Clapet piloté hydraulique : fonctionnement et diagnostic

Le clapet piloté hydraulique est un composant essentiel pour maintenir une charge et sécuriser un vérin dans un circuit hydraulique.

Très utilisé en maintenance industrielle, travaux publics ou agricole, il permet de bloquer un récepteur en position et d’éviter tout mouvement dangereux en cas de fuite ou de rupture d'un flexible.

Dans cette fiche, vous allez comprendre :

le fonctionnement d’un clapet piloté
son rôle dans un circuit hydraulique
les pannes courantes et méthodes de diagnostic

Aller plus loin en hydraulique

Pourquoi utiliser des clapets pilotés ?

Les clapets pilotés ont pour rôle de bloquer les récepteurs. Ils sont installés entre le distributeur et le récepteur. Flasqués directement sur le vérin, ils protègent également l’installation des mouvements inattendus provoqués par la rupture d’un flexible. Ils sont parfois appelés « clapets de sécurité ».

Le schéma ci-dessous représente le circuit d’un stabilisateur sur un engin.

On retrouve :

Le réservoir (rep 1)
Le groupe motopompe (rep 2)
Le limiteur de pression principale (rep 3)
Un distributeur centre tandem du type 4/3 (rep 4)
Un vérin stabilisateur (rep 6)

Lorsque le vérin du stabilisateur est relevé, on s’aperçoit rapidement qu’il ne sera pas maintenu en position. Le distributeur est au repos, il est fermé sur l’orifice A&B, mais par sa conception tiroir, il n’est pas étanche. On constate que l’huile contenue dans la petite chambre du vérin est comprimée par le poids de la tige et du patin, elle retourne au réservoir par les fuites du distributeur.

Pour étancher un circuit hydraulique et bloquer le vérin, il faut installer des clapets pilotés. Les clapets sont des composants considérés étanches. Selon les constructeurs le taux de fuites est de quelques gouttes à la minute.

Afin de s’assurer que les clapets pilotés se ferment correctement, il est conseillé d’installer un distributeur centre ouvert (centre Y ou centre en H).

Stabilisateur en position relevée (clapets pilotés hydrauliques)

Le distributeur (rep 4) est changé par un distributeur centre en H. Des clapets pilotés (rep 7) sont installés flasqués sur le vérin.

La schématisation (Fig. A) est représentative de la mécanique.

On retrouve :

Le clapet 7.1
Le siège du clapet 7.2
Le poussoir pilote 7.3
Le ressort de rappel 7.4 (le ressort de rappel n’est pas représenté sur la schématique car sa valeur est négligeable.)

La pompe est en marche, tout son débit (30 l/min) retourne au réservoir en passant par le centre du distributeur. En négligeant les pertes de charge (frottement de l’huile dans la tuyauterie), aucune pression n’est constatée en M1.

Le vérin du stabilisateur est relevé. Il est maintenu en position grâce aux clapets. L’huile contenue dans la petite chambre du vérin est soumise à une légère pression créée par le poids de la tige et du patin. L’huile ne peut pas s’échapper au réservoir par le distributeur car les clapets sont étanches.

Descente du stabilisateur avec clapets pilotés

En alimentant la bobine (a) du distributeur, le tiroir se déplace vers la gauche correspondant aux flèches droites du symbole. L’huile est orientée vers la grande chambre du vérin en soulevant le clapet piloté (rep 7). La perte de charge créée par le ressort du clapet est négligeable. La pression nécessaire pour soulever l’engin est de 100 bars constatés sur le manomètre M1. Cette même pression appliquée sur la surface d’appui du poussoir (7.3 Fig. A) permet son déplacement. En se décalant, le poussoir ouvre le 2^ème clapet permettant ainsi de faire retourner l’huile de la petite chambre du vérin au réservoir en passant par le distributeur.

Le vérin a un rapport de section de 2, on constate 30 l/min à l’admission du vérin et 15 l/min à l’échappement.

Rapport de section : différence entre la surface du piston côté tige et côté fond.

Engin en appui sur stabilisateur avec clapets pilotés

En relâchant la commande électrique du distributeur, le ressort de rappel ramène le tiroir en position neutre (case centrale du symbole). A cet instant, toute l’huile issue de la pompe retourne au réservoir par le centre du distributeur. Les clapets pilotés se ferment.

L’huile contenue dans la grande chambre du vérin est comprimée par la charge de l’engin à 100 bars. L’huile est bloquée par le clapet (rep 7) permettant ainsi au vérin de maintenir l’engin levé.

Seul une action sur le distributeur permettra de descendre l’engin. Les clapets pilotés sont souvent flasqués directement sur le corps du vérin ou la liaison clapets – vérins est réalisée en tuyauterie rigide ce qui permet de protéger l’utilisateur. Si un flexible éclate, le mouvement se bloque.

Montée du stabilisateur avec clapets pilotés

En alimentant la bobine (b) du distributeur, le tiroir se déplace vers la droite correspondant aux flèches croisées du symbole. L’huile est orientée vers la petite chambre du vérin en soulevant le clapet piloté (rep 7). La perte de charge créée par le ressort du clapet est négligeable. La pression nécessaire pour soulever le clapet opposé à l’aide du poussoir (7.3 Fig. A) sera de 29 bars constatés en M1. En effet, le rapport de pilotage du clapet installé est de 4/1. C’est à dire que la pression nécessaire pour l’ouverture du clapet est 4 fois inférieure à la pression derrière ce même clapet « 10 bars exercés sur la surface du poussoir (7.3 Fig. A) permettent de contrer une contre-pression de 40 bars ».

De manière générale, les rapports de pilotage sont de 1 à 9.

Calcul de la pression nécessaire pour soulever le clapet :

P : Pression de pilotage

L : Pression créée par la charge

PR : Rapport de pilotage du clapet (4/1 = 4)

CR : Rapport de section du vérin

P = L / (PR – 1/CR)

P = 100 / (4 – ½)

P = 28.57 arrondie à 29 bars.

En se décalant, le poussoir ouvre le clapet permettant ainsi de faire retourner l’huile de la grande chambre du vérin au réservoir en passant par le distributeur.

Le vérin ayant un rapport de section de 2, on constate 30 l/min à l’admission du vérin et 60 l/min à l’échappement.

Cas concret terrain :

A noter : Les clapets pilotés permettent de bloquer les récepteurs et de rendre « étanche » une partie du circuit hydraulique. Leurs ouvertures ne sont pas progressives, ils ne permettent pas de maitriser la descente d’une charge menante. En cas de charge menante, les clapets se mettent à vibrer.

Pour maîtriser la descente d'une charge, il faut installer des valves d'équilibrage

Vérin qui ne descend plus ?

Un vérin qui ne descend pas peut être causé par un clapet piloté bloqué ou mal piloté.

Dans certains cas, sur un vérin double effet différentiel équipé de deux clapets pilotés, une fuite interne peut empêcher l’ouverture du clapet.
Dans ce cas, il est essentiel de vérifier la pression de pilotage et l’état interne du clapet.

Ce type de panne est fréquent en maintenance hydraulique industrielle et sur engins TP.