Valve d’équilibrage hydraulique : fonctionnement et maintien de charge

Cette fiche technique permet de comprendre le fonctionnement d’une valve d’équilibrage hydraulique et son rôle dans la maîtrise des charges menantes.

Installée entre le distributeur et le récepteur, elle permet de sécuriser les mouvements et d’éviter une descente incontrôlée en cas de rupture de flexible ou de défaut du circuit.

Objectif : comprendre son fonctionnement avant d’aborder le pilotage et le réglage.

Aller plus loin en hydraulique

Les valves d’équilibrage ont pour rôle de maitriser la descente des charges menantes. Elles sont installées entre les distributeurs et les récepteurs. Flasquées directement sur les vérins, elles servent également de protection en cas de rupture de flexible en bloquant le mouvement. La liaison récepteur-valve d’équilibrage peut être également effectuée en tuyauterie rigide.

Les valves d’équilibrage sont étanches par leur conception. Associées à un distributeur centre ouvert au repos, elles ont également la fonction antichoc pour protéger les récepteurs ou la mécanique.

Elles sont parfois appelées valves de retenue de charge.

Ils existent 2 types de valves d’équilibrage:

Valves d’équilibrage avec pilotage interne.
Valves d’équilibrage avec pilotage externe.

Retrouver la fiche : Fonctionnement valve d'équilibrage avec pilotage externe

Pourquoi utiliser une valve d’équilibrage hydraulique (maintien de charge et sécurité)

Sur le schéma ci-dessus, nous retrouvons un circuit simple composé :

Un réservoir (rep 1)
Un groupe motopompe (rep 2)
Un limiteur de pression principale (rep 3)
Un distributeur centre « tandem » (ouvert de P vers T) (rep 4)
Un vérin avec une charge suspendue (rep 6)

Le vérin (rep 6) soulève une charge suspendue appelée charge menante. La pompe est entraînée par le moteur thermique au régime travail et délivre un débit de 30 l/min. Lorsque le distributeur est excité électriquement (bobine b), le vérin se soulève et on observe une pression de 300 bars sur le manomètre (M1). Cette pression est créée par la charge.

Lorsque le distributeur revient en position neutre comme sur le schéma ci-dessus, les orifices A & B du distributeur sont bouchés.

Les distributeurs de conception de type tiroir ne sont pas étanches, on observe que le vérin dérive et descend doucement. Le vérin n’est pas maintenu en position.

Si on excite le distributeur (bobine a), le vérin descend en survitesse et la charge tombe. La charge entraine le vérin et la descente n’est pas maitrisée.

Installation d’un limiteur de débit pour contrôler la charge

Dans certain cas il est possible d’installer un limiteur de débit pour contrôler la descente d’une charge. L’utilisation d’un limiteur de débit est bon marché, il est souvent utilisé dans l’hydraulique agricole.

Cependant lorsque la charge comprime l’huile du vérin côté grande chambre, il faut s’assurer que la surpression dans la petite chambre du vérin lorsque celui-ci descend ne soit pas trop importante.

Sur la figure ci-dessus, le vérin a été soulevé lorsque la bobine du distributeur (rep 4) a été actionnée. L’huile est passée par le clapet anti-retour (rep 7b) du limiteur de débit. Le vérin s’est soulevé pleine vitesse avec un débit de 30 l/min fourni par la pompe sous une pression de 300 bars.

On constate que le distributeur de type tiroir n’est pas étanche et la charge ne sera pas maintenue en position.

Pourquoi un limiteur de débit peut être dangereux pour le maintien de charge

Sur la figure ci-dessus, lorsque le groupe motopompe est en marche et que le distributeur est actionné, on constate que tout le débit de la pompe n’est pas consommé par le récepteur (vérin rep 6). Le limiteur de débit laisse passer seulement 10 l/min. Le débit rentrant dans le vérin lors de sa descente est de 20 l/min (10 l/min * rapport de section du vérin « 2 »). La pompe délivre 30 l/min, soit 10 l/min de débit excédentaire qui retourne au réservoir par le limiteur de pression (rep 3) sous 350 bars. La contrepression créée par la restriction est de 1000 bars (350 bars * rapport de section du vérin « 2 » + charge « 300 bars »).

En négligeant les pertes de charge (frottement de l’huile dans la tuyauterie nous constatons :

M1 : 350 bars
M2 : 1000 bars
Débit sortie pompe : 30l/min
Débit dans limiteur de pression : 10 l/min
Débit entrant dans le vérin : 20 l/min
Débit dans le limiteur de débit : 10 l/min

Pour éviter ce problème de surpression dans les circuits hydrauliques, l’installation d’une valve d’équilibrage est conseillée.

Fonctionnement d’une valve d’équilibrage hydraulique à pilotage interne

Sur la figure ci-dessus est installée en remplacement du limiteur de débit une valve d’équilibrage (rep 7). Le distributeur centre tandem (rep 4) est remplacé au profit d’un distributeur centre en H.

A noter : Il est conseillé afin de s’assurer de la fermeture de la valve d’équilibrage d’installer des distributeurs qui décompriment la valve au réservoir (centre en H ou centre Y). A défaut, il faut installer une valve d’équilibrage avec un drainage externe.

La schématique Fig. A est représentative de la mécanique Fig. B

Nous retrouvons :

Le clapet 7a
Le pilotage 7b
Le clapet anti-retour de by-pass 7c
Le ressort de réglage 7d
La vis de réglage 7e
Le drainage interne 7f (par défaut non représenté sur les schémas)

La valve d’équilibrage est réglée à 330 bars (10% de la charge maxi).

Retrouver la fiche : comment régler une valve d'équilibrage

Remontée de la charge avec une valve d’équilibrage hydraulique

En actionnant la bobine (b) du distributeur (rep 4), l’huile issue de la pompe est orientée vers la petite chambre du vérin en passant successivement par le distributeur (P vers B) et par le clapet de by-pass (rep 7c) de la valve d’équilibrage. Le vérin se soulève sous une pression de 300 bars créée par la charge. Le débit de la grande chambre du vérin retourne librement au réservoir par le centre du distributeur (A vers T).

En négligeant les pertes de charge on constate :

M1 : 300 bars	Débit admission vérin : 30 l/min
M2 : 300 bars	Débit retour vérin : 60 l/min

Maintien de charge avec une valve d’équilibrage hydraulique

Lorsque la charge est soulevée et que le distributeur revient en position neutre (centre en H), celle-ci est maintenue en l’air grâce à la valve d’équilibrage. La pression de 300 bars créée par la charge s’applique sur la surface (7b) du clapet (7a). Le ressort est réglé à 330 bars, ce qui permet de maintenir le clapet (7a) fermé étanche sur son siège.

A noter : Le manomètre M2 est installé ici pour les explications. Dans la majeure partie des cas, un manomètre est impossible à installer car la valve d’équilibrage est flasquée sur le vérin ou la tuyauterie reliant le vérin à la valve d’équilibrage est en rigide. Ce montage permet d’éviter la chute de la charge en cas de rupture d’un flexible.

Fonctionnement de la valve d’équilibrage lors de la descente de charge

Lorsque la bobine (a) du distributeur est actionnée, le tiroir se déplace vers la gauche correspondant aux flèches droites du symbole. L’huile issue de la pompe est orientée vers la grande chambre du vérin. L’huile de la petite chambre retourne au réservoir en soulevant le clapet (7a) de la valve d’équilibrage.

En négligeant les pertes de charge on constate :

M1 : 15 bars	Débit admission du vérin : 30 l/min
M2 : 330 bars	Débit sortant du vérin : 15 l/min

Le vérin descend pleine vitesse avec tout le débit de la pompe. En revanche le vérin ne descend pas en survitesse puisqu’ il faut 15 bars en sortie de pompe pour permettre l’ouverture de la valve d’équilibrage. Si l’on stop la pompe ou relâche la commande du distributeur, la valve d’équilibrage se referme et bloque le mouvement.

Fonction antichoc d’une valve d’équilibrage hydraulique

La valve d’équilibrage peut avoir également la fonction antichoc si elle est montée avec un distributeur centre ouvert (en H ou Y).

Lorsque la charge est suspendue, celle-ci est maintenue en position grâce à la valve d’équilibrage qui est réglée 10% au-dessus de la charge maxi. Si un choc apparait et que la pression dans la petite chambre atteint les 330 bars, la valve d’équilibrage s’ouvre et évite une surpression trop importante dans le vérin protégeant ainsi le récepteur et la mécanique. Lorsque le choc est absorbé, la valve d’équilibrage se referme et bloque à nouveau la charge en position.

A noter : La fonction équilibrage permet également d’absorber l’inertie de la charge lorsque le mouvement s’arrête brutalement.

En conclusion : La valve d’équilibrage permet de maitriser la descente d’une charge sans pour autant ralentir le mouvement contrairement au limiteur de débit. Elle cumule la fonction clapet piloté puisqu’elle bloque le mouvement en position et la fonction antichoc si elle est montée avec un distributeur centre en (H) ou (Y).

La valve d’équilibrage avec pilotage interne sera réservée aux récepteurs avec des charges fixes ou avec de faibles variations.

Pour des charges variables, on utilisera une valve d’équilibrage avec un pilotage externe.