Fonctionnement distributeur LS (Load Sensing) avec balances de pression individuelles

Sur un distributeur Load Sensing (LS) classique, les mouvements simultanés peuvent provoquer des variations de vitesse lorsque les charges appliquées sur les récepteurs sont différentes.

L’ajout de balances de pression individuelles permet de réguler indépendamment le débit sur chaque tranche du distributeur. Cette technologie améliore la stabilité des mouvements hydrauliques et facilite le contrôle des fonctions simultanées sur les machines mobiles.

Cette fiche explique le fonctionnement d’un distributeur LS équipé de balances de pression individuelles, ainsi que leur rôle dans la régulation des débits et le maintien des vitesses des récepteurs hydrauliques.

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Le distributeur 4/3 LS est progressif, sa commande est proportionnelle. La commande peut être manuelle, électrique ou hydraulique.

Il est utilisé dans les applications mobiles (travaux publics, agricoles, portuaires…). Il permet de gérer la vitesse des récepteurs et de faciliter la conduite des machines. Les mouvements simultanés sont possibles en fonction des options choisies (balances de pression individuelles), la prise en main des machines est grandement facilitée.

Le distributeur LS peut être raccordé à une pompe cylindrée fixe ou variable.

Le distributeur de type 4/3 LS comporte 4 ou 5 connexions selon la configuration choisie :

• P : Pression (Entrée de l’huile).
• T : Tank (Retour réservoir).
• A & B : Connexions récepteurs (vérins ou moteurs hydrauliques)
• LS : Pilotage pompe (Connexion pour pompe cylindrée variable)

 A noter : Le pilotage LS n'est pas connecté et reste bouché lorsque le distributeur est configuré pour fonctionner avec une pompe cylindrée fixe.

Pour comprendre les bases théoriques du système LS

Voir le fonctionnement du distributeur LS en vue en coupe

Sur la Fig. A est représentée le bloc distributeur 4/3 LS : Pour des raisons didactiques, le distributeur est découpé en 4 parties :

• Rep 0 : Plaque d’entrée.
• 2 tranches de distributeur.
• Rep 16 : Plaque de fermeture.

On retrouve :

• Rep P : Arrivée (refoulement pompe).
•  
• Rep T : Retour au réservoir (tank).
• Rep LS : Bouchon permettant de raccorder le signal à une pompe LS.
• Rep M : Connexion manomètre (pression pompe).
• Rep 1 : Pompe hydraulique cylindrée fixe.
• Rep 2 : Moteur thermique.
• Rep 3 : Gicleur.
• Rep 4 : Réservoir.
• Rep 5 : Vis de réglage du limiteur de pression.
• Rep 6 : Ressort tête pilote du limiteur de pression (190 bars).
• Rep 7 : Ressort de la balance de pression (10 bars).
• Rep 8 : Bouchon. (À modifier pour configuration avec une pompe à cylindrée variable).
• Rep 9 : Commande manuelle par levier.
• Rep 10 : Butée de tiroir réglable (réglage débit maximum).
• Rep 11 : Ressort de rappel du tiroir (remise au neutre).
• Rep 12 : Tiroir usiné. Les orifices du tiroir sont représentés par les pointillés & les gicleurs sur le symbole.
• Rep 13 : Clapet navette qui permet de sélectionner la pression du vérin le plus chargé.
• Rep 14 : Vérin avec une charge qui crée une pression de déplacement de 100 bars.
• Rep 15 : Vérin avec une charge qui crée une pression de déplacement de 50 bars.
• Rep 17 : Balances de pression individuelles.
• Rep 18 : Ressorts des balances de pression individuelles (5 bars).
• LSA et LSB : Limiteurs de pression réglables installés sur le pilotage LS.
• Antichocs : Valves antichocs non réglable.
• M1 : Manomètre installé en sortie de pompe.
• M2 et M3 : Manomètres installés pour les explications entre les balances de pression et les tiroirs. (Il est impossible dans la réalité d’installer des manomètres à cet endroit).

La pompe cylindrée fixe (rep 1) entrainée par le moteur thermique (rep 2) débite 100 l/min.

Le centre des distributeurs sont bouchés (fermés), la canalisation LS représentée par les pointillés sur le symbole est décomprimée au réservoir par les usinages des tiroirs. Aucune pression ne vient s’ajouter à la valeur du ressort de la balance de pression (rep 7). Toute l’huile issue de la pompe retourne au réservoir par la balance de pression sous 10 bars constatés sur le manomètre M1.

Les balances de pression (rep 17) fonctionnent comme des réductions de pression. La pression derrière les balances est réduite à 5 bars constatés sur les manomètres M2 et M3.

A noter : Les distributeurs 4/3 LS sont à commande proportionnelle, c'est-à-dire qu'en fonction de la consigne reçue par le distributeur, le tiroir se déplace plus ou moins quel que soit le type de commande utilisée. (Manuelle, hydraulique ou électrique)

Sur la Fig. B, l’opérateur actionne les 2 leviers de commande du distributeur (rep 9). Les tiroirs (rep 12) se déplacent progressivement en fonction des consignes (10%) et compriment les ressorts de rappel (rep 11). Le déplacement des tiroirs découvre les passages de P vers A & B vers T pour chaque vérin. Au même instant ils orientent l’information de pression de la canalisation A (pressions vérins) dans le signal LS. Le clapet navette (rep 13) se décale et permet de fermer la balance de pression (rep 7). Cette phase est transitoire et extrêmement rapide qui est inaperçue par l’opérateur (phase montée en pression).

L’huile est orientée vers les vérins par le tiroir des distributeurs sans toutefois laisser passer la totalité du débit de la pompe. La position des leviers de commande est identique (10%). Grâce aux clapets navettes (rep 13), la pression la plus importante (celle du vérin rep 14 : 100 bars) est ramenée sur la balance de pression (rep 7) et s’ajoute au ressort de 10 bars.

La pompe sature en huile les distributeurs, le débit excédentaire (90 l/min) retourne au réservoir par la balance de pression sous 110 bars constatés en M1. (100 bars créés par la charge (LS) + 10 bars de ressort).

Au même instant, les balances de pression individuelles (rep 17) reçoivent l’information de pression des charges via les perçages des tiroirs (rep 12). Respectivement 100 bars et 50 bars. Ces pressions s’ajoutent aux ressorts de chaque balance de pression (5 bars). Les balances de pression fonctionnent comme des réductions de pression, elles laissent passer le débit demandé par le découvrement de chaque tiroir sans dépasser 105 bars constatés en M2 et 55 bars constatés en M3.

On s’aperçoit que les vérins identiques sortent en même temps et à la même vitesse grâce aux balances de pression individuelles. (5 l/min)

Pour la même ouverture des tiroirs (rep 12), la différence de pression est identique aux bornes des distributeurs.   

(∆p de 5 bars entre M2 et M4 & ∆p de 5 bars entre M3 et M5)

  Sur la Fig. C, le vérin (rep 14) arrive en butée mécanique. Instantanément l’huile se cumule dans le vérin et la pression monte. La pression est limitée par la valve LSA à 155 bars constatés en M4. 155 bars sont en réalité l’addition du ressort LSA (150 bars) + le ressort de la balance de pression individuelle (5 bars). En s’ouvrant, la valve LSA laisse passer un débit de fuite (+/- 1 l/min) ce qui permet de limiter la pression dans le pilotage LS à 150 bars. La balance de pression vaut à cet instant 155 bars. La balance de pression + la valve LSA se comportent comme une réduction de pression à action pilotée. Elle réduit la pression de 160 bars en M1 à 155 bars en M2.

La ∆P  s’efface aux bornes du distributeur, la pression de pilotage LS est ramenée sur la balance de pression de la plaque d’entrée et s’ajoute au ressort de 10 bars (rep 7). Le débit excédentaire de la pompe 94 l/min retourne au réservoir par la balance de pression sous 160 bars constatés en M1.

On s’aperçoit que le vérin (rep 15) continue sa course, grâce à la balance de pression individuelle, la ∆P  aux bornes du distributeur n’a pas changé (5 bars).

Sur la Fig. D, le vérin (rep 15) arrive à son tour en butée mécanique. Instantanément l’huile se cumule dans le vérin et la pression monte. La ∆P  s’efface aux bornes du distributeur, les clapets navettes se déplacent car le vérin (rep 15) force plus que le vérin (rep 14). La pression en sortie de pompe est ramenée sur la balance de pression par le pilotage LS. À cet instant la balance de pression se ferme, l’huile se cumule dans le circuit jusqu’à atteindre 190 bars réglés par la tête pilote (rep 6).  Lorsque le clapet (rep 6) s’ouvre, la pression derrière le gicleur (rep 3) ne peut plus évoluer car toute l’huile qui arrive à passer par celui-ci (par exemple 1 l/min) retourne au réservoir par le clapet (rep 6) sous 190 bars. La pompe débite 100l/min, l’huile se cumule dans le circuit jusqu’à atteindre 200 bars constatés en M1 (190 bars du clapet (rep 6) + 10 bars du ressort de la balance de pression). À cet instant la balance de pression s’ouvre, le débit excédentaire (98 l/min) retourne au réservoir.

La balance de pression (rep 17) du distributeur alimentant le vérin (Rep 15) est grande ouverte puisque sa valeur vaut à cet instant 200 bars de pilotage + 5 bars de ressort.

Sur la Fig. E, les valves antichocs sont réglées au-dessus du limiteur de pression principale et fonctionnent uniquement lorsque le distributeur est fermé sur un choc mécanique ou à l’arrêt brusque d’une charge avec une forte inertie.

Le choc produit sur le vérin (rep 15) crée une pression de 220 bars, ce qui permet d’ouvrir la valve antichoc. Le vérin recule, la chambre opposée est réalimentée par le clapet de réalimentation de la valve antichoc opposée. (Zoom Fig. F)

A noter : En fonction de la violence du choc, le débit à évacuer par la valve antichoc change. La pression d'ouverture de la valve antichoc varie en fonction du débit qui la traverse. (Plage de réglage)

Le distributeur 4/3 LS permet de gérer la vitesse des récepteurs. Ce type de distribution facilite la conduite des engins (pelles, grues…).

Pour améliorer la facilité de la conduite il est utile d’installer des distributeurs LS avec des balances de pression individuelles qui permettront de conserver la vitesse des vérins lorsqu’ils fonctionnent en simultanés.

Le distributeur LS peut être complété par de multiples options (antichocs, balances de pression individuelles…). Il peut être configuré pour fonctionner avec une pompe cylindrée fixe ou variable en modifiant la plaque d’entrée.

La pompe doit toujours saturer en débit les distributeurs LS. Si la pompe est sous-dimensionnée ou si la pompe possède une régulation de puissance, il sera nécessaire d’utiliser des distributeurs de type Flow Sharing pour garder un confort de conduite optimum.

Les systèmes LS sont sensibles à la pollution, il est nécessaire d’apporter une attention particulière à la filtration. Une filtration sur la pression est fortement recommandée.

Contrairement au distributeur 6/3 l’opérateur ne ressentira pas l’effort de la machine à l’exception des changements de bruit provoqués par la montée en pression du circuit.

Découvrir le fonctionnement d’un distributeur flow sharing

Pour comprendre le circuit hydraulique :

Fonctionnement du régulateur de débit 3 voies

Fonctionnement pompe à pistons Load Sensing

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