Circuit fermé hydraulique : fonctionnement hydrostatique

Le circuit fermé hydraulique, aussi appelé transmission hydrostatique, est largement utilisé pour l’avancement des machines (engins TP, agricole, forestier).

Contrairement au circuit ouvert, il permet un contrôle précis de la vitesse et du sens de rotation des moteurs hydrauliques.

Cependant, ces systèmes sont sensibles aux problèmes de réglage, de pression ou de fuite interne.

Dans cette fiche, vous allez comprendre le fonctionnement d’un circuit fermé et les bases du diagnostic en dépannage hydraulique.

Aller plus loin en hydraulique

Différence circuit ouvert et fermé

Présentation du circuit fermé

Appelé aussi circuit hydrostatique ou circuit d’avancement, il est utilisé pour le déplacement des machines travaux publics et agricoles. On le retrouve également dans les systèmes ayant de puissants mouvements rotatifs à effectuer. (Foreuses, treuils, grues à câbles, malaxeurs industriels, épareuses …)

Il se compose d’une ou plusieurs pompes à double sens de flux et de moteurs hydrauliques . (Dans de très rare cas des vérins hydrauliques : Marine par exemple). Les pompes sont reliées directement aux moteurs par 2 flexibles. L’inversion du sens de rotation des moteurs s’effectue grâce au changement de la cylindrée des pompes.

Malgré le terme « circuit fermé » nous retrouvons un réservoir, une pompe de gavage qui permet de saturer le circuit en huile et de créer une circulation d’huile fraîche à l’aide d’un bloc d’échange.

Lecture schéma du circuit fermé

Sur le schéma ci-dessus nous retrouvons une pompe à pistons double sens de flux (rep 1) accouplée avec une pompe de gavage cylindrée fixe (rep 2) . Le débit de la pompe de gavage est dimensionné à 30% par rapport au débit de la pompe principale. Ce qui permet d’assurer un échange d’huile correct nécessaire pour refroidir le circuit.

La pompe de gavage (rep 2) est protégée par son limiteur de pression (rep 7) à 25 bars.(Appelé parfois soupape BP : Basse Pression)

La pompe principale (rep 1) est protégée par 2 limiteurs de pression (rep 3 & 4) à 400 bars. (Appelé parfois soupape HP : Haute Pression) . Les clapets anti-retour (rep 5 & 6) permettent le gavage du circuit.

Le distributeur 4/3 TOR (tout ou rien) (rep 13) permet d’orienter le plateau de la pompe principale (Marche avant & Marche arrière).

2 flexibles A &B permettent d’alimenter le moteur hydraulique cylindrée fixe à pistons (rep 10) .

Un tiroir d’échange (rep 8) qui permet d’enlever de l’huile du circuit pour la filtrer et la refroidir.

Une valve d’échange (rep 9) réglée à 22 bars qui permet de contrôler la fuite du tiroir d’échange (rep 8).

Le bloc pompe et le bloc moteur sont drainés externe par les tuyaux Y1 & Y2.

Un filtre (rep 11) permet de dépolluer le circuit.

L’échangeur (rep 12) permet de refroidir l’huile.

Fonctionnement du circuit hydrostatique en stand-by

La pompe principale ainsi que la pompe de gavage sont entrainées par le moteur thermique au régime travail.

La pompe principale (rep 1) ne débite pas puisque son plateau est au neutre. Elle n’actionne pas en rotation le moteur (rep 10).

Le débit de la pompe de gavage (rep 2) sature en huile tout le circuit par les clapets anti-retour (rep 5& 6) et retourne au réservoir par le limiteur de pression (rep 7) sous 25 bars.

A noter : En stand-by , le débit de la pompe de gavage sortant du limiteur de pression (rep 7) retourne au réservoir par l’orifice de drainage (Y1) du bloc pompe. L’huile est filtrée et refroidie avant de retourner au réservoir.

Nous constatons 25 bars sur les manomètres A et B.

Nous avons les débits suivants :

Tuyauterie (A) : 0 l/min
Tuyauterie (B) : 0 l/min
Soupape HP (rep 3) : 0 l/min
Clapet (rep 6) : 0 l/min
Soupape HP (rep 4) : 0 l/min
Clapet (rep 5) : 0 l/min
Limiteur pression gavage (rep 7) : 30 l/min
Valve d’échange (rep 9) : 0 l/min
Y1 : 30 l/min
Y2 : 0 l/min

Pour contrôler le zéro de la pompe consulter cette fiche .

Fonctionnement du circuit fermé en marche avant

En alimentant la bobine (a) du distributeur (rep 13), l’huile issue du circuit de gavage déplace le servo-piston de la pompe principale.

La pompe par en cylindrée, elle aspire de l’huile sur la branche (B) et refoule sur la branche (A).

L’huile entraîne le moteur hydraulique en rotation. La pression créée par la charge s’établie à 100 bars sur la branche (A).

Le tiroir d’échange (rep 8) se déplace vers le bas.

L’huile qui ressort du moteur hydraulique retourne à l’aspiration de la pompe principale. Une partie est soutirée du circuit et retourne au réservoir par la valve d’échange (rep 9) sous 22 bars. On retrouve ce débit de fuite sur l’orifice de drainage du moteur (Y2). La pompe de gavage compense cette fuite en apportant de l’huile fraîche du réservoir.

Nous avons 100 bars sur la branche (A) et 22 bars sur la branche (B) lorsque le moteur tourne.

En estimant la fuite au drain de la pompe principale et du moteur hydraulique à 1l/min chacun, nous avons les débits suivants (le débit de pilotage de la pompe passant par le distributeur est négligé) :

Tuyauterie (A) : 99 l/min
Tuyauterie (B) : 70 l/min
Soupape HP (rep 3) : 0 l/min
Clapet (rep 6) : 0 l/min
Soupape HP (rep 4) : 0 l/min
Clapet (rep 5) : 30 l/min
Limiteur pression gavage (rep 7) : 0 l/min
Valve d’échange (rep 9) : 28 l/min
Y1 : 1 l/min
Y2 : 29 l/min

Fonctionnement du circuit fermé en marche avant, véhicule en descente

La machine se retrouve dans une descente et la charge est menante ( 50 bars dans notre exemple).

Le moteur hydraulique (rep 10) se transforme en pompe, et la pompe (rep 1) en moteur. Les rendements mécaniques de la pompe (rep 1) et du moteur thermique évitent normalement l’emballement de la machine.

Le tiroir d’échange (rep 8) se déplace vers le haut.

Nous avons 50 bars sur la branche (B) et 22 bars sur la branche (A)

Tuyauterie (A) : 129 l/min
Tuyauterie (B) : 100 l/min
Soupape HP (rep 3) : 0 l/min
Clapet (rep 6) : 30 l/min
Soupape HP (rep 4) : 0 l/min
Clapet (rep 5) : 0 l/min
Limiteur pression gavage (rep 7) : 0 l/min
Valve d’échange (rep 9) : 28 l/min
Y1 : 1 l/min
Y2 : 29 l/min

Fonctionnement du circuit fermé en marche avant /moteur bloqué.

Durant la rotation du moteur hydraulique (rep 10), il est à noter que si les efforts mécaniques changent, la pression dans le circuit évolue mais la vitesse reste constante.

Lorsque le moteur se bloque, la pompe principale (rep 1) cumule son huile, la pression monte jusqu’à la valeur d’ouverture de la soupape HP (rep 3) à 400 bars protégeant ainsi tout le circuit. Le débit sortant de la soupape HP (rep 3) revient alimenter l’aspiration de la pompe principale en passant par le clapet anti-retour (rep 5).

Le débit de la pompe de gavage compense les fuites du circuit. Le reste retourne au réservoir en passant par la valve d’échange (rep 9) sous 22 bars.

En estimant la fuite au drain de la pompe principale et du moteur hydraulique à 2l/min chacun, nous avons les débits suivants (le débit de pilotage de la pompe passant par le distributeur est négligé) :

Tuyauterie (A) : 2 l/min
Tuyauterie (B) : 26 l/min dans le sens inverse
Soupape HP (rep 3) : 96 l/min
Clapet (rep 6) : 0 l/min
Soupape HP (rep 4) : 0 l/min
Clapet (rep 5) : 126l/min
Limiteur pression gavage (rep 7) : 0 l/min
Valve d’échange (rep 9) : 26 l/min
Y1 : 2 l/min
Y2 : 28 l/min

Fonctionnement du circuit fermé en marche arrière.

En alimentant la bobine (b) du distributeur (rep 13), l’huile issue du circuit de gavage déplace le servo-piston de la pompe principale.

La pompe par en cylindrée, elle aspire de l’huile sur la branche (A) et refoule sur la branche (B).

L’huile entraîne le moteur hydraulique en rotation. La pression créée par la charge s’établie à 100 bars sur la branche (B).

Le tiroir d’échange (rep 8) se déplace vers le haut.

Nous avons 100 bars sur la branche (B) et 22 bars sur la branche (A) lorsque le moteur tourne.

Tuyauterie (A) : 70 l/min
Tuyauterie (B) : 99 l/min
Soupape HP (rep 3) : 0 l/min
Clapet (rep 6) : 30 l/min
Soupape HP (rep 4) : 0 l/min
Clapet (rep 5) : 0 l/min
Limiteur pression gavage (rep 7) : 0 l/min
Valve d’échange (rep 9) : 28 l/min
Y1 : 1 l/min
Y2 : 29 l/min

Fonctionnement du circuit fermé en marche arrière /moteur bloqué.

Lorsque le moteur se bloque, la pompe principale (rep 1) cumule son huile, la pression monte jusqu’à la valeur d’ouverture de la soupape HP (rep 4) à 400 bars protégeant ainsi tout le circuit. Le débit sortant de la soupape HP (rep 4) revient alimenter l’aspiration de la pompe principale en passant par le clapet anti-retour (rep 6).

Le débit de la pompe de gavage compense les fuites du circuit. Le reste retourne au réservoir en passant par la valve d’échange (rep 9) sous 22 bars.