Distributeur LS (Load Sensing) et conservation des vitesses

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1 - Rôle

Le distributeur 4/3 LS est progressif ou proportionnel. La commande peut être manuelle, électrique ou hydraulique.

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. En fonction des options choisies (balances de pression individuelles par exemple), la prise en main des machines est grandement facilitée.

Le distributeur LS peut être raccordé à une pompe cylindrée fixe ou variable.

Le distributeur de type 4/3 LS comporte 4 ou 5 connexions selon la configuration choisie :

P : Pression (Entrée de l’huile).
T : Tank (Retour réservoir).
A & B : Connexions récepteurs (vérins ou moteurs hydrauliques)
LS : Pilotage pompe (Connexion pour pompe cylindrée variable)

À noter : Le pilotage LS n’est pas connecté et reste bouché lorsque le distributeur est configuré pour fonctionner avec une pompe cylindrée fixe.

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2 - Fonctionnement : stand-by

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Sur la Fig. A est représentée le bloc distributeur 4/3 LS : pour des raisons didactiques, le distributeur est découpé en 4 parties :

Rep 0 : Plaque d’entrée.
2 tranches de distributeur.
Rep 16 : Plaque de fermeture.

On retrouve :

Rep P : Arrivée (refoulement pompe).
Rep T : Retour au réservoir (tank).
Rep LS : Bouchon permettant de contrôler le signal LS ou de raccorder le signal à une pompe LS.
Rep M : Connexion manomètre (pression pompe).
Rep 1 : Pompe hydraulique cylindrée fixe.
Rep 2 : Moteur thermique.
Rep 3 : Gicleur.
Rep 4 : Réservoir.
Rep 5 : Vis de réglage du limiteur de pression.

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Rep 6 : Ressort tête pilote du limiteur de pression (190 bars).
Rep 7 : Ressort de la balance de pression (10 bars).
Rep 8 : Bouchon. ( À modifier pour configuration avec une pompe à cylindrée variable).
Rep 9 : Commande manuelle par levier.
Rep 10 : Butée de tiroir réglable (réglage débit maximum).
Rep 11 : Ressort de rappel du tiroir (remise au neutre).
Rep 12 : Tiroir usiné. Les orifices du tiroir sont représentés par les pointillés & les gicleurs sur le symbole.
Rep 13 : Clapet navette qui permet de sélectionner la pression du vérin le plus chargé.
Rep 14 : Vérin avec une charge qui crée une pression de déplacement de 100 bars.
Rep 15 : Vérin avec une charge qui crée une pression de déplacement de 50 bars.

La pompe cylindrée fixe (rep 1) entrainée par le moteur thermique (rep 2) débite 100 l/min.

Le centre des distributeurs sont bouchés (fermés), la canalisation LS représentée par les pointillés sur le symbole est décomprimée au réservoir par les usinages des tiroirs. Aucune pression ne vient s’ajouter à la valeur du ressort de la balance de pression (rep 7). Toute l’huile issue de la pompe retourne au réservoir par la balance de pression sous 10 bars constatés sur le manomètre M1.

À noter : les distributeurs 4/3 LS sont des distributeurs proportionnels, c'est-à-dire qu’en fonction de la consigne reçue par le distributeur, le tiroir se déplace plus ou moins quel que soit le type de commande utilisée (manuelle, hydraulique ou électrique).

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3 - Fonctionnement : 1 seul mouvement

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Sur la Fig. B, l’opérateur actionne le levier du distributeur (rep 9), le tiroir (rep 12) se déplace progressivement en fonction de la consigne et comprime le ressort de rappel (rep 11). Le déplacement du tiroir découvre le passage de P vers A & B vers T. Au même instant il oriente l’information de pression de la canalisation A (pression vérin) dans le signal LS. Le clapet navette (rep 13) se décale et permet de fermer la balance de pression (rep 7). Cette phase est transitoire et extrêmement rapide qui est inaperçue par l’opérateur (phase montée en pression)

L’huile est orientée vers le vérin par le tiroir du distributeur sans toutefois laisser passer la totalité du débit de la pompe. 10 l/min sont dosés par l’opérateur, le vérin sort sous une pression de 100 bars créée par l’effort à vaincre. Cette même pression est ramenée dans la ligne LS par les usinages du tiroir et s’ajoute au ressort de 10 bars de la balance de pression (rep 7). L’huile excédentaire (90 l/min) retourne au réservoir par la balance de pression sous 110 bars constatés en M1. (100 bars créés par la charge (LS) + 10 bars de ressort).

Le vérin sort à vitesse réduite avec un débit de 10 l/min. On constate une différence de pression (ΔP ) de 10 bars aux bornes du distributeur (110 bars en sortie de pompe – 100 bars dans le vérin).

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Si durant le déplacement du vérin l’effort sur la tige augmente, la pression instantanément augmente dans le vérin à 150 bars (par exemple). Grâce au perçage du tiroir, la pression dans le signal augmente également et durcie le ressort de la balance de pression (rep 7). L’huile excédentaire (90 l/min) retourne toujours au réservoir par la balance de pression mais sous une pression de 160 bars (150 bars créés par la charge (LS) + 10 bars de ressort).

On constate que la différence de pression aux bornes du distributeur est toujours de 10 bars ce qui permet de conserver le débit de 10 l/min passant dans le distributeur. La vitesse du vérin est maintenue grâce à la conservation de la ΔP (théorème de Bernoulli).

ΔP : Différence de pression

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4 - Fonctionnement : mouvements simultanés

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Sur la Fig. C, l’opérateur actionne les 2 leviers de commande du distributeur (rep 9).Les tiroirs (rep 12) se déplacent progressivement en fonction des consignes et compriment les ressorts de rappel (rep 11). Le déplacement des tiroirs découvre les passages de P vers A & B vers T pour chaque vérin. Au même instant ils orientent l’information de pression de la canalisation A (pressions vérins) dans le signal LS. Le clapet navette (rep 13) se décale et permet de fermer la balance de pression (rep 7). Cette phase est transitoire et extrêmement rapide qui est inaperçue par l’opérateur (phase montée en pression).

L’huile est orientée vers les vérins par le tiroir des distributeurs sans toutefois laisser passer la totalité du débit de la pompe. La position des leviers de commande est identique (10%). Grâce aux clapets navettes (rep 13), la pression la plus importante (celle du vérin rep 14 : 100 bars) est ramenée sur la balance de pression (rep 7) et s’ajoute au ressort de 10 bars.

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La pompe sature en huile les distributeurs, le débit excédentaire (78 l/min) retourne au réservoir par la balance de pression sous 110 bars constatés en M1. (100 bars créés par la charge (LS) + 10 bars de ressort).

On constate que les vérins sortent en même temps mais ne vont pas à la même vitesse.

Pour la même ouverture des tiroirs (rep 12), la ΔP est différente (10 bars pour le vérin(rep 14) & 60 bars pour le vérin (rep 15)).

Le vérin (rep 14) sort avec un débit de 10 l/min alors que le vérin (rep 15) sort avec un débit de 12 l/min.

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5 - Fonctionnement : accélération / butée

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Sur la Fig. D, le vérin arrive en butée mécanique. Instantanément l’huile se cumule dans le vérin (rep 15) et la pression monte. La ΔP s’efface aux bornes du distributeur, les clapets navettes se déplacent car le vérin (rep 15) force plus que le vérin (rep 14). La pression sortie de pompe est ramenée sur la balance de pression par le pilotage LS. À cet instant la balance de pression se ferme, l’huile se cumule dans le circuit jusqu’à atteindre 190 bars réglés par la tête pilote (rep 6). Lorsque le clapet (rep 6) s’ouvre, la pression derrière le gicleur (rep 3) ne peut plus évoluer car toute l’huile qui arrive à passer par celui-ci (par exemple 1 l/min) retourne au réservoir par le clapet (rep 6) sous 190 bars. La pompe débite 100l/min, l’huile se cumule dans le circuit jusqu’à atteindre 200 bars constatés en M1 (190 bars du clapet (rep 6) + 10 bars du ressort de la balance de pression). À cet instant la balance de pression s’ouvre, le débit excédentaire (84 l/min) retourne toujours au réservoir.

Le vérin (rep 14) poursuit sa course et accélère car la ΔP aux bornes du distributeur augmente à 100 bars.

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En conclusion :

Le distributeur 4/3 LS permet de gérer la vitesse des récepteurs. Ce type de distribution facilite la conduite des engins (pelles, grues…). Toutefois, la vitesse des récepteurs reste aléatoire lorsqu’ils sont utilisés en simultanés.

Pour améliorer la facilité de la conduite il est utile d’installer des distributeurs LS avec des balances de pression individuelles qui permettront de conserver la vitesse des vérins lorsqu’ils fonctionnent en simultanés.

Le distributeur LS peut être complété par de multiples options (antichocs, balances de pression individuelles…). Il peut être configuré pour fonctionner avec une pompe cylindrée fixe ou variable en modifiant la plaque d’entrée.

Contrairement au distributeur 6/3 l’opérateur ne ressentira pas l’effort de la machine à l’exception des changements de bruit provoqués par la montée en pression du circuit.