Pourquoi utiliser une pompe à sommation de puissance ?

Pour des raisons de consommation, de pollution et de coût, les moteurs d’entraînement des pompes hydrauliques sont parfois dimensionnés volontairement plus petits.

Afin de ne pas caler le moteur thermique ou électrique, il est nécessaire d’installer une pompe avec une régulation de puissance.

Une pompe hydraulique à sommation de puissance est constituée de deux pompes à pistons reliées mécaniquement par un arbre commun. Cette technologie est principalement utilisée sur les minipelles, pelles hydrauliques, chargeuses et autres engins de travaux publics afin d'obtenir deux débits indépendants tout en limitant la puissance absorbée par le moteur thermique.

Grâce à cette architecture, la machine peut alimenter simultanément plusieurs mouvements hydrauliques tout en évitant le calage du moteur lorsque plusieurs distributeurs sont sollicités.

Cette fiche explique le fonctionnement d'une pompe à sommation de puissance, le rôle des deux barillets, le principe de répartition des débits ainsi que les avantages de cette solution sur les engins hydrauliques modernes.

Aller plus loin en hydraulique

Puissance hydraulique :

Lors du réglage ou du diagnostic d’un circuit hydraulique, l’utilisation d’un manomètre permet de contrôler précisément les pressions du système.

La puissance est le produit de la pression par le débit. L’idée est que la pompe réduise sa cylindrée lorsque la pression du circuit hydraulique devient trop importante.

La pompe à sommation de puissance possède 2 barillets reliés ensemble mécaniquement. Ce type de pompe est souvent utilisé pour les minipelles et engins de TP utilisant une distribution de type 6/3. Cela permet d’avoir 2 débits distincts, chaque débit est dirigé par un joystick, ce qui rend la conduite de l’engin plus agréable.

Constitution de la pompe hydraulique

On retrouve Fig. A :

Rep 1 : Moteur thermique 20 Kw	Rep 10 : Tiroir étagé
Rep 2 : Piston de commande	Rep 11 : Clapet de sélection
Rep 3 : Equerre sur pivot	Rep 12 : Clapet de sélection
Rep 4 : Tiroir de régulation	Rep 13 : Limiteur de pression
Rep 5 : Ensemble ressort réglable	Rep 14 : Distributeur 6/3
Rep 6 : Ressort de rappel du piston de commande	Rep 15 : Vérin double effets
Rep 7 : Piston de mesure coulissant sur équerre	Rep 16 : Limiteur de pression
Rep 8 : Butée cylindrée mimi	Rep 17 : Distributeur 6/3
Rep 9 : Butée cylindrée maxi	Rep 18 : Vérin double effets

Fonctionnement au repos

Au démarrage du moteur thermique (Rep 1), les barillets de pompe sont orientés pleine cylindrée à l’aide du ressort du piston de commande (Rep 6). La pompe débite 100 l/min.

50 l/min sont dirigés vers le réservoir grâce au centre à suivre du distributeur 6/3 (Rep 14). 50 l/min sont dirigés vers le réservoir grâce au centre à suivre du distributeur 6/3 (Rep 17) Une pression résiduelle créée par les pertes de charges est constatée en M1 et M2

On constate que le moteur thermique a une puissance de 20 Kw, ce qui ne permet pas d’entrainer les 2 barillets de la pompe avec un débit maximal (100 l/min) à une pression maximale (250 bars)

P = 250 * 100 / 540 = 46.30 Kw.

Pour ne pas caler le moteur thermique, la pompe sera réglée à 15 Kw.

On remarque que le piston de mesure (Rep 7) coulisse sur l’équerre (Rep 3). Elle est reliée au tiroir de régulation (Rep 4) qui tend à s’opposer à son basculement. Grâce à cet assemblage mécanique, l’effort pour basculer l’équerre lorsque les barillets de pompe sont orientés pleine cylindrée est plus faible que lorsque les barillets de pompe auront réduit leurs cylindrées. De ce fait, dès que la pompe aura commencé à réduire sa cylindrée, la puissance demandée au moteur thermique sera constante (P * Q = Constant).

Fonctionnement avec deux distributeurs

Sur la Fig. B, les distributeurs 6/3 (Rep 14 & 17) sont actionnés totalement. Tout le débit des barillets de la pompe sont orientés vers les vérins (Rep 15 & 18). La pression nécessaire pour déplacer le vérin (Rep 15) est de 120 bars. La pression nécessaire pour déplacer le vérin (Rep 18) est de 200 bars.

Chaquepression est aiguillée sur une surface du piston étagé (Rep 10). L’ensemble piston étagé (Rep 10) + clapets (Rep 11 & 12) ont pour rôle de calculer une pression moyenne qui sera appliquée sous le piston de mesure (Rep 7).

Constat du piston étagé :

Surface A = Surface B + Surface C

1 cm² = 0.5 cm² + 0.5 cm²

Calcul de la pression d’équilibre du piston étagé :

Pression * Surface A = Pression * Surface B + Pression * Surface C

P * 1 = 200 * 0.5 + 120 * 0.5

P = 160 bars

Le clapet de sélection (Rep 12) s’ouvre, l’huile est aiguillée sous le piston de mesure (Rep 7) à 160 bars.

Phase transitoire du changement de cylindrée :

A l’intérieure de la pompe, lorsque la pression appliquée sous le piston de mesure (Rep 7) atteint l’effort nécessaire pour basculer l’équerre (Rep 3), le tiroir de régulation (Rep 4) se déplace vers la droite et oriente l’huile de l’autre côté du piston de commande (Rep 2) du plateau de la pompe. La même pression est de chaque côté du piston de commande (Rep 2), mais la surface B est plus importante que la surface A et il en résulte un déplacement du piston de commande avec une réduction de la cylindrée de la pompe.