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  4. N°103 Concept Flow Sharing

Fonctionnement du distributeur Flow Sharing (partage de débit)

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 : Distributeur LS (Load Sensing) entrée de gamme.
  • En série pré-compensée : Distributeur LS avec optionbalances de pression individuelles.
  • En série post-compensée : Distributeur de type flow sharing (partage de débit)

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Le concept Flow Sharing (partage de débit) est un distributeur LS post-compensé.

Les distributeurs Flow Sharing peuvent fonctionner avec une pompe cylindrée fixe ou avec une pompe cylindrée variable. Dans ce cas, il suffit de relier le canal LS du distributeur sur lerégulateur LS de la pompe.

On retrouve avec les distributeurs Flow Sharing le même confort de conduite machine que les distributeurs LS pré-compensés.

Il est facile de faire fonctionner plusieurs récepteurs en même temps et de maîtriser leurs vitesses indépendamment des variations de charge.

L’avantage notable est que si la demande en débit des distributeurs est supérieure au débit fourni par la pompe, l’opérateur n’est pas perturbé car les distributeurs partagent le débit. Tous les mouvements en action se trouvent ralentis en gardant les proportions initialement demandées.

Ce type de distributeur s’impose lorsque une pompe à régulation de puissance est installée sur le circuit hydraulique. En effet, pour éviter de caler le moteur d’entrainement (thermique ou électrique), la pompe va réduire sa cylindrée, ce qui provoque un manque de débit qui désorganise les systèmes LS pré-compensés.

2- Fig. A & Fig. B

Rep 1 : Réservoir

Rep 2 : Pompe cylindrée fixe

Rep 3 : Moteur thermique

Rep 4 : Balance de pression générale

Rep 5 : Régulateur de débit 2 voies

Rep 6 : Tête pilote limiteur de pression

Rep 7 : Tiroir tranche 1

Rep 8 : Clapet anti dérive tranche 1

Rep 9 : Compensateur tranche 1

Rep 10 : Valve anti-chocs B tranche 1

Rep 11 : Valve anti-chocs A tranche 1

Rep 12 : Tiroir tranche 2

Rep 13 : Clapet anti dérive tranche 2

Rep 14 : Compensateur tranche 2

Rep 15 : Valve anti-chocs B tranche 2

Rep 16 : Valve anti-chocs A tranche 2

Rep 17 : Vérin double effets

Rep 18 : Vérin double effets

A noter :

La balance de pression générale (Rep 4) permet de saturer en huile les tiroirs (Rep 7 & 12) des distributeurs.

Le régulateur de débit (Rep 5) permet de décomprimer le signal LS au réservoir et de stabiliser les compensateurs pendant le fonctionnement.

La tête pilote (Rep 6) associée à la balance de pression générale (Rep 4) permettent de limiter la pression de la pompe à 250 bars (235 bars + 15 bars)

Les clapets anti-dérives (Rep 8 & 13) permettent les reprises de charge.

Les compensateurs (Rep 9 & 14) ont plusieurs fonctions :

  • Sélecteur de circuit pour durcir le ressort de la balance de pression principale avec la pression du mouvement le plus chargé.
  • Balance de pression individuelle pour permettre de garder une différence de pression constante.
  • Diviseur de débit lorsque la pompe ne débite plus suffisamment.

Fonctionnement distributeur flow sharing (partage de débit)
Schéma distributeur flow sharing

3- Stand-by Fig. C & Fig. D

La pompe (Rep 2) est entraînée par le moteur thermique (Rep 3) à 2000 tr/min. Elle débite 100 l/min. Les tiroirs (Rep 7 & 12) des 2 tranches des distributeurs bouchent l’orifice P.

L’huile se cumule dans le circuit et ouvre la balance de pression principale (Rep 4) à 15 bars.

Toute l’huile (100 l/min) retourne au réservoir. 15 bars sont constatés en M1.

Distributeur LS post-compensé
Distributeur LS flow sharing

4- Action simultanée Fig. E & Fig. F

  1. Phase montée en pression

La pompe (Rep 2) est entraînée par le moteur thermique (Rep 3) à 2000 tr/min. Elle débite 100 l/min.

Les tiroirs (Rep 7 & 12) s’ouvrent, la pression de stand-by (15 bars) se reboucle sur la balance de pression générale (Rep 4). A cet instant la balance de pression se ferme et provoque la montée en pression dans le circuit jusqu’à atteindre la pression de déplacement du vérin (Rep 18) le plus chargé grâce aux compensateurs qui dans cette phase ont la fonction de clapets sélecteurs. La pression d’ouverture de la balance de pression générale est de 100 + 15 = 115 bars.

  1. Phase mouvement

Le débit est orienté à la fois vers le vérin (Rep 17) par le tiroir (Rep 7) et vers le vérin (Rep 18) par le tiroir (Rep 12).

L’huile de la 2éme tranche du distributeur circule de P vers A en passant par le tiroir (Rep 12), le compensateur (Rep 14), le clapet anti-dérive (Rep 13) et une nouvelle fois par le tiroir. La pression créée par le déplacement de la charge (100 bars) est ramenée dans le canal LS grâce aux perçages du compensateur. La pression (100 bars) appuie sur le compensateur (Rep 9) de la première tranche et durcit le ressort de la balance de pression générale. L’huile de retour du vérin circule de B vers T en passant par le tiroir (Rep 12).

L’huile de la 1ére tranche du distributeur circule de P vers B en passant par le tiroir (Rep 7), en soulevant le compensateur (Rep 9), en passant par le clapet anti-dérive (Rep 8) et une nouvelle fois par le tiroir. La pression nécessaire pour soulever le compensateur est de 100 bars. L’huile de retour du vérin circule de A vers T en passant par le tiroir (Rep 7).

  1. Constat

La pression M1 en sortie de pompe est de 115 bars, le débit excédentaire (20 l /min) retourne au réservoir par la balance de pression (Rep 4)

La pression en M3 est de 100 bars. Pression créée par la charge du vérin (Rep 18). La différence de pression aux bornes du tiroir (Rep 12) est de 15 bars.

La pression en M2 est de 100 bars crée par l’effort nécessaire pour soulever le compensateur (Rep 9). La différence de pression aux bornes du tiroir (Rep 7) est de 15 bars.

Les distributeurs sont soumis à la même différence de pression, si l’ouverture des tiroirs sont identiques, le même débit traverse chaque distributeur (40 l/min).

Distributeur proportionnel flow sharing
 
Lecture schéma distributeur flow sharing

5- Mouvement en butée et conservation de la vitesse Fig. G & Fig. H

Le vérin (Rep 18) arrive en butée mécanique, l’huile se cumule dans le vérin et la pression monte dans le circuit hydraulique et dans le canal LS grâce aux perçages du compensateur (Rep 14). La pression du canal LS est limitée à 235 bars par la tête pilote (Rep 6). A cet instant, la balance de pression générale (Rep 4) vaut 250 bars (235 +15).

On constate que la différence de pression aux bornes du tiroir (Rep 7) reste inchangée, puisque la pression nécessaire pour soulever le compensateur (Rep 9) est de 235 bars.

 

 

 

ΔP  = M2 – M1 = 235 -250 = 15 bars

Par conséquent, l’effort du vérin (Rep 18) n’influe pas la vitesse de l’autre récepteur.

Les pressions sont les suivantes :

  • M1, M3, M4 = 250 bars. Pression nécessaire pour soulever la balance de pression générale (Rep 4).
  • M2 = 235 bars. Pression nécessaire pour soulever le compensateur (Rep 9).
  • M5 = 235 bars. Pression nécessaire pour ouvrir la tête pilote (Rep 6).

Les débits sont les suivants :

  • 59 l/min retourne au réservoir par la balance de pression générale (Rep 4).
  • 40 l/min passe par la première tranche du distributeur pour faire sortir le vérin (Rep 17).
  • 1 l/min passe par la deuxième tranche du distributeur pour satisfaire le régulateur de débit (Rep 5) et la tête pilote (Rep 6).
 
Comprendre le distributeur flow sharing
 
Comprendre le schéma du distributeur flow sharing
 

6- Partage du débit Fig. I & Fig. J

 

 

 

 

 

Les 2 vérins sortaient à la même vitesse (comparaison avec Fig. E & Fig. F), le régime du moteur thermique (Rep 3) diminue à 1000 tr/min ce qui engendre une baisse de débit de la pompe (50 l/min).

Dans ce cas, la pompe n’arrive plus à satisfaire la demande initiale des distributeurs (40l/min * 2 = 80 l/min). Il n’y a plus de débit excédentaire et la balance de pression générale (Rep 4) se ferme. La pression de 115 bars en sortie de pompe ne peut plus être maintenue et tend à diminuer. La pression nécessaire pour faire sortir le vérin le plus chargé (Rep 18) est toujours de 100 bars. On remarque que la différence de pression aux bornes de chaque tiroir diminue mais reste identique.

 

ΔP  tiroir (Rep 7) = M2 – M1 = 110 -100 = 10 bars

 

 

 

ΔP  tiroir (Rep 12) = M3 – M1 = 110 -100 = 10 bars

Le débit traversant chaque tiroir diminue mais reste identique (25 l/min). Les compensateurs partagent le débit en s’abaissant légèrement.

Par conséquent le conducteur de la machine n’est pas perturbé par le manque de débit fourni par la pompe puisque tous les mouvements ralentissent en gardant les proportions demandées initialement.

 

 

 

 

 
Explication distributeur flow sharing
 
Explication schéma distributeur flow sharing

Fonctionnement distributeur hydraulique Flow Sharing (Partage de débit)

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