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Fiche N° 45

Fonctionnement du distributeur LS (Load Sensing)

 

 

Distributeur hydraulique proportionnel Load sennsing

La photo ci-dessus représente un PVG 32 de chez Danfoss

1 - Rôle

Le distributeur 4/3 LS fait parti des distributeurs progressifs ou proportionnels.

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 et la prise en main des machines est grandement facilité grâce au distributeur LS.

Le distributeur LS peut être raccordé à une pompe cylindrée fixe ou variable. (Une configuration de la plaque d’entrée sera nécessaire en fonction de la pompe utilisée.)

2 - Symbolisation

Symbole distributeur Load sensing hydraulque

Sur la figure ci-dessus est représenté le bloc distributeur 4/3 LS:

  • 4/3 : 4 orifices (P, T, A, B) / 3 positions.
  • LS : Load Sensing (sensation de la charge) : Contrôle du débit en fonction de la pression.

 Il est composé d’une plaque d’entrée dans laquelle on retrouve :

  • Rep 3 : Tête pilote du limiteur de pression.
  • Rep 4 : Balance de pression.
  • Rep 5 : Filtre.
  • Rep 6 : Bouchon.
  • Rep 7 : Gicleur (restriction de débit). 
  • Rep P : Arrivée (refoulement pompe).
  • Rep T : Retour au réservoir (tank).
  • Rep LS : Bouchon permettant de contrôler le signal LS ou de raccorder le signal à une pompe LS.
  • Rep M : Connexion manomètre (pression pompe).

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La tranche du distributeur comporte :

  • Rep 8 : Le tiroir représenté par les 3 cases.
  • Rep 9 : Gicleurs situés dans le tiroir.
  • Rep 10 : Clapet navette qui permet de sélectionner la pression du vérin le plus chargé.
  • Rep 11 : Commande manuelle par levier.
  • Rep 12 : Butée de tiroir réglable (réglage débit maximum).
  • Rep 13 : Ressort de rappel du tiroir. (remise au neutre).
  • Rep 14 : Les doubles barres permettent d’indiquer que le distributeur est progressif ou proportionnel.

Une Plaque de fermeture :

Les distributeurs LS sont pour la plupart d’entre eux évolutifs, c'est-à-dire que l’on peut ouvrir la plaque de fermeture pour insérer d’autres tranches de distributeur afin de rajouter des mouvements.

À noter : Les distributeurs 4/3 LS sont des distributeurs proportionnels, 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). Le distributeur LS maintiendra le débit demandé même si les charges des récepteurs changent.

3 - Fonctionnement : stand-by

Distributeur hydraulique Load sensing

Sur le schéma ci-dessus, la pompe cylindrée fixe (rep 1) entrainée par le moteur thermique (rep 2) débite 30 l/min. Le débit est contrôlé par le débitmètre (rep Q1).

Le vérin double effets (rep 15) est chargé, la pression nécessaire pour déplacer le vérin est de 50 bars. Le rapport de section est de 2 (différence de surface du piston).

Le centre du distributeur est bouché (fermé), la canalisation LS représentée par les pointillés verts est décomprimée au réservoir par le centre du distributeur. Aucune pression ne vient s’ajouter à la valeur du ressort de la balance de pression (rep 4). Toute l’huile issue de la pompe retourne au réservoir par la balance de pression sous 10 bars constatés sur le manomètre M1.

4 - Fonctionnement : sortie vérin

Schéma distributeur proportionnel engin travaux publics

Lorsque l’opérateur actionne le levier du distributeur (rep 11), le tiroir (rep 8) se déplace progressivement en fonction de la consigne et comprime le ressort de rappel (rep 13). Le déplacement du tiroir découvre le passage de P vers A & B vers T. Au même instant il oriente l’information de pression de la canalisation A (pression vérin) dans le signal LS ce qui permet de fermer la balance de pression (rep 4). Cette phase est transitoire et extrêmement rapide qui est inaperçue par l’opérateur (phase montée en pression)

L’huile est orientée vers le vérin par le tiroir du distributeur sans toutefois laisser passer la totalité du débit de la pompe. 10 l/min sont dosés par l’opérateur, le vérin sort sous une pression de 50 bars créée par l’effort à vaincre. Cette même pression est ramenée dans la ligne LS par les usinages du tiroir et s’ajoute au ressort de 10 bars de la balance de pression (rep 4). L’huile excédentaire (20 l/min) retourne au réservoir par la balance de pression sous 60 bars constatés en M1. (50 bars créés par la charge (LS) + 10 bars de ressort).

Le vérin sort à vitesse réduite avec un débit de 10 l/min. On constate une différence de pression ( ?p) de 10 bars aux bornes du distributeur (60 bars en sortie de pompe – 50 bars dans le vérin).

5 - Fonctionnement : variation de la charge

Distributeur hydraulique de pelleteuse

Pendant le déplacement du vérin, la charge change et le vérin force. La pression instantanément augmente dans le vérin à 100 bars. Grâce au perçage du tiroir, la pression dans le signal augmente également et durcie le ressort de la balance de pression (rep 4). L’huile excédentaire (20 l/min) retourne toujours au réservoir par la balance de pression mais sous une pression de 110 bars (100 bars créés par la charge (LS) + 10 bars de ressort).

On constate que la différence de pression aux bornes du distributeur est toujours de 10 bars ce qui permet de conserver le débit de 10 l/min passant dans le distributeur. La vitesse du vérin est conservée grâce à la conservation de la ∆P (Théorème de Bernoulli).

6 - Fonctionnement : vérin en butée

Distributeur hydraulique sans balance de pression

Lorsque le vérin arrive en butée mécanique, l’huile se cumule dans le vérin et monte en pression jusqu’à atteindre 200 bars lus sur le manomètre M1. Tout le débit de la pompe retourne au réservoir par la balance de pression (rep 4) à l’exception d’un faible débit de pilotage passant par le clapet (rep 3).

Explication de la phase transitoire qui permet à l’huile de monter en pression dans le circuit jusqu’à 200 bars :

Lorsque le vérin arrive en butée mécanique, la ∆P  s’annule aux bornes du distributeur, la pression 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 3). Lorsque le clapet (rep 3) s’ouvre, la pression derrière le gicleur (rep 7) 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 3) sous 190 bars. La pompe débite 30l/min, l’huile se cumule dans le circuit jusqu’à atteindre 200 bars (190 bars du clapet (rep 3) + 10 bars du ressort de la balance de pression). A cet instant la balance de pression s’ouvre, presque tout le débit de la pompe retourne au réservoir par la balance à l’exception du débit de pilotage calibré par le gicleur (rep 7).

7 - Fonctionnement : phase rentrée vérin

Distributeur hydraulique proportionnel et variation de la charge

Lorsque l’opérateur actionne le levier du distributeur (rep 11), le tiroir (rep 8) se déplace progressivement en fonction de la consigne et comprime le ressort de rappel (rep 13). Le déplacement du tiroir découvre le passage de P vers B & A vers T. Au même instant il oriente l’information de pression de la canalisation B (pression vérin) dans le signal LS ce qui permet de fermer la balance de pression (rep 4). Cette phase est transitoire et extrêmement rapide qui est inaperçue par l’opérateur (phase montée en pression)

L’huile est orientée vers le vérin par le tiroir du distributeur sans toutefois laisser passer la totalité du débit de la pompe. 10 l/min sont dosés par l’opérateur, le vérin rentre sous une pression de 100 bars créée par l’effort à vaincre.  Cette même pression est ramenée dans la

ligne LS par les usinages du tiroir et s’ajoute au ressort de 10 bars de la balance de pression (rep 4). L’huile excédentaire (20 l/min) retourne au réservoir par la balance de pression sous 110 bars constatés en M1. (110 bars créés par la charge (LS) + 10 bars de ressort).

Le vérin rentre à vitesse réduite avec un débit de 10 l/min. On constate une différence de pression ( ?p ) de 10 bars aux bornes du distributeur (110 bars en sortie de pompe – 100 bars dans le vérin).

Si durant le mouvement, la charge du vérin change, la balance de pression est informée grâce au signal LS ce qui permet d’ajuster la pression en sortie de pompe et de conserver la ∆P aux bornes du distributeur. La vitesse de vérin reste constante.

En conclusion :

Le distributeur 4/3 LS permet de gérer la vitesse des récepteurs et de conserver les débits. Ce type de distribution permet de faciliter la conduite des engins (pelles, grues…). Le distributeur LS expliqué ci-dessus fonctionne comme un régulateur de débit 3 voies.

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

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.

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