Circuits hydrauliques
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CHAPITRE :
DISTRIBUTION
1. Fonctions
a. Fonction de base
Les distributeurs ont pour fonction principale d'orienter le fluide hydraulique vers les
différents actionneurs et de permettre son retour vers le réservoir (aiguillage) . Cela est
réalisé par l'ouverture et la fermeture d'une ou plusieurs voies de passage qui canalisent
le fluide pour permettre à chaque actionneur les 2 sens de fonctionnement et l'arrêt. Ce
sont des organes de commande appelés pré-actionneurs qui jouent le rôle d' interfaces
entre le circuit et les actionneurs.
Ils permettent de commander :
• les mouvements d'un récepteur, vérin ou moteur hydraulique,
• les états de marche ou d'arrêt d'un circuit ou d'une partie de circuit,
• un autre distributeur,
• ...
b. Fonctions avancées
Dans de nombreux circuits industriels la fonction d'aiguillage du fluide ne suffit pas et on
est amené à lui superposer des fonctions supplémentaires :
• réglage de débit : distributeurs proportionnels.
• régulation de débit avec maintien du ΔP constant : distributeurs proportionnels
compensés en pression.
• adaptation à la charge : systèmes load sensing qui permettent une action sur la
cylindrée de la pompe en fonction des besoins en pression et débit de l'actionneur.
• vitesse de réponse et une aptitude à l'asservissement très élevée : distributeurs
proportionnels particuliers appelés servo-valves.
• position neutre pour un fonctionnement de la pompe à pression nulle
en hydraulique du mobile : distributeurs spéciaux à 6 orifices.
2. Distributeurs classiques
2.1.
Désignation et symboles
Les distributeurs "classiques" ou "TOUT ou RIEN" assurent l'ouverture ou la fermeture
d'une ou plusieurs voies de passages du fluide vers les actionneurs sans aucune
progressivité.
Les différentes solutions de raccordements des orifices du distributeur sont représentées
dans des rectangles qu'on appelle des positions. Il y a couramment 2 ou 3 positions.
Les orifices sont repérées par des lettres : P, T, A, B, X, Y, ... :
• P : arrivée de Pression. C'est l'orifice d'entrée du fluide venant de la pompe.
• T : retour au bac.
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• A et B : connexion vers le récepteur.
• X et Y : pilotage.
On désigne les distributeurs en fonction du nombre de positions et d'orifices disponibles :
• Un distributeur 4/2 comprend 4 orifices (hors éventuels orifices de pilotage) pour 2
positions.
• Un distributeur 4/3 comprend 4 orifices pour 3 positions.
Exemple de représentations schématiques des positions et orifices
2.2.
Fonctionnement
a. Exemple : Fonction d'aiguillage du fluide
Les distributeurs classiques permettent uniquement d'assurer le fonction d'aiguillage. Ils
vont permettre par exemple de commander :
• la sortie de la tige d'un vérin,
• son arrêt,
• le retour de la tige,
en fonction de la position active du distributeur.
Fonctionnement d'un distributeur dans un circuit simple
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b. Distributeurs 4/2
Etat transitoire dans les distributeurs 4/2
La représentation schématique des distributeurs à 2 positions suggère qu'on passe d'un
état à un autre (position "gauche" à position "droite" par exemple) de façon instantanée.
Cela n'est technologiquement pas possible à réaliser. Même si il n'est pas représenté, il
existe un état transitoire entre les 2 positions. Cet état de transition peut correspondre à
un :
• comportement "fermé" qui a pour avantage de maintenir la pression coté
utilisation mais qui occasionne des chocs hydrauliques.
• comportement "ouvert" qui a pour avantage réaliser une transition sans choc mais
qui occasionne une chute de pression coté utilisation.
c. Distributeurs 4/3
Ce type de distributeur permet de mieux maîtriser l'état intermédiaire entre les 2
positions de travail en intercalant entre elles une position de repos.
Le choix du type de position centrale dépend de la fonction que l'on veut assurer à l'état
repos du distributeur.
Exemple de distributeur 4/3
Il existe de nombreuses possibilités proposées par les constructeurs de matériels
hydrauliques répondant à de multiples besoins. On peut en citer quelques-uns très
courants :
• centre ouvert : Les organes récepteurs sont libres au repos. La pompe se décharge
directement au réservoir à la pression atmosphérique. (pas de pertes
énergétiques)
• centre fermé : Les organes récepteurs sont immobilisés au repos. (pas de débit dans
l'actionneur). La pompe débite soit vers une autre branche du circuit, soit vers le
réservoir à travers le limiteur de pression. Ce dernier cas occasionne des pertes
énergétiques importantes puisque le débit généré par la pompe est évacué vers
le réservoir à une pression élevée (pression d'ouverture du limiteur).
• centre tandem : Les organes récepteurs sont immobilisés au repos et la pompe se
décharge directement vers le réservoir.
• centre chaise partiellement ouvert sur le réservoir: Les récepteurs sont libres mais
le débit de la pompe reste disponible pour une autre utilisation.
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• centre chaise partiellement ouvert sur la pompe : utilisé dans quelques cas, en
particulier pour la commande de distributeurs de puissance à centrage
hydraulique. (distributeurs à 2 étages : Electrohydrodistributeurs)
•
Exemples de centres possibles pour un distributeur 4/3
2.3. Types de commandes
Les commandes des différentes positions du distributeur peuvent être réalisées avec des
technologies différentes qui sont représentées sur les schémas.
On peut trouver des commandes :
a. Mécaniques,
schématisation des commandes mécaniques des distributeurs
b. Electriques,
c. Pneumatiques,
d. ou Hydrauliques.
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schématisation des commandes électriques, pneumatiques et hydrauliques des distributeurs
2.4. Les différentes technologies de distributeurs
Les moyens technologiques de réaliser les fonctions de distributions peuvent être classés
en 3 types :
• Le 1er utilise une combinaison de clapets que l'on ouvre ou que l'on ferme.
• Le 2ème type utilise un tiroir cylindrique PIVOTANT autour de son axe. On les
appelle distributeurs rotatifs ou à boisseau.
• Le 3ème type utilise un tiroir cylindrique COULISSANT. C'est le plus courant car cette
technologie permet une commande aisée des distributeurs.
a. Distributeurs à clapets
Distributeur 3/3 à clapets
Ces distributeurs sont en général utilisé avec des actionneurs simple effet. Ils assurent
une bonne étanchéité lorsque les clapets sont fermés mais ne peuvent être utilisé que
pour des débits assez faibles.
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Exemple de distributeur industriel à clapets
b. Distributeurs rotatifs (à boisseau)
Exemple de distributeur rotatif
Le principe utilisé est celui des vannes.
Ils ne peuvent être utilisés qu'avec de faibles débits et à basse pression.
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c. Distributeurs à tiroir
Le tiroir est une pièce de révolution rectifiée et possédant des gorges qui mettent en
communication les différents orifices du distributeur. Ce tiroir coulisse dans l'alésage
usiné dans un corps massif. Cet alésage comporte des gorges annulaires conjuguées à
celles du tiroir. L'étanchéité entre les différents domaines, pouvant être soumis à des
pressions différentes, est réalisé par l'ajustement entre le tiroir et l'alésage. La qualité de
l'étanchéité (et donc le débit de fuite entre les domaines) dépend du jeu et du
recouvrement entre du tiroir dans l'alésage.
Coupe d'un distributeur à tiroir
Les fuites internes imposent qu'il y ait au moins un orifice à faible pression pour les
évacuer. Cette fonction est appelée drainage des fuites.
Dans le cas des distributeurs ne comprenant pas d'orifice de retour au réservoir (à 2 ou 3
orifices type 2/2, 3/2 ou 3/3), il faut absolument qu'il existe un orifice de drain pour
évacuer ces fuites. Dans le cas des distributeurs comportant un orifice de retour au
réservoir (à 4 orifices ou plus type 4/2, 4/3, ...),cet orifice permet également de drainer
les fuites internes.
2.5.
Distributeurs à tiroir 4/2
Distributeur 4/2 à tiroir : position stable et de travail
Sur l'exemple proposé, le distributeur comporte donc 4 orifices et il existe 2 solutions
pour les relier (2 positions).
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• Position de repos (stable) : La bobine n'est pas alimentée et le ressort est détendu.
1. L'orifice P communique avec l'orifice A.
2. L'orifice B communique avec l'orifice T.
• Position de travail (non-stable ) : la bobine est alimentée et le ressort est comprimé.
1. L'orifice P communique avec l'orifice B.
2. L'orifice A communique avec l'orifice T.
Exemple
En observant cette représentation d'un distributeur 4/2, dessiner son schéma normalisé
avec la représentation des commandes :
Distributeur 4/2 en position de repos
Réponse : schéma du distributeur 4/2
2.6. Distributeurs à tiroir 4/3
Sur l'exemple proposé, le distributeur comporte donc 4 orifices et il existe 3 solutions
pour les relier (3 positions).
• En position de repos (stable), les bobines ne sont pas alimentées et les ressorts sont
en équilibre statique. Le tiroir est en position centrale et tous les domaines sont
isolés les uns des autres : les orifices P, T, A et B sont fermés. C'est donc un
distributeur à centre fermé.
• En position de travail 1 (instable), la bobine L1 est alimentée. Le tiroir s'est déplacé
vers la droite et le ressort gauche est donc détendu, tandis que le ressort droit est
comprimé.
1. L'orifice P communique avec l'orifice B.
2. L'orifice A communique avec l'orifice T.
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• En position de travail 2 (instable), la bobine L2 est alimentée. Le tiroir s'est déplacé
vers la gauche et le ressort gauche est donc comprimé, tandis que le ressort droit
est détendu.
1. L'orifice P communique avec l'orifice A.
2. L'orifice B communique avec l'orifice T.
Exemple de distributeur 4/3 dans ses 3 positions (repos, positions 1 et 2)
Exemple d'un distributeur industriel 4/3 à commande directe.
En observant cette représentation d'un distributeur 4/3, faîtes son schéma normalisé
avec la représentation des commandes :
Distributeur 4/3 à commande directe
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Réponse : schéma du distributeur 4/3
2.7.
Electrohydrodistributeurs
Exemple d'électrohydrodistributeur
Ce sont des distributeurs à commande indirecte (ou à 2 étages). Ils sont utilisés lorsque
les puissances à transmettre sont très importantes. En effet, dans ce cas les forces de
commandes du tiroir deviennent trop importantes pour être réalisées directement par
des solénoïdes. On limite ces commandes directes par solénoïdes à des débits de l'ordre
de 120 l/min. et des pressions de l'ordre de 300 bars. Au delà, on utilise donc un
distributeur à commande directe (valve pilote) pour commander le déplacement d'un
tiroir plus gros dans un 2ème distributeur (valve principale).
Le distributeur présenté ici permet pour une taille de valve principale NG25 un débit
maximal de 700 l/min. avec une pression maximale de service de 350 bars.
Sur les schémas de systèmes hydrauliques, ces distributeurs à 2 étages peuvent être
représentés sous forme :
• développé,
• condensé.
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Schéma développé et condensé d'un électrohydrodistributeur
3. Distributeurs proportionnels
3.1. Introduction
En raison du niveau élevé des puissances mis en jeu, il est parfois nécessaire de créer une
progressivité dans la commutation d'une position à une autre d'un distributeur. On
appelle cette progressivité une "temporisation". On peut la réaliser par limitation du débit
de commande du tiroir principal sur le retour. Cela permet une ouverture progressive du
passage du fluide à l'étage de puissance et évite le risque de "coup de bélier".
Progressivité de la commutation avec limiteurs de débit de commande sur le retour
Cette progressivité peut être réalisée sur des distributeurs à commande indirecte et
directe :
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Moteur fonctionnant dans les 2 sens avec temporisation
Pour réaliser cette progressivité, on ajoute donc des composants supplémentaires
(limiteurs de débits) qui implique de nombreux branchements supplémentaires. Pour
limiter les coûts, on intègre la fonction de limiteur de débit dans le distributeur. On
appelle alors ces appareils des distributeurs proportionnels.
Schéma d'un distributeur proportionnel
3.2.
Principe et caractéristique
a. Principe
On réalise donc le réglage du débit par laminage du fluide au travers du distributeur. Le
tiroir ouvre le passage au fluide progressivement et plus en tout ou rien.
Il est donc nécessaire de commander la position du tiroir de façon très précise. Pour cela
on utilise des électro-aimants pour lesquels la force produite est indépendante de la
position de l'induit. Le déplacement du tiroir est alors proportionnel à l'intensité de
commande.
b. Caractéristique
La caractéristique débit Q = f(déplacement du tiroir) à atteindre idéalement devrait
être parfaitement linéaire. Ce type de caractéristique linéaire est très intéressante en
automatique mais implique qu'il existe un recouvrement nul entre les gorges du
distributeur et les épaulements du tiroir. Il est possible de s'approcher d'un recouvrement
nul avec des tolérances de fabrication de l'ordre d'1/4 de micron qui permettent de
limiter les fuites. Ce type de fabrication étant extrêmement coûteuse, on utilise des tiroirs
avec recouvrement positif.
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Caractéristique idéale d'un distributeur proportionnel
Caractéristique d'un distributeur proportionnel avec tiroir à recouvrement positif
Un recouvrement positif implique que la caractéristique n'est plus linéaire et a plutôt
l'allure ci-contre. Il est alors nécessaire d'en tenir compte dans l'automatisation.
c. Remarques
Distributeurs proportionnels : imprécision de langage
solénoïde : caractéristique Effort = f(courant)
Les solénoïdes proportionnels constituent l'interface entre l'électronique et
l'hydraulique. Ces composants fonctionnent en courant continu et fournissent un effort
(grandeur de sortie) proportionnel au courant électrique (grandeur d'entrée) fourni par
un amplificateur.
L'électro-aimant à action proportionnelle se caractérise par une force (F) proportionnelle
au courant d'alimentation (I). On parle de distributeur proportionnel, c'est une erreur de
langage, il faut dire :
« Distributeur à commande proportionnelle et à tiroir progressif ».
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Pertes énergétiques
Le distributeur à commande proportionnelle agit comme deux étrangleurs, dont l'un
serait monté à l'entrée, et l'autre, à la sortie du récepteur hydraulique. Ce distributeur est
donc responsable de pertes d'énergie importantes.
Distributeur à commande proportionnel
Asservissement en position du tiroir
Pour des raisons d'économie, la commande de position des distributeurs est souvent
réalisée en boucle ouverte.
Cependant, pour améliorer la précision, la répétabilité et le temps de réponse, on peut
réaliser une commande en boucle fermée. On réalise alors un asservissement en
position du tiroir avec un capteur inductif de type LVDT.
3.3.
Appareils compensés en pression
a. Objectif
Le distributeur doit réguler le débit qui le traverse en le maintenant indépendant des
pressions d'entrée et de sortie.
b. Principe
Comme pour les réducteurs-régulateurs de débit déjà étudiés, on associe au distributeur
un régulateur différentiel de pression appelée "balance de pression" qui permet de
maintenir constante la différence de pression ΔP entre l'entrée et la sortie du
distributeur. Ce réglage de ΔP = constante doit fonctionner quel que soit la sortie utilisée
(A ou B). Pour cela on utilise un sélecteur de circuit constitué de 2 clapets unidirectionnels
permettant de sélectionner la sortie du distributeur sous pression : Sup(A,B).
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Maintient d'un ΔP = constante sur un distributeur proportionnel
L'association d'une balance de pression et d'un distributeur proportionnel peut se faire
de manière à réaliser une régulation de débit en série (comme pour un réducteurrégulateur de débit à 2 voies) ou par dérivation (comme pour un réducteur-régulateur de
débit à 3 voies). Le choix entre ces 2 solutions dépend du type d'alimentation en débit du
circuit. (par une pompe à cylindrée constante ou par un système d'alimentation à débit
variable).
c. Montage en dérivation
Distributeur proportionnel compensé en pression, balance de pression en dérivation
Lorsque l'alimentation en débit est contant et donc assuré par une pompe à cylindrée
fixe, on réalise une montage en dérivation de la balance de pression. Le fluide
excédentaire qui peut être en quantité importante dans ce cas est évacué vers le réservoir
au travers de cette balance. On peut intégrer un limiteur de pression pour protéger un
organe situé après le distributeur.
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Montage en dérivation avec limiteur de pression
d. Montage en série
Lorsque l'alimentation en débit est variable, on réalise une montage en série de la
balance de pression. En effet, ici lorsque le besoin en débit change (réglage sur le
distributeur proportionnel), on agit sur la cylindrée de la pompe. (ou on met en charge
l'accumulateur). La balance de pression a donc uniquement le rôle d'adapter le ΔP. On
peut également intégrer un limiteur de pression pour protéger un organe situé après le
distributeur.
Distributeur proportionnel compensé en pression, balance de pression en série
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3.4. Adaptation à la charge
Dans un circuit élémentaire avec une alimentation en débit constant Q0 comportant un
limiteur de débit et un limiteur de pression réglé à P0,il est possible de régler le débit à
une valeur Q < Q0 . La pression P2 imposée par la charge sur l'actionneur peut être
inférieure à la pression maximale P0.
En conséquence, le débit excédentaire Q' = Q0 - Q est évacué au travers du limiteur de
pression à une pression P1 = P0 . La puissance hydraulique produite par la
pompe P0 . Q0 peut donc être beaucoup plus importante que la puissance utile P2 . Q .
La puissance est dissipée :
• au travers du limiteur de pression, soit P0 . (Q0 - Q).
• au travers du limiteur de débit, soit (P0 - P2) . Q
•
Pertes énergétiques dans un circuit hydraulique
Pour optimiser au mieux la puissance produite au besoin, on cherche un système
permettant :
• d'adapter la pression du circuit à celle exigée par la charge (P2).
• d'adapter le débit produit à celui nécessaire (Q).
• d'adapter les 2 paramètres pression et débit. Un tel système sensible à la charge est
appelé load sensing.
3.5.
Adaptation en pression
a. Objectif
On veut conserver une pompe à cylindrée constante mais on en adaptant sa pression de
refoulement à celle crée par :
• la charge, si elle est unique, soit une pression P2.
• la charge maximale, soit une pression Sup(P2) lorsque plusieurs actionneurs sont
alimentés simultanément.
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b. Principe
On utilise une balance de pression à 3 voies avec un tarage du ressort à ΔP pour permettre
le retour au bac de tout le débit non utilisé de la pompe. La pression de refoulement P1 de
la pompe sera donc : P1 = P2 + ΔP. Le schéma ci-contre représente la solution mise en
place pour un seul distributeur. Avec plusieurs distributeurs, on utilise des sélecteurs de
sens permettant de sélectionner la valeur Sup(P2) au lieu de P2.
On associe en général à ce système un limiteur de pression pilote raccordé sur le coté
basse pression chargé de limiter cette pression à une valeur PT . La pression de
refoulement de la pompe est donc alors limitée à la valeur PT + ΔP.
Système adapté en pression
c. Exemple
La balance de pression et le limiteur de pression pilote sont en général intégrés au corps
du distributeur proportionne comme le montre le croquis suivant.
Distributeur proportionnel avec balance et limiteur de pression intégrés
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3.6.
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Exemple d'adaptation en pression
Réglage de débit avec adaptation en pression – démarrage
On considère un circuit comprenant un distributeur proportionnel qui commande un
vérin. (cas d'une presse par exemple)
Au démarrage de la pompe, le distributeur est en position repos :
• La pression de refoulement augmente alors jusqu'à atteindre la valeur de tarage de
la balance : P = ΔP= 20 bars ici.
• Tout le débit Q0 de la pompe retourne au réservoir.
La puissance consommée est alors Q0 . ΔP.
Lorsqu'on commande le distributeur pour réguler un débit Q = 10l/min :
• pour vaincre la charge F = 10 000 N, la pression P2 augmente jusqu'à atteindre la
valeur : P2 = F/S = 50 bars.
• le débit excédentaire Q' est évacué au travers de la balance de pression vers le
réservoir.
La puissance consommée est alors Q0 . ( P2 + ΔP).
On a donc bien ici un système qui s'adapte au besoin en pression. On peut remarquer que
cette adaptation en pression est simplement obtenue avec un distributeur compensé en
pression (intégration de la balance de pression).
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Réglage de débit avec adaptation en pression - en cycle
3.7.
Adaptation en débit
a. Objectif
On dispose d'une génération de débit à régulation de pression réalisée par une pompe à
cylindrée variable et régulation de pression maximale (voir chapitre "Génération de débit
avec pompes à cylindrées variables") ou par une pompe à cylindrée constante associée à
un accumulateur équipé d'un conjoncteur-disjoncteur.
A partir de cette source on veut réguler le débit de commande d'un actionneur, en
utilisant un distributeur proportionnel.
b. Principe
On associe en série avec le distributeur une balance de pression à 2 voies. Si le système
comporte plusieurs distributeurs, chacun d'entre eux sera équipé d'une balance de
pression. On peut également associer à ce système un limiteur de pression pilote raccordé
sur le coté basse pression chargé de limiter cette pression à une valeur PT . La pression
maximale à l'entrée du distributeur est donc alors limitée à la valeur PT + ΔP.
L'association distributeur proportionnel / balance de pression permet ici simplement de
réguler le débit en fonction de la pression p2 due à la charge. L'adaptation du débit est
pilotée par le système de génération de débit variable.(voir chapitre "Génération de débit
avec pompes à cylindrées variables").
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Système adapté en débit
3.8.
Load Sensing
a. Objectif
On veut commander un actionneur avec un débit régulé Q en utilisant un distributeur
proportionnel. Si la charge entraînée par cet actionneur lui impose une pression P2 ,on
veut :
• que le débit produit par la pompe s'ajuste à la valeur Q,
• que la pression du fluide en sortie de la pompe s'ajuste sur la valeur P2 + ΔP (ΔP
correspondant à la différence de pression à maintenir constante sur le
distributeur) ,
• que cette pression soit limitée à une valeur P1 + ΔP.
b. Principe
Ce système doit utiliser une pompe à cylindrée variable. Les principes de commande de
la cylindrée diffèrent en fonction des constructeurs.
Le schéma ci-contre présente un des principes les plus simples permettant une adaptation
de la charge. Il consiste à utiliser une balance de pression à 3 voies et à exploiter le débit
excédentaire de la pompe pour commander la réduction de sa cylindrée. Le vérin de
commande de cylindrée est équipé d'un ressort avec un tarage correspondant au ΔP à
maintenir constant sur le distributeur pour assurer la régulation du débit.
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LOAD SENSING : Système adapté à la charge
c. Détail du fonctionnement
Load sensing : évolution de la pression et du débit
1. Au départ : le distributeur est en position repos.
Lors du démarrage de la pompe, la pression de refoulement P augmente. Cette
pression P s'appliquant coté 1 du vérin de commande de cylindrée, la tige du vérin
se déplace vers la gauche. La cylindrée diminue donc jusqu'à Cy = 0 et donc
débit Q = 0. (parcours a sur le graphique). Tant qu'il n'y a pas de besoin, la pompe
est donc débrayée.
2. Le distributeur s'ouvre. A l'ouverture du distributeur, la pression P de
refoulement s'annule (coté 1 du vérin aussi). Cela provoque un recalage de la
pompe à la cylindrée maximale : Cy = Cy,MAX. (parcours b sur le graphique).
3. Le distributeur proportionnel est ouvert. La position du tiroir est commandée
pour réguler un débit assurant la vitesse souhaitée sur le moteur hydraulique. Il
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ne laisse passer qu'une partie du débit Q de la pompe. Le débit excédentaire
q alimente alors le coté 1 du vérin de commande de cylindrée. La cylindrée Cy de
la pompe diminue alors jusqu'à ce que le piston soit en équilibre sous l'action de :
o la pression P2 due à la charge, augmentée de la valeur ΔP due au tarage du
ressort coté 2 du vérin,
o la pression P2 + ΔP en amont du distributeur coté 1 du vérin.
La cylindrée de la pompe est alors réglée pour un débit Q qui traverse
entièrement le distributeur vers l'actionneur.
4. Si le couple C sur l'arbre du moteur hydraulique varie. La cylindrée de la pompe va
varier pour compenser le phénomène de compressibilité du fluide.
Par exemple, si le couple C augmente, alors la pression P2 due à cette
charge augmente. La cylindrée augmente alors sous l'action du piston du vérin de
commande qui se déplace vers la droite sous l'action de cette augmentation de
P2 jusqu'à ce que la perte de charge au bornes du distributeur se stabilise sur la
valeur de tarage du ressort.
Le débit à l'aspiration de la pompe augmente donc pour compenser le phénomène
de compressibilité du fluide. Cela permet de maintenir une vitesse de rotation
constante de l'arbre du moteur hydraulique malgré cette augmentation de
pression.
L'énergie consommée s'adapte au besoin du circuit.
d. Exemple :
La vidéo suivante montre cette auto-adaptation pour un circuit simple comportant un moteur
hydraulique.
Load sensing, exemple
4. Servo-valves
4.1. Caractéristiques et intérêt
Les servo-valves ont été les premiers organes conçus pour interfacer directement
l'électronique et l'hydraulique. Elles particulièrement utilisées en aéronautique et dans
les asservissements électro-hydrauliques sophistiqués de l'armement et de la robotique.
Ce sont des distributeurs proportionnels,non-compensés en pression, à 2 étages dont le
premier est original.
Les servo-valves se caractérisent par de hautes performances en précision et surtout par
leur faible temps de réponse.
En raison de leur prix très élevés, elles sont concurrencés par les distributeurs
proportionnels asservis étudiés précédemment.
Leur symbole est semblable à celui à celui des distributeurs proportionnels avec un centre
fermé.
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Symbole d'une servo-valve
Caractéristique en débit d'une servo-valve
Les servo-valves ne sont pas compensées en pression. Le débit Q en sortie dépend donc
de la perte de charge ΔPi entre son entrée et sa sortie. L'étage de puissance d'une servovalve est construit avec un tiroir à recouvrement nul. Pour une perte de charge ΔPi =
constante, on obtient donc une caractéristique linéaire du débit Q en fonction du
courant de commande i. Elle sera du type :
4.2. Description
Une servo-valve comporte en général 2 étages. L'étage de puissance est un distributeur
proportionnel classique à tiroir, à recouvrement nul. (d'où la nécessité d'une grande
précision de réalisation qui induit des coût élevés). L'étage de commande a pour objectif
de commander le déplacement du tiroir en créant une différence de pression ΔP entre
ses 2 extrémités. Ce ΔP est obtenu par un système de buses-palette.
La position de la palette située entre les 2 buses est commandée par un moteur-couple.
Cette palette est prolongée d'un élément élastique appelé ressort cantilever. L'extrémité
de ce ressort est logé dans une rainure du tiroir.
Servo-valve MOOG
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4.3. Principe de fonctionnement
Lorsqu'il n'y a pas de courant de commande. La palette est en position centrale entre les
2 buses. Le fluide venant de l'orifice P passe au travers de gicleurs jusqu'aux buses. La
pression du fluide qui alimente les 2 buses est identique. Cette pression s'applique des 2
cotés du tiroir qui reste donc en équilibre en position centrale. Les orifices A et B sont
donc fermés.
Lorsque le moteur-couple est commandé par un courant i, la palette se déplace vers une
des 2 buses (ici, vers celle de droite) et gène donc la sortie du fluide par cette buse. On
crée donc une perte de charge supplémentaire qui provoque l'augmentation de la
pression coté droit du tiroir.
Déplacement de la palette par le moteur-couple
Déplacement du tiroir
Le tiroir se déplaçant vers la gauche entraîne avec lui l'extrémité du ressort cantilever.
Cela crée un couple qui s'oppose à celui produit par le moteur-couple.
Lorsque les 2 couples s'équilibrent, la palette est revenu en position centrale. Les
pressions aux 2 extrémités du tiroir sont donc de nouveau identiques.
La position du tiroir est alors stable et défini par l'égalité entre le couple moteur et et le
couple de rétro-action du ressort cantilever. La position du tiroir est alors l'image du
courant de commande i.
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Il y a donc communication des orifices P et A avec un débit Q proportionnel au courant
d'entrée i.
Équilibre du tiroir pour un débit constant fonction du courant i
Simulation du fonctionnement :
Simulation du fonctionnement d'une servo-valve MOOG
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5. Particularités en hydraulique mobile
5.1. Introduction
Les puissances employées sur les engins sont généralement très importantes. Il faut donc
limiter au maximum les pertes par laminage du fluide pour éviter d'installer des
puissances incompatibles avec des installations mobiles. Il faut également prévoir la
commande de multiples actionneurs, qui ne fonctionnent pas forcément en même temps,
par plusieurs distributeurs. Pour répondre à ces besoins, il a été développé des
distributeurs à 6 orifices de type centre fermé, mais qui permettent le passage libre du
fluide vers le bac dans leur position de repos. En fonction des besoins, on rencontre
plusieurs types de montages de ces distributeurs :
• en cascade
• en parallèle
• en série
Ce paragraphe ne se veut pas un cours d'hydraulique mobile, mais à pour objectif de
signaler ces particularités.
5.2.
Empilement de distributeurs à 6 orifices
a. En cascade
Dans cette configuration, un seul récepteur est servi avec une priorité à l'amont
(distributeur 1)
Distributeurs 6 orifices montés en cascade
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b. en parallèle
distributeurs 6 orifices montés en parallèle
Ici, on peut servir tous les récepteurs en même temps, mais avec une pression de
fonctionnement identique pour tous.
c. en série
Cette configuration existe mais est assez rare. Chaque récepteur se vide dans le suivant.
Distributeurs 6 orifices montés en série
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