Valve en cartouche : les clapets logiques hydrauliques

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Le clapet logique également appelé valve en cartouche est utilisé dans les circuits hydrauliques pour orienter des débits importants.

De conception étanche, il peut avoir la fonction :

Clapet anti-retour lorsqu’il est utilisé seul.
Vanne 2 voies lorsqu’il est couplé avec un distributeur pilote.
Toutes les fonctions des valves de pression lorsqu’il est couplé avec une tête pilote (limiteur de pression, valve d’équilibrage, valve de séquence, valve antichoc, réduction de pression…).

Sur la photo est représenté un clapet logique à insérer dans un bloc foré (un clapet muni d’un ressort de faible raideur est inséré dans une chemise qui est elle-même insérée dans un bloc foré).

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Fig. A : clapet 0%

Surface X = surface A (Il n’y a pas de surface B).

Les conditions d’ouverture du clapet (rep C) sont les suivantes :

Lorsque la pression exercée sur la surface A du clapet atteint la pression exercée sur la surface X du clapet auquel s’ajoute la pression nécessaire pour contrer le ressort mécanique de rappel (rep F), le débit soulève le clapet.

Exemple : le clapet est soumis à une pression de pilotage X de 50 bars et le ressort a une valeur de 20 daN. (surface SA et SX = 10 cm²)

Conditions d’ouverture : pA * SA ≥ pX *SX + F

pA * 10 = 50 * 10 + 20

pA * 10 = 520

pA = 520 / 10 = 52 bars

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Fig. B : clapet 10%

Surface X = surface A + surface B (La surface B correspond à 10% de la surface X).

Les conditions d’ouverture du clapet (rep C) sont les suivantes :

Lorsque la pression exercée sur la surface A du clapet aidée par la pression exercée sur la surface B atteint la pression exercée sur la surface X du clapet auquel s’ajoute la pression nécessaire pour contrer le ressort mécanique de rappel (rep F), le débit soulève le clapet.

Exemple : le clapet est soumis à une pression de pilotage X de 50 bars et le ressort à une valeur de 20 daN. (SX = 10 cm², SB = 10% = 1 cm², SA = 9 cm²). La pression en B est de 20 bars.

Conditions d’ouverture : pA * SA + pB * SB ≥ pX *SX + F

pA * 9 + 20 * 1 = 50 *10 + 8

pA * 9 + 20 = 508

9 pA = 508 – 20

pA = 488 / 9 = 54.22 bars

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2 - Fonction anti retour.

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Utilisé seul, le clapet logique à la fonction clapet anti retour (fig. A). L’huile passe de A vers B en contrant le ressort de rappel + la pression logée derrière le clapet. L’huile ne peut pas passer de B vers A, le clapet étanche s’y oppose.

Le symbole (fig. B) de la cartouche représente la mécanique vue en coupe (fig. C).

On retrouve :

Le clapet ajusté coulissant dans la chemise (rep 1).
La chemise (rep 2).
Le ressort de rappel de faible raideur (rep 3).
Couvercle (seule pièce visible fixée sur le bloc foré) (rep 4).
Bouchon (permet de piloter le clapet par une source hydraulique extérieure) (rep 5).

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Les conditions d’ouverture du clapet de A vers B sont les suivantes :

La pression régnante en A doit être supérieure ou égale à la pression régnante en B à laquelle s’ajoute la pression nécessaire pour contrer le ressort de rappel pour que la cartouche se soulève et laisse passer l’huile de A vers B.

Conditions d’ouverture : pA * SA + pB * SB ≥ pX *SX + F

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3 - Fonction électrovanne

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Lorsque le clapet logique est associé à un distributeur 4/2 CETOP 3, il prend la fonction électrovanne comme sur la fig.A. Au repos l’huile est bloquée de B vers A.

Le symbole (fig. B) de la cartouche représente la mécanique vue en coupe (fig. C).

On retrouve :

Le clapet ajusté coulissant dans la chemise (rep 1).
La chemise (rep 2).
Le ressort de rappel de faible raideur (rep 3).
Couvercle (rep 4).
Bobine du distributeur 4/2 (rep 5).
Tiroir du distributeur 4/2 (rep 6).
Ressort de rappel du tiroir du distributeur (rep 7).
Bouchon (rep 8).

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Au repos, le distributeur 4/2 (4 orifices / 2 positions) oriente l’huile de P vers B & A vers T. Cette position est représentée en flèches croisées sur le symbole (fig. B). La pression régnante dans l’orifice B est ramenée en X sur le clapet (rep 1) et s’ajoute au ressort de rappel (rep 3).

Le clapet ne peut pas s’ouvrir. Il est étanche entre A & B.

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À noter : Le clapet est étanche entre A & B lorsqu’il est fermé. En revanche le distributeur 4/2 est de type tiroir. Une fuite résiduelle est possible entre B et T. Pour effectuer un maintien en position ou une étanchéité optimum de la ligne B, il est possible d’installer un distributeur de type clapet en remplacement du distributeur 4/2.

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Lorsque la bobine électrique est alimentée, l’électrovanne (fig. A) s’ouvre et laisse passer l’huile de A vers B ou de B vers A selon le sens du flux.

Le symbole (fig. B) de la cartouche représente la mécanique vue en coupe (fig. C).

Lorsque la bobine (rep 5) est alimentée, le tiroir (rep 6) se déplace vers la gauche et comprime le ressort de rappel (rep 7). Ce déplacement correspond aux flèches droites du symbole. L’orifice P communique vers A qui est bouché (rep 8) et la partie supérieure du clapet est décomprimée au réservoir par l’orifice B du distributeur.

Le clapet logique se soulève et ouvre le passage de B vers A ou A vers B à la valeur du ressort de faible raideur (rep F).

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À noter : Dans le montage ci-dessus, le clapet logique ne possède pas de fonction anti retour. C’est à dire en cas de charge menante ou chute de pression sur l’une des branches, le clapet ne peut pas se fermer et provoque la chute de la charge. Pour éviter ce phénomène, il existe de nombreuses variantes de montage avec différents distributeurs et des pilotages qui peuvent être pris également sur la branche A ou venir d’un circuit séparé.