-circuit (pas de tension de commande appliquée sur 1'actionneur). L'actionneur 80 comprend un premier actionneur 142 piézo-électrique et un deuxième actionneur 70 piézoélectrique montés de part et d'autre d'une section de la tige élastique 122. Le deuxième actionneur 70 piézoélectrique peut exercer sur la tige 122 un effort coaxial à celui exercé par le premier actionneur 142, dans une direction opposée.
Selon la tension appliquée aux bornes des actionneurs 142 et 70, l'un de ceux-ci se rétracte et l'autre s'étend, en exerçant un effort sur la tige 122 qui tend à déplacer 1'éjecteur à fluide 130 monté sur l'extrémité 129 de la tige 122 dans une première direction, un différentiel de pression est créé entre les chambres de pilotage 104 et 105 et l'organe de distribution de puissance 102 se déplace. Les tensions appliquées aux bornes des actionneurs 142 et 70 réalisent un pilotage en « push-pull ». Ce qui signifie que lorsqu'un des actionneurs s'étend, l'autre actionneur se rétracte simultanément. Lorsque les actionneurs 142 et 70 sont à mi-course, c'est-à-dire que la tension appliquée aux bornes de chacun des actionneurs est égale à la moitié de la tension maximale, l'éjecteur 130 éjecte un même débit de fluide vers chacun des orifices 107 et 108. Aucun différentiel de pression n'est créé entre les chambres de pilotage 104 et 105 et l'organe de distribution de puissance 102 demeure immobile. Dans cette position, la pression de commande envoyée vers les ports U1 ou U2 demeure inchangée.
Lorsqu'une tension est appliquée aux bornes de 1'actionneur 142 pour en commander l'extension d'une quantité δ et qu'une tension est appliquée à 1'actionneur 70 pour en commander le retrait de la même quantité δ, l'actionneur piézoélectrique 142 s'étend et l'éjecteur 130 éjecte une quantité de fluide vers l'orifice 107 supérieure à la quantité de fluide reçue par l'orifice 108. Le différentiel de pression ainsi créé entre les chambres de pilotage 104 et 105 entraîne un déplacement de l'organe de distribution de puissance 102 dans son logement 103 vers la gauche selon la représentation de la figure 4 (augmentation du volume de la chambre de pilotage 104) . Le déplacement de l'organe de distribution de puissance 102 dans son logement 103 modifie les débits envoyés vers les ports de sortie Ul et U2.
Une telle configuration permet une adaptation aisée d'un premier étage de pilotage d'une servovalve selon l'invention aux servovalves de l'art antérieur dont la position de sécurité (zéro hydraulique) correspond à l'équilibre magnétique des palettes et donc à une position médiane de l'éjecteur hydraulique en regard du récepteur .
Des tests et calculs du comportement en vibration de la servovalve selon l'invention ont permis de mettre en évidence l'amélioration du comportement en vibration de la servovalve. Le tableau ci-dessous compare les modes propres en vibration d'une servovalve de l'art antérieur et d'une servovalve pourvue d'un ensemble mobile selon l'invention. Ces éléments ont été obtenus à l'aide d'un outil de calcul par éléments finis. Les éléments utilisés pour identifier les directions concernées par les modes propres sont ceux de la figure 1. L'axe X correspond à la direction de déplacement du poussoir 43 et l'axe Y est perpendiculaire à l'axe X dans le plan du récepteur 6. L'axe Z est orthogonal à un plan contenant les axes X et Y.
De ces représentations, il ressort clairement que les fréquences des deux premiers modes propres sont déplacées. Leurs valeurs sont en fait doublées.
Ainsi, la sensibilité à la vibration de la servovalve selon l'invention est améliorée L'invention n'est bien sûr pas limitée à ce qui vient d'être décrit, mais englobe toute variante entrant dans le cadre défini par les revendications.
En particulier, - bien qu'ici le noyau du capteur LVDT soit relié à l'organe mobile de distribution de puissance par une tige traversant une des extrémités du logement cylindrique, l'invention s'applique également à d'autres moyens de détection de la position du tiroir, comme par exemple d'autres types de capteur de position passifs ou actifs : résistif, capacitif, ou optique par exemple; - bien qu'ici le cadre soit de forme carrée, l'invention s'applique également à d'autres types de support pour la tige comme par exemple un cadre ouvert en forme de U , ou un cadre de forme triangulaire, circulaire ou quelconque ; - bien qu'ici le cadre soit boulonné sur le corps de la servovalve, l'invention s'applique également à
d'autres moyens de fixation du cadre sur le corps de la servovalve, comme par exemple un cadre soudé, usiné dans le corps de la servovalve, ou encore emmanché sur le corps de la servovalve ; - bien qu' ici la tige comprenne un conduit interne d'amenée de fluide à l'éjecteur de fluide, l'invention s'applique également à d'autres types d'alimentation en fluide comme par exemple une alimentation par flexible ou par un conduit externe rapporté sur la tige ; - bien qu' ici la tige comporte une portion de section carrée et une portion de section circulaire, l'invention s'applique également à des tiges de section constante, variable ou comprenant plus de deux portions de section différente ; -bien qu'ici la tige soit solidarisée au corps de la servovalve par deux tourillons usinés dans un même bloc que celui du cadre, l'invention s'applique également à d'autres moyens de solidarisation de la tige à la servovalve comme par exemple des tourillons soudés, des supports en forme de cylindre droit ou de parallélépipède ; - bien qu'ici le support de 1'actionneur piézoélectrique soit de forme parallélépipédique, l'invention s'applique également à d'autres types de support comme par exemple un support annulaire ou encore un support solidaire du corps de la servovalve et non du cadre; - bien qu'ici 1'actionneur soit un actionneur piézoélectrique, l'invention s'applique également à d'autres types d'actionneurs linéaires comme par exemple un vérin électrique, pneumatique ou hydraulique ; - bien qu'ici l'actionneur soit relié à un régulateur PID, l'invention s'applique également à d'autres types de régulateur comme par exemple des régulateurs proportionnel pur ou dérivé pur ou proportionnel dérivé ; - bien qu'ici l'encastrement de la tige sur la platine, elle-même solidaire du corps de la servovalve, soit réalisé par usinage dans la masse, l'invention s'applique également à d'autres moyens de solidarisation de la tige au corps de la servovalve comme par exemple une soudure, une brasure ou un emmanchement; - bien qu'ici l'élément hydraulique fixe soit un récepteur de fluide et l'élément monté en l'extrémité de la tige soit un émetteur de fluide, l'invention s'applique également à un émetteur de fluide fixé sur un corps de la servovalve et à un récepteur de fluide, comme par exemple un déflecteur ou une palette, monté en l'extrémité de la tige - bien qu'ici la pression d'alimentation soit délivrée aux chambres C4 et Cl et que la chambre C5 soit mise au retour, l'invention s'applique également à un étage de puissance dans lequel ces alimentations seraient inversées ; -bien qu'ici le déplacement relatif de l'émetteur et du récepteur hydraulique du troisième mode de réalisation de l'invention soit réalisé par déformation élastique de la tige, l'invention s'applique également à un déplacement relatif de l'émetteur et du récepteur hydraulique dans lequel on fait porter la déformation à l'origine du déplacement sur les moyens de solidarisation de la tige au corps de la servovalve et non sur la tige ; -bien qu'ici la servovalve soit une servovalve à deux étages comprenant un étage de puissance comportant un organe de distribution de puissance dont la modification de la position est commandée par le différentiel de pression généré par le premier étage, l'invention s'applique également à une servovalve à simple étage dans laquelle le différentiel de pression est directement utilisé pour commander un actionneur ou une charge hydraulique .
FIELD OF THE INVENTION The invention relates to a servovalve control stage, which can serve as a first stage in a two-stage servovalve.
BACKGROUND OF THE INVENTION
A conventional servovalve consists of a control stage controlling a mobile power distribution member of a power stage. The function of the power stage is to deliver a pressure or a flow proportional to an instruction transmitted to the control stage. The control stage comprises two hydraulic elements, namely a hydraulic transmitter (nozzle or ejector) and a hydraulic receiver (pallet, deflector or fixed receiver) whose modification of their relative position generates pressure differentials which are exploited to move finely. a movable power distribution member of the power stage of the servovalve. This mobile power distribution member slides in a cylindrical jacket implanted in the body of the servovalve. Generally, the position of the transmitter or hydraulic receiver is controlled by a torque motor that moves one of the hydraulic elements of the control stage facing the other. The displacement of the movable power distribution member in its liner then communicates a set of bored channels and lights whose arrangement makes it possible to deliver a pressure or a flow, proportional to the displacement of said movable power distribution member. .
The numerous moving parts of the servovalve, in particular those of the torque motor, induce a sufficiently low natural frequency (between 600 Hz and 1000 Hz in the functional axis, ie the axis of displacement of the hydraulic element mobile that corresponds to an axis passing through the two orifices of the hydraulic receiver in the case of a servo valve whose hydraulic transmitter is movable) so that the servovalve can be requested in operation at this frequency and see its operation disturbed. The reliability of the operation of the servovalve and especially its sensitivity are affected by this resonance.
OBJECT OF THE INVENTION The object of the invention is to improve the vibration behavior of a servovalve.
BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION
In order to achieve this goal, a servo-control servovalve is provided with a hydraulic element for ejecting a jet of fluid and a hydraulic element for receiving the jet of fluid. The hydraulic elements can be moved relative to each other so as to modify their relative position and thus generate a differential of. According to the invention, one of the two elements is fixedly mounted on one body of the servovalve and the other of the elements is mounted at the free end of a rod secured to the body of the servovalve by securing means, control stage comprising at least one linear actuator arranged to selectively exert on the rod a force tending to modify the relative position of the hydraulic elements.
Thus, the movable element of the servovalve is actuated by a linear actuator which proves to be less sensitive to vibrations than a conventional torque motor actuator of the prior art.
Advantageously, the fixed hydraulic element is a fluid receiver and the hydraulic element carried by the rod is a fluid ejector. An ejector-type servovalve is thus obtained which offers a better tolerance to fluid pollution due to a greater distance between the fluid ejector and the receiver. According to a particular embodiment of such a servovalve, the rod comprises an internal conduit for supplying fluid to the fluid ejector.
Advantageously, at least a portion of the rod is of square section. This section offers good stiffness characteristics without restricting the stroke of the linear actuator.
According to a preferred embodiment, the rod is rigid and the securing means are flexible. The deformation at the origin of the relative displacement of the hydraulic elements on the flexible means and not the rigid rod is then carried. This makes it easy to characterize the link between the force applied by the actuator and the relative displacement of the hydraulic elements. Advantageously, the securing means of such a servovalve comprise an internal fluid supply conduit in communication with the internal conduit for supplying fluid to the rod, making the device more compact and more reliable.
Alternatively, and for the same reasons as those sought above, the rod is flexible and the securing means are rigid.
According to a preferred embodiment, the linear actuator comprises a piezoelectric actuator. These actuators are reliable, lightweight and powerful and have very few moving parts, providing excellent vibration behavior. It is also possible that the control stage comprises two piezoelectric actuators mounted on either side of a section of the elastic rod. This allows easy adaptation of a first control stage of a servovalve according to the invention to the servovalves of the prior art whose safety position (hydraulic zero) corresponds to the magnetic balance of the pallets and therefore to a median position hydraulic ejector facing the receiver. Other features and advantages of the invention will emerge in the light of the following description of particular non-limiting embodiments of the invention.
BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
Reference is made to the appended figures among which: FIG. 1 is a schematic representation of the application of the invention to a servovalve according to a first particular embodiment of the invention; FIG. 2 is a sectional detail view of the zone II-II identified in FIG. 1; FIG. 3 is a schematic representation of the application of the invention to a servovalve according to a second particular embodiment of the invention; FIG. 4 is a view identical to that of FIG. 2 of a fourth embodiment of the invention.
DETAILED DESCRIPTION OF THE FIGURES
With reference to FIGS. 1 and 2, the invention is here illustrated in application to a two-stage barometric flow control servovalve including a control stage. Of course, the invention is not limited to this application, and may be used for other types of servovalves.
The servovalve generally designated 100 comprises a body 1 in which a power distribution member 2 is mounted to slide sealingly in a cylindrical housing 3 forming the distribution stage. The power distribution member 2 is movable between two extreme positions and is shaped to define in the housing 3 of the sealed chambers C1, C2, C3, C4 and C5 (to put in communication respectively, according to the extreme position of the organ of power distribution 2 with respect to a centered position (or neutral position): either a power supply port P with a first use port Ul, and a return port R with a second usage port U2; either the power supply port P with the second usage port U2, and the return port R with the first usage port Ul.
The sliding control of the power distribution member 2 in the housing 3 is ensured by means of control chambers 4,5 which are fed with fluid under pressure by a pressure distribution member, in this case a receiver 6 fixed. The receiver 6 comprises two orifices 7 and 8 respectively in fluid communication, via conduits 10 and 11, with the control chambers 4 and 5. A receptacle 9 located substantially vertically above the receiver 6 collects the hydraulic fluid when the latter is directed towards none of the orifices 7 or 8. The receptacle 9 is connected to the return R by a conduit 12. A LVDT type linear sensor 13 measures the position of the mobile power distribution member 2 in its housing 3. The core 14 of the sensor 13 is connected to the movable power distribution member 2 by a rod passing through one end of the cylindrical housing 3. The piloting stage 20 of the servovalve 1 comprises a frame 21 of square form reported by bolting on the body 1 of the servovalve 100. A rod 22 projecting from the plane of the frame 21 is secured thereto by two journals 23 and 24 are torsionally projecting from two inner faces 21.1 and 21.2 parallel to the frame 21. The two journals 23 and 24 are here machined in the same block as the frame 21 and connect it to a portion 25 of square section of the rod 22. The rod 22 also comprises a portion 26 of circular section The portion 26 of the rod 22 has a first end 27 brazed on one end 28 of the portion 25 and a second free end 29 on which is mounted a fluid ejector 30 which faces the receiver 6. As can be seen in FIG. 2, the rod 22 comprises an internal conduit 31 for supplying fluid to the fluid ejector 30. This inner duct 31 is fed by two internal ducts 32 and 33 respectively drilled in the journals 23 and 24. Internal conduits 32 and 33 open respectively through ports 34 and 35 on one face of the frame 21. The ports 34 and 35 are fluidly connected to the power supply port P of the servovalve 100 via a conduit 36. A support 40 projecting from the plan of the frame 21 is located in line with the rod 22. The support 40 is of parallelepipedal shape and comprises in its center a cylindrical housing 41 which accommodates a piezoelectric actuator 42. The actuator 42 comprises a pusher 43 which comes into contact with the portion 25 of the rod 22. The end 44 of the pusher 43 which is in contact with the portion 25 of the rod 22 is, here, spherical of large radius compared to the width of the pusher 43. The actuator 42 is connected to a PID regulator 50 receiving an error signal coming from the difference between the setpoint exerted on a control control 51, here a shutter output control, and on the measurement the position of the power distribution member 2 transmitted by the sensor 13 whose signal is previously processed by a conditioner 52.
Depending on the voltage applied across the actuator 42, it exerts a force on the rod 22 which tends to move the fluid ejector 30 mounted on the end 29 of the rod 22 opposite the receiver 6. In FIG. 2, for a voltage zero or less than half of the maximum voltage applied across the actuator 42, the ejector 30 ejects a jet of fluid towards the orifice 8. When the voltage applied across the actuator 42 is equal to half of the applicable maximum voltage, the actuator 42 extends halfway and the ejector ejects a jet of fluid midway between the two. orifices. No pressure differential is created between the control chambers 4 and 5 and the power distribution member 2 remains stationary
When the voltage applied across the actuator 42 is greater than half the applicable maximum voltage, the actuator 42 extends beyond the half-stroke and the ejector ejects a jet of fluid to the orifice 7. The pressure differential thus created between the control chambers 4 and 5 causes a displacement of the power distribution member 2 in its housing 3 to the right according to the representation of Figure 1 (increasing the volume of the chamber 4). In this embodiment, the rod 22 is rigid and the journals 23 and 24 are comparatively flexible. This means that the deformation is applied to the trunnions (torsional deformation) and not to the rigid rod.
Elements identical or similar to those previously described will bear a numerical reference increased by one hundred in the following description of the second and third embodiments of the invention.
With reference to FIG. 3, the pilot stage 120 of the servovalve 200 comprises a parallelepipedal plate 60 bolted onto the body 101 of the servovalve 200. A rod 122 included in the plane of the plate 60 projects from the face 61 of a side 62 of the plate 60. A recess 67 connects the rod 122 to the face 61 of the plate 60. The rod 122 and the plate 60 are here made in one piece by machining in the mass. The rod 122 comprises a portion 125 of square section at the end 128 of which is brazed a portion 126 of circular section. A fluid ejector 130 is mounted on the free end 129 of the rod 122 and is opposite the receiver 106. The rod 122 comprises an internal conduit 131 for supplying fluid to the fluid ejector 130. This inner conduit 131 is fed by an internal conduit 63 drilled in the plate 60 and opening through a port 64 on the lower face 65 of the plate 60. As shown in Figure 3, the lower face 65 is here perpendicular to the side 62. The port 64 is fluidly connected to the power supply port P of the servovalve 100 via a conduit 136. A piezoelectric actuator 142 comprises a pusher 143 which comes into contact with the portion 125 of the rod 122. The end 144 of the pusher 143 which is contact with the portion 125 of the rod 122 is, here, spherical large radius.
Depending on the voltage applied across the actuator 142, the latter exerts a force on the rod 122 which tends to move the fluid ejector 130 mounted on the end 129 of the rod 122 facing the receiver 106. Zero voltage applied across the actuator 142, the ejector 130 ejects a jet of fluid toorificel08. The differential pressure thus created between the control chambers 104 and 105 causes a displacement of the power distribution member 102 in its housing 103 to the left according to the representation of Figure 3 (increase of the volume of the control chamber 5 ). The displacement of the power distribution member 2 in its housing 3 changes the rates sent to the output ports U1 and U2.
When the voltage applied across the actuator 142 is equal to half of the applicable maximum voltage, the actuator 142 extends halfway and the ejector 130 ejects a jet of fluid midway between the two orifices. . No pressure differential is created between the control chambers 104 and 105 and the power distribution member 102 remains stationary When the voltage applied across the actuator 142 is greater than half the applicable maximum voltage, the actuator 142 extends beyond the half-stroke and the ejector 130 ejects a jet of fluid toorificel07. The differential pressure thus created between the control chambers 104 and 105 causes a displacement of the power distribution member 102 in its housing 103 to the right according to the representation of Figure 3 (increase of the volume of the control chamber 104 ). In this embodiment, the rod 122 is flexible and the installation of the rod 122 on the plate 60 is comparatively rigid. This means that the deformation is carried on the rod 122 (bending deformation) and not on the recess 67.
FIG. 4 illustrates a third embodiment in which the hydraulic zero of the control stage 120 corresponds to a position of the ejector 130 in which the same flow of fluid is sent to each of the orifices 107 and 108. This position corresponds at the equilibrium position of the rod 122 when it is not subjected to any control effort. This occurs in particular in the event of a short circuit (no control voltage applied to the actuator). The actuator 80 comprises a first piezoelectric actuator 142 and a second piezoelectric actuator 70 mounted on either side of a section of the elastic rod 122. The second piezoelectric actuator 70 can exert a coaxial force on the rod 122. that exerted by the first actuator 142, in an opposite direction.
According to the voltage applied across the actuators 142 and 70, one of them retracts and the other extends, exerting a force on the rod 122 which tends to move the fluid ejector 130 mounted on the 129 end of the rod 122 in a first direction, a pressure differential is created between the control chambers 104 and 105 and the power distribution member 102 moves. The voltages applied across the actuators 142 and 70 provide push-pull control. This means that when one actuator extends, the other actuator retracts simultaneously. When the actuators 142 and 70 are halfway, that is to say that the voltage applied across the terminals of each of the actuators is equal to half of the maximum voltage, the ejector 130 ejects the same flow of fluid to each of the orifices 107 and 108. No pressure differential is created between the control chambers 104 and 105 and the power distribution member 102 remains stationary. In this position, the control pressure sent to ports U1 or U2 remains unchanged.
When a voltage is applied across the actuator 142 to control the extension of a quantity δ and a voltage is applied to the actuator 70 to control the withdrawal of the same quantity δ, the actuator piezoelectric 142 extends and the ejector 130 ejects a quantity of fluid to the orifice 107 greater than the amount of fluid received by the orifice 108. The pressure differential thus created between the control chambers 104 and 105 causes a displacement the power distribution member 102 in its housing 103 to the left according to the representation of Figure 4 (increasing the volume of the control chamber 104). The displacement of the power distribution member 102 in its housing 103 modifies the rates sent to the output ports U1 and U2.
Such a configuration allows easy adaptation of a first control stage of a servovalve according to the invention to the servovalves of the prior art whose safety position (hydraulic zero) corresponds to the magnetic balance of the pallets and therefore to a middle position of the hydraulic ejector opposite the receiver.
Tests and calculations of the vibration behavior of the servovalve according to the invention have made it possible to demonstrate the improvement of the vibration behavior of the servovalve. The table below compares the eigenvalues in vibration of a servovalve of the prior art and of a servovalve provided with a mobile assembly according to the invention. These elements were obtained using a finite element calculation tool. The elements used to identify the directions concerned by the eigen modes are those of FIG. 1. The X axis corresponds to the direction of movement of the pusher 43 and the Y axis is perpendicular to the X axis in the plane of the receiver 6 The Z axis is orthogonal to a plane containing the X and Y axes.
From these representations, it is clear that the frequencies of the first two eigen modes are displaced. Their values are doubled.
Thus, the sensitivity to the vibration of the servovalve according to the invention is improved The invention is of course not limited to what has just been described, but encompasses any variant within the scope defined by the claims.
In particular, although here the core of the LVDT sensor is connected to the mobile power distribution member by a rod passing through one of the ends of the cylindrical housing, the invention also applies to other means of detecting the position of the slide, such as other types of passive or active position sensors: resistive, capacitive, or optical for example; - Although here the frame is square, the invention also applies to other types of support for the rod such as an open frame U-shaped, or a triangular frame, circular or any ; - although here the frame is bolted to the body of the servovalve, the invention also applies to
other fixing means of the frame on the body of the servovalve, such as a welded frame, machined in the body of the servovalve, or fitted on the body of the servovalve; - Although here the rod comprises an internal conduit for supplying fluid to the fluid ejector, the invention is also applicable to other types of fluid supply such as for example a hose feed or a external duct attached to the stem; - Although here the rod has a portion of square section and a portion of circular section, the invention also applies to rods of constant section, variable or comprising more than two portions of different section; -Although here the rod is secured to the body of the servovalve by two journals machined in the same block as that of the frame, the invention also applies to other means of securing the rod to the servovalve such as for example welded journals, supports in the form of a straight cylinder or parallelepiped; although here the support of the piezoelectric actuator is of parallelepipedal shape, the invention also applies to other types of support such as for example an annular support or a support integral with the body of the servovalve and not of the frame; - Although here the actuator is a piezoelectric actuator, the invention is also applicable to other types of linear actuators such as an electric cylinder, pneumatic or hydraulic; - Although here the actuator is connected to a PID regulator, the invention is also applicable to other types of regulator such as proportional regulators pure or derived pure or proportional derivative; - Although here the embedding of the rod on the plate, itself secured to the body of the servovalve, is achieved by machining in the mass, the invention is also applicable to other means of securing the rod the body of the servovalve such as a solder, a solder or a fitting; although here the fixed hydraulic element is a fluid receiver and the element mounted at the end of the rod is a fluid emitter, the invention also applies to a fluid emitter fixed on a body of fluid. the servovalve and to a fluid receiver, such as a deflector or a pallet, mounted at the end of the rod - although here the supply pressure is delivered to the chambers C4 and C1 and that the chamber C5 is put in return, the invention also applies to a power stage in which these power supplies would be reversed; -but here the relative displacement of the transmitter and the hydraulic receiver of the third embodiment of the invention is achieved by elastic deformation of the rod, the invention also applies to a relative displacement of the transmitter and of the hydraulic receiver in which the deformation causing the displacement is made to bear on the securing means of the rod to the body of the servovalve and not on the rod; -but here the servovalve is a two-stage servovalve comprising a power stage comprising a power distribution member whose position modification is controlled by the pressure differential generated by the first stage, the invention applies also to a single stage servovalve in which the pressure differential is directly used to control an actuator or a hydraulic load.
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