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  4. N°096 Les balances de pression

Les balances de pression hydraulique

1 - Introduction

On constate que le débit qui traverse un étranglement change en fonction de la différence de pression à ses bornes.

Q =K * S * √∆p

Q = Débit en l/min

K = Coefficient de forme de l'orifice (prendre 1 si inconnu)

S =Section de l'orifice en mm²

Les distributeurs proportionnels fonctionnent comme des étranglements, puisqu’ils laissent passer une partie du débit en fonction de la consigne qu’ils reçoivent.

De ce fait le débit dans un distributeur proportionnel n’est pas conservé et change en fonction de la charge du récepteur.

L’installation d’une balance de pression appelée aussi compensateur peut corriger ce problème.

Les balances de pression peuvent être installées :

  • En parallèle : Fonctionnement du régulateur de débit 3 voies et du distributeur LS entrée de gamme.
  • En série pré-compensée : Fonctionnement régulateur de débit 2 voies et distributeur LS avec optionbalances de pression individuelle.
  • En série post-compensée : Fonctionnement régulateur de débit 2 voies et distributeur de type flow sharing (partage de débit)

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2 - Balance de pression en parallèle des distributeurs

La balance de pression est installée en parallèle des distributeurs. Elle se comporte comme un limiteur de pression dont la valeur de réglage change en fonction de la charge des récepteurs.

Balance de pression hydraulique en parallèle

  Sur la Fig. A :

Rep 1 : Moteur thermique.

Rep 2 : Pompe cylindrée fixe.

Rep 3 : Limiteur de pression principale.

Rep 4 : Balance de pression en parallèle.

Rep 5 : Distributeur proportionnel.

Rep 6 : Distributeur proportionnel.

Rep 7 : Sélecteur de circuit.

Rep 8 : Moteur hydraulique.

Rep 9 : Moteur hydraulique.

 

 

La pompe entraînée par le moteur thermique débite 100 l/min. Le limiteur de pression protégeant la pompe est réglé à 200 bars.

Le débit de la pompe est orienté vers les distributeurs proportionnels.

Les distributeurs reçoivent une consigne de 10%. Le débit traversant les distributeurs entraine les moteurs hydrauliques et se comprime à 100 bars pour le moteur Rep 8 et 50 bars pour le moteur Rep 9.

Le clapet sélecteur de circuit oriente la pression du moteur le plus chargé (100 bars) sur le ressort de la balance de pression Rep 4. La balance de pression vaut à cet instant 100 bars de pression hydraulique + 10 bars de ressort. Le débit excédentaire 65 l/min retourne au réservoir par la balance de pression.

On constate que la différence de pression (Δp)  aux bornes des distributeurs est différente.

 

10 bars sont constatés aux bornes du distributeurs Rep 5 et 60 bars aux bornes du distributeur Rep 6. Ceci explique la différence de débit traversant les distributeurs.

 

La balance de pression permet de maintenir une Δp  constante aux bornes du distributeur qui a le mouvement le plus chargé. La vitesse du moteur le plus chargé reste constante au détriment de l’autre récepteur. Ce montage est à réserver aux systèmes qui ne fonctionnent pas avec des mouvements simultanés.

  

  

 

 

3 - Distributeur pré-compensé

Les balances de pression sont installées en série avant les distributeurs. Elles se comportent comme des réductions de pression dont la valeur change en fonction des charges des récepteurs.  La balance de pression en parallèle est conservée pour éviter le laminage du débit excédentaire dans le limiteur de pression.

Balance de pression hydraulique en série pre-compensee

 La pompe entraînée par le moteur thermique débite 100 l/min. Le limiteur de pression protégeant la pompe est réglé à 200 bars.

Le débit de la pompe est orienté vers les distributeurs proportionnels.

Les distributeurs reçoivent une consigne de 40%. Le débit traversant les balances de pression et les distributeurs entrainent les moteurs hydrauliques en se comprimant à 100 bars pour le moteur Rep 8 et 50 bars pour le moteur Rep 9.

Le clapet sélecteur de circuit oriente la pression du moteur le plus chargé (100 bars) sur le ressort de la balance de pression Rep 4. La balance de pression vaut à cet instant 100 bars de pression hydraulique + 10 bars de ressort. Le débit excédentaire 20 l/min retourne au réservoir par la balance de pression.

Au même instant, la pression de la charge de chaque moteur hydraulique est ramenée en pilotage sur les balances de pression installées en série avant chaque distributeur.

Les balances de pression se comportent comme des réducteurs de pression dont la valeur de réglage change en fonction de la charge du récepteur. Charge + 5 bars de ressort.

On constate que la différence de pression (Δp)  aux bornes des distributeurs est identique.

(5 bars) Le débit traversant les distributeurs est le même et les moteurs tournent à la même vitesse.

Ce montage est préconisé pour les systèmes qui fonctionnent avec des mouvements simultanés.

Ce montage fonctionne tant que la pompe arrive à saturer en huile les distributeurs. Si le débit de la pompe n’est plus suffisant (baisse régime thermique, augmentation de la consigne des distributeurs etc…) la (Δp)  ne sera pas maintenue aux bornes des distributeurs, les vitesses des récepteurs ne seront pas conservées et resteront aléatoires.

  

 

 

4 - Distributeur post-compensé

Les balances de pression sont installées en série après les distributeurs. Elles se comportent comme des valves de séquence dont la valeur change en fonction des charges des récepteurs.  La balance de pression en parallèle est conservée pour éviter le laminage du débit excédentaire dans le limiteur de pression.

Balance de pression hydraulique en série post-compensee

Sur la Fig. C :

Rep 1 : Moteur thermique.

Rep 2 : Pompe cylindrée fixe.

Rep 3 : Limiteur de pression principale.

Rep 4 : Balance de pression en parallèle.

Rep 5 : Distributeur proportionnel.

Rep 6 : Distributeur proportionnel.

Rep 7 : Sélecteur de circuit.

Rep 8 : Moteur hydraulique.

Rep 9 : Moteur hydraulique.

Rep 10 : Balance de pression en série.

Rep 11 : Balance de pression en série.
 

La pompe entraînée par le moteur thermique débite 100 l/min. Le limiteur de pression protégeant la pompe est réglé à 200 bars.

Le débit de la pompe est orienté vers les distributeurs proportionnels.

Les distributeurs reçoivent une consigne de 40%. Le débit traversant les distributeurs et les balances de pression entrainent les moteurs hydrauliques en se comprimant à 100 bars pour le moteur Rep 8 et 50 bars pour le moteur Rep 9.

Le clapet sélecteur de circuit oriente la pression du moteur le plus chargé (100 bars) sur le ressort de la balance de pression Rep 4. La balance de pression vaut à cet instant 100 bars de pression hydraulique + 10 bars de ressort. Le débit excédentaire 20 l/min retourne au réservoir par la balance de pression.

Au même instant, la pression de la charge de chaque moteur hydraulique est ramenée en pilotage sur les balances de pression installées en série après chaque distributeur.

Les balances de pression se comportent comme des valves de séquence dont la valeur de réglage change en fonction de la charge du récepteur. Charge + 5 bars de ressort.

On constate que la différence de pression (Δp)  aux bornes des distributeurs est identique.(5 bars) Le débit traversant les distributeurs est le même et les moteurs tournent à la même vitesse.

Ce montage est préconisé aux systèmes qui fonctionnent avec des mouvements simultanés.

La différence notable avec les distributeurs pré-compensés est que la vitesse des récepteurs restera maîtrisée même si la pompe n’arrive pas à saturer en huile les distributeurs. (Fig. D)

 

 

 

 
Balance de pression hydraulique en série post-compensee 2
 

Sur la Fig. D, le moteur thermique a ralenti et le débit de la pompe n’arrive plus à saturer en huile la consommation demandée par les distributeurs. La balance de pression en parallèle Rep 4 se ferme, la pression en sortie de pompe tend à diminuer (108 bars constatés en M1). La pression d’ouverture des balances de pression est toujours la même (pression de la charge + 5 bars de ressort). On constate que la (Δp)  aux bornes des distributeurs va diminuer mais restera identique sur les deux circuits. Le débit traversant les distributeurs va se réduire en gardant les mêmes proportions de consigne. La vitesse des récepteurs reste maitrisée. Ce concept est appelé « flow sharing » : Partage de débit.

Formation hydraulique : Le partage de débit à l'aide des balances de pression

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