BRPI1001842A2 - atuador, e, método de monitoração de um atuador - Google Patents

Abstract

ATUADOR, E, MéTODO DE MONITORAçãO DE UM ATUADOR. A invenção refere-se a um atuador compreendendo um corpo (1; 101) no qual uma haste (2; 102) é montada para deslizar, o atuador incluindo um parafuso (8; 108) se estendendo dentro da haste para cooperar com uma porca (7; 107) presa na haste, o parafuso sendo acionado em rotação por um motor (23; 123). De acordo com a invenção, a haste é associada com um pistão (5; 125) que desliza em uma cavidade (e) do corpo de modo a definir duas câmaras (Cl, C2) no mesmo, as câmaras sendo cheio com fluido hidráulico e sendo colocado em comunicação via dispositivos de transferência de fluido equipados com pelo menos um membro regulador (36, 37; 136, 137) adaptado para estrangular o fluido expelido a partir de uma das câmaras, em pelo menos uma direção de deslocamento da haste.

Description

"ATUADOR, Ε, MÉTODO DE MONITORAÇÃO DE UM ATUADOR"A invenção refere-se a um atuador de operação mecânica comamortecimento hidráulico, apropriado em particular para operar trens deaterrissagem de aeronave entre uma posição estendida e a posição retraída.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Atuadores hidráulicos do tipo telescópico são conhecidos, quecompreendem um corpo definindo uma cavidade cilíndrica e uma haste seestendendo através de uma extremidade da cavidade e presa em um pistão queé montado para deslizar axialmente dentro da cavidade de modo a definir duas câmaras hidráulicas dentro da mesma. Durante movimento da haste, éconhecido para organizar estrangulamento na saída da câmara através da qualo fluido é expelido, a fim de prover amortecimento hidráulico. Talestrangulamento estabelece resistência, que é proporcional ao quadrado davelocidade de deslocamento da haste.

São também conhecidos atuadores hidráulicos quecompreendem uma bomba elétrica que é arranjada para transferir fluido deuma câmara para a outra do atuador. É também possível organizaramortecimento pelo estrangulamento do fluido sendo expelido a partir de umadas câmaras, enquanto a haste está se movendo. Não obstante, um tal atuadornão é capaz de operar em uma emergência com a haste sendo acionada pelacarga à qual ela é acoplada, a menos que a bomba seja reversível e seja capazde ser liberada.

Atuadores mecânicos são também conhecidos, os quaiscompreendem um parafuso se estendendo dentro da haste para cooperar comuma porca presa na haste, o parafuso sendo acionado em rotação por ummotor, com rotação do parafuso fazendo com que a haste se mova axialmente.Em tais atuadores, amortecimento pode ser provido pela organização deresistência ao movimento da haste, por exemplo, do tipo de fricção oueletromagnético. Não obstante, o primeiro tipo de resistência é essencialmenteindependente da velocidade de deslocamento da haste, embora o segundo tipode resistência seja bastante difícil de organizar e é geralmente uma função davelocidade de deslocamento da haste, a qual pode ser constatada serinsuficiente em certas aplicações. Em adição, tais amortecedores originaminúmeros problemas no serviço, tais como desgaste ou falta de confiabilidade.

OBJETIVO DA INVENÇÃO

A invenção busca propor um atuador atuado mecanicamenteque apresenta amortecimento que é simples e confiável.

BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A fim de atingir este objetivo, é proposto um atuadorcompreendendo um corpo no qual uma haste é montada para deslizar, oatuador incluindo um parafuso se estendendo dentro da haste para cooperarcom uma porca presa na haste, o parafuso sendo acionado em rotação por ummotor; e em que, de acordo com a invenção, a haste é associada com umpistão que desliza em uma cavidade do corpo de modo a definir duas câmarasna mesma, as câmaras sendo cheias com fluido hidráulico e sendo colocadasem comunicação via dispositivos de transferência de fluido equipados compelo menos um membro regulador adaptado para estrangular o fluido expelidoa partir de uma das câmaras, em pelo menos uma direção de deslocamento da haste.

Assim, embora operando no modo mecânico, o fluido éexpelido a partir de uma das câmaras para retornar para as outros via osdispositivos de transferência enquanto sendo estrangulados, pelo menos emuma direção de deslocamento, contribuindo assim para amortecer qualquertendência da carga acoplada ao atuador para vibrar. Em adição, duranteoperação de emergência, na qual a haste é deixada livre para deslizar, emboraseja acionada pela carga acoplada ao atuador, o estrangulamento do fluido,quando organizado desta maneira, permite que uma força de redução sejaexercida, que é proporcional ao quadrado da velocidade de deslocamento dahaste.

Isto produz operação no modo mecânico associado comoperação de emergência passiva, cada vez com amortecimento ou frenagemhidráulica, que é muito confiável e completamente passiva.

Deve ser observado que no atuador da invenção, o fluido éusado somente para amortecimento ou frenagem dos movimentos da haste, enão para gerar ditos movimentos, diferentemente dos atuadores com umabomba incorporada, ou atuadores de ação dupla, como aqueles do documentoFR 2 859 770.

Em um aspecto particularmente vantajoso da invenção, ummétodo é também provido para monitorar um atuador da invenção, o métodoconsistindo em permitir que a haste se mova livremente sob a ação somentede uma carga acoplada à haste, e em verificar pelo menos um parâmetro deoperação da carga e associado com regulação hidráulica. Em particular, umamedição é feita do tempo gasto pela haste para se mover sob o efeito da cargacontra a regulação hidráulica, quando organizada desta maneira, tornandoassim possível verificar a operação apropriada.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A invenção é entendida à luz da seguinte descrição, dada comreferência aos desenhos anexos, na qual:

a figura 1 é uma vista de seção longitudinal de um atuador emuma primeira forma de concretização da invenção;

a figura 2 é uma vista de seção longitudinal de um atuador emuma segunda forma de concretização da invenção; e

a figura 3 é uma vista de seção longitudinal do atuador dafigura 2, mostrado depois de o mancai de guia da haste ter sido liberado.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Com referência à figura 1, e de acordo com uma primeiraforma de concretização da invenção, o atuador compreende um corpo 1definindo uma cavidade cilíndrica C se estendendo ao longo de um eixolongitudinal. O atuador inclui uma haste oca 2 que se estende axialmentedentro da cavidade C para passar através de um tampão 3 formando umsuporte que fecha a cavidade C em uma de suas extremidades. A haste 2 éterminada da cavidade C por uma extremidade formando um mancai 5 quedesliza dentro da cavidade C e que define dentro da cavidade C uma câmaraCl (uma câmara anular) e uma câmara C2 (uma câmara completa).

O mancai 5 define internamente um alojamento que recebeuma porca 7 que é fixamente montada em dito alojamento, de modo que ahaste 2 e a porca 7 são rigidamente presas uma na outra. Um parafuso oco 8se estende axialmente dentro da haste 4 para cooperar com a porca 7 via umaconexão tipo helicoidal. O parafuso 8 é centrado e guiado em rotação pormeio de um mancai de guia 9 compreendendo, neste exemplo, umacombinação de um mancai de esferas IOe um mancai de empuxe de rolos 11.

A extremidade da cavidade, oposta à sua extremidade que éfechada pelo tampão 3, é fechada por uma carcaça adjacente 20 contendoengrenagens 21 tendo um eixo de entrada 22 acionado em rotação por ummotor elétrico 23 e um eixo de saída 24 que se projeta a partir da carcaça 20para penetrar axialmente no parafuso 8 de modo a acioná-lo em rotação pormeio de uma conexão via formação de estrias. O eixo de saída 24 a partir daengrenagem é assim um eixo de acionamento.

Dispositivos anti-rotação (não mostrados) previnem que ahaste 2 gire em relação ao corpo 1. Os dispositivos anti-rotação podem serinternos ao atuador, ou eles poderiam igualmente bem ser externos aoatuador, como na situação em que a haste e o corpo do atuador são acopladosa cargas via conexões de acionamento que previnem com que a haste gire emrelação ao corpo.

De acordo com a invenção, as câmaras hidráulicas C2 e C2 sãoambas cheias com fluido hidráulico e elas são conectadas a um acumulador 30formando um suprimento de fluido hidráulico no qual algum nível mínimo depressão é mantido por meio de um pistão 31 que é carregado neste exemplopor uma mola 34. O duto 32 que conecta a câmara Cl ao acumulador incluidispositivos reguladores de fluido 35 compreendendo uma constrição 36conectado em paralelo com uma válvula de retenção 37 que é montada parapassar um fluxo livremente do acumulador 30 para a câmara Cl. Oacumulador 30 serve para dispensar ou receber uma vazão diferencial entre ascâmaras Cl e C2, com a diferença de vazão sendo devida essencialmente àdiferença na área seccional das câmaras. O circuito hidráulico fechado, quando organizado desta maneira, permite que fluido seja passado de umacâmara para a outra quando a haste se move.

Deve ser observado que a cavidade C é vedada por meio deuma primeira gaxeta de vedação 12 montada no tampão 3 e mancai contra odiâmetro externo da haste 2, e também por meio de uma segunda gaxeta devedação 13 suportada pela carcaça 20 e mancai contra o diâmetro externo doeixo de saída 24. Esta gaxeta serve para manter o fluido hidráulico que encheas câmaras Cl e C2 separadas a partir da graxa presente na carcaça 20 daengrenagem 21.

O atuador opera como segue. Quando o motor 23 éenergizado, ele faz com que o eixo de acionamento 24 gire e gire assim oparafuso 8. O parafuso então faz com que a porca 7 se mova de maneiralinear, levando a haste 2 com ele.

Durante este movimento, o mancai 5 da haste forma um pistãoque impele o fluido de uma das câmaras hidráulicas a passar através doacumulador 30, enquanto a outra câmara, cujo volume está aumentando, estásendo cheia com fluido que vem do acumulador 30.

Se o motor 23 for energizado de modo a estendem a haste 2,então o fluido é expelido da câmara Cl via o duto 32. O fluido não podepassar através da válvula de retenção 37, então ele é forçado a passar via aconstrição 36, estrangulando assim o fluido, gerando assim resistência aoescoamento de fluido livre e, como um resultado, resistência ao movimentoda haste 2. Isto provê amortecimento hidráulico que é confiável, simples, ecompletamente passivo, embora a haste 2 esteja sendo estendida pelo motor 23.

Se o motor 23 é energizado de modo a retrair a haste 2, então ofluido é expelido da câmara C2 para ser transferido para o acumulador 30, e ofluido deixa o acumulador 30 para encher a câmara Cl por passar via o duto32. Como um resultado, o fluido passa através da válvula de retenção 37,contornando assim a constrição 36, de modo que nenhuma resistênciasignificante é exercida pelo fluido para movimentar a haste nesta direção.

Finalmente, o atuador pode operar em um modo deemergência no caso de o suprimento de energia elétrica falhar. Em um talmodo, a haste 2 é acionada pela carga, à qual ela é acoplada (tipicamente umtrem de aterrissagem desbloqueado, que tenha sido liberado para ser abaixadosob o efeito de gravidade para sua posição estendida). Durante estemovimento, o fluido expelido da câmara Cl é forçado a passar através daconstrição 36, gerando assim resistência ao movimento da haste 2, e assimregulando a velocidade na qual a haste se move. Para que um tal modo deoperação seja possível, é naturalmente apropriado que a engrenagem 21, omotor 23, e a conexão helicoidal entre a porca 7 e o parafuso 8 sejamreversíveis.

A colocação das duas câmaras em um circuito hidráulicofechado desta maneira oferece várias vantagens:

. a conexão entre o parafuso 2 e a porca 7, e a conexão entre omancai de deslizamento 5 e o corpo 1 são imersas em fluido, e são, porconseguinte, bem lubrificadas. O risco deste emperramento de conexão, porconseguinte, é grandemente reduzido.

. a presença de fluido nas câmaras impede que qualquerumidade penetre nas câmaras sob um efeito de bombeamento a partir do arcircundante, de modo que os riscos de corrosão oculta dentro da cavidade sãoeliminados;

. o amortecimento ou frenagem realizado pelo estrangulamentoé automático e passivo;

. a dissipação de energia pelo estrangulamento é muitosimples, e soluciona os problemas de desgaste ou aquecimento, que sãoencontrados em amortecedores de fricção ou eletromagnéticos; e

. é vantajoso permitir que o atuador opere no modo deemergência deliberantemente, por não energizar o motor, de modo a permitirque a haste seja estendida sob a ação somente da carga, contra a frenagemhidráulica. Pela medição da velocidade de deslocamento da haste, é assimpossível verificar que a frenagem hidráulica está operando corretamente edetectar qualquer problema na mesma, e, em particular, entupimento daconstrição. Assim, embora seja puramente passivo, o amortecedor ou o freiohidráulico podem, não obstante, ser testado.

Em uma segunda forma de concretização mostrada na figura 2,elementos que são em comum com aqueles mostrados na figura 1 são dadosos mesmos números de referência mais uma centena, o parafuso 108 agorasendo associado com um mancai de guia 109 apropriado para deslizar nacavidade C do corpo 101. Para esta finalidade, o mancai 109 tem uma gaiola150 capaz de deslizar na cavidade C.

O mancai 109 é normalmente retido em sua posição deoperação por um prolongamento móvel 140 que se projeta para dentro dacavidade C para manter o mancai de guia 109 na posição, como mostrado. Oprolongamento 140 é preso em um membro de retenção 141 que normalmenteretém o prolongamento 140 de modo que ele se projeta para dentro dacavidade.

Este arranjo é particularmente vantajoso quando a conexãoentre o parafuso 108 e a porca 107 é selecionada para ser irreversível,permitindo assim que maiores forças sejam transmitidas.

No caso de uma falha de suprimento de energia do motorelétrico 123, e como mostrado na figura 3, é apropriado fazer com que oprolongamento 140 se retraia de modo a liberar o mancai de guia 109 para semover axialmente de modo que o parafuso pode ser axilamente liberado,permitindo assim que a haste 102 entre e seja movida sob a ação da cargaacoplada à mesma.

Tal liberação pode também ser implementada no caso deinterferência mecânica no motor, na engrenagem, ou até mesmo no parafuso,e mais particularmente em qualquer parte móvel, naturalmente com a exceçãodo deslizamento da haste.

Naturalmente, durante um tal movimento, o fluido expelido dacâmara Cl é estrangulado e contribui para a frenagem da haste e assim pararegular sua velocidade de deslocamento. Quando ela se move, a haste 102entra com o parafuso 108 e o mancai de guia 109.

Para fazer com que o mancai de guia 109 retorne para suaposição inicial, depois de ele ter uma vez mais tornado possível causar comque o eixo de acionamento 124 da engrenagem 123 gire, é suficiente girar oeixo na direção oposta. Esta ação faz com que o mancai de guia 109 retornepara sua posição inicial, uma vez que a haste 108 não se moveu. Depois disso,o prolongamento 140 é atuado de modo que ele se projeta uma vez mais paradentro da cavidade C, bloqueando assim o mancai de guia na posição. Arotação continuada do eixo de acionamento 124 então faz com que a haste108 se mova na direção oposta.

Além disso, se a conexão entre o parafuso 108 e a porca 107 forselecionada para ser reversível, então o atuador tem dois modos de emergênciaalternativos e redundantes, um similar àquele descrito com referência à figura 1,e o outro consistindo em liberar o mancai de guia 109 da haste 108.Esses atuadores podem ser sujeitos a vários procedimentos demonitoração ou de teste. Em particular, a haste pode ser liberadaintencionalmente de modo a permitir que ela se mova sob a ação da cargacontra a resistência hidráulica, oposta pelos dispositivos reguladores. Porexemplo, para um atuador que é destinado a operar um trem de aterrissagem,é possível desbloquear o trem de aterrissagem e permitir que ele se movalivremente para baixo sob a ação de gravidade, para sua posição estendida.Pela medição de seu tempo de declínio, é possível verificar que osdispositivos reguladores hidráulicos da invenção estão operandocorretamente, e em particular é possível detectar qualquer entupimento(tempo de operação mais longo que o esperado).

Com referência mais particularmente ao atuador mostrado nafigura 2, quando a haste está na posição estendida e é mantida nesta posiçãopela carga externa, é possível deliberantemente liberar o mancai de guia 109do parafuso 108 e para fazer com que o motor 123 opere. O parafuso 108então se move sem que a haste 109 se mova. É assim possível fazer com queo parafuso realize um trajeto de ida e volta a fim de verificar que o motor 123,o membro restante 141, e a conexão de parafuso-e-porca estão operandocorretamente. Uma vez quando este trajeto de ida e volta foi realizado, é entãoapropriado bloquear mais uma vez o mancai de guia 109 na posição.

A invenção não é limitada à descrição acima, mas, pelocontrário, pode cobrir qualquer variante que cai dentro do âmbito da invençãocomo definida pelas reivindicações.

Em particular, embora o parafuso em ambas as formas deconcretização mostradas seja acionado em rotação por meio de um eixo deacionamento estriado, que é particularmente útil na segunda forma deconcretização em que o parafuso é capaz de se mover axialmente, provisãopode ser feita para o parafuso ser acionado diretamente pelo motor, com ousem engrenagem intermediária.Embora seja mencionado que o motor é permanentementemontado no atuador, provisão poderia ser feita para ele ser independente doatuador.

Embora nos atuadores mostrados, tenha sido decidido isolar ofluido hidráulico a partir da engrenagem e do motor, também poderia ser decidido,pelo contrário, imergir a engrenagem e/ou o motor no fluido hidráulico.

Embora seja mencionado que o motor é montado fora dacavidade, provisão poderia ser feita para ele ser montado dentro da cavidade.O motor seria então imerso no fluido hidráulico.

Embora seja mencionado que o eixo de acionamento éacoplado ao motor elétrico via engrenagem, o eixo de acionamento poderiaser diretamente engatado com o motor.

Embora seja mencionado que o parafuso é montado para deslizarsem a rotação sobre o eixo de acionamento por meio de formação de estrias,mais geralmente provisão poderia ser feita para qualquer outro tipo de conexãode deslizamento, tal como um prolongamento ou pino preso em um daquelesdois elementos e se estendendo em uma fenda longitudinal no outro elemento.

Finalmente, embora os dispositivos para transportar fluido deuma câmara para a outra, como descrito aqui, compreendam um acumuladorposicionado fora do atuador, o acumulador poderia ser posicionado dentro domesmo, por exemplo, na extremidade da haste.

Em certas circunstâncias, particularmente se as duas câmarasforem de substancialmente a mesma área seccional e cavitação não é de sertemida, poderia até mesmo ser possível omitir o acumulador.

Os dispositivos para transportar fluido de uma câmara para aoutra podem vantajosamente ser não mais que uma passagem calibradaatravés do mancai 5, passagem este que pode ser nada mais que fendasformadas na superfície do mancai. Sob tais circunstâncias, amortecimento épresente em ambas as direções de deslocamento da haste.

Claims (9)

1. Atuador compreendendo um corpo (1; 101) no qual umahaste (2; 102) é montada para deslizar, o atuador incluindo um parafuso (8;-108) se estendendo dentro da haste para cooperar com uma porca (7; 107)presa na haste, o parafuso sendo acionado em rotação por um motor (23; 123);o atuador sendo caracterizado pelo fato de que a haste é associada com umpistão (5; 125) que desliza em uma cavidade (C) do corpo de modo a definirduas câmaras (Cl, C2) no mesmo, as câmaras sendo cheias com fluidohidráulico e sendo colocadas em comunicação via dispositivos detransferência de fluido equipados com pelo menos um membro regulador (36,-37; 136, 137) adaptado para estrangular o fluido expelido a partir de uma dascâmaras, em pelo menos uma direção de deslocamento da haste.

2. Atuador de acordo com reivindicação 1, caracterizado pelofato de que os dispositivos de transferência compreendem um acumulador(30; 130) para dispensar ou receber uma vazão diferencial de fluido entre ascâmaras.

3. Atuador de acordo com reivindicação 2, caracterizado pelofato de que o acumulador é disposto fora do corpo e da haste do atuador, oacumulador sendo conectado às câmaras via dutos, pelo menos um dos dutos(32; 132) inclui os dispositivos reguladores (36, 37; 136, 137).

4. Atuador de acordo com reivindicação 3, caracterizado pelofato de que os dispositivos reguladores compreendem uma válvula deretenção (36; 136) montada para passar fluido desde o acumulador para acâmara pertinente, e a constrição (37; 137) conectada em paralelo à mesma.

5. Atuador de acordo com reivindicação 1, caracterizado pelofato de que inclui um eixo de acionamento (24; 124) se estendendoaxialmente dentro do parafuso (8; 108) para acionar o parafuso em rotação,deixando o parafuso livre para se mover em translação em relação ao eixo deacionamento, o motor (23; 123) sendo arranjado para acionar o eixo deacionamento em rotação.

6. Atuador de acordo com reivindicação 5, caracterizado pelofato de que o parafuso é guiado em rotação por um mancai de guia (109) queé montado deslizavelmente na cavidade do corpo, o atuador incluindodispositivos de retenção seletivos (140) para reter o mancai de guia (109) naposição dentro da cavidade.

7. Método de monitoração de um atuador como definido emqualquer reivindicação precedente, caracterizado pelo fato de que compreendeas etapas de deixar a haste livre para se mover sob a ação somente de umacarga acoplada à haste, e em verificar pelo menos um parâmetro de operaçãoda carga e associado com a regulação hidráulica.

8. Método de monitoração de acordo com reivindicação 7,caracterizado pelo fato de que o parâmetro de operação verificado é o tempolevado pela haste para se mover de uma dada posição para uma outra dadaposição.

9. Método de monitoração de um atuador de acordo comreivindicação 6, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas, quandoa haste está na posição estendida, de liberar o mancai de guia do parafuso,energizar o motor para fazer com que o parafuso realize um trajeto de ida eretorno, e então bloquear o mancai de guia na posição.