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Fiche N° 71

Distributeur proportionnel hydraulique de type 6/3

Les distributeurs proportionnels

On retrouve généralement 2 types de distributeur proportionnel dans les applications mobiles (travaux publics (TP) et l’agricole).

  • Le distributeur de type 4/3 LS (Load Sensing) qui permet de gérer la vitesse des récepteurs. La prise en main des machines est rapide.
  • Le distributeur de type 6/3 qui permet de ressentir l’effort de la machine. En revanche, les machines utilisant ce type de distribution sont plus difficiles à conduire.
Distributeur 6/3 monobloc hydraulique

Les distributeurs 6/3 (6 orifices internes et 3 positions) peuvent être à commande manuelle, hydraulique ou électrique.

Le distributeur 6/3 est raccordé à 4 tuyaux :

  • P : Pression (arrivée d'huile).
  • T : Réservoir (retour d'huile).
  • A & B : 2 sorties connectées au récepteur (vérin ou moteur hydraulique).

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1 - Distributeur de type 6/3 au repos

Fonctionnement du distributeur 6/3 hydraulique

Sur la Fig. A est représenté un distributeur de type 6/3 en stand-by . La symbolisation représente la mécanique.

On retrouve :

  • Rep 1 : Pompe cylindrée fixe.
  • Rep 2 : Moteur thermique.
  • Rep 3 : Bloc distributeur (corps).
  • Rep 4 : Levier de commande manuelle.
  • Rep 5 : Ressort de rappel du tiroir.

Au repos, la pompe cylindrée fixe (rep 1) est entraînée par le moteur thermique (rep 2) au régime travail. Le débit de la pompe (60 l/min) retourne librement au réservoir en passant par le centre à suivre (rep 8b) du distributeur. On constate aucune pression sur le manomètre M1 à l'exception des pertes de charge* qui sont négligées dans l'explication.

Les orifices A & B sont fermés par le tiroir du distributeur et immobilisent le vérin en position.

A noter : Le distributeur 6/3 est de conception " à tiroir ". C'est-à-dire qu'il n'est pas étanche en interne. Les orifices A & B sont fermés au repos, mais des micros fuites internes sont présentes. Si le vérin possède une charge suspendue & menante le vérin sera immobilisé mais pas bloqué. Pour bloquer le récepteur il est nécessaire d'installer par exemple des clapets pilotés ou des valves d'équilibrages entre le distributeur et le vérin.

Symbole distributeur hydraulique 6/3 centre à suivre

* Pertes de charge : pression créée par le frottement de l'huile dans la tuyauterie et les composants hydrauliques.

 

* Centre à suivre : la flèche de la case centrale se prolonge et passe par tous les centres des tiroirs.

2 - Sortie vérin pleine consigne

Formation hydraulique proportionnelle : distributeur 6/3

Sur la Fig. B, le levier de commande (rep 4) est actionné pleine consigne. Le tiroir (rep 8) se décale vers la gauche et comprime le ressort de rappel (rep 5). Le centre à suivre (rep 8b) se ferme complètement, le tiroir découvre le passage d'huile de P vers A & B vers T.

L'huile qui ne peut plus retourner au réservoir par le centre à suivre (rep 8b) se cumule dans le circuit et monte à la pression nécessaire pour faire sortir le vérin (rep 9). Le clapet antidérive dont la valeur du ressort est négligeable se soulève, tout le débit de la pompe (60 l/min) passe de P vers A sous une pression de 100 bars constatée en M1 (pression créée par la charge d'1 tonne). L'huile de retour du vérin (30 l/min) retourne librement au réservoir en passant par le tiroir du distributeur de B vers T.

Comment fonctionne un distributeur de tracteur

 Fig. C : Dans cette phase (distributeur pleine ouverture), tout le débit de la pompe est orienté vers le vérin qui sort à la vitesse maximum. Lorsque le vérin rencontre un effort supplémentaire ( 2éme charge), la pression augmente instantanément à 200 bars dans le circuit et la vitesse du vérin reste constante.

Dans cette phase, le distributeur se comporte comme un distributeur TOR (Tout Ou Rien). L'opérateur n'a aucun ressenti de l'effort pendant la conduite de la machine.

Formation hydraulique agricole: le distributeur 6/3

Sur la Fig. D, le vérin (rep 9) arrive en butée mécanique. L'huile issue de la pompe se cumule dans le circuit et monte instantanément en pression jusqu'à atteindre la valeur de réglage du limiteur de pression (rep 6).

A cet instant, le limiteur de pression s'ouvre et l'huile retourne au réservoir de P vers T. On constate 250 bars en M1 (valeur du ressort de tarage du limiteur de pression).

Le limiteur de pression protège la pompe des surpressions. Le passage d'huile dans le limiteur de pression provoque une élévation de la température de l'huile. On parle de laminage.

Dans cette phase la puissance demandée au moteur thermique (Rep 2) est maximale.

Puissance hydraulique :

P = p*Q / 540

P : Puissance en Kw

p : Pression en bar

Q : Débit en l/min

540 : Coefficient tenant compte des rendements mécaniques.

P = 250 * 60 / 540

P = 27.77 Kw

 

3 - Rentrée vérin pleine consigne

Distributeur hydraulique et ressenti de l'effort
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Sur la Fig. E, le levier de commande (rep 4) est actionné pleine consigne. Le tiroir (rep 8) se décale vers la droite et comprime le ressort de rappel (rep 5). Le centre à suivre (rep 8b) se ferme complètement, le tiroir découvre le passage d'huile de P vers B & A vers T.

L'huile qui ne peut plus retourner au réservoir par le centre à suivre (rep 8b) se cumule dans le circuit et monte à la pression nécessaire pour faire rentrer le vérin (rep 9). Le clapet antidérive dont la valeur du ressort est négligeable se soulève, tout le débit de la pompe (60 l/min) passe de P vers B sous une pression de 200 bars constatée en M1 (pression créée par la charge d'1 tonne sur une surface 2 fois plus petite). L'huile de retour du vérin (120 l/min) retourne librement au réservoir en passant par le tiroir du distributeur de A vers T.

A noter : on constate que le débit de retour du vérin passant dans le distributeur est dans ce cas 2 fois supérieur au débit de la pompe. Ceci est dû au rapport de section* du vérin (R = 2). Le volume des chambres du vérin est différent, ce qui influe sur le débit de retour. C'est pourquoi il est nécessaire de dimensionner les distributeurs hydrauliques en fonction du débit de retour des vérins et non pas seulement en fonction du débit de la pompe.

* Rapport de section : rapport entre la surface du piston et la surface annulaire (piston - la tige).

4 - Reprise de charge et progressivité

Distributeur hydraulique et reprise de charge

Sur la Fig. F, le vérin est sollicité par une charge menante (monte-charge par exemple).

En stand-by, toute l'huile issue de la pompe retourne au réservoir par le centre à suivre du distributeur.

Lorsque le levier (rep 4) du distributeur est actionné progressivement (petite consigne), le tiroir se déplace légèrement et découvre le passage de l’huile de P vers A et B vers T grâce aux fentes de progressivité (rep 8a) tout en étranglant légèrement le passage du centre à suivre (rep 8b).

La pression de 100 bars créée par la charge vient se loger derrière le clapet antidérive (rep 7). Ce clapet comme son nom l’indique empêche le vérin de descendre lorsque la consigne donnée par l’opérateur est insuffisante pour reprendre la charge. Sans ce clapet, l’huile du vérin retourne au réservoir par le centre à suivre et le vérin descend.

À cet instant, l’huile qui retourne au réservoir par le centre à suivre force. La pression monte en sortie de pompe (par exemple 50 bars constatés en M1). Cette pression ne permet pas de contrer l’effort du vérin qui est chargé à 100 bars. (Pression nécessaire créée par la charge pour déplacer le vérin).

Toute l’huile issue de la pompe retourne au réservoir par le centre à suivre du distributeur et le vérin ne se déplace pas.

 
Distributeur hydraulique chariot élévateur
 

Sur la Fig. G, l’opérateur augmente la consigne de commande du distributeur, le centre à suivre s’étrangle un peu plus et augmente la pression en sortie de pompe à 100 bars. Une partie de l’huile (2 l/min)  soulève le clapet antidérive et est orientée vers le vérin ce qui permet de soulever la charge. Le reste du débit de la pompe retourne au réservoir par le centre à suivre (58 l/min).

Lorsque le vérin se déplace à faible vitesse, le débit de retour de la chambre annulaire (petite chambre) retourne au réservoir en passant par le centre du distributeur (1l/min) qui s’additionne au 58 l/min passant par le centre à suivre.

On note une différence de pression de 100 bars aux bornes du centre à suivre qui se comporte comme un étranglement installé en dérivation.

À noter : pendant le mouvement du vérin, si l’opérateur augmente la consigne du distributeur, il change les valeurs de débit passant par le centre à suivre et le vérin accélère.

Distributeur hydraulique fendeuse de buche

Sur la Fig. H, l’opérateur conserve sa consigne, le vérin rencontre un effort supplémentaire. Le total de la charge s’élève maintenant à 200 bars. On observe que le vérin s’arrête car la pression nécessaire pour vaincre l’effort du vérin doit s’élever à 200 bars augmentant la ΔP  aux bornes du centre à suivre. À partir de 110 bars (pression arbitraire) tout le débit de la pompe retourne au réservoir par le centre à suivre.

ΔP  : Différence de pression aux bornes d’un composant.

D’après le théorème de Bernoulli, si la ΔP  augmente aux bornes de l’étranglement du centre à suivre, le débit passant par celui-ci augmente et par conséquent moins d’huile est orientée vers le vérin.

L’opérateur observe un ralentissement ou un arrêt du vérin, il doit augmenter sa consigne pour conserver sa vitesse ce qui lui procure un ressenti de l’effort. (Ressenti de l’effort qui est uniquement visuel + modification de la commande).

En conclusion : le distributeur 6/3 est un distributeur proportionnel bon marché, il est fiable et peu sensible à la pollution. Il permet de gérer les efforts des récepteurs. Le ressenti de l’effort par l’opérateur peut être un atout.

En revanche la vitesse des récepteurs reste aléatoire si les charges changent, l’opérateur doit en permanence corriger sa consigne pour garder une vitesse constante.

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Distributeur hydraulique proportionnel 6/3 (sensation de l'effort) : Formation hydraulique

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