Fonctionnement distributeur proportionnel mobile (LS)

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1 - Rôle

Le distributeur 4/3 LS est un distributeur progressif ou proportionnel. La photo ci-dessus représente « un PVG » de chez Danfoss .

Il est utilisé dans les applications mobiles (travaux publics, agricoles, portuaires…). Il permet de gérer la vitesse des récepteurs et de faciliter la conduite des machines. Les mouvements simultanés sont possibles et la prise en main des engins est grandement facilité grâce à la conservation de la vitesse des récepteurs.

Le distributeur LS peut être raccordé à une pompe cylindrée fixe ou variable. (Une configuration de la plaque d’entrée sera nécessaire en fonction de la pompe utilisée.)

La commande des distributeurs LS peut être électrique, mécanique ou hydraulique.

LS : Load Sensing : Traduit en français par « sensation de la charge ».

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2 - Stand-by

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Le distributeur est composé d’une plaque d’entrée, d’une ou plusieurs tranches de distributeur et d’une plaque de fermeture. Pour des raisons didactiques, la plaque d’entrée est déportée sur le dessin. Le schéma est représentatif de la mécanique.

Rep 1 : Pompe cylindrée fixe.
Rep 2 : Moteur thermique.
Rep 3 : Gicleur.
Rep 4 : Réservoir.
Rep 5 : Vis de réglage du limiteur de pression.
Rep 6 : Ressort étage pilote du limiteur de pression (190 bars).
Rep 7 : Balance de pression et étage puissance du limiteur de pression (ressort 10 bars).
Rep 8 : Bouchon pour configuration avec une pompe cylindrée variable.
Rep 9 : Levier de commande manuel.
Rep 10 : Butée de tiroir réglable.
Rep 11 : Ressort de rappel du tiroir.
Rep 12 : Tiroir.
Rep 13 : Vérin double effets.
M1, M2, M3 : Manomètres.

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Le distributeur est de type 4/3 (4 orifices / 3 positions)

P : Pression
A & B : sorties pour récepteur.
T : Tank : retour au réservoir.

Les pertes de charge sont négligées pour faciliter l’explication. (Frottement de l’huile dans les canalisations et les composants hydrauliques)

En stand-by, lorsque le moteur thermique (rep 2) tourne au régime travail, la pompe cylindrée fixe (rep 1) débite 100 l/min. L’orifice P est fermé par le tiroir (rep 12) du distributeur. Toute l’huile issue de la pompe se cumule dans le circuit et retourne au réservoir en soulevant la balance de pression (rep 7) sous 10 bars (valeur du ressort de la balance de pression). Ces 10 bars constatés en M1 sont appelés pression d’attente.

L’orifice A & B du distributeur sont bouchés, le vérin reste immobile.

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À noter : Tous les distributeurs de type LS ont l’orifice P de fermé au repos.

Dans le langage hydraulique (constructeur) on appellera une distribution LS centre ouvert un distributeur monté avec une pompe cylindrée fixe. Une distribution LS centre fermé sera un distributeur monté avec une pompe cylindrée variable. Ce langage vient de la modification à effectuer sur la plaque d’entrée (bouchon rep 8).

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3 - Sortie tige

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En donnant une consigne manuelle de 10%, le tiroir (rep 12) du distributeur se déplace progressivement et comprime le ressort de rappel (rep 11). L’orifice P se découvre sur l’orifice A et la liaison B vers T est passante.

Explication de la phase transitoire (montée en pression du circuit) :

La pression d’attente (10 bars) est aiguillée grâce au perçage du tiroir sur la balance de pression (rep 7). Cette pression de 10 bars rajoutée sur la balance de pression durcie le ressort de 10 bars. A cet instant la balance de pression se ferme, le débit de la pompe se cumule dans le circuit et monte en pression jusqu'à atteindre la pression nécessaire pour déplacer le vérin (100 bars). Le vérin se déplace avec le débit dosé par le tiroir du distributeur (10 l/min). La pression créée par la charge (100 bars) est aiguillée par les perçages du tiroir (rep 12) sur la balance de pression (rep 7). A cet instant labalance de pression vaut : 100 bars de charges + 10 bars de ressort. Le débit excédentaire (90 l/min) retourne au réservoir par la balance de pression sous 110 bars.

Cette phase expliquée ci-dessus est transitoire et instantanée. Dès lors que l’opérateur actionne le levier du distributeur, 10 l/min vont au vérin (débit dosé par le déplacement du tiroir) et 90 l/min retournent au réservoir.

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Les pressions constatées sur les manomètres :

M2 : 100 bars (charge).
M1 : 110 bars (charge + 10 bars de balance de pression).
M3 : 0 bar (pression retour).

On constate une ∆P de 10 bars aux bornes du distributeur. Cette différence de pression est créée par la balance de pression et permet de conserver les vitesses au niveau du récepteur.

∆P : Différence de pression.

En effet, le tiroir du distributeur se comporte comme un étranglement, c'est-à-dire que le débit traversant le distributeur change en fonction de la différence de pression à ses bornes (Théorème de Bernoulli). Grâce à la balance de pression installée sur la plaque d’entrée du distributeur, la différence de pression sera maintenue et le débit engendrant la vitesse du vérin sera conservé.

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4 - Conservation de la vitesse

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L’opérateur conserve sa consigne (10 %), mais l’effort du vérin augmente passant de 100 bars à 150 bars.

Explication de la phase transitoire (montée en pression du circuit) :

Instantanément lorsque l’effort du vérin augmente, la pression tend à monter dans le circuit hydraulique. Grâce au perçage du tiroir (rep 12), la balance de pression est informée que le vérin force. Les 150 bars créés par l’effort à vaincre sont ramenés sur la balance de pression et s’additionnent au 10 bars de ressort. L’huile issue de la pompe se partage entre le vérin et le réservoir. Le débit d’huile allant au vérin est toujours dosé par le tiroir du distributeur et l’huile excédentaire retourne au réservoir en soulevant la balance de pression à 160 bars (150 bars de charge + 10 bars de ressort).

Cette phase expliquée ci-dessus est transitoire et instantanée. Si l’opérateur conserve sa consigne et que le vérin force, le débit allant au vérin est conservé puisque la ∆P aux bornes du distributeur n’a pas changé.

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5 - Vérin en butée

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Lorsque le vérin arrive en butée mécanique, l’huile issue de la pompe se cumule dans le circuit jusqu’à atteindre 200 bars.

Explication de la phase transitoire (montée en pression du circuit) :

Lorsque le vérin arrive en butée mécanique la pression tend à monter dans le circuit hydraulique. Grâce au perçage du tiroir (rep 12), la balance de pression est informée que le vérin force. La pression est ramenée sur la balance de pression et s’additionne au 10 bars de ressort. La balance de pression se ferme et la ∆P aux bornes du distributeur s’efface. L’huile instantanément se cumule dans le circuit et monte en pression jusqu’à atteindre la valeur de la tête pilote du limiteur de pression (rep 6 : 190 bars). A 190 bars une fuite calibrée par le gicleur (rep 3) retourne au réservoir (environ 1 l/min) par la tête pilote. Le débit excédentaire (99 l/min) se cumule et ouvre la balance de pression à 200 bars (190 bars tête pilote + 10 bars de ressort).

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Cette phase expliquée ci-dessus est transitoire et instantanée. Lorsque le vérin arrive en butée mécanique la pression atteint 200 bars et l’huile retourne au réservoir par la plaque d’entrée du distributeur. La pompe est protégée.

L’ensemble tête pilote (rep 6), balance de pression (rep 7) et gicleur (rep 3) transforment la balance de pression du distributeur en limiteur de pression à action pilotée.

En conclusion : le distributeur 4/3 LS est couramment utilisé dans les applications mobiles. Il permet une prise en main facile des machines. Il permet de gérer la vitesse des vérins. En revanche il ne permet pas de ressentir l’effort des vérins comme le distributeur 6/3. Il est également plus sensible à la pollution que le distributeur 6/3. Un gicleur ou tiroir bouché entraîne des disfonctionnements qui ne sont pas toujours facile à solutionner. Il est modulable, on peut retrouver de multiples options en fonction des besoins (antichocs, balance de pression individuelle…). Il reste sensiblement plus cher que le distributeur 6/3.

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