Fiche N° 36

Les valves d'équilibrage avec pilotage externe

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.

Sur la figure ci-dessus, un schéma simple permettant de maitriser la descente d’une charge vérin tête en haut avec une valve d’équilibrage avec pilotage interne.

On retrouve :

• Un réservoir (rep 1)
• Un groupe motopompe (rep 2)
• Un limiteur de pression principale (rep 3)
• Un distributeur centre en H (rep 4)
• Un vérin double effets, rapport de section « 2 » (rep 6)
• Une valve d’équilibrage avec pilotage interne (rep 7)

Pour remonter la charge, au préalable le groupe motopompe est mis en marche et le distributeur (rep 4) actionné flèches croisées en alimentant la bobine électrique (b). Le débit issu de la pompe (30 l/min) est orienté vers la grande chambre du vérin en passant par le clapet anti-retour (7c) de la valve d’équilibrage (rep 7). Le vérin s’est soulevé en comprimant l’huile sous 300 bars créés par la charge. Le débit de retour du vérin (petite chambre : 15 l/min) est retourné au réservoir par le distributeur (A vers T).

Lorsque le distributeur revient en position neutre comme sur la figure ci-dessus, la charge est maintenue par la valve d’équilibrage puisque celle-ci est réglée à 330 bars (10% au-dessus de la charge maxi). La valve d’équilibrage étant étanche, le vérin est bloqué.

Pour faire descendre la charge, il suffit d’actionner le distributeur flèches droites en alimentant la bobine électrique (a). L’huile issue de la pompe sera orientée vers la petite chambre du vérin. Le vérin pour descendre sera obligé de vaincre les efforts mécaniques de la valve d’équilibrage qui retient l’huile dans la grande chambre du vérin. Par ce procédé, la descente de la charge est maitrisée.

En négligeant les pertes de charge (frottement de l’huile dans la tuyauterie) on constate :

• M1 : 15 bars                                  Débit admission vérin : 30 l/min
• M2 : 330 bars                                Débit retour vérin : 60 l/min

Si la pompe s’arrête ou si l’on relâche la commande du distributeur, le vérin est automatiquement immobilisé par la valve d’équilibrage.

Sur la figure ci-dessous (Fig.2), la charge est retirée.

On constate que le vérin ne pourra plus descendre car la pression en sortie de pompe ne sera pas suffisante pour permette d’ouvrir la valve d’équilibrage.

Pour faire descendre le vérin il faut une pression de 330 bars en M2. Pour que la grande chambre soit soumise à une contre pression de 330 bars, il est nécessaire d’avoir une pression de 660 bars en M1. On constate que la pompe est protégée par le limiteur de pression qui s’ouvre à 350 bars.

On constate :

• M1 : 350 bars                Débit dans limiteur de pression : 30 l/min
• M2 : 175 bars                Débit retour : 0l/min

En conclusion : Lorsqu’un récepteur est soumis à des charges variables, il est nécessaire d’installer une valve d’équilibrage avec un pilotage externe.

La valve d’équilibrage (rep 7) est remplacée par une valve avec un pilotage externe. La valeur de réglage est toujours de 330 bars (10% au-dessus de la charge maxi). La charge du vérin est retirée.

Le symbole est représentatif de la mécanique (Fig. A & Fig. B).

On retrouve :

• Le clapet étanche (7a)
• Le pilotage interne (7b)
• Le pilotage externe (7c) : rapport de pilotage 4/1 
• Le clapet anti-retour (7d)
• Le ressort de réglage (7e)
• La vis de réglage (7f)
• Le drainage interne (7g) : par défaut n’est pas représenté sur le symbole.

Sur la figure ci-dessus, la tige du vérin est sortie. Pour sortir la tige du vérin, le distributeur est actionné flèches croisées et l’huile issue de la pompe  soulève le vérin en passant par le clapet (7d) de la valve d’équilibrage (rep 7).

Lorsque le distributeur revient au neutre, le vérin est maintenu en position et ne dérive pas car la valve est étanche.

Rapport de pilotage : les valves ayant des pilotages externes ont des rapports de pilotage allant en général de 1 à 9 sans être forcément un nombre entier. Les constructeurs dimensionnent la surface du poussoir (7c) en fonction du rapport de pilotage voulu. Plus la surface (7c) est grande, plus le rapport est élevé. Cette surface est usinée par le constructeur et n’est pas réglable. Pour changer le rapport de pilotage d’une valve, il faut changer la valve entièrement.

Prenons l’exemple d’une valve ayant un rapport de pilotage de 4/1 (4 pour 1). 20 bars dans le pilotage externe de la valve agissant sur la surface (7c) auront un effort mécanique correspondant à 80 bars sur le ressort. (4 fois plus important).

En alimentant la bobine (a) du distributeur (rep 4) le tiroir se déplace vers la gauche correspondant aux flèches droites du symbole. L’huile issue de la pompe est orientée vers la petite chambre du vérin. Le vérin descend et l’huile de la grande chambre soulève le clapet (7a) aidé par la pression de sortie de pompe exercée sur la surface du poussoir (7c). L’huile retourne au réservoir en passant par le distributeur de B vers T.

Pendant la descente on constate : (En négligeant les pertes de charge et le poids de la tige du vérin.)

• M1 : ± 74 bars               Débit admission vérin : 30 l/min
• M2 : ± 37 bars               Débit sortie vérin : 60 l/min

Calcul pression de pilotage nécessaire pour ouvrir la valve d’équilibrage :

P = (S – L) / (Pr + 1/ Cr)

P : Pression de pilotage nécessaire pour ouvrir la valve

S : Tarage de la valve

L : Pression induite par la charge

Pr : Rapport de pilotage (ex : 4/1 = 4)

Cr : Rapport de section du vérin (ex : surface piston 10 cm² / surface tige 5 cm² = 2)

P = (330 – 0) / (4 + ½) = 73.33 bars.

A noter : On constate que grâce au pilotage externe de la valve d’équilibrage, il est possible d’effectuer la descente du vérin même si celui-ci n’est pas chargé.

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.

En alimentant la bobine (a) du distributeur (rep 4) le tiroir se déplace vers la gauche correspondant aux flèches droites du symbole. L’huile issue de la pompe est orientée vers la petite chambre du vérin. Le vérin descend et l’huile de la grande chambre soulève le clapet (7a) aidé par la pression de sortie de pompe exercée sur la surface du poussoir (7c). L’huile retourne au réservoir en passant par le distributeur de B vers T.

Pendant la descente on constate : (En négligeant les pertes de charge et le poids de la tige du vérin.)

• M1 : ± 7 bars               Débit admission vérin : 30 l/min
• M2 : ± 303 bars           Débit sortie vérin : 60 l/min

Calcul pression de pilotage nécessaire pour ouvrir la valve d’équilibrage :

P = (S – L) / (Pr + 1/ Cr)

P : Pression de pilotage nécessaire pour ouvrir la valve

S : Tarage de la valve

L : Pression induite par la charge

Pr : Rapport de pilotage (ex : 4/1 = 4)

Cr : Rapport de section du vérin (ex : surface piston 10 cm² / surface tige 5 cm² = 2)

P = (330 – 300) / (4 + ½) = 6.66 bars.

A noter : Les rapports de pilotage sont déterminés par les constructeurs de machine en fonction du rapport de section des vérins et de la flexibilité de la mécanique. Une mécanique rigide permettra d’avoir des rapports de pilotage élevés afin de réduire les pressions en sortie de pompe. En revanche pour une mécanique flexible on choisira un rapport de pilotage plus faible afin d’éviter des ouvertures intempestives de la valve qui se traduit par des secousses (phénomène de pompage) ou des vibrations lors de la descente de la charge.

Il est fortement conseillé de changer les valves d’équilibrage « au modèle » en respectant les débits de passage et les rapports de pilotage.

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 grande 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).